用于静止轮叶的冷却结构技术领域
本发明总体涉及静止轮叶(stationary blades)，并且更具体地，
涉及用于静止轮叶的冷却结构(cooling structure)。
背景技术
静止轮叶在涡轮机应用中用于将热气体流引导至移动轮叶
(moving blades)以发电。在蒸汽和燃气涡轮机应用中，静止轮叶被
称为喷嘴(nozzles)，并且通过端壁(endwall)安装于诸如壳体和/
或内部密封结构之类的外部结构。每个端壁都联结到静止轮叶的翼型
件的相应端部。静止轮叶还能够包括通道或其它特征，以用于使从涡
轮机的操作性部件吸收热的冷却流体循环。
为了在极端温度设定下操作，需要对翼型件和端壁进行冷却。例
如，在一些设定中，冷却流体被从轮空间(wheel space)拉出并且被
引导至静止轮叶的内部端壁(internal endwalls)以用于冷却。相比之
下，在多种燃气涡轮机应用中，可以向靠后级的喷嘴供给冷却流体，
例如从燃气涡轮机的压缩机提取的空气。外径端壁(Outer diameter
endwalls)可以直接接收冷却流体，而内径端壁(inner diameter
endwalls)可以在冷却流体从外径被引导通过翼型件之后接收冷却流
体。除了冷却的有效性，静止轮叶及其部件的结构也能够影响诸如涡
轮机的可制造性、检查便利性、和耐久性之类的其它因素。
发明内容
本发明的第一方面提供一种用于静止轮叶的冷却结构，该冷却结
构包括：翼型件(airfoil)，该翼型件中具有冷却回路(cooling circuit)；
端壁，该端壁相对于涡轮机的转子轴线联接到翼型件的径向端；室
(chamber)，该室定位在端壁内以用于从冷却回路接收冷却流体
(cooling fluid)并且该室包括在其中的上游区域(upstream region)
和下游区域(downstream region)，其中冷却流体从端壁吸收热，并
且上游区域中的冷却流体的温度低于下游区域中的冷却流体的温度；
位于端壁内的第一通道(first passage)，该第一通道将室的上游区域
流体连接到定位在端壁和涡轮转轮(turbine wheel)之间的轮空间，
其中上游区域中的冷却流体的第一部分通过第一通道；和位于端壁内
的第二通道，该第二通道将室的下游区域流体连接到轮空间，其中下
游区域中的冷却流体的第二部分通过第二通道，并且冷却流体的剩余
部分(remainder portion)绕过(bypass)第一通道和第二通道而不进
入轮空间。
较佳地，所述冷却结构还包括位于所述室内的导热固定件
(thermally conductive fixture)以用于从所述端壁向冷却流体传热。
较佳地，所述第一通道定位在所述导热固定件的上游，并且所述
第二通道定位在所述导热固定件的下游。
较佳地，所述第一通道将所述室的上游区域流体连接到所述轮空
间中的第一位置，并且所述第二通道将所述室的下游区域流体连接到
所述轮空间中的第二位置。
较佳地，所述室的上游区域定位成接近所述翼型件的前缘(leading
edge)，并且所述室的下游区域定位成接近所述翼型件的后缘(trailing
edge)。
较佳地，所述室还包括定位在所述端壁内的前室(fore chamber)
和后室(aft chamber)，其中所述前室定位成接近所述翼型件的前缘，
所述后室定位成接近所述翼型件的后缘，所述上游区域定位在所述前
室内，并且所述下游区域定位在所述后室内。
较佳地，所述冷却结构还包括第三通道，所述第三通道将所述室
流体连接到所述轮空间，其中所述第三通道中的冷却流体的温度与所
述室的所述上游区域中的冷却流体的温度和所述室的所述下游区域
中的冷却流体的温度不同。
较佳地，所述翼型件包括从所述端壁延伸的多个翼型件，并且所
述多个翼型件中的一个包括与所述室流体连通的冷却回路。
本发明的第二方面提供一种用于静止轮叶的冷却结构，所述冷却
结构包括：翼型件，所述翼型件中具有冷却回路；端壁，所述端壁相
对于涡轮机的转子轴线联接到所述翼型件的径向端；第一室，所述第
