相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)涉及2015年12月30日提交的ge案卷號(hào)為280848-1和283683-1的申請(qǐng)?zhí)枮?4/983768、14/983774的共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)。

本公開內(nèi)容大體上涉及渦輪機(jī)，并且更具體地涉及進(jìn)入腔中的冷卻流的被動(dòng)流調(diào)節(jié)。

背景技術(shù)：

渦輪廣泛用于多種航空、工業(yè)和功率生成應(yīng)用來執(zhí)行功。此渦輪大體上包括外圍地安裝的定子導(dǎo)葉和旋轉(zhuǎn)葉片的交錯(cuò)的級(jí)。定子導(dǎo)葉可附接至靜止構(gòu)件，諸如包繞渦輪的殼，且旋轉(zhuǎn)葉片可附接至沿渦輪的軸向中心線定位的轉(zhuǎn)子。壓縮的工作流體(諸如蒸汽、燃燒氣體或空氣)沿氣體通路流動(dòng)穿過渦輪以產(chǎn)生功。定子導(dǎo)葉加速和引導(dǎo)壓縮的工作流體到旋轉(zhuǎn)葉片的后續(xù)級(jí)上以將運(yùn)動(dòng)給予旋轉(zhuǎn)葉片，因此轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子且執(zhí)行功。

渦輪的各種構(gòu)件(例如，葉片、噴嘴、護(hù)罩等)和區(qū)域(例如，定子與轉(zhuǎn)子之間的輪空間)通常以某一方式冷卻來除去由熱氣體通路傳遞的熱。來自上游壓縮機(jī)的氣體(諸如壓縮空氣)可通過包括一個(gè)或多個(gè)冷卻通路的至少一個(gè)冷卻回路供應(yīng)以冷卻渦輪。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開內(nèi)容的第一方面提供了一種被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，包括：設(shè)置在第一區(qū)域內(nèi)的溫度敏感元件；聯(lián)接至溫度敏感元件的活塞，活塞延伸穿過壁至第二區(qū)域，其中第一區(qū)域相比第二區(qū)域處于較高的溫度；以及設(shè)置在第二區(qū)域中且由活塞的遠(yuǎn)端部分促動(dòng)的閥布置，閥布置響應(yīng)于第一區(qū)域中的溫度的升高將冷卻空氣供應(yīng)從第二區(qū)域穿過成角度的孔口切向地噴射到第一區(qū)域中。

本公開內(nèi)容的第二方面提供了一種被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，包括：溫度敏感元件；聯(lián)接至溫度敏感元件的活塞，活塞包括頭部區(qū)段，其中溫度敏感元件和活塞設(shè)置在第一區(qū)域中；以及孔口，其從第二區(qū)域延伸到第一區(qū)域中，用于將冷卻空氣流從第二區(qū)域供應(yīng)至第一區(qū)域，其中第一區(qū)域相比第二區(qū)域處于較高的溫度；其中溫度敏感元件擴(kuò)大或收縮以將活塞的頭部選擇性地定位在孔口的一部分上，以控制從第二區(qū)域到第一區(qū)域中的冷卻空氣流。

本公開內(nèi)容的第三方面提供了一種用于渦輪的冷卻系統(tǒng)，包括：位于渦輪的第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的孔口，其中渦輪的第一區(qū)域相比渦輪的第二區(qū)域處于較高的溫度；設(shè)置在孔口附近的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，用于將冷卻空氣流從渦輪的第二區(qū)域穿過孔口引導(dǎo)到渦輪的第一區(qū)域，被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置包括：設(shè)置在第一區(qū)域內(nèi)的溫度敏感元件；聯(lián)接至溫度敏感元件的活塞，活塞延伸穿過壁至第二區(qū)域；以及設(shè)置在第二區(qū)域中且由活塞的遠(yuǎn)端部分促動(dòng)的閥布置，閥布置響應(yīng)于第一區(qū)域中的溫度的變化將冷卻空氣流從第二區(qū)域穿過孔口選擇性地引導(dǎo)到第一區(qū)域中；或溫度敏感元件；以及聯(lián)接至溫度敏感元件的活塞，活塞包括頭部區(qū)段，其中溫度敏感元件和活塞設(shè)置在第一區(qū)域中；

