CN204419276U - 一种燃气涡轮发动机的喷嘴环的喷嘴段及燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃气涡轮发动机的喷嘴环的喷嘴段及燃气涡轮发动机。喷嘴段包括上端壁、下端壁和在上端壁和下端壁之间延伸的翼面。翼面包括压力侧壁、多个内冷却孔和多个外冷却孔。多个内冷却孔延伸穿过压力侧壁并且布置在相邻于下端壁的第一行中。多个外冷却孔延伸穿过压力侧壁并且布置在相邻于上端壁的第二行中。本实用新型减少了有效地冷却每个喷嘴段所需要的冷却空气的量。

Description

一种燃气涡轮发动机的喷嘴环的喷嘴段及燃气涡轮发动机

技术领域

本实用新型总体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及包括翼面中用于冷却喷嘴端壁的薄膜冷却小孔的喷嘴段。

背景技术

燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和涡轮部段。涡轮部段易受高温。具体地，涡轮部段的第一级易受此类高温使得第一级通常用从压缩机引出并且尤其引入喷嘴段和涡轮叶片中的空气冷却。

引入至喷嘴段中的空气的一部分可被引导穿过喷嘴段翼面的壁并且沿壁的压力侧表面通过以薄膜冷却壁。授予J. Butkiewicz的美国专利申请No. 2011/0038708公开了包括翼面主体的翼面，所述翼面主体具有可在径向端部延伸的压力表面和限定在其中的翼面内部中的流体路径。为了冷却径向端部的表面上的一部分，压力表面形成为进一步沿压力表面的圆周方向限定通道，冷却剂可从翼面内部中的流体路径通过该通道传送。

实用新型内容

本实用新型提供了一种燃气涡轮发动机的喷嘴环的喷嘴段，目的在于克服由本发明人发现的或本领域中已知的现有技术存在的问题中的一个或多个。

本实用新型涉及包括翼面中用于冷却喷嘴端壁的薄膜冷却小孔的喷嘴段。公开了燃气涡轮发动机的喷嘴环的喷嘴段。喷嘴段包括上端壁、下端壁和翼面。翼面在上端壁和下端壁之间延伸。翼面包括前缘、后缘、压力侧壁、吸力侧壁、多个内冷却孔和多个外冷却孔。前缘从上端壁延伸至下端壁。后缘从上端壁延伸至远离前缘的下端壁。压力侧壁从前缘延伸至后缘。吸力侧壁从前缘延伸至后缘。多个内冷却孔延伸穿过压力侧壁并且布置在前缘和后缘之间相邻于下端壁的第一行中。多个外冷却孔延伸穿过压力侧壁并且布置在前缘和后缘之间相邻于上端壁的第二行中。

所述第一行平行于所述下端壁并且所述第二行平行于所述上端壁。

所述多个内冷却孔的每个内冷却孔与所述多个内冷却孔中相邻的内冷却孔间隔开3至5个直径间距，并且所述多个外冷却孔的每个外冷却孔与所述多个外冷却孔中相邻的外冷却孔间隔开3至5个直径间距。

所述多个内冷却孔的每个内冷却孔和所述多个外冷却孔的每个外冷却孔具有至少0.5毫米的直径。

所述多个内冷却孔的每个内冷却孔和所述多个外冷却孔的每个外冷却孔包括15度到50度范围的喷射角。

还包括：

多个喷洒冷却孔，所述多个喷洒冷却孔延伸穿过所述前缘并且布置在所述上端壁和所述下端壁之间延伸的第一组中；以及

多个成角度的冷却孔，所述多个成角度的冷却孔延伸穿过所述压力侧壁并且布置在所述多个内冷却孔和所述多个外冷却孔之间延伸的第二组中，所述多个成角度的冷却孔的每个成角度的冷却孔包括15度到45度范围的复合角。

所述多个喷洒冷却孔的每个喷洒冷却孔包括20度到45度范围的喷洒复合角，并且其中所述多个喷洒冷却孔和所述多个成角度的冷却孔在方向性上可替换，使得所述喷洒复合角和所述复合角在相反的径向方向上。

所述多个内冷却孔的每个内冷却孔与所述下端壁间隔，最大间隔距离是所述内冷却孔的所述直径的7倍，并且所述多个外冷却孔的每个外冷却孔与所述上端壁间隔，最大间隔距离是所述外冷却孔的所述直径的7倍。

