本文公開的主題涉及渦輪機，并且更具體而言，涉及渦輪中的噴嘴。

背景技術：

渦輪機如燃氣渦輪可包括壓縮機、燃燒器和渦輪?？諝庠趬嚎s機中壓縮。壓縮空氣給送到燃燒器中。燃燒器使燃料與壓縮空氣結合，且然后點燃氣體/燃料混合物。高溫和高能排出流體然后給送到渦輪，在渦輪處，流體的能量轉換能機械能。渦輪包括多個噴嘴級和葉片級。噴嘴為靜止構件，且葉片圍繞轉子旋轉。

技術實現要素：

在下文中概述在范圍上與原始要求保護的主題相當的某些實施例。這些實施例不旨在限制要求保護的主題的范圍，而相反，這些實施例僅旨在提供要求保護的主題的可能形式的簡要概括。實際上，要求保護的主題可包含可與下文所述的方面/實施例相似或不同的多種形式。

在一個方面中，一種渦輪機包括多個噴嘴，且各噴嘴具有翼型件。渦輪機具有相對的壁，該相對的壁限定通路，流體流能夠被接收到該通路中以流過該通路。喉寬分布(throat distribution)在相鄰噴嘴之間的通路中的最窄區(qū)域處測得，在該處，相鄰噴嘴延伸跨過相對的壁之間的通路來與流體流空氣動力地相互作用。翼型件限定喉寬分布，且喉寬分布由表1中提出的值限定，其中，喉寬分布值在表1中提出的值的+/-10%容限內。該喉寬分布減少空氣動力損失且改善各翼型件上的空氣動力負載。

在另一方面中，一種噴嘴具有翼型件，且噴嘴構造成用于與渦輪機一起使用。翼型件具有在相鄰噴嘴之間的通路中的最窄區(qū)域處測得的喉寬分布，在該處，相鄰噴嘴延伸跨過相對的壁之間的通路來與流體流空氣動力地相互作用。翼型件限定喉寬分布。喉寬分布由表1中提出的值限定，且喉寬分布值在表1中提出的值的+/-10%容限內。該喉寬分布減小空氣動力損失，且改善翼型件上的空氣動力負載。由噴嘴的后緣限定的喉寬分布可從大約0%跨度處的大約80%的喉寬/喉寬中間跨度值曲線地延伸至大約55%跨度處的大約100%的喉寬/喉寬中間跨度值，到大約100%跨度處的大約128%的喉寬/喉寬中間跨度值；且0%處的跨度在翼型件的徑向內部處且100%處的跨度在翼型件的徑向外部處。喉寬分布可由表1中提出的值限定。翼型件可具有由表2中提出的值限定的厚度分布(Tmax/Tmax_中間跨度)。翼型件可具有根據表3中提出的值的無量綱厚度分布。翼型件可具有根據表4中提出的值的無量綱軸向弦長分布。

在另一方面中，一種噴嘴具有翼型件，且噴嘴構造成用于與渦輪機一起使用。翼型件具有在相鄰噴嘴之間的通路中的最窄區(qū)域處測得的喉寬分布，在該處，相鄰噴嘴延伸跨過相對的壁之間的通路來與流體流空氣動力地相互作用。由噴嘴的后緣限定的喉寬分布從大約0%跨度處的大約80%的喉寬/喉寬中間跨度值曲線地延伸至大約55%跨度處的大約100%的喉寬/喉寬中間跨度值，到大約100%跨度處的大約128%的喉寬/喉寬中間跨度值。0%處的跨度在翼型件的徑向內部處，且100%處的跨度在翼型件的徑向外部處。該喉寬分布減小空氣動力損失，且改善翼型件上的空氣動力負載。

技術方案1. 一種渦輪機，其包括多個噴嘴，各噴嘴包括翼型件，所述渦輪機包括：

相對的壁，其限定通路，流體流能夠被接收到所述通路中以流過所述通路，喉寬分布在相鄰噴嘴之間的所述通路中的最窄區(qū)域處測量，在該處，相鄰噴嘴延伸跨過所述相對的壁之間的所述通路，以與所述流體流空氣動力地相互作用；且