其中溫度敏感元件響應(yīng)于第一區(qū)域中的溫度的變化擴(kuò)大或收縮以將活塞的頭部選擇性地定位在孔口的一部分上，以控制從第二區(qū)域到第一區(qū)域中的冷卻空氣流。

技術(shù)方案1.一種被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，包括：

設(shè)置在第一區(qū)域內(nèi)的溫度敏感元件；

聯(lián)接至所述溫度敏感元件的活塞，所述活塞延伸穿過壁至第二區(qū)域，其中所述第一區(qū)域相比所述第二區(qū)域處于較高的溫度；以及

設(shè)置在所述第二區(qū)域中且由所述活塞的遠(yuǎn)端部分促動(dòng)的閥布置，所述閥布置響應(yīng)于所述第一區(qū)域中的溫度的升高將冷卻空氣的供應(yīng)從所述第二區(qū)域穿過成角度的孔口切向地噴射到所述第一區(qū)域中。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域位于渦輪內(nèi)。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述第一區(qū)域設(shè)置在所述渦輪的定子與轉(zhuǎn)子之間。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案2所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述成角度的孔口還包括預(yù)旋流孔口或流誘導(dǎo)器。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案2所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述第一區(qū)域包括所述渦輪的輪空間腔。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案1所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述第一區(qū)域包含旋轉(zhuǎn)空氣流，且其中所述冷卻空氣的供應(yīng)在所述旋轉(zhuǎn)空氣流的旋轉(zhuǎn)方向上穿過所述成角度的孔口噴射到所述第一區(qū)域中。

技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案1所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，噴射到所述第一區(qū)域中的所述冷卻空氣的供應(yīng)響應(yīng)于所述第一區(qū)域中的溫度的進(jìn)一步升高而增加。

技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案1所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述溫度敏感元件包括容納可熱膨脹的材料的殼體。

技術(shù)方案9.一種被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，包括：

溫度敏感元件；

聯(lián)接至所述溫度敏感元件的活塞，所述活塞包括頭部區(qū)段，其中所述溫度敏感元件和所述活塞設(shè)置在第一區(qū)域中；以及

孔口，其從第二區(qū)域延伸到所述第一區(qū)域中，用于將冷卻空氣流從所述第二區(qū)域供應(yīng)至所述第一區(qū)域，其中所述第一區(qū)域相比所述第二區(qū)域處于較高的溫度；

其中所述溫度敏感元件擴(kuò)大或收縮以將所述活塞的頭部選擇性地定位在所述孔口的一部分上，以控制從所述第二區(qū)域到所述第一區(qū)域中的所述冷卻空氣流。

技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案9所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述孔口包括成角度的孔口，且其中所述活塞的頭部的遠(yuǎn)端包括成角度的表面。

技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案9所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述第一區(qū)域包括渦輪的輪空間腔。

技術(shù)方案12.一種用于渦輪的冷卻系統(tǒng)，包括：

位于所述渦輪的第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的孔口，其中所述渦輪的第一區(qū)域相比所述渦輪的第二區(qū)域處于較高的溫度；

設(shè)置在所述孔口附近的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，用于將冷卻空氣流從所述渦輪的第二區(qū)域穿過所述孔口引導(dǎo)至所述渦輪的第一區(qū)域，所述被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置包括：

設(shè)置在所述第一區(qū)域內(nèi)的溫度敏感元件；

聯(lián)接至所述溫度敏感元件的活塞，所述活塞延伸穿過壁至所述第二區(qū)域；以及

設(shè)置在所述第二區(qū)域中且由所述活塞的遠(yuǎn)端部分促動(dòng)的閥布置，所述閥布置響應(yīng)于所述第一區(qū)域中的溫度的變化將所述冷卻空氣流從所述第二區(qū)域穿過所述孔口選擇性地引導(dǎo)到所述第一區(qū)域中；

