專利名稱：用于與波狀表面一起使用的沖擊冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地涉及用于對(duì)燃?xì)鉁u輪機(jī)中的波狀表面(contoured surface)以及簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)中的其它位置進(jìn)行均勻冷卻的沖擊冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
沖擊冷卻系統(tǒng)已經(jīng)與渦輪機(jī)械一起使用，以對(duì)例如外殼、動(dòng)葉、噴嘴等各種類型的部件進(jìn)行冷卻。沖擊冷卻系統(tǒng)通過(guò)空氣流對(duì)渦輪部件進(jìn)行冷卻，以便保持部件之間的足夠間隙并且增加足夠的部件使用壽命。已知的沖擊冷卻系統(tǒng)所具有的一個(gè)問(wèn)題是跨過(guò)非均勻的或波狀的表面而保持均勻傳熱系數(shù)的能力。保持恒定的傳熱系數(shù)大體需要沖擊板的總體形狀符合待冷卻的表面的輪廓。然而，制造波狀沖擊板可能是高成本的并且可能引起其中不均勻的冷卻流。因此，期望改進(jìn)的沖擊冷卻系統(tǒng)。這種改進(jìn)的沖擊冷卻系統(tǒng)可以以簡(jiǎn)化和低成本的構(gòu)造同時(shí)保持足夠的冷卻效率的方式而提供波狀表面上的恒定的傳熱系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種用于與波狀表面一起使用的沖擊冷卻系統(tǒng)。該沖擊冷卻系統(tǒng)可以包括沖擊增壓室和沖擊板，沖擊板具有面向波狀表面的線性形狀。沖擊板上可以包括具有多個(gè)沖擊孔的多個(gè)突出區(qū)域，多個(gè)沖擊孔具有不同的尺寸和不同的間距。本發(fā)明還提供一種渦輪。該渦輪可以包括:渦輪噴嘴；具有多個(gè)沖擊孔的沖擊冷卻系統(tǒng)，多個(gè)沖擊孔具有多種尺寸和間距；以及渦輪部件，渦輪部件具有圍繞沖擊冷卻系統(tǒng)定位的波狀表面。本發(fā)明還提供一種渦輪。該渦輪可以包括:渦輪噴嘴；具有線性形狀并且具有多個(gè)沖擊孔的沖擊冷卻系統(tǒng)，多個(gè)沖擊孔具有多種尺寸和間距；以及渦輪部件，渦輪部件具有圍繞沖擊冷卻系統(tǒng)定位的波狀表面，使得沖擊冷卻系統(tǒng)保持波狀表面具有跨過(guò)其上的基本恒定的傳熱系數(shù)。當(dāng)結(jié)合若干附圖以及所附權(quán)利要求閱讀以下的詳細(xì)描述時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的這些和其它的特征以及改進(jìn)將變得顯而易見(jiàn)。


圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖，其中示出了壓縮機(jī)、燃燒器、以及渦輪。圖2是噴嘴葉片的局部側(cè)視圖，該噴嘴葉片中具有沖擊冷卻系統(tǒng)。圖3是噴嘴葉片的局部側(cè)視圖，該噴嘴葉片具有可以如本說(shuō)明書(shū)中所描述的沖擊冷卻系統(tǒng)。圖4是覆蓋在圖3的波狀表面上的沖擊網(wǎng)格的透視圖。圖5是圖3的沖擊冷卻板的一部分的平面圖。圖6是圖3的沖擊冷卻板的一部分的平面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，其中相似的附圖標(biāo)記在全部若干視圖中表示相似的元件，圖1示出了可以如本說(shuō)明書(shū)中所使用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可以包括壓縮機(jī)15。壓縮機(jī)15對(duì)進(jìn)入的空氣流20進(jìn)行壓縮。壓縮機(jī)15將壓縮空氣流20輸送至燃燒器25。燃燒器25將壓縮空氣流20與加壓燃料流30混合并且點(diǎn)燃該混合物，以產(chǎn)生燃燒氣體流35。盡管僅示出了單個(gè)燃燒器25，但是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可以包括任何數(shù)量的燃燒器25。燃燒氣體流35接著被輸送至渦輪40。燃燒氣體流35對(duì)渦輪40進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)生機(jī)械功。渦輪40中所產(chǎn)生的該機(jī)械功通過(guò)軸45驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)15以及外部負(fù)載50，例如發(fā)電機(jī)等。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可以使用天然氣、各種類型的合成氣以及/或者其它類型的燃料。燃?xì)鉂?rùn)輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可以是由Schenectady(NewYork)的通用電氣公司(GeneralElectric Company)提供的多種不同的燃?xì)鉂?rùn)輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的任何一種,其中包括但不限于例如7系列或9系列重型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等的那些燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可以具有不同的構(gòu)造并且可以使用其它類型的部件。本說(shuō)明書(shū)中還可以使用其它類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。