所述翼型件限定所述喉寬分布，所述喉寬分布由表1中提出的值限定，且其中，喉寬分布值在表1中提出的值的+/-10%容限內，所述喉寬分布減少空氣動力損失且改善各翼型件上的空氣動力負載。

技術方案2. 根據技術方案1所述的渦輪機，其中，由所述噴嘴的后緣限定的所述喉寬分布從大約0%跨度處的大約80%的喉寬/喉寬中間跨度值曲線地延伸至大約55%跨度處的大約100%的喉寬/喉寬中間跨度值，到大約100%跨度處的大約128%的喉寬/喉寬中間跨度值；且

其中，0%處的跨度在所述翼型件的徑向內部處，且100%處的跨度在所述翼型件的徑向外部處。

技術方案3. 根據技術方案1所述的渦輪機，其中，所述喉寬分布由表1中提出的值限定。

技術方案4. 根據技術方案1所述的渦輪機，其中，所述翼型件具有由表2中提出的值限定的厚度分布(Tmax/Tmax_中間跨度)。

技術方案5. 根據技術方案4所述的渦輪機，其中，所述翼型件具有根據表3中提出的值的無量綱厚度分布。

技術方案6. 根據技術方案5所述的渦輪機，其中，所述翼型件具有根據表4中提出的值的無量綱軸向弦長分布。

技術方案7. 一種具有翼型件的噴嘴，所述噴嘴構造成用于與渦輪機一起使用，所述翼型件包括：

在相鄰噴嘴之間的通路中的最窄區(qū)域處測得的喉寬分布，在該處，相鄰噴嘴延伸跨過相對的壁之間的所述通路來與流體流空氣動力地相互作用；且

所述翼型件限定所述喉寬分布，所述喉寬分布由表1中提出的值限定，且其中，喉寬分布值在表1中提出的值的+/-10%容限內，所述喉寬分布減少空氣動力損失且改善所述翼型件上的空氣動力負載。

技術方案8. 根據技術方案7所述的噴嘴，其中，由所述噴嘴的后緣限定的所述喉寬分布從大約0%跨度處的大約80%的喉寬/喉寬中間跨度值曲線地延伸至大約55%跨度處的大約100%的喉寬/喉寬中間跨度值，到大約100%跨度處的大約128%的喉寬/喉寬中間跨度值；且

其中，0%處的跨度在所述翼型件的徑向內部處，且100%處的跨度在所述翼型件的徑向外部處。

技術方案9. 根據技術方案7所述的噴嘴，其中，所述喉寬分布由表1中提出的值限定。

技術方案10. 根據技術方案7所述的噴嘴，其中，所述翼型件具有由表2中提出的值限定的厚度分布(Tmax/Tmax_中間跨度)。

技術方案11. 根據技術方案10所述的噴嘴，其中，所述翼型件具有根據表3中提出的值的無量綱厚度分布。

技術方案12. 根據技術方案11所述的噴嘴，其中，所述翼型件具有根據表4中提出的值的無量綱軸向弦長分布。

技術方案13. 一種具有翼型件的噴嘴，所述噴嘴構造成用于與渦輪機一起使用，所述翼型件包括：

在相鄰噴嘴之間的通路中的最窄區(qū)域處測得的喉寬分布，在該處，相鄰噴嘴延伸跨過相對的壁之間的所述通路來與流體流空氣動力地相互作用；且

由所述噴嘴的后緣限定的所述喉寬分布從大約0%跨度處的大約80%的喉寬/喉寬中間跨度值曲線地延伸至大約55%跨度處的大約100%的喉寬/喉寬中間跨度值，到大約100%跨度處的大約128%的喉寬/喉寬中間跨度值；且