或

溫度敏感元件；以及

聯(lián)接至所述溫度敏感元件的活塞，所述活塞包括頭部區(qū)段，其中所述溫度敏感元件和所述活塞設(shè)置在所述第一區(qū)域中；

其中所述溫度敏感元件響應(yīng)于所述第一區(qū)域中的溫度的變化擴(kuò)大或收縮以將所述活塞的頭部選擇性地定位在所述孔口的一部分上，以控制從所述第二區(qū)域到所述第一區(qū)域中的所述冷卻空氣流。

技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案10所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述活塞的頭部的所述成角度表面具有對(duì)應(yīng)于穿過所述成角度孔口的冷卻空氣的流通角的形狀。

技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案9所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域位于渦輪內(nèi)。

技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案14所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述第一區(qū)域包括所述渦輪的輪空間腔。

技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案9所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述孔口包括預(yù)旋流孔口或流誘導(dǎo)器。

技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案9所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述第一區(qū)域包含旋轉(zhuǎn)空氣流，且其中所述冷卻空氣流在所述旋轉(zhuǎn)空氣流的旋轉(zhuǎn)方向上穿過所述成角度的孔口噴射到所述第一區(qū)域中。

技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案9所述的被動(dòng)流調(diào)節(jié)裝置，其中，所述溫度敏感元件包括容納可熱膨脹的材料的殼體。

技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案12所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述孔口包括成角度的孔口，且其中所述成角度的孔口包括預(yù)旋流孔口或流誘導(dǎo)器。

技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案12所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述第一區(qū)域包括所述渦輪的輪空間腔。

技術(shù)方案21.根據(jù)技術(shù)方案12所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述第一區(qū)域包含旋轉(zhuǎn)空氣流，且其中所述冷卻空氣流在所述旋轉(zhuǎn)空氣流的旋轉(zhuǎn)方向上從所述第二區(qū)域穿過所述孔口引導(dǎo)到所述第一區(qū)域中。

本公開內(nèi)容的示范性方面設(shè)計(jì)成解決本文所述的問題和/或未論述的其它問題。

附圖說明

本公開內(nèi)容的這些及其它特征將從連同附圖對(duì)本公開內(nèi)容的各種方面的以下詳細(xì)描述中更容易理解，附圖繪出了本公開內(nèi)容的各種實(shí)施例。

圖1為根據(jù)實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的示意圖。

圖2為根據(jù)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子、定子和多個(gè)被動(dòng)流調(diào)節(jié)(pfm)裝置的截面視圖。

圖3繪出了根據(jù)實(shí)施例的處于關(guān)閉位置的pfm裝置。

圖4繪出了根據(jù)實(shí)施例的處于打開位置的圖3的pfm裝置。

圖5繪出了根據(jù)實(shí)施例的由圖3和圖4的pfm裝置提供的流調(diào)節(jié)的圖表。

圖6繪出了根據(jù)實(shí)施例的處于減少流通位置的pfm裝置。

圖7繪出了根據(jù)實(shí)施例的處于完全流通位置的圖6的pfm裝置。

圖8繪出了根據(jù)實(shí)施例的由圖6和圖7的pfm裝置提供的流調(diào)節(jié)的圖表。

圖9繪出了根據(jù)實(shí)施例的處于非流通位置的雙重pfm裝置。

圖10繪出了根據(jù)實(shí)施例的處于完全流通位置的雙重pfm裝置。

圖11繪出了根據(jù)實(shí)施例的由圖9和圖10的雙重pfm裝置提供的流調(diào)節(jié)的圖表。

將注意本公開內(nèi)容的附圖不按比例。附圖意在僅繪出本公開內(nèi)容的典型方面，且因此不應(yīng)認(rèn)作是限制本公開內(nèi)容的范圍。在附圖中，相似的標(biāo)號(hào)表示附圖之間的相似元件。

零件清單

2燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)

4壓縮機(jī)