还包括：

第二翼面，所述第二翼面在所述上端壁和与所述翼面周向偏置的所述下端壁之间径向延伸，所述第二翼面包括

第二前缘，所述第二前缘从所述上端壁延伸至所述下端壁，

第二后缘，所述第二后缘从所述上端壁延伸至与所述第二前缘轴向偏置的所述下端壁，

第二压力侧壁，所述第二压力侧壁从所述第二前缘延伸至带有第二凹面形状的所述第二后缘并且从所述上端壁延伸至所述下端壁，

第二吸力侧壁，所述第二吸力侧壁从所述第二前缘延伸至带有第二凸面形状的所述第二后缘并且从所述上端壁延伸至所述下端壁，

第二多个内冷却孔，所述第二多个内冷却孔延伸穿过所述第二压力侧壁并且布置在所述第二前缘和所述第二后缘之间延伸的第三行中，所述第二后缘沿所述下端壁的径向向外分布，且距离为所述第二多个内冷却孔之一的第三直径3至7倍，以及

第二多个外冷却孔，所述第二多个外冷却孔延伸穿过所述第二压力侧壁并且布置在所述第二前缘和所述第二后缘之间的第四行中，所述第二后缘沿所述上端壁的径向向内分布，且距离为所述第二多个外冷却孔之一的第四直径的3至7倍。

一种燃气涡轮发动机，包括上述的喷嘴段的技术方案，所述喷嘴段位于所述燃气涡轮发动机的第一级涡轮喷嘴中。

本实用新型的上述技术方案减少了有效地冷却每个喷嘴段所需要的冷却空气的量。 

附图说明

图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。

图2是图1的燃气涡轮发动机的喷嘴段的透视图。

图3是图2的翼面的横截面。

图4是图2的翼面的一部分的详细视图。

具体实施方式

本文所公开的系统和方法包括燃气涡轮发动机的喷嘴环的喷嘴段。在实施例中，喷嘴段包括上端壁、下端壁和它们之间的一个或多个翼面。每个翼面包括分别穿过相邻于上端壁和下端壁的翼面的压力侧壁的第一行冷却孔和第二行冷却孔。每一行中的冷却孔水平地与相邻端壁成一定角度。从冷却孔行排出的冷却空气可以由二次流引向相邻端壁，以冷却端壁并且具体地冷却靠近压力侧根部和后缘的端壁部分。

图1是示例性燃气涡轮发动机100的示意图。为了清晰和易于说明起见，已经省去或放大了一些表面（在此图和其他附图中）。另外，本实用新型可参考向前方向和向后方向。通常，除非另外指明，否则对“向前”和“向后”的所有提及都与一次空气（即，在燃烧过程中使用的空气）的流动方向有关。例如，向前是相对于一次空气流动的“上游”，而向后是相对于一次空气流动的“下游”。

此外，本实用新型通常可参考燃气涡轮发动机旋转的中心轴线95，其通常可以由其轴120（由多个轴承组件150支撑）的纵向轴线限定。各种其他发动机同心部件可以共用或共享中心轴线95。除非另外指明，否则对径向、轴向和周向方向以及测量的所有参考都是指中心轴线95，并且术语诸如“内”和“外”通常指示离中心轴线95较小或较大的径向距离，其中径向96可以是在垂直于中心轴线95和从中心轴线95向外辐射的任何方向上。

燃气涡轮发动机100包括入口110、轴120、压缩机200、燃烧器300、涡轮400、排气装置500和功率输出接合装置600。燃气涡轮发动机100可以具有单轴或双轴配置。

压缩机200包括压缩机转子组件210、压缩机固定式机叶（定子）250和入口导向机叶255。压缩机转子组件210机械地接合至轴120。如图所示，压缩机转子组件210是轴流式转子组件。压缩机转子组件210包括一个或多个压缩机盘组件220。每个压缩机盘组件220包括周向地组装有压缩机转子叶片的压缩机转子盘。定子250轴向地位于压缩机盘组件220中的每一个之后。与位于压缩机盘组件220之后的相邻定子250配对的每个压缩机盘组件220被认为是压缩机级。压缩机200包括多个压缩机级。入口导向机叶255轴向地位于压缩机级之前。

燃烧器300包括一个或多个燃料喷射器310并且包括一个或多个燃烧室390。

涡轮400包括涡轮转子组件410和涡轮喷嘴450。涡轮转子组件410机械地耦接至轴120。如图1所示，涡轮转子组件410是轴流式转子组件。涡轮转子组件410包括一个或多个涡轮盘组件420。每个涡轮盘组件420包括周向地组装有涡轮叶片的涡轮盘。涡轮喷嘴450诸如喷嘴环轴向地位于每个涡轮盘组件420之前。每个涡轮喷嘴450包括组合在一起以形成环的多个喷嘴段451。与位于涡轮盘组件420之前的相邻涡轮喷嘴450配对的每个涡轮盘组件420被认为是涡轮级。涡轮400包括多个涡轮级。

涡轮400也可以包括涡轮外壳430和涡轮导流片440。涡轮外壳430可以位于涡轮转子组件410和涡轮喷嘴450的径向向外处。涡轮外壳430可以包括一个或多个圆柱形状。每个喷嘴段451可以被配置成附接、接合至涡轮外壳430或从涡轮430 悬挂。每个涡轮导流片440可以轴向地位于涡轮盘组件420之前并且可以相邻于涡轮盘。每个涡轮导流片440也可位于涡轮喷嘴450的径向向内处。每个喷嘴段451也可以被配置成附接或接合至涡轮导流片440。