本說(shuō)明書(shū)中也可以一起使用多種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、其它類型的渦輪機(jī)、以及其它類型的發(fā)電設(shè)備。圖2是可以與以上所描述的渦輪40 —起使用的噴嘴55的示例?？傮w而言，噴嘴55可以包括噴嘴葉片60，噴嘴葉片60在內(nèi)平臺(tái)65與外平臺(tái)70之間延伸。多個(gè)噴嘴55可以組合成周向陣列，以形成具有多個(gè)轉(zhuǎn)子輪葉(未示出)的級(jí)。噴嘴55還可以包括呈沖擊增壓室80形式的沖擊冷卻系統(tǒng)。沖擊增壓室80可以具有形成在其中的多個(gè)沖擊孔85。沖擊增壓室80可以通過(guò)冷卻管道90與來(lái)自壓縮機(jī)15或者另一個(gè)源的空氣流20相連通?？諝饬?0通過(guò)噴嘴葉片60流入沖擊增壓室80中，并且通過(guò)沖擊孔85流出，以便對(duì)噴嘴55的一部分或者其它位置進(jìn)行沖擊冷卻。其它類型的沖擊增壓室80是已知的。多種其它類型的沖擊冷卻系統(tǒng)是已知的。然而，這些已知的沖擊冷卻系統(tǒng)通常具有如以上所描述的均勻的尺寸和形狀。備選地，沖擊板可以是波狀的以便符合待冷卻的表面的輪廓，從而保持跨過(guò)表面的恒定的傳熱系數(shù)。圖3和圖4示出了可以如本說(shuō)明書(shū)中所描述的沖擊冷卻系統(tǒng)100的示例。沖擊冷卻系統(tǒng)100可以包括沖擊增壓室110。沖擊增壓室110可以包括由沖擊板130和蓋板140限定的腔120。沖擊增壓室110可以通過(guò)冷卻管道160與冷卻流150相連通。冷卻管道160可以與壓縮機(jī)15或者冷卻流150的其它源相連通。沖擊增壓室110的沖擊板130可以具有基本平坦或線性的表面170。沖擊板130中還可以具有多個(gè)沖擊孔180。沖擊孔180的尺寸、形狀、構(gòu)造和部位可以發(fā)生變化，如以下將更詳細(xì)地描述的。本說(shuō)明書(shū)中可以使用其它的部件和其它的構(gòu)造。沖擊冷卻系統(tǒng)100可以與任何類型的渦輪部件或者任何需要冷卻的部件一起使用。在該示例中，沖擊冷卻系統(tǒng)100可以與起伏或波狀表面200 —起使用。波狀表面200可以具有任何期望的形狀或構(gòu)造。在該示例中，波狀表面200可以包括離沖擊冷卻系統(tǒng)100距離不同的多個(gè)波狀區(qū)域。為了保持跨過(guò)波狀表面200的恒定的傳熱系數(shù)，可以對(duì)沖擊增壓室110的沖擊板130中的孔180的間距進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而以離散方式補(bǔ)償波狀表面200中的波動(dòng)。波狀表面200可以被劃分為其中具有多個(gè)波狀區(qū)域300的網(wǎng)格290。波狀區(qū)域300中的每一個(gè)波狀區(qū)域都可以突出至位于沖擊板130上的相關(guān)的突出區(qū)域305上。沖擊板130的突出區(qū)域305中的每一個(gè)突出區(qū)域中都可以具有多個(gè)沖擊孔180，根據(jù)相對(duì)區(qū)域300與突出區(qū)域305的偏置，多個(gè)沖擊孔180具有不同的尺寸、形狀、和構(gòu)造。因此，突出區(qū)域305中的每一個(gè)突出區(qū)域中的沖擊孔180組都可以具有尺寸310和間距320，可以在該局部突出區(qū)域305上同時(shí)對(duì)尺寸310和間距320均勻地進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持波狀表面200內(nèi)的離散區(qū)域300上方的平均傳熱系數(shù)。因此，每個(gè)沖擊孔180均可以具有可變的尺寸310和可變的間距320或其子集，尺寸310和間距320都在給定的突出區(qū)域305上方保持恒定。例如，第一區(qū)域330可以具有多個(gè)緊密相間的小孔180，而第二區(qū)域340可以具有多個(gè)稀疏相間的大孔180。根據(jù)與相對(duì)表面的距離，本說(shuō)明書(shū)中可以將任何數(shù)量的尺寸和位置用于任何數(shù)量的突出區(qū)域305 中。因此，沖擊冷卻系統(tǒng)100使用沖擊增壓室110來(lái)提供對(duì)簡(jiǎn)化的沖擊板設(shè)計(jì)的充分冷卻，以便降低成本和增加生產(chǎn)。具體而言，沖擊孔180可以相對(duì)于孔直徑與沖擊板130厚度的比、通道高度與孔直徑的比、以及孔陣列的正交間距而發(fā)生變化?？梢栽趜/d要求的背景下考慮有效性，其中d是孔直徑并且z是從突出區(qū)域305至波狀區(qū)域300的平均距離，以及/或者在x/d要求的背景下考慮有效性，其中X沿沖擊板130的長(zhǎng)度測(cè)量得到。在網(wǎng)格290的每一個(gè)突出區(qū)域305內(nèi)，可以對(duì)沖擊孔180的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持相對(duì)的z/d要求。在相同的區(qū)域305內(nèi)，還可以對(duì)孔的定位或者x/d進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持有效性。這樣一來(lái)，通過(guò)使用如與波狀表面相對(duì)的線性表面170，沖擊增壓室110的沖擊板130可以保持恒定的傳熱系數(shù)。應(yīng)當(dāng)顯而易見(jiàn)的是，以上僅涉及本發(fā)明的某些實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不偏離由所附權(quán)利要求及其等同形式所限定的本發(fā)明的大體精神和范圍的情況下在本說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行多種改變和改型。
權(quán)利要求
