一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的噴嘴環(huán)的噴嘴段及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型總體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機，并且更具體地涉及包括翼面中用于冷卻噴嘴端壁的薄膜冷卻小孔的噴嘴段。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪發(fā)動機包括壓縮機、燃燒器和渦輪部段。渦輪部段易受高溫。具體地，渦輪部段的第一級易受此類高溫使得第一級通常用從壓縮機引出并且尤其引入噴嘴段和渦輪葉片中的空氣冷卻。
[0003]引入至噴嘴段中的空氣的一部分可被引導(dǎo)穿過噴嘴段翼面的壁并且沿壁的壓力側(cè)表面通過以薄膜冷卻壁。授予J.Butkiewicz的美國專利申請N0.2011/0038708公開了包括翼面主體的翼面，所述翼面主體具有可在徑向端部延伸的壓力表面和限定在其中的翼面內(nèi)部中的流體路徑。為了冷卻徑向端部的表面上的一部分，壓力表面形成為進一步沿壓力表面的圓周方向限定通道，冷卻劑可從翼面內(nèi)部中的流體路徑通過該通道傳送。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提供了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的噴嘴環(huán)的噴嘴段，目的在于克服由本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的或本領(lǐng)域中已知的現(xiàn)有技術(shù)存在的問題中的一個或多個。
[0005]本實用新型涉及包括翼面中用于冷卻噴嘴端壁的薄膜冷卻小孔的噴嘴段。公開了燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的噴嘴環(huán)的噴嘴段。噴嘴段包括上端壁、下端壁和翼面。翼面在上端壁和下端壁之間延伸。翼面包括前緣、后緣、壓力側(cè)壁、吸力側(cè)壁、多個內(nèi)冷卻孔和多個外冷卻孔。前緣從上端壁延伸至下端壁。后緣從上端壁延伸至遠(yuǎn)離前緣的下端壁。壓力側(cè)壁從前緣延伸至后緣。吸力側(cè)壁從前緣延伸至后緣。多個內(nèi)冷卻孔延伸穿過壓力側(cè)壁并且布置在前緣和后緣之間相鄰于下端壁的第一行中。多個外冷卻孔延伸穿過壓力側(cè)壁并且布置在前緣和后緣之間相鄰于上端壁的第二行中。
[0006]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。
[0007]所述多個內(nèi)冷卻孔的每個內(nèi)冷卻孔與所述多個內(nèi)冷卻孔中相鄰的內(nèi)冷卻孔間隔開3至5個直徑間距，并且所述多個外冷卻孔的每個外冷卻孔與所述多個外冷卻孔中相鄰的外冷卻孔間隔開3至5個直徑間距。
[0008]所述多個內(nèi)冷卻孔的每個內(nèi)冷卻孔和所述多個外冷卻孔的每個外冷卻孔具有至少0.5毫米的直徑。
[0009]所述多個內(nèi)冷卻孔的每個內(nèi)冷卻孔和所述多個外冷卻孔的每個外冷卻孔包括15度到50度范圍的噴射角。
[0010]還包括:
[0011]多個噴灑冷卻孔，所述多個噴灑冷卻孔延伸穿過所述前緣并且布置在所述上端壁和所述下端壁之間延伸的第一組中；以及
[0012]多個成角度的冷卻孔，所述多個成角度的冷卻孔延伸穿過所述壓力側(cè)壁并且布置在所述多個內(nèi)冷卻孔和所述多個外冷卻孔之間延伸的第二組中，所述多個成角度的冷卻孔的每個成角度的冷卻孔包括15度到45度范圍的復(fù)合角。