6空氣

8壓縮空氣

10燃燒器

12燃料

14燃燒氣體

16渦輪

18軸

20外部負(fù)載

22渦輪轉(zhuǎn)子

24定子

28空氣流

30輪空間腔

32冷卻空氣

34孔口

36,38被動(dòng)流調(diào)節(jié)(pfm)裝置

40雙重pfm裝置

42閥系統(tǒng)

44冷區(qū)域

46氣體入口端口

48氣體出口端口

50管道

52適配器/連接器

54溫度敏感元件

56殼體

58可熱膨脹的材料

60活塞

62閥盤

64外側(cè)表面

66閥座

68室

70箭頭

72箭頭

74箭頭

76箭頭

80殼體

82波紋管

84可熱膨脹的材料

86活塞

88可動(dòng)架

90頭部

92出口

94遠(yuǎn)端表面

96偏壓部件

100導(dǎo)閥

102主閥

104氣體入口端口

106氣體出口端口

110殼體

112頭部

114可熱膨脹的材料

116活塞

118閥盤

120閥座

122氣體入口端口

124氣體出口端口

126壓力敏感元件

128殼體

130波紋管

132活塞

134閥盤

136放出孔

138閥座

150箭頭

174箭頭

176箭頭。

具體實(shí)施方式

本公開內(nèi)容大體上涉及渦輪機(jī)，并且更具體地涉及進(jìn)入腔中的冷卻流的被動(dòng)流調(diào)節(jié)。

在附圖中，例如在圖1中，"a"軸線代表軸向定向。如本文使用的用語"軸向"和/或"軸向地"是指物體沿軸線a的相對(duì)位置/方向，軸線a與渦輪機(jī)(具體而言，轉(zhuǎn)子區(qū)段)的旋轉(zhuǎn)軸線大致平行。如本文進(jìn)一步使用的用語"徑向"和/或"徑向地"是指物體沿軸線(r)的相對(duì)位置/方向，軸線(r)與軸線a大致垂直且僅在一個(gè)位置處與軸線a相交。此外，用語"周向"和/或"周向地"是指物體沿圓周(c)的相對(duì)位置/方向，圓周(c)包繞軸線a但在任何位置處都不與軸線a相交。

現(xiàn)在參看附圖，其中相似的數(shù)字表示貫穿若干視圖的相似元件，圖1示出了可在本文中使用的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)2的示意圖。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)2可包括壓縮機(jī)4。壓縮機(jī)4壓縮空氣6的入流。壓縮機(jī)4將壓縮空氣8的流輸送至燃燒器10。燃燒器10使壓縮空氣8的流與加壓的燃料12的流混合，且點(diǎn)燃混合物來產(chǎn)生燃燒氣體14的流。盡管僅示出了單個(gè)燃燒器10，但燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)2可包括任何數(shù)目的燃燒器10。燃燒氣體14的流繼而又輸送至渦輪16。燃燒氣體14的流驅(qū)動(dòng)渦輪16來產(chǎn)生機(jī)械功。渦輪16中產(chǎn)生的機(jī)械功經(jīng)由軸18驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)4，且可用于驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載20，諸如發(fā)電機(jī)和/或類似的。

圖2中繪出了在燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)2(圖1)的操作期間在定子24內(nèi)(例如，沿軸線a)旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子22的截面視圖。在轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)期間，旋轉(zhuǎn)空氣流28在定子24內(nèi)的輪空間腔30中產(chǎn)生。多個(gè)孔口34沿周向圍繞定子24定位。冷卻空氣32從"冷"區(qū)域(例如，該示例中的定子24外)到"熱"區(qū)域(例如，輪空間腔30)在轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)方向上經(jīng)由多個(gè)孔口34切向地噴射到輪空間腔30中。例如，冷卻空氣32可由燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)2(圖1)的壓縮機(jī)4生成。例如，孔口34可以以本領(lǐng)域中已知的方式用作預(yù)旋流孔口和/或流誘導(dǎo)器。根據(jù)實(shí)施例，多個(gè)孔口34中的至少一個(gè)設(shè)有被動(dòng)流調(diào)節(jié)(pfm)裝置36、38或40以用于選擇性地控制允許穿過孔口34進(jìn)入輪空間腔30中的冷卻空氣32的量。