一室定位在所述端壁内以用于接收冷却流体，其中所述第一室中的冷
却流体从所述端壁的第一部分吸收热，并且其中来自所述冷却回路的
冷却流体的第一部分进入所述第一室；位于所述端壁内的第一通道，
所述第一通道将所述第一室流体连接到定位在所述端壁和涡轮转轮
之间的轮空间；第二室，所述第二室定位在所述端壁内以用于接收冷
却流体，其中所述第二室中的冷却流体从所述端壁的第二部分吸收
热，并且其中来自所述冷却回路的冷却流体的第二部分进入所述第二
室；和位于所述端壁内的第二通道，所述第二通道将所述第二室流体
连接到定位在所述端壁和所述涡轮转轮之间的轮空间。
较佳地，所述冷却结构还包括位于所述第一室和所述第二室中的
至少一个内的导热固定件，以用于从所述端壁的第一部分和第二部分
中的至少一个向冷却流体传热。
较佳地，所述第一通道中的冷却流体的温度和压力中的一个与所
述第二通道中的冷却流体的相应温度和相应压力中的一个不同。
较佳地，所述第一室还包括定位在所述端壁的第一部分内的前室
和后室，并且其中所述前室定位成接近所述翼型件的前缘，并且所述
后室定位成接近所述翼型件的后缘。
较佳地，所述翼型件包括从所述端壁延伸的多个翼型件中的一
个，并且所述多个翼型件中的一个包括与所述第一室和所述第二室流
体连通的冷却回路。
较佳地，所述冷却结构还包括定位在所述第一室和所述第二室中
的一个中的第三通道，并且所述第三通道将相应的室流体连接到所述
轮空间，其中所述第三通道中的冷却流体的温度与所述第一通道中的
冷却流体的温度和所述第二通道中的冷却流体的温度均不同。
较佳地，所述第一通道将所述第一室流体连接到所述轮空间中的
第一位置，并且所述第二通道将所述第二室流体连接到所述轮空间中
的第二位置。
本发明的第三方面提供一种用于静止轮叶的冷却结构，该冷却结
构包括：翼型件，该翼型件中具有冷却回路；端壁，该端壁相对于涡
轮机的转子轴线联接到翼型件的径向端部；室，该室定位在端壁内以
用于接收冷却流体并且该室在其中包括上游区域和下游区域，其中冷
却流体从端壁吸收热，并且上游区域中的冷却流体的温度低于下游区
域中的冷却流体的温度；位于端壁内的第一通道，该第一通道将室的
上游区域流体连接到定位在端壁和涡轮护罩之间的护罩空间，其中上
游区域中的冷却流体的第一部分通过第一通道；和位于端壁内的第二
通道，该第二通道将室的下游区域连接到护罩空间，其中下游区域中
的冷却流体的第二部分通过第二通道，并且冷却流体的剩余部分绕过
第一通道和第二通道以进入翼型件的冷却回路。
较佳地，所述冷却结构还包括位于所述室内的导热固定件，以用
于从所述端壁向冷却流体传热。
较佳地，所述室还包括定位在所述端壁内的前室和后室，其中所
述前室定位成接近所述翼型件的前缘，所述后室定位成接近所述翼型
件的后缘，所述上游区域定位在所述前室内，并且所述下游区域定位
在所述后室内。
较佳地，所述翼型件包括从所述端壁延伸的多个翼型件，并且所
述多个翼型件中的一个包括与所述室流体连通的冷却回路。
较佳地，所述第一通道将所述室的上游区域流体连接到所述护罩
空间中的第一位置，并且所述第二通道将所述室的下游区域流体连接
到所述护罩空间中的第二位置。
本发明的第四方面提供一种静止轮叶，包括：翼型件，该翼型件
中具有冷却回路；第一端壁，该第一端壁相对于涡轮机的转子轴线联
接到翼型件的径向端；第一室，该第一室定位在第一端壁内以用于接
收冷却流体，第一室与冷却回路连通，其中冷却流体从第一端壁吸收
热，并且冷却流体的温度在第一室内升高；位于第一端壁内的多个护
罩通道，该等多个护罩通道将第一室流体连接到定位在第一端壁和涡
轮护罩之间的护罩空间，其中多个护罩通道中的至少一个中的冷却流
体的温度低于多个护罩通道中的另一个中的冷却流体的温度，并且其
中冷却流体的剩余部分绕过多个护罩通道中的每一个以进入翼型件
的冷却回路；第二端壁，该第二端壁联接到翼型件的相对径向端；第
二室，该第二室定位在第二端壁内以用于从翼型件的冷却回路接收冷
却流体，其中冷却流体从第二端壁吸收热，并且冷却流体的温度在通
