渦輪燃燒系統(tǒng)冷卻罩的制作方法
【專利摘要】一種罩(54)，位于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件(26,28)的雙壁管狀結(jié)構(gòu)(40A,40B)的外壁(40B)中的冷卻劑入口孔(48)上方。所述罩改變冷卻劑流(37)進(jìn)入所述孔的方向。罩的前緣(56,58)具有中央突起(56)或舌部以及彎曲底切(58)，中央突起或舌部懸于冷卻劑入口孔之上，彎曲底切位于舌部各側(cè)，處于所述罩的舌部和大致C型或大致U型的附接基底(53)之間。局部罩(62)可關(guān)于所述罩(54)配合地定位。
【專利說(shuō)明】渦輪燃燒系統(tǒng)冷卻罩
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年3月29日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)61/468678的權(quán)益，該申請(qǐng)作為引用并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及冷卻燃?xì)鉁u輪燃燒室和轉(zhuǎn)換管道，尤其涉及罩(scoop)輔助的沖擊冷卻。
【背景技術(shù)】
[0004]在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，在初始階段壓縮空氣，然后在燃燒室中加熱空氣。得到的熱工作氣體驅(qū)動(dòng)執(zhí)行工作的渦輪機(jī)，包括使空氣壓縮器旋轉(zhuǎn)。
[0005]在常見エ業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)構(gòu)造中，許多燃燒室可繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸或軸線以“筒環(huán)形”構(gòu)造布置成圓形陣列。相應(yīng)的轉(zhuǎn)換管道陣列將每個(gè)燃燒器的流出ロ連接到渦輪入口。每個(gè)轉(zhuǎn)換管道是大致管狀壁結(jié)構(gòu)或殼體，其包圍燃燒室和渦輪機(jī)之間的熱氣體路徑。燃燒室和轉(zhuǎn)換管道的壁經(jīng)受來(lái)自燃燒過(guò)的和正在燃燒的氣體的高溫。這些壁因它們?cè)谄渌鼊?dòng)態(tài)部件之間的位置、溫度周期和其它因素而經(jīng)受低循環(huán)疲勞。這對(duì)于部件使用周期是主要的設(shè)計(jì)考慮因素。
[0006]燃燒室壁和轉(zhuǎn)換管道壁可通過(guò)使用來(lái)自渦輪機(jī)壓縮器的壓縮空氣的開式冷卻或閉式冷卻、通過(guò)蒸汽或通過(guò)其它方式來(lái)冷卻。對(duì)于冷卻流體在這些壁中的通道，各種通路設(shè)計(jì)是已知的，如本領(lǐng)域已知，這些壁的內(nèi)表面可涂覆有熱障涂層。
[0007]冷卻轉(zhuǎn)換管道的ー個(gè)方法以美國(guó)專利4719748為例說(shuō)明。轉(zhuǎn)換管道上的套筒構(gòu)造成提供通過(guò)套筒中的孔形成的沖擊射流(impingement jet)。美國(guó)專利6494044描述了借助被穿孔而具有沖擊冷卻孔的包圍套筒來(lái)冷卻轉(zhuǎn)換管道。冷卻氣體進(jìn)入所述孔，并沖擊轉(zhuǎn)換管道內(nèi)壁。面向冷卻流的導(dǎo)氣罩被添加到ー些沖擊孔，以增加沖擊射流速度。美國(guó)專利申請(qǐng)出版物2009/0145099和2010/0000200示出用于對(duì)轉(zhuǎn)換管道的沖擊冷卻的相關(guān)罩。盡管有這些和其它方法，但是仍需要提供對(duì)燃燒器和轉(zhuǎn)換管道的更有效的冷卻。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]在下面描述中參考【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明，附圖中:
[0009]圖1是現(xiàn)有技術(shù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
[0010]圖2是現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)換管道的透視圖；
[0011]圖3是現(xiàn)有技術(shù)雙壁轉(zhuǎn)換管道的示意性截面圖；
[0012]圖4是本發(fā)明各方面的示例性冷卻劑罩的透視圖；
[0013]圖5是圖4的示例性罩的截面?zhèn)纫晥D；
[0014]圖6是具有不同孔位置的示例性罩的截面?zhèn)纫晥D；
