用于固定葉片的冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及固定葉片，并且更特別地，涉及用于固定葉片的冷卻結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]固定葉片在渦輪機(jī)應(yīng)用中使用以將熱氣流引導(dǎo)到移動(dòng)葉片從而生成動(dòng)力。在蒸汽和燃?xì)鉁u輪機(jī)應(yīng)用中，固定葉片被稱為噴嘴，并且通過端壁安裝到諸如殼體的外部結(jié)構(gòu)和/或內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)。每個(gè)端壁聯(lián)接到固定葉片的翼型部分的端部。每個(gè)端壁包括從翼型的端部向外延伸的芯體。
[0003]為了在極端溫度環(huán)境下操作，翼型和端壁需要被冷卻。例如，在一些環(huán)境下，冷卻流體從葉輪空間被牽引并且被引導(dǎo)到內(nèi)部端壁以便冷卻。與之相比，在許多燃?xì)鉁u輪機(jī)應(yīng)用中，后級(jí)噴嘴可以被進(jìn)給冷卻流體，例如，從其壓縮器提取的空氣。外徑端壁直接接收冷卻流體，而在冷卻流體從外徑端壁被引導(dǎo)通過翼型之后內(nèi)徑端壁接收冷卻流體。常規(guī)地，通過使冷卻流體穿過翼型的芯體開口內(nèi)的沖擊插入件(也稱為擋板)并且進(jìn)入從端壁分離并且定位在端壁的徑向內(nèi)部的加壓隔膜而執(zhí)行該引導(dǎo)。一旦冷卻流體在隔膜中，冷卻流體徑向向外被引導(dǎo)到端壁中的冷卻回路。端壁冷卻回路可以采用各種形式，如銷-座(pin-pedestal)布置和/或端壁中的曲折通道，其將冷卻流體引導(dǎo)到其芯體的必要部分。
[0004]隔膜布置提出許多挑戰(zhàn)。一個(gè)挑戰(zhàn)是產(chǎn)生隔膜的部件所需的物理空間需要渦輪機(jī)更長(zhǎng)，或者可能沒有用于諸如近流動(dòng)路徑密封的葉輪空間密封創(chuàng)新的空間。產(chǎn)生隔膜也是復(fù)雜的過程，原因在于它必須適合很短/小空間并且在鑄造固定葉片之后需要復(fù)雜的機(jī)械加工(或其它制造步驟)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開的第一方面提供一種用于固定葉片的冷卻結(jié)構(gòu)，所述冷卻結(jié)構(gòu)包括:在所述固定葉片的端壁中的第一室，所述第一室將來自所述固定葉片的第一冷卻流體引導(dǎo)到第一冷卻回路；以及在所述固定葉片的端壁中的第二室，所述第二室將來自所述固定葉片的第二冷卻流體引導(dǎo)到不同于所述第一冷卻回路的第二冷卻回路，其中所述第一冷卻流體具有比所述第二冷卻流體低的溫度。
[0006]本公開的第二方面提供一種固定葉片，所述固定葉片包括:翼型，所述翼型具有在其芯體開口中的沖擊插入件，所述沖擊插入件包括通過其側(cè)壁的多個(gè)沖擊孔和在其端部處的插入件通道；以及在所述翼型的端壁中的冷卻結(jié)構(gòu)，所述冷卻結(jié)構(gòu)包括:在所述固定葉片的端壁中的第一室，所述第一室將來自所述翼型的第一冷卻流體引導(dǎo)到第一冷卻回路；以及在所述固定葉片的端壁中的第二室，所述第二室將來自所述翼型的第二冷卻流體引導(dǎo)到不同于所述第一冷卻回路的第二冷卻回路，其中所述第一冷卻流體穿過所述翼型而不穿過所述多個(gè)沖擊孔，并且所述第二冷卻流體穿過所述多個(gè)沖擊孔以冷卻所述翼型，使得所述第一冷卻流體具有比所述第二冷卻流體低的溫度。
