本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)，且更確切地說，涉及用于此種燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的各部件的冷卻組件。

背景技術(shù)：
在燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)中，燃燒器將燃料或空氣燃料混合物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。熱能由流體（通常為壓縮空氣）從壓縮機(jī)傳送到渦輪，在渦輪中，熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。作為轉(zhuǎn)化過程中的一部分，熱氣在渦輪的若干部分上方流動，并且流過作為熱氣路徑的所述渦輪的若干部分。沿著所述熱氣路徑的高溫可以加熱渦輪部件，從而導(dǎo)致部件的功能退化。渦輪部分的徑向外部件（例如，渦輪防護(hù)罩組件）以及渦輪部分的徑向內(nèi)部件為易受熱氣路徑影響的部件的實(shí)例。盡管已嘗試采用各種冷卻方案來切實(shí)有效地對此類渦輪部件進(jìn)行冷卻，但是供應(yīng)到此類渦輪部件的冷卻空氣通常會被浪費(fèi)，并且會降低渦輪發(fā)動機(jī)的總體效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的冷卻組件包括具有至少一條通道的渦輪噴嘴，所述至少一條通道包括通道入口，所述通道入口經(jīng)配置以從冷卻源接收冷卻流，其中所述至少一條通道以第一壓力在徑向方向上引導(dǎo)冷卻流穿過渦輪噴嘴到達(dá)通道出口。還包括出口腔室，所述出口腔室用于使所述通道出口與渦輪部件區(qū)域流體連通，其中所述渦輪部件的所述區(qū)域處于第二壓力，其中所述第一壓力大于所述第二壓力。優(yōu)選的，其中所述冷卻源為設(shè)置在所述渦輪噴嘴上游的壓縮機(jī)，并且所述冷卻流沖擊在所述至少一條通道上。優(yōu)選的，其中所述渦輪噴嘴設(shè)置在徑向內(nèi)區(qū)段與徑向外區(qū)段之間，并且有效地連接到所述徑向內(nèi)區(qū)段和所述徑向外區(qū)段。優(yōu)選的，其中所述通道入口設(shè)置在所述徑向內(nèi)區(qū)段鄰近處，其中所述冷卻流被徑向向外引導(dǎo)至所述通道出口。優(yōu)選的，其中所述渦輪部件包括渦輪防護(hù)罩組件，所述渦輪防護(hù)罩組件設(shè)置在所述渦輪噴嘴的所述通道出口的下游，其中所述出口腔室由護(hù)罩區(qū)段包圍，并且將所述冷卻流引導(dǎo)至位于所述渦輪防護(hù)罩組件的前表面鄰近處的內(nèi)部區(qū)域。優(yōu)選的，其中所述渦輪噴嘴為第一級渦輪噴嘴，并且所述渦輪防護(hù)罩組件為設(shè)置在第一渦輪轉(zhuǎn)子級的徑向外部的第一級渦輪防護(hù)罩組件。優(yōu)選的，其中所述渦輪噴嘴包括多條路徑，所述多條路徑包括蛇形冷卻回路，其中所述通道入口設(shè)置在所述多條路徑中的至少一條路徑的鄰近處，其中所述冷卻流被徑向向外引導(dǎo)至所述通道出口，其中所述渦輪部件包括渦輪防護(hù)罩組件，所述渦輪防護(hù)罩組件設(shè)置在所述渦輪噴嘴的所述通道出口的下游，其中所述出口腔室由護(hù)罩區(qū)段包圍，并將所述冷卻流引導(dǎo)至位于所述渦輪防護(hù)罩組件的前表面鄰近處的內(nèi)部區(qū)域。優(yōu)選的，其中所述渦輪噴嘴以懸臂方式安裝到徑向外區(qū)段，其中所述通道入口設(shè)置在沖擊后區(qū)域的鄰近處，并且所述冷卻流被徑向向內(nèi)引導(dǎo)至所述通道出口。優(yōu)選的，其中所述出口腔室包括噴嘴隔板，所述噴嘴隔板設(shè)置在所述渦輪噴嘴的所述通道出口的鄰近處，且鄰近于徑向內(nèi)區(qū)段。優(yōu)選的，其中所述渦輪噴嘴包括多條路徑，所述多條路徑包括蛇形冷卻回路，其中所述通道入口設(shè)置在所述多條路徑中的至少一條路徑的鄰近處，其中所述冷卻流被徑向向內(nèi)引導(dǎo)至所述通道出口，其中所述出口腔室包括噴嘴隔板，所述噴嘴隔板設(shè)置在所述渦輪噴嘴的所述通道出口的鄰近處，且鄰近于徑向內(nèi)區(qū)段。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的冷卻組件包括設(shè)置在徑向內(nèi)區(qū)段（innersegment）與徑向外區(qū)段（outersegment）之間的渦輪噴嘴，所述渦輪噴嘴具有多條通道，每條通道包括通道入口，所述通道入口經(jīng)配置以從冷卻源接收冷卻流，其中所述多條通道在徑向方向上引導(dǎo)冷卻流穿過渦輪噴嘴到達(dá)通道出口。