用于燃气涡轮发动机的涡轮喷嘴和燃气涡轮发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请和所得的专利大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及涡轮喷嘴和用于冷却高操作温度下的燃气涡轮发动机的涡轮喷嘴的方法。
【背景技术】
[0002]在燃气涡轮发动机中，热燃烧气体大体上从一个或更多个燃烧器穿过过渡件且沿热气体路径流动。多个涡轮级通常可沿热气体路径串联地设置，以便燃烧气体流过第一级喷嘴和动叶，且随后流过涡轮的后续级的喷嘴和动叶。以此方式，喷嘴可朝相应的动叶引导燃烧气体，从而导致动叶旋转且驱动负载(如发电机等)。燃烧气体可由包绕动叶的周向围带容纳，其还可有助于沿热气体路径引导燃烧气体。以此方式，涡轮喷嘴、动叶和围带可经历由沿热气体路径流动的燃烧气体引起的高温，这可导致在这些构件中形成热点和高热应力。由于燃气涡轮发动机的效率取决于其操作温度，故始终需要定位在热气体路径内和沿热气体路径定位的构件诸如涡轮喷嘴、动叶和围带能够在没有退化、故障或使用寿命缩短的情况下耐受越来越高的温度。
[0003]某些涡轮喷嘴(具体是中间和后续的涡轮级中的那些)可包括限定在喷嘴内以用于冷却目的的一个或更多个通路或腔。例如，冷却通路可取决于喷嘴的特定冷却需求而限定在内平台、外平台和/或涡轮喷嘴的导叶内，这可从涡轮的级到级而不同。根据某些构造，冷却通路可限定在涡轮喷嘴的热气体路径表面附近。以此方式，冷却通路可穿过涡轮喷嘴输送冷却流体(诸如，压缩机放出空气)来用于换热，以便将热气体路径表面附近区域的温度保持在可接受范围内。基于使冷却覆盖区域最大化的期望，冷却通路可较长且可具有复杂形状，诸如卷绕或曲折形状，包括多个圈或弯曲。然而，具有复杂形状的长冷却通路制造起来可能是复杂且昂贵的，且还可导致沿冷却通路的非期望的压力降。此外，此类冷却通路的热传递性能可显著不同，且因此优化适用的涡轮级的冷却通路可能是特别复杂的。
[0004]因此，期望改善的涡轮喷嘴，其包括用于冷却高操作温度下涡轮喷嘴的冷却通路构造。具体而言，此种冷却通路构造应使冷却覆盖区域最大化，同时使冷却通路的长度和复杂度最小化。以此方式，此种冷却通路构造应当使制造涡轮喷嘴的成本和复杂度最小化，且还应当使沿冷却通路的压力降最小化。此外，此种冷却通路构造应当使冷却通路的热传递性能的变化最小化，且因此应当使用于适用的涡轮级的冷却通路的优化容易。
【实用新型内容】
[0005]本申请和所得的专利因此提供了一种用于燃气涡轮发动机的涡轮喷嘴。涡轮喷嘴可包括第一喷嘴导叶、第二喷嘴导叶和连接第一喷嘴导叶和第二喷嘴导叶的平台。平台可包括限定在其中的第一冷却通路和分开的第二冷却通路。第一冷却通路可构造成沿第一方向引导第一冷却流体流，且第二冷却通路可构造成沿与第一方向大致相反的第二方向引导第二冷却流体流。
[0006]本申请和所得的专利还提供了一种用于冷却燃气涡轮发动机的涡轮喷嘴的方法。该方法包括以下步骤:提供涡轮喷嘴，其包括第一喷嘴导叶、第二喷嘴导叶和连接第一喷嘴导叶和第二喷嘴导叶的平台，平台包括限定在其中的第一冷却通路和分开的第二冷却通路。该方法还包括使第一冷却流体流沿第一方向穿过第一冷却通路的步骤。该方法还可包括使第二冷却流体流沿与第一方向大致相反的第二方向穿过第二冷却通路的步骤。