根據(jù)實(shí)施例，pfm裝置36、38可與孔口34串聯(lián)使用以可變地控制穿過孔口34進(jìn)入輪空間30中(例如，從冷區(qū)域到熱區(qū)域)的冷卻空氣32流。例如，pfm裝置36、38可促使冷卻空氣流穿過孔口34，且然后將流出孔口34進(jìn)入輪空間腔30中的冷卻空氣32流增加和加速到或接近轉(zhuǎn)子22的轉(zhuǎn)速。各個(gè)孔口34包括限定的有效喉部區(qū)域ae和出口角α以提供流動(dòng)通路，使得空氣流的流出速度和定向提供輪空間腔30中的最佳傳熱效率。pfm裝置36、38提供跨過渦輪16的操作范圍的冷卻流節(jié)省且改善渦輪16的輸出和效率。

根據(jù)其它實(shí)施例，雙重pfm裝置40可與孔口34串聯(lián)使用以雙重地控制穿過孔口34進(jìn)入輪空間腔30中的冷卻空氣32流。在關(guān)閉位置，防止冷卻空氣32穿過孔口34流入輪空間腔30中。在打開位置，雙重pfm裝置40將特定的冷卻空氣流輸送至輪空間腔30。渦輪性能改善，因?yàn)殡p重pfm裝置40在除輪空間腔30中預(yù)計(jì)或測(cè)量到高溫時(shí)之外的大多數(shù)渦輪操作模式期間關(guān)閉。

孔口34中的一個(gè)或多個(gè)可提供連續(xù)的(未調(diào)節(jié)的)冷卻空氣32流到輪空間腔30中。此孔口34在圖2的下區(qū)段中繪出。

圖3和圖4中繪出了根據(jù)實(shí)施例的pfm裝置36。pfm裝置36在圖3中處于關(guān)閉位置，且在圖4中處于打開位置。在實(shí)施例中，pfm裝置36的一些構(gòu)件位于冷區(qū)域中(例如，在定子24外)，而其它構(gòu)件設(shè)置在熱區(qū)域(例如，輪空間腔30)內(nèi)。

pfm裝置36包括定位在冷區(qū)域44中的閥系統(tǒng)42。閥系統(tǒng)42包括至少一個(gè)氣體入口端口46(圖4)和氣體出口端口48。管道50將閥系統(tǒng)42的氣體出口端口48流體地聯(lián)接至孔口34。適配器/連接器52將管道50聯(lián)接至定子24。

設(shè)置在熱區(qū)域(例如，輪空間腔30)內(nèi)的溫度敏感元件54可用于促動(dòng)pfm裝置36。在實(shí)施例中，溫度敏感元件54可包括容納可熱膨脹的材料58的殼體56。例如，可熱膨脹的材料58可包括硅熱傳遞流體或在渦輪16的操作溫度(例如，達(dá)到1300℉)下穩(wěn)定的任何其它適合的可熱膨脹的材料。在其它實(shí)施例中，例如，溫度敏感元件54可包括響應(yīng)于溫度的變化改變尺寸和/或形狀的雙金屬元件或其它類型的布置。

殼體56內(nèi)的可熱膨脹的材料58接合活塞60的頭部59，活塞60延伸穿過定子24至冷區(qū)域44。在實(shí)施例中，閥系統(tǒng)42包括閥盤62，其附接至活塞60的遠(yuǎn)端。閥盤62的相對(duì)的外側(cè)表面64(圖4)構(gòu)造成與閥系統(tǒng)42的閥座66的對(duì)應(yīng)表面匹配。在其它實(shí)施例中，可使用其它閥機(jī)構(gòu)(例如，諸如彈簧加載的樞軸、滾珠和止擋件、蝶板閥和/或類似的)。

pfm裝置36在圖3中示為處于關(guān)閉構(gòu)造。換句話說，在關(guān)閉構(gòu)造中，閥盤62的外側(cè)表面64(圖4)的至少一部分接合閥系統(tǒng)42的閥座66。在關(guān)閉構(gòu)造中，防止冷卻空氣32從定子24外的較冷區(qū)域44穿過管道50和孔口34流入較熱區(qū)域(例如，輪空間腔30)中。