排气管500包括排气扩散器510和排气收集器520。功率输出接合装置600可位于轴120的端部处。

图2是图1的燃气涡轮发动机100的喷嘴段451的透视图。喷嘴段451包括上护罩452、下护罩456、翼面460和第二翼面470。在其他实施例中，喷嘴段451可以包括更多或更少的翼面。当喷嘴段451安装在燃气涡轮发动机100中时，上护罩452可以位于涡轮外壳430的相邻并径向向内处。上护罩452包括上端壁453。上端壁453可以是环形形状的一部分，诸如扇形。例如，扇形可以是圆环的扇形（圆环扇形）或空心圆柱扇形。圆环形状可以由带有包括凸面形状的内边缘的横截面限定。多个上端壁453被布置成形成环形形状诸如圆环，并且被布置成限定穿过涡轮喷嘴450的流动路径的径向外表面。上端壁453当安装在燃气涡轮发动机100中时可以与中心轴线95同轴。

上护罩452也可以包括上向前导轨454和上向后导轨455。上向前导轨454从上端壁453径向向外延伸。在图2所示的实施例中，上向前导轨454在上端壁453的轴向端部处从上端壁453延伸。在其他实施例中，上向前导轨454在靠近上端壁453的轴向端部处从上端壁453延伸并且可以相邻于上端壁453的轴向端部。上向前导轨454可以包括唇部、突起部或可以用于将喷嘴段451固定至涡轮外壳430的其他特征结构。

上向后导轨455也可以从上端壁453径向向外延伸。在图2所示的实施例中，上向后导轨455是“L”形，其中第一部分从与上向前导轨454的位置相对的上端壁453的轴向端部径向向外延伸，并且第二部分在与轴向延伸越过上端壁453的上向前导轨454的位置沿相对的方向延伸。在其他实施例中，上向后导轨455包括其他形状，并且可以位于靠近与上向前导轨454的位置相对的上端壁453的轴向端部处，并且可以相邻于与上向前导轨454的位置相对的上端壁453的轴向端部。上向后导轨455也可以包括将喷嘴段451固定至涡轮外壳430的其他特征结构。

下护罩456位于上护罩452的径向向内处。当喷嘴段451安装在燃气涡轮发动机100中时，下护罩456也可以位于涡轮导流片440的相邻并径向向外处。下护罩456包括下端壁457。下端壁457位于上端壁453的径向向内处。下端壁457可以是环形形状的一部分，诸如扇形。例如，扇形可以是圆环的扇形（圆环扇形）或空心圆柱的扇形。圆环形状可以由带有包括凸面形状的外边缘的横截面限定。多个下端壁457被布置成形成环形形状诸如圆环，并且被布置成限定穿过涡轮喷嘴450的流动路径的径向内表面。下端壁457当安装在燃气涡轮发动机100中时可以与上端壁453和中心轴线95同轴。

下护罩456也可以包括下向前导轨458和下向后导轨459。下向前导轨458从下端壁457径向向内延伸。在图2所示的实施例中，下向前导轨458在下端壁457的轴向端部处从下端壁457延伸。在其他实施例中，下向前导轨458在靠近下端壁457的轴向端部处从下端壁457延伸并且可以在靠近下端壁457的轴向端部处相邻于下端壁457。下向前导轨458可以包括唇部、突起部或可以用于将喷嘴段451固定至涡轮导流片440的其他特征结构。

下向后导轨459也可以从下端壁457径向向内延伸。在图2所示的实施例中，下向后导轨459在靠近与下向前导轨458的位置相对的下端壁457的轴向端部处从下端壁457延伸并且可以相邻于与下向前导轨458的位置相对的下端壁457的轴向端部。在其他实施例中，下向后导轨459从与下向前导轨458的位置相对的下端壁457的轴向端部处延伸。下向后导轨459也可以包括唇部、突起部或可以用于将喷嘴段451固定至涡轮导流片440的其他特征结构。

翼面460在上端壁453和下端壁457之间延伸。翼面460包括前缘461、后缘462、压力侧壁463和吸力侧壁464。前缘461从相邻于上端壁453的轴向端部的上端壁453延伸至相邻于下端壁457的轴向端部的下端壁457。前缘461可以位于靠近上向前导轨454和下向前导轨458处。后缘462可以从与前缘461轴向偏置并且远离前缘461的上端壁453延伸，相邻于上端壁453的与前缘461的位置相对的轴向端部，并且从相邻于上端壁453的与前缘461的位置相对并且轴向远离前缘461的位置的轴向端部的下端臂457延伸。当喷嘴段451安装在燃气涡轮发动机100中时，前缘461、上向前导轨454和下向前导轨458可以位于后缘462、上向后导轨455和下向后导轨459的轴向向前和上游。前缘461可以是在具有最大曲率的翼面460的上游端部处的点，并且后缘462可以是在具有最大曲率的翼面的460的下游端部处的点。在图1所示的实施例中，喷嘴段451是相邻于燃烧室390的第一级涡轮喷嘴450的一部分。在其他实施例中，喷嘴段451位于另一个级的涡轮喷嘴450内。