還包括多個轉(zhuǎn)子葉片，所述多個轉(zhuǎn)子葉片以可旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸與由渦輪外殼支撐的固定式渦輪防護(hù)罩組件之間，其中所述固定式渦輪防護(hù)罩組件位于渦輪噴嘴的下游。進(jìn)一步包括由護(hù)罩區(qū)段完全包圍的出口腔室，所述出口腔室用于使通道出口與固定式渦輪防護(hù)罩組件流體連通，其中所述冷卻流被傳輸?shù)焦潭ㄊ綔u輪防護(hù)罩組件。優(yōu)選的，其中所述冷卻源包括設(shè)置在所述渦輪噴嘴上游的壓縮機(jī)，并且所述冷卻流以第一壓力沖擊在所述多條通道上。優(yōu)選的，其中所述渦輪噴嘴有效地連接到所述徑向內(nèi)區(qū)段和所述徑向外區(qū)段。優(yōu)選的，其中所述通道入口設(shè)置在所述徑向內(nèi)區(qū)段鄰近處，其中所述冷卻流被徑向向外引導(dǎo)至所述通道出口。優(yōu)選的，其中所述出口腔室將所述冷卻流引導(dǎo)至位于所述固定式渦輪防護(hù)罩組件的前表面鄰近處的內(nèi)部區(qū)域，其中所述內(nèi)部區(qū)域包括小于所述第一壓力的第二壓力。優(yōu)選的，其中所述渦輪噴嘴為第一級渦輪噴嘴，并且所述固定式渦輪防護(hù)罩組件為第一級渦輪防護(hù)罩組件。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)包括用于在高壓下分配冷卻流的壓縮機(jī)。還包括有效地支撐和容納第一級渦輪噴嘴的渦輪外殼，所述第一級渦輪噴嘴具有多條通道，所述多條通道用于接收冷卻流以冷卻所述第一級渦輪噴嘴，并用于徑向地引導(dǎo)冷卻流穿過所述第一級渦輪噴嘴。進(jìn)一步包括第一渦輪轉(zhuǎn)子級，所述第一渦輪轉(zhuǎn)子級以可旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置在第一級渦輪防護(hù)罩組件的徑向內(nèi)部，其中所述第一級渦輪防護(hù)罩組件設(shè)置在第一級渦輪噴嘴的下游。又包括被包圍的出口腔室，所述出口腔室使所述多條通道中的至少一條通道與第一級渦輪防護(hù)罩組件流體連通，從而將冷卻流輸送到所述第一級渦輪防護(hù)罩組件。優(yōu)選的，其中所述多條通道中的每條通道都包括設(shè)置在徑向內(nèi)區(qū)段鄰近處的通道入口和設(shè)置在所述渦輪外殼鄰近處的通道出口，其中所述冷卻流被徑向向外引導(dǎo)至所述通道出口。優(yōu)選的，其中所述出口腔室將所述冷卻流引導(dǎo)至位于所述第一級渦輪防護(hù)罩組件的前表面鄰近處的內(nèi)部區(qū)域。優(yōu)選的，其中所述冷卻流包括所述多條通道內(nèi)的第一壓力，其中所述出口腔室包括小于所述第一壓力的第二壓力。通過以下結(jié)合附圖進(jìn)行的說明可以更加清楚地了解這些和其他優(yōu)點(diǎn)以及特征。附圖說明作為本說明書的結(jié)論，權(quán)利要求書詳細(xì)指出并明確主張了本發(fā)明。通過以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說明可以清楚地了解本發(fā)明的上述和其他特征以及優(yōu)點(diǎn)，在附圖中：圖1是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖2是用于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的第一實(shí)施例的冷卻組件的側(cè)視圖；以及圖3是用于燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的第二實(shí)施例的冷卻組件的側(cè)視圖。具體實(shí)施方式參考附圖并通過實(shí)例來介紹本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。具體實(shí)施方式參考圖1，燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)用附圖標(biāo)記10示意地示出。燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10包括壓縮機(jī)12、燃燒器14、渦輪16、軸18以及燃料噴嘴20。應(yīng)理解，燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10的一個實(shí)施例可以包括多個壓縮機(jī)12、燃燒器14、渦輪16、軸18以及燃料噴嘴20。