[0007]本申请和所得的专利还提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括压缩机、与压缩机连通的燃烧器，以及与燃烧器连通的涡轮。涡轮可包括以周向阵列布置的多个涡轮喷嘴。涡轮喷嘴中的各个可包括第一喷嘴导叶、第二喷嘴导叶，以及连接第一喷嘴导叶和第二喷嘴导叶的平台。平台可包括限定在其中的第一冷却通路和分开的第二冷却通路。第一冷却通路可构造成沿第一方向引导第一冷却流体流，且第二冷却通路可构造成沿与第一方向大致相反的第二方向引导第二冷却流体流。
[0008]在连同若干附图和所附权利要求时阅读以下详细描述之后，本申请和所得的专利的这些和其他特征和改善对于本领域技术人员而言将变得清楚。
【附图说明】
[0009]图1为包括压缩机、燃烧器和涡轮的燃气涡轮发动机的示意图。
[0010]图2为如可用于图1中的燃气涡轮发动机中的涡轮的一部分的示意图，示出了多个涡轮级。
[0011]图3为如可用于图2的涡轮中的涡轮喷嘴的示意图。
[0012]图4为如本文所述且如可用于图2的涡轮中的涡轮喷嘴的实施例的示意图，示出了由阴影线示出的冷却通路。
[0013]图5为如本文所述且如可用于图2的涡轮中的涡轮喷嘴的另一个实施例的示意图，示出了由阴影线示出的冷却通路。
[0014]图6为如本文所述且如可用于图2的涡轮中的涡轮喷嘴的另一个实施例的示意图，示出了由阴影线示出的冷却通路。
[0015]图7为如本文所述且如可用于图2的涡轮中的涡轮喷嘴的另一个实施例的示意图，示出了由阴影线示出的冷却通路。
[0016]部件列表
[0017]10燃气涡轮发动机
[0018]15压缩机
[0019]20空气流
[0020]25燃烧器
[0021]30燃料流
[0022]35燃烧气流
[0023]40 涡轮
[0024]45 轴
[0025]50外部负载
[0026]52涡轮级
[0027]54热气体路径
[0028]56 第一级
[0029]58第一级喷嘴
[0030]60第一级动叶
[0031]62第一级围带
[0032]64 第二级
[0033]66第二级喷嘴
[0034]68第二级动叶
[0035]70第二级围带
[0036]72第三级
[0037]74第三级喷嘴
[0038]76第三级动叶
[0039]78第三级围带
[0040]80涡轮喷嘴
[0041]82喷嘴导叶
[0042]84内平台
[0043]86外平台
[0044]88冷却腔
[0045]92冷却仓室
[0046]100涡轮喷嘴
[0047]102第一喷嘴导叶
[0048]104第二喷嘴导叶
[0049]106内平台
[0050]108 前缘
[0051]110 后缘
[0052]111 侧缘
[0053]112第一冷却通路
[0054]114第二冷却通路
[0055]122第一冷却腔
[0056]124第二冷却腔
[0057]132第一冷却流体流
[0058]134第二冷却流体流
[0059]140径向外表面
[0060]142 排气孔口
[0061]144 排气孔口
[0062]200涡轮喷嘴
[0063]202第一喷嘴导叶
[0064]204第二喷嘴导叶
[0065]206内平台
[0066]208 前缘
[0067]210 后缘
[0068]211侧缘
[0069]212第一冷却通路
[0070]214第二冷却通路
[0071]222第一冷却腔
[0072]224第二冷却腔
[0073]232第一冷却流体流
[0074]234第二冷却流体流
[0075]240径向外表面
[0076]242排气孔口
[0077]244排气孔口
[0078]300涡轮喷嘴
[0079]302第一喷嘴导叶
[0080]304第二喷嘴导叶
[0