压力侧壁463可以从前缘461跨越或延伸至后缘462并且从上端壁453跨越或延伸至下端壁457。压力侧壁463可以包括凹面形状。压力侧壁463也可以包括压力侧表面469、具有凹面形状的压力侧壁463的外表面。吸力侧壁464也可以从前缘461跨越或延伸至后缘462并且从上端壁453跨越或延伸至下端壁457。吸力侧壁464可以包括凸面形状。前缘461、后缘462、压力侧壁463和吸力侧壁464可以在它们之间形成冷却腔体485（图3所示）。上端壁453、下端壁457或两者可以包括用于冷却空气（未示出）进入冷却腔体485的一个或多个通路，诸如一个小孔或多个小孔。

翼面460包括多个冷却小孔或孔。每个冷却小孔或孔可以是延伸穿过翼面460壁诸如压力侧壁463的通道。翼面460包括内冷却孔467和外冷却孔468。内冷却孔467相邻于下端壁457，诸如相邻于下端壁457和压力侧壁463之间的交汇处，并且布置在前缘461和后缘462之间的行中。内冷却孔467行可以在前缘461和后缘462之间延伸或跨越。内冷却孔467行可以包括10到30个内冷却孔467。在图2所示的实施例中，内冷却孔467行包括十二个内冷却孔467。内冷却孔467行可以平行于下端壁457和/或可以匹配下端壁457的曲率。内冷却孔467行可以被配置成冷却相邻于压力侧壁463的下端壁表面447的一部分。

在一个实施例中，相邻内冷却孔467间隔开3到5个直径的间距，相邻孔的中心之间的距离超过孔的直径。在另一个实施例中，相邻内冷却孔467间隔开至少3个直径的间距。在另一个实施例中，相邻内冷却孔467间隔开最多至5个直径的间距。在其他实施例中，相邻内冷却孔467可以间隔开低于3个直径间距或高于5个直径的间距。

在一个实施例中，每个内冷却孔467可以与下端壁457径向间隔开内冷却孔467直径的3到7倍。在另一个实施例中，每个内冷却孔467与下端壁457径向间隔开至少内冷却孔467直径的3倍。在另一个实施例中，每个内冷却孔467与下端壁457径向间隔开最多到内冷却孔467直径的7倍。在其他实施例中，每个内冷却孔467可以与下端壁457径向间隔，距离小于内冷却孔467直径的3倍或大于内冷却孔467直径的7倍。

类似地，外冷却孔468相邻于上端壁453，诸如相邻于在上端壁453和压力侧壁463之间的交汇处，并且布置在前缘461和后缘462之间的行中。外冷却孔468行可以在前缘461和后缘462之间延伸或跨越。外冷却孔468行可以包括10到30个外冷却孔468。在图2所示的实施例中，外冷却孔468行包括12个外冷却孔468。外冷却孔468行可以平行于上端壁453和/或可以匹配上端壁453的曲率。外冷却孔468行可以被配置成冷却相邻于压力侧壁463的上端壁表面446的一部分。

在一个实施例中，相邻外冷却孔468间隔开3到5个直径的间距，相邻孔中心之间的距离超过孔的直径。在另一个实施例中，相邻外冷却孔468间隔开至少3个直径的间距。在另一个实施例中，相邻外冷却孔468间隔开最多至5个直径的间距。在其他实施例中，相邻外冷却孔468可以间隔开低于3个直径间距或高于5个直径的间距。

在一个实施例中，每个外冷却孔468可以与上端壁453径向间隔开外冷却孔468直径的3到7倍。在另一个实施例中，每个外冷却孔468可以与上端壁453径向间隔开最少到外冷却孔468直径的3倍。在另一个实施例中，每个外冷却孔468与上端壁453径向间隔开最多到外冷却孔468直径的7倍。在其他实施例中，每个外冷却孔468可以与上端壁453径向间隔，距离小于外冷却孔468直径的3倍或大于外冷却孔468直径的7倍。

在一个实施例中，每个内冷却孔467和每个外冷却孔468可以包括0.50毫米（0.02英寸）至1.25毫米（0.05英寸）的直径。在另一个实施例中，每个内冷却孔467和每个外冷却孔468为至少0.50毫米（0.02英寸）。在另一个实施例中，每个内冷却孔467和每个外冷却孔468为多至1.25毫米（0.05英寸）。