过第二室内时升高；和位于第二端壁内的多个轮通道，该等多个轮通
道将第二室流体连接到定位在第二端壁和涡轮转轮之间的轮空间，其
中多个轮通道中的至少一个中的冷却流体的温度低于多个轮通道中
的另一个中的冷却流体的温度。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的各个方面的详细描述，本发明的这
些和其它的特征将更容易理解，附图示出了本发明的各个实施例，其
中：
图1示出了传统涡轮机的示意图。
图2是根据本发明的实施例的定位在两个涡轮转子轮叶之间的翼
型件的剖视图。
图3是位于涡轮机的涡轮部段中的翼型件、一对端壁、轮、和护
罩的剖视图。
图4是根据本发明的实施例的用于静止轮叶的冷却结构的透视局
部视图。
图5是根据本发明的实施例的轮或护罩空间的另一个剖视图，其
中通道连接到冷却结构的室。
图6提供了根据本发明的实施例的冷却结构内的导热固定件的放
大剖视图。
图7是根据本发明的实施例的用于静止轮叶的冷却结构中的示例
性室的剖视图。
应当注意到，本发明的附图不必成比例。附图旨在仅示出本发明
的典型方面，并且应此不应当被认为对本发明的范围构成限制。在附
图中，相似的附图标记在附图之间代表相似元件。
具体实施方式
本发明的实施例大体涉及用于静止轮叶的冷却结构。具体而言，
本发明的实施例提供径向地定位在静止轮叶和涡轮机的护罩(shroud)
以及/或者静止轮叶和涡轮机系统的轮之间的空间的受控冷却和加压
(也被称为“调节(tuning)”)。例如，本发明的实施例提供定位
在位于翼型件的径向端处的端壁内的室。该室能够包括延伸穿过端壁
的两个或多个通道，该端壁将该室连接到轮空间或护罩空间。室中的
冷却流体的一部分能够流过通道，以进一步冷却轮或护罩空间。
如本文中所讨论的，本发明的方面总体涉及用于静止轮叶的冷却
结构。具体而言，本发明的实施例能够包括相对于涡轮机的转子轴线
(a rotor axis of a turbomachine)基本径向地定位在两个端壁之间的翼
型件。接着，每个端壁可以将翼型件与涡轮机的护罩或涡轮机的轮分
开。该翼型件能够包括冷却回路，该冷却回路与定位在端壁内的室流
体连通。冷却流体能够通过室流入翼型件的冷却回路中(例如，用于
定位在径向外端壁内的室)或者流出翼型件的冷却回路之外(例如，
用于定位在径向内端壁内的室)。该室能够包括第一通道，该第一通
道将室的上游区域连接到涡轮机的轮空间或护罩空间。在到达将室的
下游区域连接到轮空间或护罩空间的第二通道之前，一部分绕过第一
通道的冷却流体能够例如通过外周壁和/或室内的导热固定件从端壁
吸收热能。不同部分的冷却流体能够进入第二通道并且向轮或护罩空
间提供冷却，使得第二通道提供相对于通过第一通道的冷却流体具有
不同的温度和压力的冷却流体。其余部分的冷却流体能够绕过第一通
道和第二通道以到达其它的下游室和/或需要冷却的部件。
本文中为了易于描述而使用诸如“内”、“外”、“之下”、“下
方”、“下部”、“上方”、“上部”、“入口”、“出口”等之类
的空间相对术语，以描述一个元件或特征相对于附图中所示的另一个
元件(多个元件)或特征(多个特征)的关系。空间相对术语可以旨
在包括除了附图中所示取向之外的使用或操作中装置的其它取向。例
如，如果附图中的装置反转，被描述成位于其它元件或特征“下方”
或“之下”的元件将定向成位于其它元件或特征“上方”。因此，示
例性术语“下方”能够包括之上和之下的取向。该装置可以以其它方
式定向(旋转90度或处于其它取向)并且对本文中所使用的空间相对
描述做出相应解释。
如上所述，本发明提供了用于涡轮机的静止轮叶的冷却结构。在
一个实施例中，冷却结构可以从定位在端壁内的室向位于静止轮叶和
涡轮机的护罩或轮之间的空间引导空气。图1示出了涡轮机100，该
涡轮机100包括压缩机部分102，该压缩机部分102通过共享的压缩
机/涡轮轴106可操作地联接到涡轮部分104。压缩机部分102还通过
燃烧器组件108流体连接到涡轮部分104。燃烧器组件108包括一个