壓縮機(jī)12和渦輪16由軸18來連接。軸18可以是單一的軸或者是多個軸區(qū)段連接在一起而形成該軸18。燃燒器14使用天然氣或富含氫的合成氣等易燃液體和/或氣體燃料來運(yùn)行燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10。例如，燃料噴嘴20與空氣供應(yīng)源和燃料供應(yīng)源22流體連通。燃料噴嘴20產(chǎn)生空氣-燃料混合物，并且將所述空氣-燃料混合物排入燃燒器14中，從而引起燃燒，產(chǎn)生熱壓縮排氣。燃燒器14將熱壓縮氣體通過過渡連接件引導(dǎo)至渦輪噴嘴（或“一級噴嘴”）、以及其他級槳葉和噴嘴中，從而使渦輪葉片在渦輪外殼24內(nèi)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)使軸18旋轉(zhuǎn)，從而在空氣流入壓縮機(jī)12中時對空氣進(jìn)行壓縮。在一個實(shí)施例中，熱氣路徑部件位于渦輪16中，其中穿過部件的熱氣流使渦輪部件蠕變、氧化、磨損以及產(chǎn)生熱疲勞。熱氣部件的實(shí)例包括槳葉組件（也稱為葉片或葉片組件）、噴嘴組件（也稱為輪葉或輪葉組件）、防護(hù)罩（shroud）組件、過渡連接件、固定環(huán)以及壓縮機(jī)排氣部件。列出的部件僅為說明性的，而并非意圖作為易受熱氣影響的示例性部件的詳盡列表。控制熱氣部件的溫度可以減少部件中的損壞狀況。參考圖2，圖示了渦輪16的入口區(qū)域26，所述入口區(qū)域26包括第一級渦輪噴嘴等的渦輪噴嘴28以及第一轉(zhuǎn)子級組件等的轉(zhuǎn)子級組件30。盡管采用第一級為背景進(jìn)行描述，但是應(yīng)理解，渦輪噴嘴28和轉(zhuǎn)子級組件30可以為下游級。主要熱氣路徑31越過并通過渦輪噴嘴28和轉(zhuǎn)子級組件30。轉(zhuǎn)子級組件30有效地連接到軸18（圖1）并且以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在渦輪防護(hù)罩組件32的徑向內(nèi)部。通常情況下，渦輪防護(hù)罩組件32通常為相對固定的，并且有效地由渦輪外殼24支撐。此外，渦輪防護(hù)罩組件32與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子級組件30一起用作密封部件，用于通過減少沿著轉(zhuǎn)子級組件30周圍發(fā)生泄漏的熱氣的量來提高燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10的總體效率，從而增加轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱氣的量。由于鄰近主要熱氣路徑31，渦輪防護(hù)罩組件32需要來自冷卻源的冷卻流34。所述冷卻源通常為壓縮機(jī)12，所述壓縮機(jī)12除了如上所述的提供用于與易燃燃料燃燒的壓縮空氣之外，還提供輔助氣流，本說明書中稱為冷卻流34。冷卻流34為繞過燃燒器14的高壓氣流，用于輸送到所選擇的需要冷卻流34的區(qū)域，以抵消主要熱氣路徑31產(chǎn)生的熱量傳輸。在第一實(shí)施例（圖2）中，渦輪噴嘴28設(shè)置在轉(zhuǎn)子級組件30的上游，并且在內(nèi)區(qū)段36和外區(qū)段中間徑向延伸，所述渦輪噴嘴28有效地安裝到內(nèi)區(qū)段36和外區(qū)段，并由它們進(jìn)行支撐，其中所述內(nèi)區(qū)段36鄰近軸18，所述外區(qū)段可以相當(dāng)于渦輪外殼24。渦輪噴嘴28也需要冷卻流34，并且經(jīng)配置以經(jīng)由一條或多條主要通道38接收鄰近內(nèi)區(qū)段36的冷卻流34，所述一條或多條主要通道38將冷卻流34沖擊到渦輪噴嘴28內(nèi)的至少一個沖擊區(qū)域?；蛘?，冷卻流34可以經(jīng)由蛇形流動回路被引導(dǎo)穿過渦輪噴嘴28，所述蛇形流動回路包括多條流路。至少一條，但通常是多條微通道40設(shè)置在渦輪噴嘴28的內(nèi)部區(qū)域，每條微通道40包括至少一個通道入口42和至少一個通道出口44。所述至少一個通道入口42經(jīng)設(shè)置鄰近于沖擊區(qū)域或蛇形流動回路的多條流路中的至少一條流路。所述至少一個通道出口44位于徑向外區(qū)段或渦輪外殼24的附近，并且將冷卻流34排到出口腔室46，所述出口腔室46引導(dǎo)冷卻流34朝向渦輪防護(hù)罩組件32進(jìn)行軸向下游流動。出口腔室46所處的壓力小于設(shè)置在上游位置的渦輪噴嘴的內(nèi)部區(qū)域的壓力，冷卻流34穿過所述渦輪噴嘴進(jìn)行傳輸。