1.一種用于與波狀表面一起使用的沖擊冷卻系統(tǒng)，所述沖擊冷卻系統(tǒng)包括: 沖擊增壓室； 沖擊板，所述沖擊板面向所述波狀表面； 所述沖擊板包括線性形狀； 所述沖擊板上包括多個(gè)突出區(qū)域； 其中所述多個(gè)突出區(qū)域包括多個(gè)沖擊孔，所述多個(gè)沖擊孔具有不同的尺寸和不同的間距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)突出區(qū)域包括具有第一尺寸的沖擊孔的第一區(qū)域和具有第二尺寸的沖擊孔的第二區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)突出區(qū)域包括具有第一間距的沖擊孔的第一區(qū)域和具有第二間距的沖擊孔的第二區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)突出區(qū)域包括具有第一尺寸和第一間距的沖擊孔的第一區(qū)域和具有第二尺寸和第二間距的沖擊孔的第二區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述波狀表面包括多個(gè)波狀區(qū)域，并且其中所述多個(gè)波狀區(qū)域定位在離所述沖擊板的多個(gè)距離處。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的沖擊冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)突出區(qū)域中的每一個(gè)突出區(qū)域中的所述多個(gè)沖擊孔的尺寸和間距都隨著與相對(duì)的波狀區(qū)域的距離而發(fā)生變化。
7.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的沖擊冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述沖擊增壓室包括被限定在所述沖擊板與蓋板之間的腔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述沖擊增壓室與冷卻管道中的冷卻流相連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述沖擊板保持所述波狀表面具有跨過(guò)其上的基本恒定的傳熱系數(shù)。
10.一種渦輪，所述渦輪包括: 渦輪噴嘴； 沖擊冷卻系統(tǒng)； 所述沖擊冷卻系統(tǒng)包括具有多種尺寸和間距的多個(gè)沖擊孔；以及 渦輪部件，所述渦輪部件圍繞所述沖擊冷卻系統(tǒng)定位； 所述渦輪部件包括波狀表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪，其特征在于，所述沖擊冷卻系統(tǒng)包括具有沖擊板的沖擊增壓室，所述沖擊板中具有多個(gè)沖擊孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪，其特征在于，所述沖擊板包括線性形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪，其特征在于，所述沖擊板包括具有多個(gè)突出區(qū)域的網(wǎng)格。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪，其特征在于，所述多個(gè)突出區(qū)域中包括所述多個(gè)沖擊孑U
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪，其特征在于，所述多個(gè)突出區(qū)域包括具有第一尺寸的沖擊孔的第一區(qū)域和具有第二尺寸的沖擊孔的第二區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪，其特征在于，所述多個(gè)突出區(qū)域包括具有第一間距的沖擊孔的第一區(qū)域和具有第二間距的沖擊孔的第二區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪，其特征在于，所述多個(gè)突出區(qū)域包括具有第一尺寸和第一間距的沖擊孔的第一區(qū)域和具有第二尺寸和第二間距的沖擊孔的第二區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪，其特征在于，所述波狀表面包括多個(gè)波狀區(qū)域，并且其中所述多個(gè)波狀區(qū)域定位在離所述沖擊板的多個(gè)距離處。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪，其特征在于，所述沖擊冷卻系統(tǒng)保持所述波狀表面具有跨過(guò)其上的基本恒定的傳熱系數(shù)。
20.一種渦輪，所述渦輪包括: 渦輪噴嘴； 沖擊冷卻系統(tǒng)； 所述沖擊冷卻系統(tǒng)包括具有多個(gè)沖擊孔的線性沖擊板，所述多個(gè)沖擊孔具有多種尺寸和間距；以及 渦輪部件，所述渦輪部件圍繞所述沖擊冷卻系統(tǒng)定位； 所述渦輪部件包括波狀表面，使得所述沖擊冷卻系統(tǒng)保持所述波狀表面具有跨過(guò)其上的基本恒定的傳熱 系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于與波狀表面一起使用的沖擊冷卻系統(tǒng)。該沖擊冷卻系統(tǒng)可以包括沖擊增壓室和沖擊板，沖擊板具有面向波狀表面的線性形狀。沖擊表面上可以包括多個(gè)突出區(qū)域，多個(gè)突出區(qū)域具有多個(gè)沖擊孔，多個(gè)沖擊孔具有不同的尺寸和不同的間距。
文檔編號(hào)F01D25/12GK103195506SQ201310008079
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者A.G.溫 申請(qǐng)人:通用電氣公司