或多个燃烧器110。燃烧器110可以通过范围广泛的配置(其中包括
但不限于布置成环筒形阵列)安装于涡轮机100。压缩机部分102包
括多个压缩机转子轮112。转子轮112包括具有多个第一级压缩机转
子轮叶116的第一级压缩机转子轮114，每一个第一级压缩机转子轮
叶116均具有相关的翼型件部分118。类似地，涡轮部分104包括具
有第一级涡轮转轮122的多个涡轮转子轮120，该第一级涡轮转轮122
具有多个第一级涡轮转子轮叶124。根据示例性实施例，根据本发明
的实施例的具有冷却结构的静止轮叶200(图3)能够向例如位于涡
轮部段104中的端壁和翼型件提供冷却。然而，应当理解，本文中所
描述的静止轮叶200和各个冷却结构的实施例可以定位在涡轮机100
的其它部件或区域中。
参照图2，其中示出了用于操作流体的具有流动路径130的翼型
件150的横截面。翼型件150能够是静止轮叶200(图3)的部件，并
且还能够包括本文中所描述的部件和/或参考点。图2中所示出和本文
中所讨论的翼型件150的位置作为例子被提供并且不意在对根据本发
明的实施例的用于翼型件150的可能的位置和/或几何形状构成限制。
各个子部件的放置、布置、和取向能够基于其中使用根据本发明的冷
却结构的发电系统的用途和类型而发生改变。翼型件150的形状、曲
率、长度、和/或其它几何特征也能够基于特定涡轮机100(图1)的
应用发生变化。翼型件150能够定位在诸如涡轮机100之类的发电系
统的连续涡轮转子轮叶124(图1)之间。
翼型件150能够沿操作性流体的流动路径定位在一个涡轮转子轮
叶124(图1)的下游和另一个后续涡轮转子轮叶124(图1)的上游。
流体能够例如沿(多个)路径F流动跨过翼型件150，同时从一个涡
轮转子轮叶124(图1)行进到另一个。翼型件150的前缘152能够定
位在流动路径130和翼型件150中的操作性流体的初始接触点处。相
比之下，后缘154能够定位在翼型件150的相对侧。此外，翼型件150
能够包括由横向线(transverse line)分开的压力侧表面156和/或吸力
侧表面158，该横向线基本平分前缘152并且延伸到后缘154的顶端。
压力侧表面156和吸力侧表面158还能够基于流动路径130中的流体
相对于翼型件150施加正压还是负压来彼此区分。基于相对于翼型件
150的其它表面在该区域中以较高速度流动的流体，邻近吸力侧表面
158和后缘154定位的流动路径130的一部分能够已知为且被称为翼
型件150的“高马赫区域”。
参照图3，示出了通过定位在涡轮部分104内的静止轮叶200的
流动路径130的横截面。操作性流体(例如，热燃烧气体、蒸汽等)
能够流动(例如，沿流动线路F)通过流动路径130，以随着静止轮
叶200的位置和轮廓的引导到达其它的涡轮转子轮叶124。涡轮部分
104图示为沿涡轮转轮122的转子轴线Z(例如，与轴106(图1)共
轴)延伸，并且具有从其向外延伸的径向轴线R。静止轮叶200能够
包括基本沿(即，沿平行于或者相对于其最多大约10度的方向延伸)
径向轴线R定向的翼型件150。尽管图3的剖视图中示出了一个静止
轮叶200，但是应当理解，多个涡轮转子轮叶124和静止轮叶200能
够从涡轮转轮122径向延伸，例如侧向地延伸到纸面平面中和/或之
外。静止轮叶200的翼型件150能够包括两个端壁204、205。一个端
壁204能够联接到定位在涡轮隔膜(turbine diaphragm)206上的翼型
件150的内部径向端，并且另一个端壁205能够联接到翼型件150的
外部相对径向端。
径向内部端壁204能够通过其间的间距与涡轮转轮122或隔膜
206分开。具体而言，端壁204与涡轮转轮122之间的间距能够被已
知为“涡轮转轮空间”，而端壁204与隔膜206之间的间距能够被已
知为“隔膜空间”。这些间距区域在本文中被统称为轮空间208，并
且能够表示间距区域(即，端壁204与涡轮转轮122之间或者端壁204
与隔膜206之间)中的任意一个或两个。具体而言，轮空间208能够