翼面460也可以包括喷洒冷却孔465、成角度的冷却孔466和吸力侧冷却孔488。喷洒冷却孔465可以位于前缘461处并且可以按组布置，诸如沿前缘461成组布置在一起，该组在上端壁453和下端壁457之间延伸。喷洒冷却孔465可以按列布置。在图2所示的实施例中，喷洒冷却孔465布置成6列，每列在上端壁453和下端壁457之间在径向方向上延伸。在其他实施例中，喷洒冷却孔465可以布置成4到7列或可以按其他构型布置。相邻于前缘461的压力侧壁463和吸力侧壁464的部分可以包括喷洒冷却孔465或喷洒冷却孔465列。在一些实施例中，喷洒冷却孔465间隔开3到4个直径的间距。在其他实施例中，喷洒冷却孔465间隔开3.5个直径的间距。每个喷洒冷却孔465可以包括0.38毫米（0.015英寸）至1.25毫米（0.05英寸）的直径。

成角度的冷却孔466可以成组布置在一起并且可以位于内冷却孔467行和外冷却孔468行之前、之后或之间。在图2所示的实施例中，成角度的冷却孔466紧邻喷洒冷却孔465并且位于压力侧壁463距喷洒冷却孔465 1/8 至1/4的长度处。在图2所示的实施例中，成角度的冷却孔466布置在单个径向列中并且径向间隔开3.5个直径的间距。在其他实施例中，成角度的冷却孔466径向间隔开3到4个直径的间距。每个成角度的冷却孔466可以包括0.38毫米（0.015英寸）至1.25毫米（0.05英寸）的直径。

吸力侧冷却孔488可以沿吸力侧壁464按列布置。每个吸力侧冷却孔488可以是延伸穿过吸力侧壁464的通道并且可以成一定角度沿吸力侧壁464的表面引导冷却空气。

翼面460还可以包括狭槽483。狭槽483可以位于压力侧壁463上并且可以相邻于后缘462。狭槽483可以是矩形的并且可以在上端壁453和下端壁457之间在径向方向上对齐。狭槽483可以从冷却腔体485（图3所示）延伸至后缘462。

在图2所示的实施例中，喷嘴段451包括第二翼面470。第二翼面470可以与翼面460周向地偏置。第二翼面470可以包括与包括第二前缘471、第二后缘（未示出）、第二压力侧壁473和第二吸力侧壁474的翼面460相同或相似的特征结构。第二翼面470还可以包括第二内冷却孔477、第二外冷却孔478、第二喷洒冷却孔475、第二成角度的冷却孔476和第二狭槽（未示出）。第二前缘471、第二后缘、第二压力侧壁473、第二吸力侧壁474、第二内冷却孔477、第二外冷却孔478、第二喷洒冷却孔475、第二成角度发的冷却孔476、第二吸力侧冷却孔489和第二狭槽可以描述为以分别与前缘461、后缘462、压力侧壁463、吸力侧壁464、内冷却孔467、外冷却孔468、喷洒冷却孔465、成角度的冷却孔466、吸力侧冷却孔488和狭槽483相同或相似的方式定向。第二内冷却孔477行可以被配置成冷却可以位于翼面460和第二翼面470之间的下端壁表面449的第二部分。第二外冷却孔478行可以被配置成冷却可以位于翼面460和第二翼面470之间的上端壁表面448的第二部分。

在其他实施例中，喷嘴段451仅包括翼面460而不包括第二翼面470。

包括上护罩452、下护罩456、翼面460和第二翼面470的喷嘴段451的各种部件可以整体浇铸或冶金粘合以形成其一体的、单件组件。

图3是图2的翼面460的横截面。参考图3，每个内冷却孔467和外冷却孔468（图3中未示出）包括位于垂直于压力侧表面469的平面中的喷射角441。喷射角44可以1在每个内冷却孔467或外冷却孔468的位置处相对于朝后缘462延伸并且相切于压力侧表面468的线测量。在一个实施例中，喷射角441为15到50度。在另一个实施例中，喷射角441为大约30度。

每个冷却孔可以包括相邻于冷却腔体485的入口端部493和相邻于压力侧表面469或前缘461的出口端部494。冷却腔体485可以是单个腔体或可以再分成多个腔体。在图3所示的实施例中，冷却腔体485再分成两个冷却腔体。

