專利名稱：用于渦輪系統(tǒng)的熱氣路徑構件的制作方法
技術領域：
本文公開的主題大體涉及渦輪系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及用于渦輪系統(tǒng)的熱氣路徑構件。
背景技術：
渦輪系統(tǒng)廣泛地用于諸如動力發(fā)生的領域中。例如，傳統(tǒng)的燃氣輪機系統(tǒng)包括壓縮機、燃燒器和渦輪。在燃氣輪機系統(tǒng)的運行期間，系統(tǒng)中的多種構件都會經受高溫流，高溫流可使構件失效。由于溫度較高的流一般會導致燃氣輪機系統(tǒng)的性能、效率和動力輸出提高，經受高溫流的構件必須被冷卻，以允許燃氣輪機系統(tǒng)以提高的溫度、提高的效率和/或減少的排放運行。在本領域中已知用于冷卻多種燃氣輪機系統(tǒng)構件的多種策略。例如，冷卻介質可從壓縮機中發(fā)送出，并且被提供給多種構件。在系統(tǒng)的壓縮機和渦輪區(qū)段中，可利用冷卻介質來冷卻多種壓縮機和渦輪構件。噴嘴是必須被冷卻的熱氣路徑構件的一個示例。例如，噴嘴的多種部件(諸如翼型件)設置在熱氣路徑中，并且暴露于較高的溫度，并且從而需要冷卻。用于冷卻噴嘴的一個解決方案是在翼型件的內部包括沖擊套管。冷卻介質流到噴嘴的內部，并且然后流過沖擊套管且流到翼型件的內表面上。這個方法有利于翼型件的沖擊冷卻。但是，在沖擊套管不對噴嘴提供充分的冷卻時，提高的冷卻效率是合乎需要的。這種提高的效率將允許減少冷卻噴嘴所需的冷卻介質，并且從而減少排放和/或提高燃燒溫度。因此，用于渦輪系統(tǒng)的改進的熱氣路徑構件(諸如改進的噴嘴)在本領域中是合乎需要的。例如，具有改進的冷卻特征的熱氣路徑構件將是有利的。

發(fā)明內容
將在以下描述中部分地闡述本發(fā)明的各方面和優(yōu)點，或者根據描述，本發(fā)明的各方面和優(yōu)點可為顯而易見的，或者可通過實踐本發(fā)明來學習本發(fā)明的各方面和優(yōu)點。在一個實施例中，公開一種用于渦輪系統(tǒng)的熱氣路徑構件。該熱氣路徑構件包括具有外表面和內表面的殼體。熱氣路徑構件進一步包括具有外表面和內表面的多孔介質，該外表面定位在殼體的內表面附近。多孔介質構造成使冷卻介質流過其中。參照以下描述和所附權利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面與優(yōu)點將變得更好理解。結合在本說明書中且構成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且與描述一起用來闡明本發(fā)明的原理。


在說明書中闡述了針對本領域普通技術人員的本發(fā)明的完整和能夠實施的公開，
包括其最佳模式，說明書參照了附圖，其中
圖1是根據本公開的一個實施例的燃氣輪機系統(tǒng)的示意 圖2是根據本公開的一個實施例的噴嘴的透視 圖3是根據本公開的一個實施例的沖擊套管的透視 圖4是根據本公開的一個實施例的噴嘴的俯視橫截面 圖5是根據本公開的另一個實施例的噴嘴的俯視橫截面 圖6是根據本公開的另一個實施例的噴嘴的俯視橫截面 圖7是根據本公開的一個實施例的熱氣路徑構件的放大橫截面圖；以及 圖8是根據本公開的另一個實施例的熱氣路徑構件的放大橫截面圖。部件列表
10燃氣輪機系統(tǒng) 12壓縮機
14燃燒器
16渦輪
18軸
20熱氣路徑 30熱氣路徑構件
32殼體
34端帽 36外表面 38內表面
42壓力側
44吸力側 46前緣 48后緣 50冷卻介質 52內部 60沖擊套管 62外表面 64 內表面 66沖擊通道 70多孔介質 72外表面 74內表面 76基質 78空隙 80沖擊通道 82冷卻通道。
具體實施例方式現在將詳細參照本發(fā)明的實施例，在附圖中示出了實施例的一個或多個示例。以闡明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的方式來提供各個示例。事實上，對本領域技術人員將顯而易見的是，可在本發(fā)明中作出多種修改和變型，而不偏離本發(fā)明的范圍或精神。例如，示出或描述成一個實施例的一部分的特征可用于另一個實施例，以產生又一個實施例。因而，意圖的是本發(fā)明覆蓋在所附權利要求及其等效方案的范圍內的這樣的修改和變型。圖1是燃氣輪機系統(tǒng)10的示意圖。系統(tǒng)10可包括壓縮機12、燃燒器14和渦輪16。壓縮機12和渦輪16可由軸18聯(lián)接。軸18可為單個軸或聯(lián)接到一起形成軸18的多個軸節(jié)段。渦輪16可包括多個渦輪級。