[0007]本公開的第三方面提供一種用于具有翼型的固定葉片的冷卻結(jié)構(gòu)，所述翼型具有在其中的曲折翼型冷卻回路，所述冷卻結(jié)構(gòu)包括:在所述固定葉片的端壁中的第一室，所述第一室將來自所述固定葉片的第一冷卻流體引導(dǎo)到第一冷卻回路；在所述固定葉片的端壁中的第二室，所述第二室將來自所述固定葉片的第二冷卻流體引導(dǎo)到不同于所述第一冷卻回路的第二冷卻回路，其中所述第一冷卻流體在第一位置處從所述曲折翼型冷卻回路被提取，并且所述第二冷卻流體在第二位置處從所述曲折翼型冷卻回路被提取，所述第二位置在所述第一位置的下游使得所述第一冷卻流體具有比所述第二冷卻流體低的溫度；第一冷卻流體通道，所述第一冷卻流體通道在所述固定葉片的端壁中并且從所述第一室延伸到所述第一冷卻回路；以及第二冷卻流體通道，所述第二冷卻流體通道在所述固定葉片的端壁中并且從所述第二室延伸到所述第二冷卻回路。
[0008]設(shè)計(jì)本公開的示例性方面以解決本文中所述的問題和a或未論述的其它問題。
【附圖說明】
[0009]從結(jié)合描繪本公開的各實(shí)施例的附圖進(jìn)行的本公開的各方面的以下詳細(xì)描述將更容易理解本公開的這些和其它特征，其中:
[0010]圖1是包括根據(jù)本公開的冷卻結(jié)構(gòu)的固定葉片的一個(gè)實(shí)施例的示意性橫截面圖。
[0011]圖2顯示圖1的固定葉片的端部的徑向向外透視和詳視(see-through)圖。
[0012]圖3顯示兩個(gè)固定葉片布置的徑向向外、橫截面圖。
[0013]圖4顯示端壁芯體開口的一個(gè)替代實(shí)施例的示意性橫截面圖。
[0014]圖5顯示包括冷卻結(jié)構(gòu)的固定葉片的另一實(shí)施例的示意性橫截面圖。
[0015]圖6顯示包括冷卻結(jié)構(gòu)的固定葉片的替代實(shí)施例的示意性橫截面圖。
[0016]圖7顯示具有曲折翼型冷卻回路并且包括冷卻結(jié)構(gòu)的固定葉片的另一實(shí)施例的示意性橫截面圖。
[0017]圖8顯示具有曲折翼型冷卻回路并且包括冷卻結(jié)構(gòu)的固定葉片的替代實(shí)施例的示意性橫截面圖。
[0018]圖9和10顯示端壁芯體開口的替代實(shí)施例的示意性橫截面圖。
[0019]應(yīng)當(dāng)注意本公開的附圖不按比例繪制。附圖旨在僅僅描繪本公開的典型方面，并且因此不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限制本公開的范圍。在附圖中，在附圖之間相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如上所述，本公開提供一種用于固定葉片的冷卻結(jié)構(gòu)。如本文中將描述，冷卻結(jié)構(gòu)可以采用各種形式。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻結(jié)構(gòu)可以包括:在固定葉片的端壁中的第一室，所述第一室將來自固定葉片的第一冷卻流體引導(dǎo)到第一冷卻回路；以及在固定葉片的端壁中的第二室，所述第二室將來自固定葉片的第二冷卻流體引導(dǎo)到不同于第一冷卻回路的第二冷卻回路。第一冷卻流體具有比第二冷卻流體低的溫度。由于每個(gè)室在端壁的內(nèi)部，并且特別地，在鑄造葉片期間產(chǎn)生的端壁芯體開口內(nèi)，因此本公開不需要具有較大的和泄漏的加壓隔膜?？梢酝ㄟ^封頂(例如，通過焊接金屬片部件)在去除翼型鑄件芯體之后由它們留下的端壁芯體開口空間而形成每個(gè)室。在使用沖擊插入件的情況下，冷卻結(jié)構(gòu)可以使用離開翼型的翼型沖擊后插入件冷卻流體和/或新的沖擊前插入件冷卻流體。以該方式，冷卻結(jié)構(gòu)允許僅僅在必要時(shí)使用更冷(較高冷卻能力)的沖擊前冷卻流體并且在適當(dāng)情況下使用更熱(較低冷卻能力)的沖擊后冷卻流體，并且為特定應(yīng)用提供節(jié)省的總體直接冷卻流動(dòng)。對(duì)于使用曲折翼型冷卻回路的固定葉片可以通過牽引來自翼型冷卻回路的不同位置的冷卻流體獲得類似的益處。
