[发明专利]具有内带和外带冷却的涡轮喷嘴

说明书

技术领域

本发明大体上涉及用于燃气涡轮的涡轮喷嘴。更具体而言，本发明涉及具有内带和外带冷却的涡轮喷嘴。

背景技术

燃气涡轮如工业、飞行器或船舶燃气涡轮大体上包括以串流顺序的压缩机、燃烧器和涡轮。涡轮具有多个级，其中各个级包括一排涡轮喷嘴和设置在涡轮喷嘴下游的相邻的一排涡轮转子叶片。涡轮喷嘴在涡轮内保持静止，并且涡轮转子与转子轴一起旋转。各种涡轮级限定穿过涡轮的热气体路径。

在操作期间，压缩机提供压缩空气至燃烧器。压缩空气与燃料混合，并且在限定于燃烧器内的燃烧室或反应区中焚烧，以产生高速热气体流。热气体从燃烧器经由涡轮入口流动到涡轮的热气体路径中。在热气体流动穿过各个相继的级时，来自高速热气体的动能传递至成排的涡轮转子叶片，因此引起转子轴旋转并且产生机械功。

涡轮效率可至少部分地关于流动穿过涡轮热气体路径的热气体的温度。例如，热气体的温度越高，涡轮的总效率越高。热气体的最高温度至少部分地由涡轮构件如涡轮喷嘴和涡轮转子叶片的材料性质，以及由各种冷却回路的效力和循环穿过冷却回路来将冷却提供至各种涡轮构件的冷却介质限制。

涡轮喷嘴和涡轮转子叶片的第一级定位成最接近涡轮入口，并且因此暴露于最高热气体温度。第一级涡轮喷嘴包括在内带或护罩与外带或护罩之间的跨度中延伸的翼型件。内带和外带限定热气体路径的内流动边界和外流动边界，并且暴露于热气体。

第一级涡轮喷嘴典型地通过使冷却介质如压缩空气穿过沿径向延伸穿过涡轮喷嘴的翼型件部分的中心或芯部冷却通道来冷却。冷却介质的一部分流动穿过沿翼型件限定的各种膜孔，因此将膜冷却提供至翼型件。涡轮喷嘴的内带和外带经由后侧或冲击冷却来冷却。然而，后侧冷却的益处可为有限的。因此，具有改进的冷却的涡轮喷嘴将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点在以下描述中在下面阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。

本发明的一个实施例为一种涡轮喷嘴。涡轮喷嘴包括在从内带到外带的跨度中延伸的翼型件。内带和外带一起限定涡轮喷嘴的内流动边界和外流动边界。内带具有由一个或更多个内板至少部分地覆盖的气体侧表面。内带还包括在一个或更多个内板下方形成在气体侧表面内的多个冷却通道。外带具有由一个或更多个外板至少部分地覆盖的气体侧表面。外带还包括在一个或更多个外板下方形成在气体侧表面内的多个冷却通道。

本发明的另一个实施例为一种燃气涡轮。燃气涡轮包括压缩机、在压缩机下游的燃烧器，以及设置在燃烧器下游的涡轮。涡轮包括具有以串流顺序的一排涡轮喷嘴和一排涡轮转子叶片的级。至少一个涡轮喷嘴包括翼型件，其在从内带到外带的跨度中延伸，其中内带和外带限定涡轮喷嘴的内流动边界和外流动边界。内带包括由一个或更多个内板至少部分地覆盖的气体侧表面。内带还包括在一个或更多个内板下方形成在气体侧表面内的多个冷却通道。外带具有由一个或更多个外板至少部分地覆盖的气体侧表面。外带还包括在一个或更多个外板下方形成在气体侧表面内的多个冷却通道。

技术方案1. 一种涡轮喷嘴，包括：

翼型件，其在从内带到外带的跨度中延伸，所述内带和所述外带限定所述涡轮喷嘴的内流动边界和外流动边界；

其中所述内带具有由一个或更多个内板至少部分地覆盖的气体侧表面，其中所述内带包括在所述一个或更多个内板下方形成在所述气体侧表面内的多个冷却通道；并且

其中所述外带具有由一个或更多个外板至少部分地覆盖的气体侧表面，其中所述外带包括在所述一个或更多个外板下方形成在所述气体侧表面内的多个冷却通道。

技术方案2. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述外带的所述多个冷却通道包括至少一个蛇线形冷却通道。

技术方案3. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述外带的所述多个冷却通道包括限定在所述翼型件的前缘部分与所述外带的前壁之间的至少一个蛇线形冷却通道。

技术方案4. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述外带的所述多个冷却通道包括限定在所述翼型件的压力侧壁与所述外带的压力侧壁之间的至少一个蛇线形冷却通道。

技术方案5. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述内带的所述多个冷却通道包括至少一个蛇线形冷却通道。

技术方案6. 根据技术方案1所述的涡轮喷嘴，其特征在于，所述内带的所述多个冷却通道包括限定在所述翼型件的前缘部分与所述内带的前壁之间的至少一个蛇线形冷却通道。