例如,在一個實施例中，渦輪16可具有三個級。渦輪16的第一級可包括多個沿周向隔開的噴嘴和輪葉。噴嘴可沿周向圍繞軸18而設置和固定。輪葉可沿周向圍繞軸而設置，并且聯(lián)接到軸18上。渦輪16的第二級可包括多個沿周向隔開的噴嘴和輪葉。噴嘴可沿周向圍繞軸18而設置和固定。輪葉可沿周向圍繞軸18而設置，并且聯(lián)接到軸18上。渦輪16的第三級可包括多個沿周向隔開的噴嘴和輪葉。噴嘴可沿周向圍繞軸18而設置和固定。輪葉可沿周向圍繞軸18而設置，并且聯(lián)接到軸18上。渦輪16的多種級可至少部分地設置在渦輪16中，并且可至少部分地限定熱氣路徑。應當理解，渦輪16不限于三個級，而是相反，任何數量的級都在本公開的范圍和精神內。類似地，壓縮機12可包括多個壓縮機級(未顯示)。壓縮機12的級中的各個可包括多個沿周向隔開的噴嘴和輪葉?？砂ㄔ跍u輪16和/或壓縮機12中的示例性熱氣路徑構件在圖2中由參考標號
30顯示。在所顯示的示例性實施例中，熱氣路徑構件30是噴嘴。但是，備選地，根據本公開的熱氣路徑構件30可為輪葉、護罩塊，或者可設置在流過渦輪系統(tǒng)10的熱氣的路徑中的任何其它合適的構件。噴嘴30可包括殼體32。在示例性實施例中，殼體32可為在端帽34之間延伸的翼型件。在其中殼體32是翼型件的實施例中，它可具有大體空氣動力學輪廓。例如，殼體32可具有外表面36和內表面38。在其中殼體32是翼型件的實施例中，外表面
36可限定各自在前緣46和后緣48之間延伸的壓力側42和吸力側44，或者任何其它合適的空氣動力學輪廓。端帽34中的一個或多個可限定開口(未顯示)。開口可允許冷卻介質50流到殼體32的由內表面38限定的內部52，如在本領域中大體已知的那樣。在一些實施例中，熱氣路徑構件30可進一步包括沖擊套管60，如圖3、4、6和7中顯示的那樣。沖擊套管60可至少部分地設置在殼體32的內部52內，并且與內表面38隔開。沖擊套管可具有外表面62和內表面64，并且可具有類似于殼體32的輪廓的輪廓。另夕卜，沖擊套管60可限定在內表面64和外表面62之間延伸的一個或多個沖擊通道66。流到殼體32的內部52中的冷卻介質50可流過這些沖擊通道66。在其它實施例中，熱氣路徑構件30可在其中包括任何合適的套管。例如，套管可包括允許冷卻介質50在其間流動的多個分隔開的板。如圖4至8中顯示的那樣，根據本公開的熱氣路徑構件30進一步包括一個或多個多孔媒體70。根據本公開的多孔介質70具有外表面72和內表面74。外表面72定位在殼體32的內表面38附近。在其中熱氣路徑構件30包括沖擊套管60或其它合適的套管的實施例中，多孔媒體70定位在熱氣路徑構件30和沖擊套管60或其它合適的套管之間，使得沖擊套管60的外表面62定位在多孔媒體70的內表面64附近。根據本公開的多孔媒體70可有利地允許諸如殼體32的熱氣路徑構件30得到改進的冷卻。例如，在示例性實施例中，由于大體流過多孔媒體70的冷卻介質50的原因，多孔媒體70允許有來自殼體32的傳導性熱傳遞。在另外的實施例中，如下面論述的那樣，多孔媒體70另外可允許對殼體32進行沖擊冷卻，從而進一步改進熱氣路徑構件30的冷卻。根據本公開的多孔介質70可由具有基質76和一個或多個空隙78的任何合適的多孔材料或多種多孔材料形成。例如，在一些實施例中，多孔介質70，諸如其基質76，可由金屬或金屬合金泡沫、陶瓷泡沫(諸如陶瓷基質復合泡沫)或碳纖維泡沫形成。典型地通過這樣的方式來形成泡沫混合諸如金屬、陶瓷或碳纖維的材料與另一種物質，并且然后融掉物質，留下多孔泡沫。在其它實施例中，多孔介質70可由例如多個裝填在一起的成珠的合適的材料或任何其它合適的材料或多種材料形成。因而，多孔介質70可構造成使冷卻介質50流過其中。冷卻介質50可在接觸殼體32的內表面38之前流過多孔介質70中的空隙78，從而在示例性實施例中有利于對流冷卻。如圖4和5中顯不的那樣,在一些實施例中，熱氣路徑構件30可包括一個多孔介質70。在示例性實施例中，多孔介質70在殼體32的輪廓(諸如空氣動力學輪廓)的方向上是連續(xù)的，使得內表面38的橫截面外形的基本全部都在多孔介質70附近。在其它實施例中，內表面38的橫截面外形的僅一部分可在多孔介質附近。如圖6中顯示的那樣，在其它實施例中，熱氣路徑構件30可包括不止一個多孔介質70。多個多孔介質70中的各個可與多個多孔介質70中的其它多孔介質分隔開，諸如在所顯示的殼體32的輪廓(諸如空氣動力學輪廓)的方向上,或者在任何其它合適的方向上，或者多個多孔介質70中的各個可抵靠或以別的方式接觸多個多孔介質70中的其它多孔介質。