現(xiàn)在參看圖4，輪空間腔30中的溫度的升高引起殼體56內(nèi)的可熱膨脹的材料58的擴(kuò)大。結(jié)果，可熱膨脹的材料58膨脹且向下推活塞60的頭部59。活塞60的移位將附接至活塞60的端部的閥盤62推離閥座66，如箭頭70指出的那樣。在閥盤62的外側(cè)表面64不再接觸閥座66時(shí)，冷卻空氣32流開始從氣體入口端口46穿過氣體出口端口48、管道50和孔口34流入輪空間腔30中。冷卻空氣32流在閥盤62進(jìn)一步遠(yuǎn)離閥座66移動(dòng)時(shí)(在溫度進(jìn)一步升高時(shí))增加，因?yàn)楦嗟牧鲃?dòng)區(qū)域設(shè)在閥盤62的外側(cè)表面64與閥座66之間。

圖5中示出了由pfm裝置36提供的流調(diào)節(jié)的圖表。如圖所示，孔口34中的壓力(p3)與輪空間腔30中的壓力的比率和穿過孔口34的空氣質(zhì)量流(qm)隨溫度(t1)和渦輪負(fù)載(gt負(fù)載)升高而增加。箭頭74指出了針對(duì)示范性渦輪(例如，渦輪16)的優(yōu)化冷卻效率的目標(biāo)壓力比(p3/p2)和空氣質(zhì)量流(qm)。如箭頭76指出的那樣，pfm裝置36相比于固定流提供了跨過渦輪的大部分操作范圍的相當(dāng)大的冷卻流節(jié)省，這改善渦輪的輸出和效率。

圖6和圖7中繪出了根據(jù)實(shí)施例的pfm裝置38。pfm裝置38在圖6中處于減少流通位置，且在圖7中處于完全流通位置。在實(shí)施例中，pfm裝置38設(shè)置在輪空間腔30(例如，熱區(qū)域)內(nèi)。

pfm裝置38包括設(shè)置在輪空間腔30內(nèi)的溫度敏感元件78。在實(shí)施例中，溫度敏感元件78包括部分地填充有可熱膨脹的材料84的殼體80。例如，可熱膨脹的材料84可包括硅熱傳遞流體或在渦輪16的操作溫度下穩(wěn)定的任何其它適合的可熱膨脹的材料。在其它實(shí)施例中，例如，溫度敏感元件78可包括響應(yīng)于溫度的變化改變尺寸和/或形狀的雙金屬元件或其它類型的布置。

活塞86聯(lián)接至可動(dòng)架88?；钊?6的頭部90在孔口34的出口92上至少部分地延伸。活塞86的頭部90的遠(yuǎn)端表面94可具有對(duì)應(yīng)于穿過孔口34進(jìn)入輪空間腔30中的冷卻空氣32的流通角α的成角度構(gòu)造?；钊?6的頭部90的遠(yuǎn)端表面94的成角度構(gòu)造有助于將冷卻空氣32流引導(dǎo)到輪空間腔30中且保持其出口角。還可使用活塞86的頭部90的端面94的其它構(gòu)造(例如，垂直于活塞86的移位方向)。

偏壓部件96(例如，彈簧)如箭頭98指出的那樣朝孔口34的出口92偏壓可動(dòng)架88和活塞86。在圖6中繪出的構(gòu)造中，活塞86的頭部90在孔口34的出口92上至少部分地延伸。這減少了可穿過孔口34進(jìn)入輪空間腔30中的冷卻空氣32流。

