[发明专利]用于涡轮系统的热气体路径部件

说明书

本公开按照美国能源部授予的DE-FC26-05NT42643号合同在政府支持下进行。美国政府在本公开中享有一定权利。

技术领域

本文中所公开的主题大体上涉及涡轮系统，并且更具体而言，涉及用于涡轮系统的热气体路径部件。

背景技术

涡轮系统在诸如发电、飞行器发动机和其它类型的涡轮的领域中广泛地使用。例如，常规燃气涡轮系统包括压缩机、燃烧器和涡轮。在燃气涡轮系统的操作期间，系统中的各种部件经受高温流，这可导致部件失效。由于较高温度的流通常导致燃气涡轮系统的增加的性能、效率和功率输出，经受高温流的部件必须被冷却以允许燃气涡轮系统以增加的温度、增加的效率和/或减少的排放操作。

本领域中已知用于冷却各种燃气涡轮系统部件的各种策略。例如，冷却介质可从压缩机被导引并提供至各种部件。在系统的压缩机段和涡轮段中，冷却介质可用于冷却各种压缩机部件和涡轮部件。

喷嘴是必须冷却的热气体路径部件的一个示例。例如，诸如翼型件的喷嘴的各个部分设置在热气体路径中且暴露于相对高的温度，并且因此需要冷却。

用于冷却喷嘴的一个解决方案是在翼型件内部包括冲击套管。冷却介质流至喷嘴的内部，且然后流过冲击套管并流到翼型件的内表面上。该方法有利于翼型件的冲击冷却。然而，虽然冲击套管的确提供足够的喷嘴冷却，但增加的冷却效率是期望的。这样增加的效率将允许冷却喷嘴所需的冷却介质的减少，以及因此排放的减少和/或点火温度的增加。

因此，希望提供一种用于涡轮系统的改进的热气体路径部件，例如改进的喷嘴。例如，具有改进的冷却特征的热气体路径部件将是有利的。

发明内容

现有技术的这些和其它缺点通过本公开来解决，本公开提供了一种用于涡轮系统的热气体部件。

根据一个实施例，提供了一种用于涡轮系统的热气体路径部件。热气体路径部件包括具有外表面和内表面的外壳以及具有外表面和内表面的一个或多个多孔介质。一个或多个多孔介质被构造成包括在下列方向之一上变化的渗透率：轴向方向、径向方向、轴向和径向方向、轴向和周向方向、径向和周向方向或轴向、径向和周向方向，该多孔介质定位成邻近外壳。一个或多个多孔介质被构造成控制流过其中的冷却介质的轴向、径向、轴向和径向、轴向和周向、径向和周向或轴向、径向和周向冷却剂流分布中的一个。

根据另一个实施例，提供了一种用于涡轮系统的热气体路径部件。热气体路径部件包括具有外表面和内表面的外壳以及具有外表面和内表面的一个或多个多孔介质。一个或多个多孔介质构造成包括以下列方式之一变化的渗透率：沿长轴、通过多孔介质的厚度、沿长轴且通过多孔介质的厚度、沿短轴且通过厚度、沿长轴和短轴、或沿长轴、短轴且通过多孔介质的厚度，该多孔介质定位成邻近外壳。一个或多个多孔介质被构造成以下列方式之一控制流过其中的冷却介质的冷却剂流分布：沿长轴、通过多孔介质的厚度、沿长轴且通过多孔介质的厚度、沿短轴且通过厚度、沿长轴和短轴、或沿长轴、短轴且通过多孔介质的厚度。

根据又一个实施例，提供了一种涡轮系统。涡轮系统包括压缩机、联接到压缩机的涡轮、以及设置在压缩机或涡轮中的至少一个中的多个热气体路径部件。热气体路径部件中的至少一个包括具有外表面和内表面的外壳以及具有外表面和内表面的一个或多个多孔介质。一个或多个多孔介质构造成包括在下列方向之一上变化的渗透率：轴向方向、径向方向、轴向和径向方向、轴向和周向方向、径向和周向方向或轴向、径向和周向方向，该多孔介质定位成邻近外壳。多孔介质定位成邻近外壳。一个或多个多孔介质构造成控制流过其中的冷却介质的轴向、径向、轴向和径向、轴向和周向、径向和周向或轴向、径向和周向冷却剂流分布中的一个。

在参照附图阅读下面的详细描述和所附权利要求之后，本公开的其它目的和优点将变得显而易见。

附图说明

当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本公开的上述和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图中类似的标记表示类似的部件，在附图中：

图1是已知的燃气涡轮系统的示意图；

图2是根据本公开的实施例的热气体路径部件的一部分的透视图；

图3是根据本公开的另一个实施例的热气体路径部件的一部分的透视图；

图4是根据本公开的一个实施例的热气体路径部件的俯视剖视图；

图5是根据本公开的一个实施例的图4的热气体路径部件的一部分的近距离展向剖视图；

图6是根据本公开的另一个实施例的热气体路径部件的俯视剖视图；