例如从大致端壁204的位置径向地延伸到隔膜206附近和/或下方的空
间。护罩212能够定位在静止轮叶200的径向端部处。护罩空间214
能够与静止轮叶200和护罩212分开。在操作期间，沿流动线路F流
动的热燃烧气体流能够向涡轮转轮122和/或护罩212传热。此外，轮
空间208和/或护罩空间214的温度能够在操作期间升高，原因是从静
止轮叶200或者直接从进入轮空间208和/或护罩空间214的转向操作
流体传递的热。
静止轮叶200的翼型件150中能够包括冷却回路216。能够呈冲
击腔形式的冷却回路216能够使冷却流体循环通过静止轮叶200的两
个端壁204、205之间的翼型件150的部分中空内部。冲击冷却回路通
常指其结构能够围绕被冷却部件(例如，翼型件150的横向径向构件)
的一部分产生冷却流体膜的冷却回路，由此减少从被冷却部件外侧的
物质(substance)向被冷却部件的内部体积传递热能。冷却回路216
中的冷却流体能够起源于并且/或者流向定位在一个端壁204和/或两
个径向分开的端壁204、205内的室218(本文中被标为两个室218A、
218B中的一个)。未行进通过冷却回路216的室(多个室)218中的
冷却流体能够被已知为“预冲击”冷却流体，而先前行进通过冷却回
路216的室(多个室)218中的冷却流体能够被已知为“后冲击”冷
却流体。尤其是，本发明的实施例允许在冷却流体被引导至轮空间208
和/或护罩空间214时的多种温度和压力下使用和/或再利用室(多个
室)218中的冷却空气。
参照图4，示出了其中具有四个室(两个前室218A、两个后室
218B)的静止轮叶200中的一个端壁204的剖视图。尽管图4中以举
例的方式示出径向内部端壁204，但是应当理解，本文中所描述的各
个特征和部件也能够存在于静止轮叶200的径向外部端壁205中。即，
这两个备选形式之间的唯一实质区别在于它们相对于静止轮叶200
(图3)的径向位置。尽管四个室218A、218B在图4中以举例的方
式示出并且与联接到一个端壁204的两个翼型件150的冷却回路216
流体连通，但是应当理解，能够使用任何可构想出的数量的翼型件150
和/或室218。在实施例中，静止轮叶200的端壁204能够包括一个或
多个前室218A，可选地定位成接近翼型件150的前缘152。静止轮叶
200的端壁204还能够包括一个或多个后室218B，该一个或多个后室
均定位在前室(多个前室)218A的下游并且可选地接近翼型件150
的后缘154。前室(多个前室)218A和后室(多个后室)218B能够
沿径向轴线R相对于翼型件150移位(即，“径向移位”)，使得室
218A、218B中的冷却流体通过翼型件150下方。
此外，如图4中所示，翼型件150能够被设置成从端壁204基本
径向延伸的一对翼型件，该对翼型件中的一个或两个中能够包括冷却
回路(多个冷却回路)216。尽管两个翼型件150以例举的方式被图示
为在图4中联接到端壁204(即，在成对涡轮喷嘴构型中)，但是应
当理解，任何期望数量的翼型件150可以联接到端壁204，以适应不
同的涡轮机设计和应用。每个室(多个室)218A、218B都能够与一
对翼型件150中的一个流体连通。室218A、218B能够与一个冷却回
路216或者任何其它能够构想的冷却回路(多个冷却回路)216与室
(多个室)218A、218B之间的流体连接流体连通。开口220能够提
供冷却回路(多个冷却回路)216与室(多个室)218A、218B之间的
热连通(thermal communication)，以允许冷却流体在操作期间作为
入口或出口流入或流出室(多个室)218。室(多个室)218A、218B
能够定位在端壁204内，该端壁接着能够由导热材料(例如，金属、
导热合成材料、复合材料等)构成，使得行进通过室(多个室)218A、
218B的冷却流体从端壁204吸收热。从端壁204向室(多个室)218A、
218B内的冷却流体传热能够造成冷却流体在穿过其中时温度和压力
逐渐增大。更具体地，定位在其它区域或室下游的室(多个室)218A、
