[发明专利]涡轮机喷嘴斜面的冷却孔

说明书

技术领域

本发明大体涉及涡轮机，更确切地说，涉及燃气涡轮发动机的高压涡轮部分所使用的轮叶和叶片组件。

背景技术

燃气涡轮发动机最好在高温下进行运行，这样才能最有效地从燃烧气体中生成和提取能量。燃气涡轮发动机的某些部件会直接暴露在燃烧气体的热气流中，所述部件例如是涡轮机定子组件的固定轮叶段，该轮叶段紧密环绕涡轮机转子并限定热燃烧气体流经涡轮机的外边界。该轮叶段通常包含在内带和外带之间或防护罩之间延伸的一片、两片或多片单独的轮叶或翼型。

已经确定的是，由于没有冷却空气吹过两个相邻轮叶段之间的段间间隙，因此，轮叶段侧壁的温度很可能会大幅升高。不但没有冷却空气，热燃烧气体还被迫进入相邻轮叶段之间的间隙中的段间密封件上方的“斜槽(chute)”中。燃烧气体会加热两个面上的轮叶段内(或外)防护罩或带的边缘，即该段的前边缘和相邻的侧边缘。最可能出问题的是距轮叶段翼型中的一片翼型的前缘最近的轮叶段侧边缘(或斜面(slashface))，此处燃烧气体的压力最高。集中的热负载可能会导致氧化、开裂和燃烧，这些现象通常会对喷嘴或轮叶段造成无法修复的损坏。

目前针对此问题的已认可的解决方案是对整体喷嘴隔板增压，以迫使充足的冷却空气进入斜槽区域，从而净化所有驻留的热气。然而，由于此方法转移相对大量的压缩机排气以对喷嘴隔板增压，因此会显著降低涡轮发动机的性能。

因此，仍需要一种解决方案，该方案不仅不会降低涡轮发动机性能，而且比现有的解决方案更加简单且便宜。

发明内容

因此，在第一示例性但非限制性实施例中，提供了一种涡轮机轮叶段，其包括从径向内带径向向外延伸的至少一片翼型，所述径向内带由大体轴向延伸的侧边缘(side edge)形成；所述至少一片翼型由前缘、后缘、压力侧(pressure side)和吸力侧(suction side)形成；所述压力侧面向所述大体轴向延伸的边缘中的一个边缘(edge)，而且所述前缘紧邻所述大体轴向延伸的边缘中的所述一个边缘；以及形成于所述径向内带中的多个冷却通道，其与冷却空气的源流体连通，而且通过所述大体轴向延伸的边缘中的所述一个边缘中的多个出口孔离开所述内带，所述多个出口孔沿所述大体轴向延伸的侧边缘中的一个侧边缘而限制在一个区域中，其中，沿所述大体轴向延伸的侧边缘中的所述一个侧边缘的静压力P_S处于压力范围P_D内，其大体在级入口总压力P_T与在级入口总压力下的大约1.5倍动压力范围P_D处的压力之间。所述动压力范围定义为级入口总压力与级入口静压力之间的差，其通过标准等熵动态能头方程(standard isentropic dynamic head equation)定义为级入口马赫(Mach)数的函数。

进一步的，所述多个冷却通道开始于所述前缘并呈扇形分散至所述多个出口孔。

进一步的，所述多个冷却通道的第一和第二边缘冷却通道延伸至所述区域的纵向边界。

进一步的，所述至少一片翼型包括：一对翼型，其包括所述至少一片翼型和紧邻所述大体轴向延伸的边缘中的另一个边缘的相邻第二翼型；压力侧；以及所述第二翼型的前缘，其背向所述大体轴向延伸的侧边缘中的另一个侧边缘。

进一步的，所述内带中没有沿所述大体轴向延伸的侧边缘中的所述另一侧边缘离开的冷却通道。

进一步的，所述内带中没有沿所述大体轴向延伸的侧边缘中的所述另一侧边缘离开的冷却通道。

进一步的，所述涡轮机轮叶或叶片段适合与涡轮机转子组件相连。在另一示例性但非限制性方面，提供了一种对环绕转子的定子组件的一对相邻轮叶段的内带之间的间隙进行冷却的方法，其中，各轮叶段包括在径向内带和外带之间延伸的至少一片翼型，至少所述径向内带由大体轴向延伸的侧边缘形成；所述翼型由前缘、后缘、压力侧、吸力侧以及内部冷却腔室形成；所述压力侧面向所述大体轴向延伸的侧边缘中的一个侧边缘，而且所述前缘紧邻所述大体轴向延伸的侧边缘中的所述一个侧边缘；所述方法包括确定所述径向内带或外带的所述大体轴向延伸的侧边缘中的所述一个侧边缘的长度部分，其中，沿所述大体轴向延伸的侧边缘中的所述一个侧边缘的静压力P_S处于压力范围P_D内，其大体在级入口总压力P_T与在所述级入口总压力下的大体约1.5倍动压力范围处的压力之间；以及仅在确定的长度部分的位置处，沿所述大体轴向延伸的侧边缘中的一个侧边缘向所述间隙供应冷却空气。