代替將冷卻流34噴射到主要熱氣路徑31中，出口腔室46由蓋子或護(hù)罩（hood）47部分或完全包圍，以通過安全地將冷卻流34向下游傳送到渦輪防護(hù)罩組件32來“再次使用”冷卻流34，如上所述，渦輪防護(hù)罩組件32需要冷卻，并且通常采用從壓縮機(jī)12等的冷卻源產(chǎn)生的額外冷卻流。具體而言，出口腔室46將冷卻流34引導(dǎo)至渦輪防護(hù)罩組件32的前表面48，且更確切地說，導(dǎo)向渦輪防護(hù)罩組件32的內(nèi)部區(qū)域50，其中冷卻流34穿過前表面48的孔。內(nèi)部區(qū)域50包圍的體積的壓力小于微通道40和出口腔室46的壓力，所述微通道40和所述出口腔室46稱為上游區(qū)域。所述上游區(qū)域具有第一壓力，而內(nèi)部區(qū)域50具有第二壓力，如上所述，其中所述第二壓力小于所述第一壓力。所述第一壓力與所述第二壓力之間的壓力差值使得冷卻流34可以從較高壓力的上游區(qū)域被吸到較小的第二壓力區(qū)域中。冷卻流34的輸送在渦輪防護(hù)罩組件32上產(chǎn)生冷卻效果。通過減少壓縮機(jī)12所需的冷卻流的量，可以更有效地運(yùn)行燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10?，F(xiàn)在參考圖3，圖示了渦輪噴嘴的第二實(shí)施例，并且渦輪噴嘴用附圖標(biāo)記128來指代。渦輪噴嘴128在若干方面與渦輪噴嘴28的第一實(shí)施例類似，在結(jié)構(gòu)和功能方面均類似，但存在一個顯著的區(qū)別。渦輪噴嘴128以懸臂方式（cantilever）安裝到外區(qū)段，例如，渦輪外殼24。在圖示的實(shí)施例中，將冷卻流34從渦輪外殼24鄰近處供應(yīng)到渦輪噴嘴128，并且在朝著軸18的徑向向內(nèi)方向上，引導(dǎo)冷卻流34在內(nèi)部穿過微通道40。此處，至少一個通道出口44設(shè)置在內(nèi)區(qū)段36的鄰近處，且確切地說，鄰近于噴嘴隔板60，所述噴嘴隔板60經(jīng)配置以接收冷卻流34，并且可以與上述出口腔室46交換運(yùn)用。與第一實(shí)施例中渦輪防護(hù)罩組件32的內(nèi)部區(qū)域50一樣，噴嘴隔板60包括具有相對低壓的體積62，該體積將冷卻流34從至少一個通道出口44吸到噴嘴隔板60中，用于在噴嘴隔板60中冷卻。在這種配置中，沖擊后的空氣經(jīng)由微通道40被傳輸?shù)絿娮旄舭?0，從而防止沖擊后的空氣發(fā)生沖擊能力退化?；蛘撸鋮s流34可以經(jīng)由蛇形流動回路被引導(dǎo)穿過渦輪噴嘴128，所述蛇形流動回路包括多條流路。冷卻流34可以進(jìn)一步經(jīng)過噴嘴隔板60、通過內(nèi)部支撐環(huán)而被傳輸?shù)皆O(shè)置在軸18鄰近處的葉輪空間中。這通過由上文詳細(xì)描述的蓋子或護(hù)罩47部分或完全包圍的路徑來協(xié)助完成，所述部分或完全包圍的路徑穿過內(nèi)部支撐環(huán)。相應(yīng)地，渦輪噴嘴28、128將冷卻流34傳送到需要冷卻的額外的渦輪部件，并且減少從壓縮機(jī)12等冷卻源所需的冷卻流的量，從而有效地對渦輪部件進(jìn)行冷卻。冷卻流34通過循環(huán)穿過冷卻組件而有效地實(shí)現(xiàn)“再次使用”，所述冷卻組件包括出口腔室46，所述出口腔室46將冷卻流34從微通道40傳輸?shù)綔u輪16的較低壓區(qū)域，所述微通道40設(shè)置在渦輪噴嘴28和128的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)。因此，可以實(shí)現(xiàn)對燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)10的總體效率的提高。盡管僅結(jié)合了有限數(shù)目的實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明，但容易了解，本發(fā)明并不限于所揭示的此類實(shí)施例。相反，本發(fā)明可以經(jīng)修改以涵蓋之前并未描述、但與本發(fā)明的精神和范圍相符合的任意數(shù)目的變化、更改、替換或等效布置。另外，盡管已描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)了解，本發(fā)明的各方面可以僅包括所述實(shí)施例中的一些實(shí)施例。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為受前述說明的限制，而是僅受所附權(quán)利要求書的范圍的限制。