218B的区域中的冷却流体能够具有较高的温度和较低的压力，原因在
于通过端壁204从操作流体向冷却流体传热。
在一个实施例中，每个室(多个室)218A、218B中都能够包括
上游区域222和下游区域224。总体而言，术语“上游”指的是沿与
其中冷却流体通过室(多个室)218A、218B的合成方向相反的方向
延伸的参考路径。术语“下游”指的是沿与其中冷却流体通过室(多
个室)218A、218B的合成方向相同的方向延伸的参考路径。下游区
域224由于其中具有明显更暖的冷却流体与上游区域224大体区分开，
并且可以仅由于其在端壁204内的物理位置而部分地区分开。在前室
(多个前室)218A流体连接到后室(多个后室)218B的备选实施例
中，前室(多个前室)218A能够起到至少一个上游区域222的作用并
且后室(多个后室218B)能够起到至少一个下游区域224的作用。此
外，应当理解，前室(多个前室)218A能够流体连接到后室(多个后
室)218B，其中每个室(多个室)218A、218B中都具有相应的上游
区域222和下游区域224。每个上游区域222都能够基于其中冷却流
体的温度和压力之间的差异而与相应的下游区域224区分开。此外，
如图4中所示，上游区域222能够定位成接近翼型件150的前缘152
(例如，与前缘分开的距离小于其与后缘154分开的距离)，并且下
游区域224能够定位成接近翼型件150的后缘154。
每个室218中的冷却流体的初始温度(即，在上游区域(多个上
游区域)222中的)能够处于大约例如315摄氏度(℃)与大约427℃
之间。后续室218或一个室218的后续区域(即，下游区域(多个下
游区域)224中)的冷却流体的温度能够处于例如大约815℃与大约
870℃之间。上游区域(多个上游区域)222中的冷却流体能够具有例
如大约1,000千帕(kPa)至大约1,380kPa之间的压力，并且下游区域
(多个下游区域)224中的流体能够具有大约860kPa至大约1,200kPa
之间的压力。无论特定应用中的压力值的大小，下游区域(多个下游
区域)224中的冷却流体的压力能够处于其在上游区域(多个上游区
域)222中的压力的大约5％至大约20％之间。当在本文中使用时，与
特定数值相关的术语“大约”(其中包括基本数值的百分比)能够包
括特定数值或百分比的10百分点(即，之上或之下)，和/或者不导
致修改值与列举值之间的实质性操作差异的所有其它值。术语大约还
能够包括本文中具体说明的其它的特定值或范围。
共同参照图4和图5，端壁204、205能够包括定位在其中的一个
或多个第一通道226，该第一通道中的每一个都能够将相应的上游区
域222连接到轮空间208或护罩空间214(图3)。尽管图5示出了定
位在涡轮转轮122与端壁204、205之间的轮空间208，应当理解，第
一通道226能够除此之外或备选地将室(多个室)218A、218B的相
应的上游区域(多个上游区域)222连接到护罩空间214。在操作期间，
位于室(多个室)218的上游区域222中的冷却流体的第一部分能够
流入第一通道(多个第一通道)226中，以进入轮空间208或护罩空
间214。每个第一通道226的尺寸都仅能够使室(多个室)218中的冷
却流体的一部分(例如，达到大约50％)转向，使得室(多个室)218
中大部分冷却流体都绕过第一通道(多个第一通道)226并且行进至
下游区域(多个下游区域)224。
除了第一通道(多个第一通道)226之外，端壁204、205还能够
包括定位在其中的一个或多个第二通道228。每个第二通道228都能
够将相应的下游区域224连接到轮空间208(图3)或护罩空间214。
当涡轮机100(图1)操作时，先前绕过第一通道(多个第一通道)
226的室(多个室)218的下游区域224中的冷却流体的第二部分能够
进入第二通道(多个第二通道)228并且由此行进到轮空间208或护
罩空间214。进入第二通道(多个通道)228的冷却流体的该部分例如
能够是流过室(多个室)218的全部冷却流体的50％或更多。还能够