其中，0%處的跨度在所述翼型件的徑向內部處，且100%處的跨度在所述翼型件的徑向外部處，且所述喉寬分布減少空氣動力損失且改善所述翼型件上的空氣動力負載。

技術方案14. 根據技術方案13所述的噴嘴，所述喉寬分布由表1中提出的值限定，且其中，喉寬分布值在表1中提出的值的+/-10%容限內。

技術方案15. 根據技術方案13所述的噴嘴，其中，所述喉寬分布由表1中提出的值限定。

技術方案16. 根據技術方案13所述的噴嘴，其中，所述翼型件具有由表2中提出的值限定的厚度分布(Tmax/Tmax_中間跨度)。

技術方案17. 根據技術方案13所述的噴嘴，其中，所述翼型件具有根據表3中提出的值的無量綱厚度分布。

技術方案18. 根據技術方案13所述的噴嘴，其中，所述翼型件具有根據表4中提出的值的無量綱軸向弦長分布。

附圖說明

當參照附圖閱讀下列詳細描述時，本公開的這些和其他特征、方面以及優(yōu)點將變得更好理解，其中貫穿附圖，相同的特征代表相同的部分，其中：

圖1為根據本公開的方面的渦輪機的圖解；

圖2為根據本公開的方面的噴嘴的透視圖；

圖3為根據本公開的方面的兩個相鄰噴嘴的俯視圖；

圖4為根據本公開的方面的喉寬分布的標圖；

圖5為根據本公開的方面的最大厚度分布的標圖；

圖6為根據本公開的方面的最大厚度除以軸向弦長分布(axial chord distribution)的標圖；且

圖7為根據本公開的方面的軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長的標圖。

具體實施方式

下面將描述本公開的一個或更多個具體實施例。為了提供這些實施例的簡要描述，可不在說明書中描述實際實現方式的所有特征。應當理解的是，在任何此種實際實現方式的開發(fā)中，如在任何工程或設計項目中一樣，必須進行許多實現方式特定的決定以實現開發(fā)者的具體目標，諸如遵守與系統相關和與商業(yè)相關的約束，它們可從一個實現方式到另一個而不同。而且，應當理解的是，這種開發(fā)努力可能是復雜且耗時的，但盡管如此，對于享有本公開益處的本領域技術人員而言將只是設計、制造、和加工的例行任務。

當介紹本主題的各種實施例的元件時，冠詞“一個”、“一種”和“該”旨在意指存在一個或多個元件。用語“包括”、“包含”、和“具有”意圖為包含性的，且意思是可存在除所列出的要素之外的附加要素。

圖1為渦輪機10(例如，燃氣渦輪和/或壓縮機)的一個實施例的圖解。圖1中所示的渦輪機10包括壓縮機12、燃燒器14、渦輪16、和擴壓器17。空氣或一些其他氣體在壓縮機12中被壓縮，給送到燃燒器14中，且與燃料混合，且然后燃燒。排出流體給送到渦輪16，在渦輪處，將來自排出流體的能量轉換成機械能。渦輪16包括多個級18，包括單獨的級20。各級18包括圍繞旋轉軸線26旋轉的具有軸向地對準的葉片的環(huán)形陣列的轉子(即，旋轉軸)，和具有噴嘴環(huán)形陣列的定子。因此，級20可包括噴嘴級22和葉片級24。為了清楚起見，圖1包括坐標系，其包括軸向方向28、徑向方向32和周向方向34。此外，示出了徑向平面30。徑向平面30在一個方向上沿軸向方向28(沿旋轉軸線26)延伸，且然后沿徑向方向32向外延伸。