現(xiàn)在參看圖7，輪空間腔30中的溫度的升高引起殼體80內(nèi)的可熱膨脹的材料84的膨脹以及活塞86在方向100上的對(duì)應(yīng)移位。由活塞86施加的力抵消由偏壓部件96施加的偏壓力且在方向100上推動(dòng)可動(dòng)架88和活塞86。如由箭頭102指出的那樣，可熱膨脹的材料84的膨脹使活塞86的頭部90遠(yuǎn)離孔口34的出口92移位。由于活塞86的頭部90現(xiàn)在阻擋孔口34的出口92較少，故冷卻空氣32的較大量的流可從定子24外的冷區(qū)域穿過孔口34進(jìn)入輪空間腔30中。冷卻空氣32流隨輪空間腔30內(nèi)的溫度升高而繼續(xù)增加，這引起活塞86的頭部90進(jìn)一步遠(yuǎn)離孔口34的出口92移位。在圖7中，孔口34的出口92完全打開。

圖8中示出了由pfm裝置38提供的流調(diào)節(jié)的圖表。如圖所示，穿過孔口34的冷卻空氣32的有效流動(dòng)面積(ae)和空氣質(zhì)量流隨溫度(t1)和渦輪負(fù)載(gt負(fù)載)升高而增大。箭頭174指出了針對(duì)示范性渦輪(例如，渦輪16)的優(yōu)化冷卻效率的目標(biāo)有效流動(dòng)面積(ae)和空氣質(zhì)量流(qm)。如箭頭176指出的那樣，pfm裝置38相比于固定流提供了跨過渦輪的大部分操作范圍的相當(dāng)大的冷卻流節(jié)省，這改善渦輪的輸出和效率。

圖9和圖10中繪出了根據(jù)實(shí)施例的雙重pfm裝置40。pfm裝置40在圖9中處于非流通位置，且在圖10中處于完全流通位置。在實(shí)施例中，pfm裝置40設(shè)置在冷區(qū)域中(例如，在定子24外)。

如圖9和圖10中所示，雙重pfm裝置40包括溫度敏感導(dǎo)閥100和壓力敏感主閥102。溫度敏感導(dǎo)閥100構(gòu)造成在預(yù)定溫度下打開，這引起壓力敏感主閥102的加壓。壓力敏感主閥102的加壓將壓力敏感主閥102促動(dòng)至完全打開位置。就此而言，壓力敏感主閥102完全打開或完全閉合。

溫度敏感導(dǎo)閥100包括至少一個(gè)氣體入口端口104和氣體出口端口106(圖10)。用于促動(dòng)溫度敏感導(dǎo)閥100的溫度敏感元件108位于殼體110內(nèi)。在實(shí)施例中，殼體110部分地填充有可熱膨脹的材料114。例如，可熱膨脹的材料114可包括硅熱傳遞流體或在渦輪16的操作溫度下穩(wěn)定的任何其它適合的可熱膨脹的材料。在其它實(shí)施例中，例如，溫度敏感元件114可包括響應(yīng)于溫度的變化改變尺寸和/或形狀的雙金屬元件或其它類型的布置。

可熱膨脹的材料114接合活塞116的頭部112。閥盤118附接至活塞116的遠(yuǎn)端。在非流通狀態(tài)，閥盤118的相對(duì)的外側(cè)表面與閥座120(圖10)的對(duì)應(yīng)表面匹配。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可使用其它閥機(jī)構(gòu)(例如，諸如彈簧加載的樞軸、滾珠和止擋件、蝶板閥和/或類似的)。

壓力敏感主閥102包括至少一個(gè)氣體入口端口122和氣體出口端口124(圖10)。用于促動(dòng)壓力敏感主閥102的壓力敏感元件126位于殼體128內(nèi)。在實(shí)施例中，壓力敏感元件126可包括波紋管130(或其它可膨脹元件(例如，隔膜))，其流體地聯(lián)接至溫度敏感導(dǎo)閥100的氣體出口端口106。