图4是图2的翼面460的一部分的详细视图。参考图4，每个内冷却孔467和外冷却孔468（图4中未示出）可以包括与行经涡轮喷嘴450的空气的流动方向对齐和/或分别平行于下端壁457和上端壁453的复合角。复合角可以是每个内冷却孔467和每个外冷却孔468在压力侧表面469的平面中的角的分量。参考线482示出流动方向。参考线482也可以被限定为压力侧表面469和垂直于从涡轮喷嘴轴线、上护罩452和下护罩456的轴线的径向延伸的平面之间沿压力侧表面469的交汇。在一些实施例中，每个内冷却孔467和每个外冷却孔468的复合角可以分别地朝向下端壁457和上端壁453略微地成一定角度，并且可以相对于流动方向或分别相对于下端壁457或上端壁453的角成多至15度。在另一个实施例中，每个内冷却孔467和每个外冷却孔468的复合角可以相对于流动方向或分别相对于下端壁457或上端壁453的角在正或负5度内。在其他实施例中，每个内冷却孔467和每个外冷却孔468的复合角分别平行于下端壁457和上端壁453，诸如在分别平行于下端壁457和上端壁453的预定公差内。

在燃气涡轮发动机100运行期间，成角度的冷却孔466也可以相对于沿压力侧表面469行经涡轮喷嘴450的空气的流动方向按第二复合角486成一定角度。第二复合角486可以是成角度的冷却孔466在压力侧表面469的平面中的角的分量。如图4所示，第二复合角486相对于流动方向或参考线482朝上端壁453成一定角度。在一个实施例中，第二复合角486为15度到45度。在另一个实施例中，第二复合角486为30度，诸如在30度的预定公差内。预定公差可以是工程公差或制造公差。0度可以是沿从前缘461行进至后缘462的参考线482方向的流动方向。虽然在所示的实施例中，第二复合角486朝向上端壁453，但是第二复合角486也可以朝向下端壁457。

喷洒冷却孔465也可以包括复合角并且可以朝上端壁453或下端壁457成一定角度。每个喷洒冷却孔465可以按相对于在喷洒冷却孔465所处位置处正交于前缘461的方向朝下端壁457或上端壁453的喷洒复合角成一定角度。

成角度的冷却孔466和喷洒冷却孔465在方向性上可以替换，在下端壁457或上端壁453处的相对径向方向上成一定角度或部分成一定角度。孔的方向或角度在所选择的方向上引导冷却空气。在一个实施例中，喷洒冷却孔465朝下端壁457成一定角度，并且成角度的冷却孔466朝上端壁453成一定角度。在其他实施例中，喷洒冷却孔465朝上端壁453成一定角度，并且成角度的冷却孔466朝下端壁457成一定角度。喷洒冷却孔465的复合角可以为20度到45度。

复合角可以由相对于下端壁457和上端壁453的冷却孔的入口端部493和出口端部494的位置确定，而喷射角441可以由相对于前缘461和后缘462的入口端部493和出口端部494的位置确定。

每个内冷却孔467的入口端部493和出口端部494可以与下端壁457等距，并且每个外冷却孔468的入口端部493和出口端部494可以与上端壁453等距。每个成角度的冷却孔466和每个喷洒冷却孔465的入口端部493可以比每个成角度的冷却孔466和每个喷洒冷却孔465的出口端部494离下端壁457径向更近或径向更远。每个内冷却孔467、每个外冷却孔468和每个成角度的冷却孔466的入口端部493可以比每个内冷却孔467、每个外冷却孔468和每个成角度的冷却孔466的出口端部494离前缘461轴向更近。

上述部件（或它们的子部件）中的一个或多个可以由不锈钢和/或称为为“超耐热合金”的耐用高温材料制成。超耐热合金或高性能合金是在高温下呈现出优异的机械强度和抗蠕变性、优良的表面稳定性以及抗腐蚀和氧化性的合金。超耐热合金可以包括如下材料，诸如哈斯特洛伊耐蚀镍基合金（HASTELLOY）、合金x、铬镍铁合金（INCONEL）、沃斯帕洛伊合金（WASPALOY）、雷内镍基高温耐蚀合金（RENE alloys）、哈氏钴铬钨合金（HAYNES alloys）、合金188、合金230、MP98T、TMS合金和CMSX单晶体合金。

工业实用性

燃气涡轮发动机可以适合于许多工业应用诸如油气工业（包括石油和天然气的传输、采集、储存、回收和举升）、发电工业、废热发电、航空航天和其他运输工业的各个方面。

参考图1， 气体（通常为空气10）进入入口110作为“工作流体”并且由压缩机200压缩。在压缩机200中，工作流体在环形流动路径115中由一系列压缩机盘组件220压缩。具体地，空气10在编号的“级”中压缩，级与每个压缩机盘组件220相关联。例如，“第四级空气”可以在从入口110到排气管500 的下游或 “向后”方向上与第四压缩机盘组件220相关联。同样地，每个涡轮盘组件420可以与编号的级相关联。

一旦压缩空气10离开压缩机200，其就进入燃烧器300，在燃烧器300中扩散压缩空气并且添加燃料。空气10和燃料经由燃料喷射器310被喷射至燃烧室390中并且被燃烧。通过一系列涡轮盘组件420的每个级经由涡轮400从燃烧反应中提取能量。然后可以在排气扩散器510中扩散、收集和重新定向排气90。排气90经由排气收集器520排出系统并且可以进行进一步处理（例如，以减少有害排放和/或从排气90中回收热量）。