[0015]圖7是根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換管道的透視圖；[0016]圖8是局部罩的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1是現(xiàn)有技術(shù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)20的示意圖，其包括壓縮器22、定位在蓋組件24內(nèi)的燃料噴射器、燃燒室26、轉(zhuǎn)換管道28、渦輪機(jī)30和軸32，渦輪機(jī)30通過(guò)該軸32驅(qū)動(dòng)壓縮器22。若干燃燒器組件24、26、28可按本領(lǐng)域已知的筒環(huán)形構(gòu)造布置成圓形陣列。在操作時(shí)，壓縮器22吸入空氣33，并經(jīng)由擴(kuò)散器34和燃燒器增壓器36給燃燒器入口 23提供壓縮氣流37。蓋組件24內(nèi)的燃料噴射器將燃料與壓縮空氣混合。該混合物在燃燒室26中燃燒，產(chǎn)生熱燃燒氣體38，熱燃燒氣體穿過(guò)轉(zhuǎn)換管道28，到達(dá)渦輪機(jī)30。擴(kuò)散器34和增壓器36可繞軸32環(huán)狀地延伸。燃燒器增壓器36中的壓縮氣流37的壓力比燃燒室26和轉(zhuǎn)換管道28中的工作氣體38的壓力高。
[0018]圖2是現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)換管道28的透視圖，其包括了具有界定熱氣體路徑42的壁40的管狀殼體。上游端44可以是圓形的，下游端46可以是如所示具有渦輪匹配曲率的大致矩形。圖3示意性地示出管道28的截面?zhèn)纫晥D，示出壁40包括內(nèi)壁40A和外壁40B或套筒。外壁40B可以穿有孔48，孔48允許朝向內(nèi)壁40A引導(dǎo)將形成沖擊射流50的冷卻氣體。在沖擊之后，冷卻劑可穿過(guò)內(nèi)壁40A中的薄膜冷卻孔48，以進(jìn)行如本領(lǐng)域中已知的薄膜冷卻52和/或其可流向燃燒室。類似的雙壁構(gòu)造可用于燃燒室26，本發(fā)明也可應(yīng)用于燃燒室。圖2還示出如本領(lǐng)域中使用的洋帶(trip strip)49,其位于當(dāng)氣流37在管道28和相鄰管道之間通過(guò)時(shí)對(duì)氣流37的最大壓縮區(qū)域或線路附近。氣流37的最大壓縮區(qū)域的上游隨著氣流向前移動(dòng)而壓縮，這是因?yàn)橄噜徆艿乐g的區(qū)域減小。氣流37在相鄰轉(zhuǎn)換管道之間的最大壓縮區(qū)域的下游擴(kuò)散，變得局部不穩(wěn)定，從而干擾位于不穩(wěn)定流動(dòng)區(qū)域中的孔48的有效性。絆帶49用于確保氣流37在期望位置處分離。
[0019]盡管燃燒器增壓器36中的壓縮氣流37的壓力比工作氣體38高，但是增加該差別以增加沖擊射流50的速度是有益的。這可在至少一些沖擊孔48的每個(gè)沖擊孔處使用導(dǎo)氣罩來(lái)完成。所述罩可改變一些冷卻劑流進(jìn)入孔48的方向。它們將一些冷卻劑速度壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榭?8處的靜壓，從而增加壓差。
[0020]圖4不出本發(fā)明各方面的導(dǎo)氣罩54的實(shí)施例。罩54可具有前緣和底切,前緣具有懸于孔48之上的大致集中向前的突起或舌部56，底切比如是彎曲底切58，其位于舌部各偵牝處于舌部和C形或大致U形的附接基底53之間。罩54的前緣形狀由此是流線型的，以減少空氣動(dòng)力摩擦和下游湍流。罩54可具有球形幾何形狀，附接基底53沿其赤道圓。這種幾何形狀使空氣動(dòng)力摩擦尤其是多余摩擦或間接摩擦最小。
[0021]圖5是圖4的截面圖。示出壁40B的外表面41和罩54的內(nèi)表面55。前緣56、58，或者至少舌部56可逐漸縮小至遠(yuǎn)端尖銳的前緣部分，以成流線型。圖6是與圖4類似的罩54的截面圖，示出罩54相對(duì)于孔48的不同孔尺寸和位置。在本文中，冷卻罩54的設(shè)計(jì)提高了改變氣流方向以用于燃燒系統(tǒng)的沖擊特性的能力。在該實(shí)施例中，罩54的內(nèi)表面附接成在附接基底上與孔48的最后部平滑地對(duì)準(zhǔn)，而在圖5的實(shí)施例中，附接基底稍微定位在孔最后部的后方。