[0013]所述多個噴灑冷卻孔的每個噴灑冷卻孔包括20度到45度范圍的噴灑復(fù)合角，并且其中所述多個噴灑冷卻孔和所述多個成角度的冷卻孔在方向性上可替換，使得所述噴灑復(fù)合角和所述復(fù)合角在相反的徑向方向上。
[0014]所述多個內(nèi)冷卻孔的每個內(nèi)冷卻孔與所述下端壁間隔，最大間隔距離是所述內(nèi)冷卻孔的所述直徑的7倍，并且所述多個外冷卻孔的每個外冷卻孔與所述上端壁間隔，最大間隔距離是所述外冷卻孔的所述直徑的7倍。
[0015]還包括:
[0016]第二翼面，所述第二翼面在所述上端壁和與所述翼面周向偏置的所述下端壁之間徑向延伸，所述第二翼面包括
[0017]第二前緣，所述第二前緣從所述上端壁延伸至所述下端壁，
[0018]第二后緣，所述第二后緣從所述上端壁延伸至與所述第二前緣軸向偏置的所述下端壁，
[0019]第二壓力側(cè)壁，所述第二壓力側(cè)壁從所述第二前緣延伸至帶有第二凹面形狀的所述第二后緣并且從所述上端壁延伸至所述下端壁，
[0020]第二吸力側(cè)壁，所述第二吸力側(cè)壁從所述第二前緣延伸至帶有第二凸面形狀的所述第二后緣并且從所述上端壁延伸至所述下端壁，
[0021]第二多個內(nèi)冷卻孔，所述第二多個內(nèi)冷卻孔延伸穿過所述第二壓力側(cè)壁并且布置在所述第二前緣和所述第二后緣之間延伸的第三行中，所述第二后緣沿所述下端壁的徑向向外分布，且距離為所述第二多個內(nèi)冷卻孔之一的第三直徑3至7倍，以及
[0022]第二多個外冷卻孔，所述第二多個外冷卻孔延伸穿過所述第二壓力側(cè)壁并且布置在所述第二前緣和所述第二后緣之間的第四行中，所述第二后緣沿所述上端壁的徑向向內(nèi)分布，且距離為所述第二多個外冷卻孔之一的第四直徑的3至7倍。
[0023]一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機，包括上述的噴嘴段的技術(shù)方案，所述噴嘴段位于所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的第一級渦輪噴嘴中。
[0024]本實用新型的上述技術(shù)方案減少了有效地冷卻每個噴嘴段所需要的冷卻空氣的量。
【附圖說明】
[0025]圖1是示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的示意圖。
[0026]圖2是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的噴嘴段的透視圖。
[0027]圖3是圖2的翼面的橫截面。
[0028]圖4是圖2的翼面的一部分的詳細(xì)視圖。
【具體實施方式】
[0029]本文所公開的系統(tǒng)和方法包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的噴嘴環(huán)的噴嘴段。在實施例中，噴嘴段包括上端壁、下端壁和它們之間的一個或多個翼面。每個翼面包括分別穿過相鄰于上端壁和下端壁的翼面的壓力側(cè)壁的第一行冷卻孔和第二行冷卻孔。每一行中的冷卻孔水平地與相鄰端壁成一定角度。從冷卻孔行排出的冷卻空氣可以由二次流引向相鄰端壁，以冷卻端壁并且具體地冷卻靠近壓力側(cè)根部和后緣的端壁部分。
[0030]圖1是示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機100的示意圖。為了清晰和易于說明起見，已經(jīng)省去或放大了一些表面(在此圖和其他附圖中)。另外，本實用新型可參考向前方向和向后方向。通常，除非另外指明，否則對“向前”和“向后”的所有提及都與一次空氣(即，在燃燒過程中使用的空氣)的流動方向有關(guān)。例如，向前是相對于一次空氣流動的“上游”，而向后是相對于一次空氣流動的“下游”。