燃气涡轮发动机的运行效率一般随着燃烧温度的升高而增加。因此，在燃气涡轮发动机中有增加燃烧温度的趋势。从燃烧室390到达涡轮前级的气体可以为1000华氏度或更多。为了在此高温下运行来自压缩机200的压缩空气10的一部分，冷却空气可以改道穿过内部通道或室以冷却包括喷嘴段（诸如喷嘴段451）的涡轮的各种部件。然而，冷却空气的使用可以降低燃气涡轮发动机的运行效率。

参考图2，通过引导冷却空气穿过内冷却孔467和外冷却孔468可以减少用于冷却喷嘴段451的冷却空气的量并且降低穿过喷嘴段451的冷却通道的复杂性。排出内冷却孔467和外冷却孔468的冷却空气的第一阶段冷却或初始使用可以薄膜冷却压力侧壁463。

穿过喷嘴段451的二次气流可以将排出内冷却孔467的冷却空气携带或引导至相邻于翼面460和下端壁457或翼面460的内根部之间的交汇处的下端壁457的表面（诸如下端壁表面447的一部分）以及携带或引导至相邻于后缘462的下端壁457的表面以用于冷却空气的第二阶段冷却或二次使用。相似地，穿过喷嘴段451的二次气流可以将排出外冷却孔468的冷却空气携带或引导至相邻于翼面460和上端壁453或翼面460的内根部之间的交汇处的上端壁453的表面（诸如上端壁表面446的一部分）以及携带或引导至相邻于后缘462的上端壁453的表面以用于冷却空气的第二阶段冷却或二次使用。

交替喷洒冷却孔465和成角度的冷却孔466的方向可以将冷却空气导向上护罩452的上端壁453和下护罩456的下端壁457，并且还可以降低上端壁453和下端壁457的温度，这样的方式可以进一步提高喷嘴段451的使用寿命。与排出内冷却孔467和外冷却孔468的冷却空气的使用相似，喷洒冷却孔465和成角度的冷却孔466的第一阶段冷却将可以薄膜冷却压力侧壁463，而第二阶段冷却将可以进一步降低上端壁453和下端壁457的温度。

可以引导冷却空气穿过涡轮外壳430、涡轮导流片440或这两者并引入入冷却腔体485。然后可以引导冷却空气穿过包括内冷却孔467、外冷却孔468、喷洒冷却孔465和成角度的冷却孔466的冷却孔。冷却空气也可以在穿过冷却孔之前用于内部冷却翼面460。可以包括第一阶段薄膜冷却、第二阶段端壁冷却和内部冷却的冷却空气的多次使用可以减少有效地冷却喷嘴段451所需要的冷却空气的量。减少冷却喷嘴段451所需要的冷却空气的量可以提高和增加燃气涡轮发动机100的效率。

将来自内冷却孔467和外冷却孔468的冷却孔的冷却空气用于冷却下端壁457和上端壁453也可以减少喷嘴段451中所需要的冷却孔的数量。由于冷却可以由内冷却孔467和外冷却孔468完成，因而喷嘴段451可以不需要任何或可以需要有限数量的冷却孔穿过下端壁457和上端壁453以冷却下端壁457和上端壁453。

可以以与翼面460的冷却孔使上端壁453和下端壁457的温度进一步降低以及减少有效地冷却每个喷嘴段451所需要的冷却空气的量相同或相似方式使用第二翼面470的冷却孔。

前述详细描述在本质上仅仅是示例性的，而非旨在限制本实用新型或本实用新型的应用和使用。所述实施例不限于与特定类型的燃气涡轮发动机结合使用。因此，虽然为了说明的方便，本实用新型描绘和描述了特定喷嘴段，但是应理解根据本实用新型的喷嘴段可以以各种其他构型实施、可以与各种其他类型的燃气涡轮发动机一起使用并且可以用在其他类型的机器中。另外，不期望受到前述背景或详细描述中所呈现的任何理论的限定。应当理解，除非另有明确说明，否则图示可以包括放大的尺寸以更好地示出所示的参考项目，而不能将其认为是限制性的。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机（100）的喷嘴环（450）的喷嘴段（451），其特征在于，所述喷嘴段（451）包括：

上端壁（453）；

下端壁（457）；以及

翼面（460），所述翼面（460）在所述上端壁（453）和所述下端壁（457）之间延伸，

所述翼面（460）包括

前缘（461），所述前缘（461）从所述上端壁（453）延伸至所述下端壁（457），

后缘（462），所述后缘（462）从所述上端壁（453）延伸至远离所述前缘（461）的所述下端壁（457），

压力侧壁（463），所述压力侧壁（463）从所述前缘（461）延伸至所述后缘（462），

吸力侧壁（464），所述吸力侧壁（464）从所述前缘（461）延伸至所述后缘（462），

多个内冷却孔（467），所述多个内冷却孔（467）延伸穿过所述压力侧壁（463）并且布置在所述前缘（461）和所述后缘（462）之间相邻于所述下端壁（457）的第一行中，以及