如上面論述的那樣，在一些實施例中，如圖4、6和7中顯示的那樣，沖擊套管60可定位在多孔介質70的內表面74附近。在這些實施例中，冷卻介質50可通過沖擊套管60的沖擊通道66而流到多孔介質70。在其它實施例中，如圖5和8中顯示的那樣，可沒有沖擊套管60包括在熱氣路徑構件30中。如圖5和8中進一步顯示的那樣，在一些實施例中，可處理多孔媒體70的內表面74。這種處理可密封內表面74，使得限定在多孔介質70中的空隙78不延伸到內表面74。然后可通過這種經處理的內表面74而形成通道(諸如沖擊通道)，如下面論述的那樣，以允許冷卻介質50流過其中。內表面74的處理可包括研磨、填充、硬釬焊、焊接、軟焊，或將合適地密封內表面74的任何其它合適的處理技術。在示例性實施例中，如圖4至8中顯示的那樣，多孔介質70可與殼體32和/或可選的沖擊套管60接觸。因而，多孔介質70的外表面72可接觸殼體32的內表面38。多孔介質70的內表面74可接觸沖擊套管60的外表面62。在其中多孔介質70接觸殼體32和/或沖擊套管60的一些實施例中，多孔介質70可壓按配合、結合(諸如通過合適的粘合劑或結合工藝)或者以別的方式連接到殼體32和/或沖擊套管60上。在其它實施例中，多孔介質70可與殼體32和/或沖擊套管60隔開。因而，根據本公開的多孔介質70可與殼體32和沖擊套管60兩者接觸，可與殼體32和沖擊套管60兩者隔開，或者可與殼體32或沖擊套管60中的一個接觸，并且與殼體32或沖擊套管60中的其它隔開。在另外的示例性實施例中，如圖7和8中顯示的那樣，一個或多個沖擊通道80可限定在多孔介質70中。沖擊通道80可在多孔介質70的內表面74和外表面72之間延伸。這樣的沖擊通道80可允許冷卻介質50流過其中，并且沖擊在殼體32的內表面38上，從而對殼體32進行沖擊冷卻。另外，冷卻介質50的部分可進入沖擊通道80，并且然后從沖擊通道80流過多孔介質70中的空隙78，從而以別的方式有利于冷卻殼體32。這樣的沖擊通道80可具有任何合適的橫截面形狀，諸如圓或橢圓形形狀、正方形或長方形形狀、三角形，或者具有任何其它合適的多邊形形狀。例如，在一些示例性實施例中，沖擊通道80可具有大體圓形的橫截面形狀，而在其它示例性實施例中，沖擊通道80可具有大體長方形的橫截面形狀，并且表現為槽口。沖擊通道80可具有大于、等于或小于沖擊通道66的那些的橫截面面積。另外，沖擊通道80可具有任何合適的橫截面面積，并且這個橫截面面積在通道80的整個長度上可為恒定的，或者可有所改變。例如，在一些實施例中，通道80可漸縮，或者可具有收縮的部分或較大的部分。仍然另外，沖擊通道80可為直線式、曲線式，或者具有任何其它合適的路徑。例如，在一些實施例中，沖擊通道80可為曲線式，具有大體曲折的路徑。在其它實施例中，沖擊通道80可僅僅具有直線式路徑。根據本公開的沖擊通道80可以鉆削或以別的方式形成到多孔介質70中。在其中沖擊套管60在多孔介質70附近的實施例中，沖擊套管60中的沖擊通道66可大體與多孔介質70的沖擊通道80對準。在其中多孔介質70的內表面74經過處理的實施例中，沖擊通道80可延伸通過這個經處理的表面。根據本公開的殼體32可進一步限定一個或多個冷卻通道82，如圖7和8中顯示的那樣。冷卻通道80可延伸在殼體32的內表面38和外表面36之間。這樣的冷卻通道80可具有任何合適的橫截面形狀、橫截面面積和橫截面路徑，如上面論述的那樣。另外，在一些實施例中，冷卻通道80可為膜冷卻通道，并且可角度設置為和形成為使得流過其中且從中排出的冷卻介質50然后對殼體32的外表面36提供膜冷卻。冷卻通道82可對準多孔介質70，如所顯示的那樣，或者對準限定在其中的沖擊通道80。流過沖擊通道80和多孔介質70的冷卻介質50可流到冷卻通道82中且流過冷卻通道82。在一些實施例中，如圖7中顯示的那樣，冷卻通道82僅延伸通過內表面38和外表面36之間的殼體32。在其它實施例中，如圖8中顯示的那樣，冷卻通道82可進一步至少部分地延伸到多孔介質70中，并且至少部分地限定在多孔介質70中。例如，冷卻通道82可延伸通過多孔介質70的外表面72，如所顯示的那樣。本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領域任何技術人員能夠實踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實行任何結合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例包括不異于權利要求的字面語言的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質性差異的等效結構要素，則它們意于處在權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種用于渦輪系統(tǒng)的熱氣路徑構件，包括 具有外表面和內表面的殼體；以及 具有外表面和內表面的多孔介質，該外表面定位在所述殼體的內表面附近，所述多孔介質構造成使冷卻介質流過其中。
