用於與波狀表面一起使用的衝擊冷卻系統的製作方法
2023-04-24 12:54:21 1
專利名稱：用於與波狀表面一起使用的衝擊冷卻系統的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及燃氣渦輪發動機，並且更具體地涉及用於對燃氣渦輪機中的波狀表面(contoured surface)以及簡化設計中的其它位置進行均勻冷卻的衝擊冷卻系統。
背景技術：
衝擊冷卻系統已經與渦輪機械一起使用，以對例如外殼、動葉、噴嘴等各種類型的部件進行冷卻。衝擊冷卻系統通過空氣流對渦輪部件進行冷卻，以便保持部件之間的足夠間隙並且增加足夠的部件使用壽命。已知的衝擊冷卻系統所具有的一個問題是跨過非均勻的或波狀的表面而保持均勻傳熱係數的能力。保持恆定的傳熱係數大體需要衝擊板的總體形狀符合待冷卻的表面的輪廓。然而，製造波狀衝擊板可能是高成本的並且可能引起其中不均勻的冷卻流。因此，期望改進的衝擊冷卻系統。這種改進的衝擊冷卻系統可以以簡化和低成本的構造同時保持足夠的冷卻效率的方式而提供波狀表面上的恆定的傳熱係數。
發明內容
因此，本發明提供一種用於與波狀表面一起使用的衝擊冷卻系統。該衝擊冷卻系統可以包括衝擊增壓室和衝擊板，衝擊板具有面向波狀表面的線性形狀。衝擊板上可以包括具有多個衝擊孔的多個突出區域，多個衝擊孔具有不同的尺寸和不同的間距。本發明還提供一種渦輪。該渦輪可以包括:渦輪噴嘴；具有多個衝擊孔的衝擊冷卻系統，多個衝擊孔具有多種尺寸和間距；以及渦輪部件，渦輪部件具有圍繞衝擊冷卻系統定位的波狀表面。本發明還提供一種渦輪。該渦輪可以包括:渦輪噴嘴；具有線性形狀並且具有多個衝擊孔的衝擊冷卻系統，多個衝擊孔具有多種尺寸和間距；以及渦輪部件，渦輪部件具有圍繞衝擊冷卻系統定位的波狀表面，使得衝擊冷卻系統保持波狀表面具有跨過其上的基本恆定的傳熱係數。當結合若干附圖以及所附權利要求閱讀以下的詳細描述時，對於本領域技術人員而言，本發明的這些和其它的特徵以及改進將變得顯而易見。
圖1是燃氣渦輪發動機的示意圖，其中示出了壓縮機、燃燒器、以及渦輪。圖2是噴嘴葉片的局部側視圖，該噴嘴葉片中具有衝擊冷卻系統。圖3是噴嘴葉片的局部側視圖，該噴嘴葉片具有可以如本說明書中所描述的衝擊冷卻系統。圖4是覆蓋在圖3的波狀表面上的衝擊網格的透視圖。圖5是圖3的衝擊冷卻板的一部分的平面圖。圖6是圖3的衝擊冷卻板的一部分的平面圖。
具體實施例方式現在參照附圖，其中相似的附圖標記在全部若干視圖中表示相似的元件，圖1示出了可以如本說明書中所使用的燃氣渦輪發動機10的示意圖。燃氣渦輪發動機10可以包括壓縮機15。壓縮機15對進入的空氣流20進行壓縮。壓縮機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混合併且點燃該混合物，以產生燃燒氣體流35。儘管僅示出了單個燃燒器25，但是燃氣渦輪發動機10可以包括任何數量的燃燒器25。燃燒氣體流35接著被輸送至渦輪40。燃燒氣體流35對渦輪40進行驅動，以產生機械功。渦輪40中所產生的該機械功通過軸45驅動壓縮機15以及外部負載50，例如發電機等。燃氣渦輪發動機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。燃氣潤輪發動機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氣潤輪發動機中的任何一種,其中包括但不限於例如7系列或9系列重型燃氣渦輪發動機等的那些燃氣渦輪發動機。燃氣渦輪發動機10可以具有不同的構造並且可以使用其它類型的部件。本說明書中還可以使用其它類型的燃氣渦輪發動機。本說明書中也可以一起使用多種燃氣渦輪發動機、其它類型的渦輪機、以及其它類型的發電設備。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。總體而言，噴嘴55可以包括噴嘴葉片60，噴嘴葉片60在內平臺65與外平臺70之間延伸。