理解，在备选实施例中，大部分冷却空气(例如，大约50％或更多)
能够流过第一通道(多个第一通道)226，同时在备选实施例中，小
部分冷却空气(例如，最多大约50％)能够流过第二通道228。(多
个)第二通道228能够将(多个)下游区域224流体连接到轮空间208
(图3)或护罩空间214的不同位置处，第一通道(多个第一通道)
226从该些不同位置将轮空间208或护罩空间214流体连接到(多个)
上游区域222。在轮空间208的情况下，不同位置能够包括例如定位
在端壁204和涡轮转轮122(图1、图3)之间或者端壁204和隔膜206
(图3)之间的轮空间208的区域。在任何情况下，每个第一通道226
和第二通道228的位置都能够允许轮空间208或护罩空间214被可变
地冷却，其中经受温度较高流体的位置接收来自(多个)第一通道226
的温度较低的冷却流体。类似地，具有较低冷却要求的(多个)轮空
间208或(多个)护罩空间214内的位置能够从(多个)第二通道228
接收温度较高的冷却流体。
每个第二通道228的尺寸还能够仅使(多个)室218中的冷却流
体的一部分通过其转向，使得(多个)室218中的冷却流体的剩余部
分绕过(多个)第一通道226和(多个)第二通道228。绕过(多个)
第一通道226和(多个)第二通道228的剩余部分的冷却流体能够继
续到达其它的下游室218和/或与静止轮叶200的(多个)室218或者
端壁204、205流体连通的其它部件。在任何情况下，该些剩余部分的
冷却流体都能够流向下游部件、室、固定件等，而不进入轮空间208
或护罩空间214。
应当理解，本发明能够提供再进一步的实施例。例如，静止轮叶
200能够包括两个端壁204、205，每个该等端壁中均包括通过翼型件
150的冷却回路216彼此流体连接的室(多个室)218。在作为冲击流
体通过冷却回路216之前，来自外部源的冷却流体能够首先通过径向
外部端壁205的室(多个室)218，并且随后进入径向内部端壁204
的室(多个室)218。每个室218中的一部分冷却流体能够通过第一通
道226和第二通道228，以进入轮空间208或护罩空间214。更具体地，
来自径向外部端壁205的第一通道226和第二通道228能够起到护罩
空间通道的作用，而来自径向内部端壁204的第一通道226和第二通
道228能够起到轮空间通道的作用。静止轮叶200的每个室218还能
够包括需要时在本文中另有描述的一个或多个额外的结构和/或特征，
例如在同样的两个端壁204、205之间径向延伸的额外的翼型件150、
分别接近前缘152和后缘154使用前室218A和后室218B等。
一起参照图4和图6，本发明的实施例能够包括位于室(多个室)
218内(例如，前部段222或后部段224内)的任何数量的导热固定
件(“固定件”)230(例如底座)，以用于从静止轮叶200向室(多
个室)218内的冷却流体传热。更具体地，每个固定件230都能够通
过增大通过室(多个室)218的冷却流体与端壁(多个端壁)204、205
的材料组成之间的接触区域来从端壁204向其中的冷却流体传热。固
定件230能够被设置成任何能够构想的固定件，以用于增大冷却流体
与导热表面之间的接触区域，并且作为例子能够呈底座(pedestals)、
凹入部(dimples)、突出部(protrusions)、销、壁、和/或其它形状
和尺寸的其它固定件的形式。此外，固定件230能够具有多种形状，
其中包括具有圆柱几何形状、基本锥体几何形状、具有四个或多个表
面的不规则几何形状等的形状。在任何情况下，一个或多个导热固定
件230能够定位在室(多个室)218中、位于上游区域(多个上游区
域)222和第一通道(多个第一通道)226下游、和下游区域(多个下
游区域)224和第二通道(多个第二通道)228上游的冷却流体流动路
径的位置中。导热固定件230在第一通道226(多个第一通道)和第
二通道228(多个第二通道)之间的定位能够改进端壁(多个端壁)