[0022]圖7是轉(zhuǎn)換管道60的透視圖，該轉(zhuǎn)換管道包括多個(gè)如圖5和6所示的罩54。此夕卜，管道60包括多個(gè)局部罩62。術(shù)語(yǔ)“局部罩”在圖8中進(jìn)一步示出，圖8是放置在單個(gè)沖擊孔48周圍的單個(gè)局部罩62的放大透視圖。應(yīng)注意，局部罩62包括大致平面狀的前緣64，該前緣位干與表示管道壁40B的局部表面(應(yīng)認(rèn)識(shí)到該局部表面可具有輕微曲率)的平面形成鋭角A (小于90度)的平面中。在圖7的實(shí)施例中，局部罩62放置在相鄰轉(zhuǎn)換管道之間的最大壓縮區(qū)域下游的位置(即，現(xiàn)有技術(shù)絆帶所在的線路)。已發(fā)現(xiàn):位于最大壓縮區(qū)域上游的罩54和位于該區(qū)域下游的局部罩62的組合在不需要絆帶的情況下就能提供足夠的冷卻。
[0023]盡管本文中顯示并描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，但是應(yīng)明白，這種實(shí)施例僅以示例的形式給出。在不脫離本發(fā)明的情況下可以進(jìn)行許多變形、修改和替代。相應(yīng)地，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求的精神和范圍限制。
【權(quán)利要求】
1.一種使冷卻劑流體改變方向的冷卻設(shè)備，包括: 第一罩，位于燃?xì)鉁u輪部件外部壁中的第一冷卻劑入口孔上方； 第一罩包括前緣和彎曲底切，所述前緣具有懸于所述孔之上的中央舌部，所述彎曲底切位于舌部各側(cè)，處于所述罩的舌部與附接基底之間； 其中所述基底附接到所述壁的外表面，并部分地包圍所述第一孔。
2.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中所述第一罩具有球形幾何形狀，所述基底沿所述第一罩的赤道圓。
3.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中所述外部壁是雙壁燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)換管道的外壁，其中冷卻劑流體形成沖擊射流，所述沖擊射流朝向轉(zhuǎn)換管道的內(nèi)壁被第一罩引導(dǎo)穿過(guò)第一孔。
4.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中所述舌部逐漸縮小至遠(yuǎn)端尖銳的前緣部分。
5.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其中所述附接基底的最后部定位在所述孔的最后部之后一距離處。
6.如權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，還包括第二罩，放置在燃?xì)鉁u輪部件外部壁中的第二冷卻劑入口孔上方，所述第二罩包括: C形或大致U形的附接基底； 從基底延伸到大致平面狀的前緣的各側(cè)； 所述大致平面狀的前緣位于與附接基底的平面形成銳角的平面中。
7.—種使冷卻劑流體改變方向的冷卻設(shè)備，包括: C形或大致U形的附接基底； 從基底延伸的彎曲側(cè)； 從彎曲側(cè)向前延伸的中央舌部； 各側(cè)在所述舌部的各側(cè)在所述舌部和所述基底之間相對(duì)于所述基底形成底切，以限定流線型的罩的形狀。
8.如權(quán)利要求7所述的冷卻設(shè)備，其中所述舌部逐漸縮小至遠(yuǎn)端尖銳的前緣部分。
9.一種使冷卻劑流體改變方向的冷卻設(shè)備，包括: 轉(zhuǎn)換管道壁，設(shè)置在筒環(huán)形燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑流中；以及 多個(gè)罩，設(shè)置在相應(yīng)多個(gè)冷卻劑入口孔上方，位于限定轉(zhuǎn)換管道壁與相鄰轉(zhuǎn)換管道壁之間最小距離的區(qū)域上游，所述冷卻劑入口孔形成在轉(zhuǎn)換管道壁中，每個(gè)罩包括前緣和底切，前緣具有懸于相應(yīng)冷卻劑入口孔之上的中央突起，底切位于突起各側(cè)，處于罩的突起和附接到轉(zhuǎn)換管道壁的基底之間。
10.如權(quán)利要求9所述的冷卻設(shè)備，還包括多個(gè)局部罩，設(shè)置在相應(yīng)多個(gè)冷卻劑入口孔上方，位于限定轉(zhuǎn)換管道壁與相鄰轉(zhuǎn)換管道壁之間最小距離的區(qū)域下游，所述冷卻劑入口孔形成在轉(zhuǎn)換管道壁中，每個(gè)局部罩包括大致平面狀的前緣，所述大致平面狀的前緣位于與鄰近相應(yīng)孔的管道壁平面形成銳角的平面中。
【文檔編號(hào)】F01D9/02GK103562500SQ201280025484
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月29日
【發(fā)明者】A.R.納庫(kù)斯, M.根特, N.塞里恩 申請(qǐng)人:西門子能量股份有限公司