波紋管130聯(lián)接至活塞132。閥盤134附接至活塞132的遠(yuǎn)端。延伸穿過活塞132和閥盤134的放出孔136流體地聯(lián)接波紋管130和氣體出口端口124。放出孔136在溫度敏感導(dǎo)閥100關(guān)閉時(shí)釋放波紋管130中的壓力。在非流通狀態(tài)中，閥盤134的相對(duì)的外側(cè)表面與閥座138的對(duì)應(yīng)表面匹配，防止了冷卻空氣32從氣體入口端口122穿過氣體出口端口124流入孔口34和輪空間腔130中。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可使用其它閥機(jī)構(gòu)(例如，諸如彈簧加載的樞軸、滾珠和止擋件、蝶板閥和/或類似的)。

現(xiàn)在參看圖10，包繞雙重pfm裝置40的冷區(qū)域中的溫度的升高引起殼體110內(nèi)的可熱膨脹的材料114的膨脹。殼體110內(nèi)的可熱膨脹的材料114的膨脹使附接至活塞116的端部的閥盤118遠(yuǎn)離閥座120移位。當(dāng)閥盤118的外側(cè)表面不再接觸閥座120時(shí)，環(huán)境空氣穿過(一個(gè)或多個(gè))氣體入口端口104和氣體出口端口106進(jìn)入波紋管130中。這使波紋管130加壓。

加壓引起波紋管130膨脹，使附接的活塞132朝氣體出口端口124向外移位。響應(yīng)于活塞132的向外移位，閥盤134遠(yuǎn)離閥座138移位，允許冷卻空氣32從氣體入口端口122穿過氣體出口端口124和孔口34進(jìn)入熱區(qū)域(例如，輪空間腔30)中。

圖11中示出了由雙重pfm裝置40提供的流調(diào)節(jié)的圖表。如圖所示，在高于溫度敏感導(dǎo)閥100的促動(dòng)溫度的溫度下穿過孔口34的空氣質(zhì)量流(qm)與固定流孔口34相同。如箭頭150指出的那樣，在低于促動(dòng)溫度的溫度下，雙重pfm裝置40提供跨過渦輪的大部分操作范圍的相當(dāng)大的冷卻流節(jié)省，這改善渦輪的輸出和效率。

在各種實(shí)施例中，描述為"聯(lián)接"到彼此上的構(gòu)件可沿一個(gè)或多個(gè)對(duì)接處連接。在一些實(shí)施例中，這些對(duì)接處可包括不同構(gòu)件之間的接合處，且在其它實(shí)施例中，這些對(duì)接處可包括牢固且/或整體結(jié)合形成的互連。換句話說，在一些情況中，"聯(lián)接"到彼此上的構(gòu)件可同時(shí)地形成以限定單個(gè)連續(xù)部件。然而，在其它實(shí)施例中，這些聯(lián)接的構(gòu)件可形成為單獨(dú)的部件且隨后通過已知的過程(例如，緊固、超聲波焊接、粘結(jié))來連接。

當(dāng)元件或?qū)臃Q為在另一元件"上"、與其"接合"、"連接"或"聯(lián)接"時(shí)，其可為直接在另一元件上、與其直接接合、連接或聯(lián)接，或可存在介于其間的元件。相比之下，當(dāng)元件稱為"直接在另一個(gè)元件或?qū)由?、"直接地與其接合"、"直接地連接到其上"或"直接地聯(lián)接到其上"時(shí)，可能沒有介于其間的元件存在。用于描述元件之間的關(guān)系的其它詞語應(yīng)當(dāng)以類似的方式解釋(例如，"在……之間"對(duì)"直接在……之間"、"相鄰"對(duì)"直接相鄰"等)。如本文使用的用語"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)目的任何和所有組合。

本文所述的用語僅用于描述特定實(shí)施例的目的，且不意在限制本公開內(nèi)容。如本文使用的單數(shù)形式"一個(gè)"、"一種"和"該"意在也包括復(fù)數(shù)形式，除非向下文清楚地另外指出。還將理解的是，用語"包括"和/或"包含"在用于此說明書中時(shí)表示指出的特征、整體、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件的存在，但并未排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或其組合。

該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請(qǐng)專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)要素，則意在使這些其它示例處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。