圖2為三個噴嘴36的透視圖。級20中的噴嘴36沿徑向方向32在第一壁(或平臺)40與第二壁42之間延伸。第一壁40與第二壁42相對，且兩個壁限定通路，流體流能夠被接收到該通路中。噴嘴36圍繞轂周向地34設置。各噴嘴36具有翼型件37，且翼型件37構造成，當來自燃燒器14的排出流體沿軸向方向28大體上向下游流過渦輪16時，與該排出流體空氣動力地相互作用。各噴嘴36具有前緣44、沿軸向方向28設置在前緣44下游的后緣46、壓力側48，和吸力側50。壓力側48沿軸向方向28在前緣44與后緣46之間延伸，且沿徑向方向32在第一壁40與第二壁42之間延伸。吸力側50沿軸向方向28在前緣44與后緣46之間延伸，且與壓力側48相反地沿徑向方向32在第一壁40與第二壁42之間延伸。級20中的噴嘴36構造成使得一個噴嘴36的壓力側48面對相鄰噴嘴36的吸力側50。當排出流體朝噴嘴36之間的通道流動且穿過該通道時，排出流體與噴嘴36空氣動力地相互作用，使得排出流體以相對于軸向方向28的角動量或速率流動。裝有如下噴嘴36的噴嘴級22可導致改善的機器效率和零件壽命，該噴嘴36具有構造成呈現出減小的空氣動力損失和改善的空氣動力負載的特定喉寬分布。

圖3為兩個相鄰噴嘴36的俯視圖。注意，底部噴嘴36的吸力側50面對頂部噴嘴36的壓力側48。軸向弦長56為噴嘴36的沿軸向方向28的維度。弦長57為翼型件的前緣與后緣之間的距離。級18的兩個相鄰噴嘴36之間的通道38限定在相鄰噴嘴36之間的通道38的最窄區(qū)域處測得的喉寬分布D_o。流體沿軸向方向28流過通道38。將參照圖4更詳細地論述跨過從第一壁40到第二壁42的跨度的該喉寬分布D_o。各噴嘴36的在給定百分比的跨度處的最大厚度示為Tmax。將參照圖4更詳細地論述跨過噴嘴36的高度的Tmax分布。

圖4為由相鄰噴嘴36限定且示為曲線60的喉寬分布D_o的標圖。豎直軸線代表在徑向方向32上在第一環(huán)形壁40與第二環(huán)形壁42或翼型件37的相對端之間的百分比跨度。即，0%跨度大體上表示第一環(huán)形壁40，且100%跨度表示翼型件37的相對端，且0%到100%之間的任何點對應于沿翼型件的高度在徑向方向32上在翼型件37的徑向內部與徑向外部之間的百分比距離。水平軸線代表D_o(喉寬)，給定百分比跨度處的兩個相鄰噴嘴36之間的最短距離，除以D_o__中間跨度(喉寬_中間跨度)，D_o__中間跨度為大約50%到大約55%跨度處的D_o。D_o除以D_o__{中間跨度使}該標圖58無量綱，故曲線60在噴嘴級22針對不同應用擴大或縮小時保持相同。人們可對單一尺寸的渦輪繪制其中水平軸線僅為D_o的類似的標圖。

如圖4中可見，由噴嘴后緣限定的喉寬分布從大約0%跨度(點66)處的大約80%的喉寬/喉寬_中間跨度值曲線地延伸至大約55%跨度(點68)處的大約100%的喉寬/喉寬_中間跨度值，和大約100%跨度(點70)處的大約128%的喉寬/喉寬_中間跨度值。0%處的跨度在翼型件的徑向內部處，且100%處的跨度在翼型件的徑向外部處。圖4中所示的喉寬分布可以以兩種方式有助于改善性能。首先，該喉寬分布有助于產生期望的出口流動剖面。其次，圖4中所示的喉寬分布可有助于在第一環(huán)形壁40附近(例如，轂)操縱副流(例如，橫向于主流方向的流)和/或吹掃流。表1列出了沿多個跨度部位的喉寬分布和翼型件37的后緣形狀的各種值。圖4為喉寬分布的圖解例示。應理解的是，喉寬分布值可變化大約+/-10%。