2.根據權利要求1所述的熱氣路徑構件，其特征在于，所述熱氣路徑構件進一步包括定位在所述多孔介質的內表面附近的沖擊套管。
3.根據權利要求1所述的熱氣路徑構件，其特征在于，所述多孔介質的內表面經過處理。
4.根據權利要求1所述的熱氣路徑構件，其特征在于，所述多孔介質限定在內表面和外表面之間延伸的沖擊通道。
5.根據權利要求1所述的熱氣路徑構件，其特征在于，所述多孔介質的外表面與所述殼體的內表面接觸。
6.根據權利要求1所述的熱氣路徑構件，其特征在于，所述殼體限定在內表面和外表面之間延伸的冷卻通道。
7.根據權利要求6所述的熱氣路徑構件，其特征在于，所述冷卻通道進一步至少部分地延伸到所述多孔介質中。
8.根據權利要求1所述的熱氣路徑構件，其特征在于，所述多孔介質由金屬泡沫、陶瓷泡沫或碳纖維泡沫中的一個形成。
9.根據權利要求1所述的熱氣路徑構件，其特征在于，所述熱氣路徑構件進一步包括多個多孔介質，以及其中，所述多個多孔介質中的各個的外表面定位在所述殼體的內表面附近。
10.根據權利要求1所述的熱氣路徑構件，其特征在于，所述熱氣路徑構件是噴嘴。
11.一種潤輪系統(tǒng),包括 壓縮機； 聯(lián)接到所述壓縮機上的渦輪；以及 設置在所述壓縮機或所述渦輪中的至少一個中的多個熱氣路徑構件，所述熱氣路徑構件中的至少一個包括 具有外表面和內表面的殼體；以及 具有外表面和內表面的多孔介質，該外表面定位在所述殼體的內表面附近，所述多孔介質構造成使冷卻介質流過其中。
12.根據權利要求11所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪系統(tǒng)進一步包括定位在所述多孔介質的內表面附近的沖擊套管。
13.根據權利要求11所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔介質的內表面經過處理。
14.根據權利要求11所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔介質限定在內表面和外表面之間延伸的沖擊通道。
15.根據權利要求11所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔介質的外表面與所述殼體的內表面接觸。
16.根據權利要求11所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述殼體限定在內表面和外表面之間延伸的冷卻通道。
17.根據權利要求16所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻通道進一步至少部分地延伸到所述多孔介質中。
18.根據權利要求11所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔介質由金屬泡沫、陶瓷泡沫或碳纖維泡沫中的一個形成。
19.根據權利要求11所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪系統(tǒng)進一步包括多個多孔介質，以及其中，所述多個多孔介質中的各個的外表面定位在所述殼體的內表面附近。
20.根據權利要求11所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述熱氣路徑構件是噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于渦輪系統(tǒng)的熱氣路徑構件。公開一種用于渦輪系統(tǒng)的熱氣路徑構件。該熱氣路徑構件包括具有外表面和內表面的殼體。熱氣路徑構件進一步包括具有外表面和內表面的多孔介質，該外表面定位在殼體的內表面附近。多孔介質構造成使冷卻介質流過其中。
文檔編號F01D25/12GK103046973SQ20121028396
公開日2013年4月17日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權日2011年10月12日
發(fā)明者B.P.萊西, B.G.布熱克, R.C.馬利什 申請人:通用電氣公司