多個噴嘴55可以組合成周向陣列，以形成具有多個轉子輪葉(未示出)的級。噴嘴55還可以包括呈衝擊增壓室80形式的衝擊冷卻系統。衝擊增壓室80可以具有形成在其中的多個衝擊孔85。衝擊增壓室80可以通過冷卻管道90與來自壓縮機15或者另一個源的空氣流20相連通。空氣流20通過噴嘴葉片60流入衝擊增壓室80中，並且通過衝擊孔85流出，以便對噴嘴55的一部分或者其它位置進行衝擊冷卻。其它類型的衝擊增壓室80是已知的。多種其它類型的衝擊冷卻系統是已知的。然而，這些已知的衝擊冷卻系統通常具有如以上所描述的均勻的尺寸和形狀。備選地，衝擊板可以是波狀的以便符合待冷卻的表面的輪廓，從而保持跨過表面的恆定的傳熱係數。圖3和圖4示出了可以如本說明書中所描述的衝擊冷卻系統100的示例。衝擊冷卻系統100可以包括衝擊增壓室110。衝擊增壓室110可以包括由衝擊板130和蓋板140限定的腔120。衝擊增壓室110可以通過冷卻管道160與冷卻流150相連通。冷卻管道160可以與壓縮機15或者冷卻流150的其它源相連通。衝擊增壓室110的衝擊板130可以具有基本平坦或線性的表面170。衝擊板130中還可以具有多個衝擊孔180。衝擊孔180的尺寸、形狀、構造和部位可以發生變化，如以下將更詳細地描述的。本說明書中可以使用其它的部件和其它的構造。衝擊冷卻系統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，衝擊冷卻系統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造。在該示例中，波狀表面200可以包括離衝擊冷卻系統100距離不同的多個波狀區域。為了保持跨過波狀表面200的恆定的傳熱係數，可以對衝擊增壓室110的衝擊板130中的孔180的間距進行調節，從而以離散方式補償波狀表面200中的波動。波狀表面200可以被劃分為其中具有多個波狀區域300的網格290。波狀區域300中的每一個波狀區域都可以突出至位於衝擊板130上的相關的突出區域305上。衝擊板130的突出區域305中的每一個突出區域中都可以具有多個衝擊孔180，根據相對區域300與突出區域305的偏置，多個衝擊孔180具有不同的尺寸、形狀、和構造。因此，突出區域305中的每一個突出區域中的衝擊孔180組都可以具有尺寸310和間距320，可以在該局部突出區域305上同時對尺寸310和間距320均勻地進行調節，以保持波狀表面200內的離散區域300上方的平均傳熱係數。因此，每個衝擊孔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都在給定的突出區域305上方保持恆定。例如，第一區域330可以具有多個緊密相間的小孔180，而第二區域340可以具有多個稀疏相間的大孔180。根據與相對表面的距離，本說明書中可以將任何數量的尺寸和位置用於任何數量的突出區域305 中。因此，衝擊冷卻系統100使用衝擊增壓室110來提供對簡化的衝擊板設計的充分冷卻，以便降低成本和增加生產。具體而言，衝擊孔180可以相對於孔直徑與衝擊板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生變化。可以在z/d要求的背景下考慮有效性，其中d是孔直徑並且z是從突出區域305至波狀區域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沿衝擊板130的長度測量得到。在網格290的每一個突出區域305內，可以對衝擊孔180的尺寸進行調節，以保持相對的z/d要求。在相同的區域305內，還可以對孔的定位或者x/d進行調節，以保持有效性。這樣一來，通過使用如與波狀表面相對的線性表面170，衝擊增壓室110的衝擊板130可以保持恆定的傳熱係數。應當顯而易見的是，以上僅涉及本發明的某些實施例。本領域技術人員可以在不偏離由所附權利要求及其等同形式所限定的本發明的大體精神和範圍的情況下在本說明書中進行多種改變和改型。