[0021]參考圖1-3，在示意性橫截面中示出用于固定葉片102的冷卻結(jié)構(gòu)100。固定葉片102包括可以安裝到固定結(jié)構(gòu)(如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體(未顯示))的外徑向端部104。固定葉片102的內(nèi)徑向端部106可以以常規(guī)方式密封到轉(zhuǎn)子(未顯示)。固定葉片102可以包括適合于它所用于的應(yīng)用的任何現(xiàn)在已知的或以后開發(fā)的材料，例如高溫鋼，并且可以通過鑄造形成。固定葉片102包括聯(lián)接到端壁110的翼型108。翼型108用于朝著鄰近固定葉片102的、安裝到轉(zhuǎn)子(未顯示)的多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片(未顯示)引導(dǎo)工作流體流動(dòng)。為了描述目的如圖所示，端壁110包括在固定葉片102的內(nèi)徑向端部處的擴(kuò)大區(qū)域，所述擴(kuò)大區(qū)域包括在其芯體113部分中的多個(gè)冷卻回路112。需要強(qiáng)調(diào)的是類似的端壁也可以定位在固定葉片102的外徑向端部104處；本公開的教導(dǎo)同等地適用于定位在外徑向端部104處的端壁。
[0022]參考圖2和3，示出多個(gè)示例性冷卻回路112。圖2顯示具有在其中的各冷卻回路112的單個(gè)固定葉片102，并且圖3顯示共用端壁110并且具有在其中的各冷卻回路112的一對(duì)固定葉片102。冷卻回路112可以延伸通過端壁110的任何部分并且可能進(jìn)入鄰近固定葉片102的葉輪空間120 (圖1)或翼型108的部分中。在本領(lǐng)域中眾所周知，并且如圖2中最佳地所示，每個(gè)冷卻回路112可以采取通過端壁110的特定部分(例如，前緣部分110LE、后緣部分110TE、壓力側(cè)部分110PS和/或吸力側(cè)部分110SS)的曲折路徑。替代地，如圖3中所示，每個(gè)冷卻回路112可以使用定位在端壁110的特定部分(例如，前緣部分110LE、后緣部分110TE、壓力側(cè)部分110PS和/或吸力側(cè)部分110SS)中的各種銷和座冷卻結(jié)構(gòu)114。需要時(shí)，曲折路徑和銷和座冷卻結(jié)構(gòu)也可以一起使用，如圖2中所示。除了端壁110中的冷卻回路112以外，翼型108也可以包括在其中的翼型冷卻回路121，如本文中將描述，所述翼型冷卻回路可以采用各種形式。
[0023]參考圖1，在一個(gè)實(shí)施例中，翼型冷卻回路121可以使用一個(gè)或多個(gè)沖擊插入件126(也稱為沖擊擋板)。更特別地，在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)鑄造固定葉片102時(shí)，提供可去除芯體(未顯示)，所述可去除芯體產(chǎn)生通過其翼型108的芯體開口 122和在其端壁110中的端壁芯體開口 124。在圖1-3的實(shí)施例中，單個(gè)沖擊插入件126定位在芯體開口 122中。沖擊插入件126包括延伸通過其側(cè)壁的壁130的多個(gè)沖擊孔12