[0031]此外，本實用新型通?？蓞⒖既?xì)鉁u輪發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的中心軸線95，其通?？梢杂善漭S120 (由多個軸承組件150支撐)的縱向軸線限定。各種其他發(fā)動機同心部件可以共用或共享中心軸線95。除非另外指明，否則對徑向、軸向和周向方向以及測量的所有參考都是指中心軸線95，并且術(shù)語諸如“內(nèi)”和“外”通常指示離中心軸線95較小或較大的徑向距離，其中徑向96可以是在垂直于中心軸線95和從中心軸線95向外輻射的任何方向上。
[0032]燃?xì)鉁u輪發(fā)動機100包括入口 110、軸120、壓縮機200、燃燒器300、渦輪400、排氣裝置500和功率輸出接合裝置600。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機100可以具有單軸或雙軸配置。
[0033]壓縮機200包括壓縮機轉(zhuǎn)子組件210、壓縮機固定式機葉(定子)250和入口導(dǎo)向機葉255。壓縮機轉(zhuǎn)子組件210機械地接合至軸120。如圖所示，壓縮機轉(zhuǎn)子組件210是軸流式轉(zhuǎn)子組件。壓縮機轉(zhuǎn)子組件210包括一個或多個壓縮機盤組件220。每個壓縮機盤組件220包括周向地組裝有壓縮機轉(zhuǎn)子葉片的壓縮機轉(zhuǎn)子盤。定子250軸向地位于壓縮機盤組件220中的每一個之后。與位于壓縮機盤組件220之后的相鄰定子250配對的每個壓縮機盤組件220被認(rèn)為是壓縮機級。壓縮機200包括多個壓縮機級。入口導(dǎo)向機葉255軸向地位于壓縮機級之前。
[0034]燃燒器300包括一個或多個燃料噴射器310并且包括一個或多個燃燒室390。
[0035]渦輪400包括渦輪轉(zhuǎn)子組件410和渦輪噴嘴450。渦輪轉(zhuǎn)子組件410機械地耦接至軸120。如圖1所示，渦輪轉(zhuǎn)子組件410是軸流式轉(zhuǎn)子組件。渦輪轉(zhuǎn)子組件410包括一個或多個渦輪盤組件420。每個渦輪盤組件420包括周向地組裝有渦輪葉片的渦輪盤。渦輪噴嘴450諸如噴嘴環(huán)軸向地位于每個渦輪盤組件420之前。每個渦輪噴嘴450包括組合在一起以形成環(huán)的多個噴嘴段451。與位于渦輪盤組件420之前的相鄰渦輪噴嘴450配對的每個渦輪盤組件420被認(rèn)為是渦輪級。渦輪400包括多個渦輪級。
[0036]渦輪400也可以包括渦輪外殼430和渦輪導(dǎo)流片440。渦輪外殼430可以位于渦輪轉(zhuǎn)子組件410和渦輪噴嘴450的徑向向外處。渦輪外殼430可以包括一個或多個圓柱形狀。每個噴嘴段451可以被配置成附接、接合至渦輪外殼430或從渦輪430懸掛。每個渦輪導(dǎo)流片440可以軸向地位于渦輪盤組件420之前并且可以相鄰于渦輪盤。每個渦輪導(dǎo)流片440也可位于渦輪噴嘴450的徑向向內(nèi)處。每個噴嘴段451也可以被配置成附接或接合至渦輪導(dǎo)流片440。
[0037]排氣管500包括排氣擴散器510和排氣收集器520。功率輸出接合裝置600可位于軸120的端部處。
[0038]圖2是圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機100的噴嘴段451的透視圖。噴嘴段451包括上護罩452、下護罩456、翼面460和第二翼面470。在其他實施例中，噴嘴段451可以包括更多或更少的翼面。當(dāng)噴嘴段451安裝在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機100中時，上護罩452可以位于渦輪外殼430的相鄰并徑向向內(nèi)處。上護罩452包括上端壁453。上端壁453可以是環(huán)形形狀的一部分，諸如扇形。例如，扇形可以是圓環(huán)的扇形(圓環(huán)扇形)或空心圓柱扇形。圓環(huán)形狀可以由帶有包括凸