權利要求
1.一種用於與波狀表面一起使用的衝擊冷卻系統，所述衝擊冷卻系統包括: 衝擊增壓室； 衝擊板，所述衝擊板面向所述波狀表面； 所述衝擊板包括線性形狀； 所述衝擊板上包括多個突出區域； 其中所述多個突出區域包括多個衝擊孔，所述多個衝擊孔具有不同的尺寸和不同的間距。
2.根據權利要求1所述的衝擊冷卻系統，其特徵在於，所述多個突出區域包括具有第一尺寸的衝擊孔的第一區域和具有第二尺寸的衝擊孔的第二區域。
3.根據權利要求1所述的衝擊冷卻系統，其特徵在於，所述多個突出區域包括具有第一間距的衝擊孔的第一區域和具有第二間距的衝擊孔的第二區域。
4.根據權利要求1所述的衝擊冷卻系統，其特徵在於，所述多個突出區域包括具有第一尺寸和第一間距的衝擊孔的第一區域和具有第二尺寸和第二間距的衝擊孔的第二區域。
5.根據權利要求1所述的衝擊冷卻系統，其特徵在於，所述波狀表面包括多個波狀區域，並且其中所述多個波狀區域定位在離所述衝擊板的多個距離處。
6.根據權利要求5所述的衝擊冷卻系統，其特徵在於，所述多個突出區域中的每一個突出區域中的所述多個衝擊孔的尺寸和間距都隨著與相對的波狀區域的距離而發生變化。
7.根據權利要 求1所述的衝擊冷卻系統，其特徵在於，所述衝擊增壓室包括被限定在所述衝擊板與蓋板之間的腔。
8.根據權利要求1所述的衝擊冷卻系統，其特徵在於，所述衝擊增壓室與冷卻管道中的冷卻流相連通。
9.根據權利要求1所述的衝擊冷卻系統，其特徵在於，所述衝擊板保持所述波狀表面具有跨過其上的基本恆定的傳熱係數。
10.一種渦輪，所述渦輪包括: 渦輪噴嘴； 衝擊冷卻系統； 所述衝擊冷卻系統包括具有多種尺寸和間距的多個衝擊孔；以及 渦輪部件，所述渦輪部件圍繞所述衝擊冷卻系統定位； 所述渦輪部件包括波狀表面。
11.根據權利要求10所述的渦輪，其特徵在於，所述衝擊冷卻系統包括具有衝擊板的衝擊增壓室，所述衝擊板中具有多個衝擊孔。
12.根據權利要求11所述的渦輪，其特徵在於，所述衝擊板包括線性形狀。
13.根據權利要求11所述的渦輪，其特徵在於，所述衝擊板包括具有多個突出區域的網格。
14.根據權利要求13所述的渦輪，其特徵在於，所述多個突出區域中包括所述多個衝擊孑U
15.根據權利要求13所述的渦輪，其特徵在於，所述多個突出區域包括具有第一尺寸的衝擊孔的第一區域和具有第二尺寸的衝擊孔的第二區域。
16.根據權利要求13所述的渦輪，其特徵在於，所述多個突出區域包括具有第一間距的衝擊孔的第一區域和具有第二間距的衝擊孔的第二區域。
17.根據權利要求13所述的渦輪，其特徵在於，所述多個突出區域包括具有第一尺寸和第一間距的衝擊孔的第一區域和具有第二尺寸和第二間距的衝擊孔的第二區域。
18.根據權利要求13所述的渦輪，其特徵在於，所述波狀表面包括多個波狀區域，並且其中所述多個波狀區域定位在離所述衝擊板的多個距離處。
19.根據權利要求10所述的渦輪，其特徵在於，所述衝擊冷卻系統保持所述波狀表面具有跨過其上的基本恆定的傳熱係數。
20.一種渦輪，所述渦輪包括: 渦輪噴嘴； 衝擊冷卻系統； 所述衝擊冷卻系統包括具有多個衝擊孔的線性衝擊板，所述多個衝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衝擊冷卻系統定位； 所述渦輪部件包括波狀表面，使得所述衝擊冷卻系統保持所述波狀表面具有跨過其上的基本恆定的傳熱 係數。
全文摘要
本發明提供一種用於與波狀表面一起使用的衝擊冷卻系統。該衝擊冷卻系統可以包括衝擊增壓室和衝擊板，衝擊板具有面向波狀表面的線性形狀。衝擊表面上可以包括多個突出區域，多個突出區域具有多個衝擊孔，多個衝擊孔具有不同的尺寸和不同的間距。
文檔編號F01D25/12GK103195506SQ201310008079
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者A.G.溫 申請人:通用電氣公司