表1

圖5為由噴嘴的翼型件37的厚度限定的厚度分布Tmax/Tmax_中間跨度的標圖。豎直軸線代表在徑向方向32上在第一環(huán)形壁40與翼型件37的相對端之間的百分比跨度。水平軸線代表Tmax除以Tmax_中間跨度值。Tmax為給定跨度處的翼型件最大厚度，且Tmax_中間跨度為中間跨度(例如，大約50%到55%的跨度)處的翼型件最大厚度。將Tmax除以Tmax_中間跨度使該標圖無量綱，故曲線在噴嘴級22針對不同應用擴大或縮小時保持相同。參看表2，大約50%的中間跨度值具有為1的Tmax/Tmax_中間跨度值，因為在該跨度處，Tmax等于Tmax_中間跨度。

表2

圖6為沿各種跨度值的翼型件厚度(Tmax)除以翼型件的軸向弦長的標圖。豎直軸線代表在徑向方向32上在第一環(huán)形壁40與翼型件37的相對端之間的百分比跨度。水平軸線代表Tmax除以軸向弦長值。將翼型件厚度除以軸向弦長使得標圖無量綱，故曲線在噴嘴級22針對不同應用擴大或縮小時保持相同。具有圖5和6中所示的Tmax分布的噴嘴設計可有助于調諧噴嘴的共振頻率，以便避免與驅動器的串擾。因此，具有圖5和6中所示的Tmax分布的噴嘴36設計可延長噴嘴36的操作壽命。表3列出了各種跨度值的Tmax/軸向弦長值，其中無量綱厚度限定為給定跨度處的Tmax與軸向弦長之比。

表3

圖7為沿各種跨度值的翼型件的軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長值的標圖。豎直軸線代表在徑向方向32上在第一環(huán)形壁40與翼型件37的相對端之間的百分比跨度。水平軸線代表軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長。參看表4，大約50%的中間跨度值具有為1的軸向弦長/軸向弦長_中間跨度值，因為在該跨度處，軸向弦長等于中間跨度部位處的軸向弦長。將軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長使得該標圖無量綱，故曲線在噴嘴級22針對不同應用擴大或縮小時保持相同。表5列出了沿各種跨度值的翼型件的軸向弦長除以中間跨度處的軸向弦長值的值，其中無量綱軸向弦長限定為給定跨度處的軸向弦長與中間跨度處的軸向弦長之比。

表4

具有圖7中所示的軸向弦長分布的噴嘴設計可有助于調諧噴嘴的共振頻率，以便避免與驅動器的串擾。例如，具有線性設計的噴嘴可具有400Hz的共振頻率，而在某些跨度附近具有增大的厚度的噴嘴36可具有450Hz的共振頻率。如果噴嘴的共振頻率未被仔細調節(jié)來避免與驅動器的串擾，則操作可導致噴嘴36上的過度應力和可能的結構故障。因此，具有圖7中所示的軸向弦長分布的噴嘴36設計可延長噴嘴36的操作壽命。

所公開的實施例的技術效果包括以多種不同方式改善渦輪性能。噴嘴36設計和圖4中所示的喉寬分布可有助于在轂(例如，第一環(huán)形壁40)附近操縱副流(即，橫向于主流方向的流)和/或吹掃流。如果噴嘴的共振頻率未被仔細調節(jié)來避免與驅動器的串擾，則操作可導致噴嘴36上的過度應力和可能的結構故障。因此，具有特定跨度部位處的增大的厚度的噴嘴36設計可延長噴嘴36的操作壽命。

本書面描述使用了實例來公開主題，包括最佳模式，且還使本領域的任何技術人員能夠實施主題，包括制作和使用任何裝置或系統，以及執(zhí)行任何并入的方法。本主題的可取得專利的范圍通過權利要求限定，并且可包含其他本領域人員想到的實例。如果它們具有不與權利要求的文字語言不同的結構元件，或如果它們包括與權利要求的文字語言無顯著差別的等同結構元件，則這種其他實例意圖在權利要求的范圍內。