 多个外冷却孔（468），所述多个外冷却孔（468）延伸穿过所述压力侧壁（463）并且布置在所述前缘（461）和所述后缘（462）之间相邻于所述上端壁（453）的第二行中。

2.根据权利要求1所述的喷嘴段（451），其特征在于，所述第一行平行于所述下端壁（457）并且所述第二行平行于所述上端壁（453）。

3.根据权利要求1所述的喷嘴段（451），其特征在于，所述多个内冷却孔（467）的每个内冷却孔（467）与所述多个内冷却孔（467）中相邻的内冷却孔（467）间隔开3至5个直径间距，并且所述多个外冷却孔（468）的每个外冷却孔（468）与所述多个外冷却孔（468）中相邻的外冷却孔（468）间隔开3至5个直径间距。

4.根据权利要求1所述的喷嘴段（451），其特征在于，所述多个内冷却孔（467）的每个内冷却孔（467）和所述多个外冷却孔（468）的每个外冷却孔（468）具有至少0.5毫米的直径。

5.根据权利要求1所述的喷嘴段（451），其特征在于，所述多个内冷却孔（467）的每个内冷却孔（467）和所述多个外冷却孔（468）的每个外冷却孔（468）包括15度到50度范围的喷射角（441）。

6.根据权利要求1所述的喷嘴段（451），其特征在于，还包括：

多个喷洒冷却孔（465），所述多个喷洒冷却孔（465）延伸穿过所述前缘（461）并且布置在 所述上端壁（453）和所述下端壁（457）之间延伸的第一组中；以及

多个成角度的冷却孔（466），所述多个成角度的冷却孔（466）延伸穿过所述压力侧壁（463）并且布置在 所述多个内冷却孔（467）和所述多个外冷却孔（468）之间延伸的第二组中，所述多个成角度的冷却孔（466）的每个成角度的冷却孔（466）包括15度到45度范围的复合角（486）。

7.根据权利要求6所述的喷嘴段（451），其特征在于，所述多个喷洒冷却孔（465）的每个喷洒冷却孔（465）包括20度到45度范围的喷洒复合角（486），并且其中所述多个喷洒冷却孔（465）和所述多个成角度的冷却孔（466）在方向性上可替换，使得所述喷洒复合角（486）和所述复合角（486）在相反的径向方向上。

8.根据权利要求1所述的喷嘴段（451），其特征在于，所述多个内冷却孔（467）的每个内冷却孔（467）与所述下端壁（457）间隔，最大间隔距离是所述内冷却孔（467）的直径的7倍，并且所述多个外冷却孔（468）的每个外冷却孔（468）与所述上端壁（453）间隔，最大间隔距离是所述外冷却孔（468）的直径的7倍。

9.根据权利要求8所述的喷嘴段（451），其特征在于，还包括：

第二翼面（470），所述第二翼面（470）在所述上端壁（453）和与所述翼面（460）周向偏置的所述下端壁（457）之间径向延伸，所述第二翼面（470）包括

第二前缘（471），所述第二前缘（471）从所述上端壁（453）延伸至所述下端壁（457），

第二后缘（472），所述第二后缘（472）从所述上端壁（453）延伸至与所述第二前缘（471）轴向偏置的所述下端壁（457），

第二压力侧壁（473），所述第二压力侧壁（473）从所述第二前缘（471）延伸至带有第二凹面形状的所述第二后缘（472）并且从所述上端壁（453）延伸至所述下端壁（457），

第二吸力侧壁（474），所述第二吸力侧壁（474）从所述第二前缘（471）延伸至带有第二凸面形状的所述第二后缘（472）并且从所述上端壁（453）延伸至所述下端壁（457），

第二多个内冷却孔（477），所述第二多个内冷却孔（477）延伸穿过所述第二压力侧壁（473）并且布置在 所述第二前缘（471）和所述第二后缘（472）之间延伸的第三行中，所述第二后缘（472）沿所述下端壁（457）的径向向外分布，且距离为所述第二多个内冷却孔（477）之一的第三直径3至7倍，以及

第二多个外冷却孔（478），所述第二多个外冷却孔（478）延伸穿过所述第二压力侧壁（473）并且布置在所述第二前缘（471）和所述第二后缘（472）之间的第四行中，所述第二后缘（472）沿所述上端壁（453）的径向向内分布，且距离为所述第二多个外冷却孔（478）之一的第四直径的3至7倍。

10.一种燃气涡轮发动机（100），其特征在于，包括权利要求8所述的喷嘴段（451），所述喷嘴段（451）位于所述燃气涡轮发动机（100）的第一级涡轮喷嘴中。