204、205与其中的冷却流体之间的热连通并且使得通过第一通道(多
个第一通道)226和第二通道(多个第二通道)228传输的冷却空气的
温度之间的温度差更大。
参照图7，根据另一个实施例示出了静止轮叶200中的室218的
简化剖面图。如在本文中另有讨论的，后部室(多个后部室)218B的
上游区域222能够包括使上游区域222流体连接到轮空间208(图3、
图5)或者护罩空间214(图3)的一组第一通道226。室(多个室)
218的下游区域224能够类似地包括使下游区域224流体连接到轮空
间208或护罩空间214(图3)的一组第二通道228。此外，室(多个
室)218能够可选地包括终端区域232以及使终端区域232流体连接
到轮空间208、护罩空间214、或者从静止轮叶200接收冷却流体的另
一个部件的多个第三通道234。终端区域232和第三通道234中的冷
却流体的温度能够大于上游区域222和下游区域224二者中的冷却流
体的温度，其中比上游区域222和下游区域224中的冷却流体的相应
压力更低。终端区域232能够例如定位成接近翼型件150的后缘154
和/或压力侧表面156。增加第三通道234例如能够通过将端壁(多个
端壁)204、205(图3至图5)内的温度最高的冷却流体提供给需要
的冷却量最少的位置处来提供轮空间208和护罩空间214的冷却温度
的较大的可变性。第三通道234还能够提供这样的路径：该等路径使
剩余部分的冷却空气从室(多个室)218通向涡轮机的其它区域(例
如，段间间隙、护罩部件等)。
本发明的实施例能够提供若干技术和商业方面的优点。例如，本
发明的实施例提供将多种温度和压力下的冷却流体引导至涡轮机的
轮或护罩空间内的多个位置处，并且不限于引导处于一种温度下的预
冲击流体和处于另一种温度下的后冲击流体。更大数量的温度允许精
确调节轮空间和护罩空间中的冷却要求，由此减少冷却这些部件所需
的冷却空气的量。本文中所描述的冷却结构所获得的益处尤其是能够
包括基于这些改善来减少余热潜能、通常与压力较高的冷却空气相关
的泄漏较低、以及涡轮机效率较高。
本发明的装置和方法不限于任何一个特定的燃气涡轮机、内燃
机、发电系统或者其它系统，并且可以与其它的发电系统和/或多个系
统(例如，联合循环、简单循环、核反应堆等)一起使用。此外，本
发明的装置可以与本文中并未描述的其它系统一起使用，该其他系统
可以受益于本文中所描述的装置的提高的操作范围、效率、耐久性和
可靠性。此外，多个喷射系统能够在单个喷嘴、或者在单个发电系统
的不同部分中的不同喷嘴上/与该等不同喷嘴一起使用。当需要时，能
够增加或一起使用任何数量的不同的实施例，并且本文中通过举例的
方式描述的实施例不意在彼此相互排斥。
本文中所使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的并且不
期望对本发明构成限制。当在本文中使用时，除非上下文另有清楚说
明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。
还应当理解，当本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，特别
指存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件，但是并
不排除存在或另有一个或多个其它的特征、整数、步骤、操作、元件、
部件、和/或其组。
本书面描述使用例子对本发明进行了公开(其中包括最佳模式)，
并且还使本领域技术人员能够实施本发明(其中包括制造和使用任何
装置或系统并且执行所包含的任何方法)。本发明的可专利范围通过
权利要求书进行限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它
的例子。如果该等其它的例子具有与权利要求书的字面语言没有区别
的结构元件，或者如果该等其它的例子包括与权利要求书的字面语言
没有实质区别的等同结构元件，则期望该等其它的例子落入权利要求
书的范围内。