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)動機(jī)，并且更具體地涉及用于對燃?xì)鉁u輪機(jī)中的波狀表面(contoured surface)以及簡化設(shè)計中的其它位置進(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，以對例如外殼、動葉、噴嘴等各種類型的部件進(jìn)行冷卻。沖擊冷卻系統(tǒng)通過空氣流對渦輪部件進(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)所具有的一個問題是跨過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)可以以簡化和低成本的構(gòu)造同時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沖擊孔的多個突出區(qū)域，多個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；具有多個沖擊孔的沖擊冷卻系統(tǒng)，多個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沖擊孔的沖擊冷卻系統(tǒng)，多個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，對于本領(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。


圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(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明書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示出了可以如本說明書中所使用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10可以包括壓縮機(jī)15。壓縮機(jī)15對進(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混合并且點燃該混合物，以產(chǎn)生燃燒氣體流35。盡管僅示出了單個燃燒器25，但是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(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對渦輪40進(jìn)行驅(qū)動，以產(chǎn)生機(jī)械功。渦輪40中所產(chǎn)生的該機(jī)械功通過軸45驅(qū)動壓縮機(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)鉂欇啺l(fā)動機(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)鉂欇啺l(fā)動機(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)動機(jī)等的那些燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(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。本說明書中還可以使用其它類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。本說明書中也可以一起使用多種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(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(zhuǎn)子輪葉(未示出)的級。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沖擊孔85。沖擊增壓室80可以通過冷卻管道90與來自壓縮機(jī)15或者另一個源的空氣流20相連通?？諝饬?0通過噴嘴葉片60流入沖擊增壓室80中，并且通過沖擊孔85流出，以便對噴嘴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，從而保持跨過表面的恒定的傳熱系數(shù)。圖3和圖4示出了可以如本說明書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。本說明書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距離不同的多個波狀區(qū)域。為了保持跨過波狀表面200的恒定的傳熱系數(shù)，可以對沖擊增壓室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。波狀表面200可以被劃分為其中具有多個波狀區(qū)域300的網(wǎng)格290。波狀區(qū)域300中的每一個波狀區(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中的每一個突出區(qū)域中都可以具有多個沖擊孔180，根據(jù)相對區(qū)域300與突出區(qū)域305的偏置，多個沖擊孔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上同時對尺寸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可以具有多個緊密相間的小孔180，而第二區(qū)域340可以具有多個稀疏相間的大孔180。根據(jù)與相對表面的距離，本說明書中可以將任何數(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來提供對簡化的沖擊板設(shè)計的充分冷卻，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的長度測量得到。在網(wǎng)格290的每一個突出區(qū)域305內(nèi)，可以對沖擊孔180的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持相對的z/d要求。在相同的區(qū)域305內(nèi)，還可以對孔的定位或者x/d進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持有效性。這樣一來，通過使用如與波狀表面相對的線性表面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)顯而易見的是，以上僅涉及本發(fā)明的某些實施例。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明書中進(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突出區(qū)域； 其中所述多個突出區(qū)域包括多個沖擊孔，所述多個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波狀區(qū)域，并且其中所述多個波狀區(qū)域定位在離所述沖擊板的多個距離處。
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，所述多個突出區(qū)域中的每一個突出區(qū)域中的所述多個沖擊孔的尺寸和間距都隨著與相對的波狀區(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，所述多個突出區(qū)域中包括所述多個沖擊孑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波狀區(qū)域，并且其中所述多個波狀區(qū)域定位在離所述沖擊板的多個距離處。
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)包括具有多個沖擊孔的線性沖擊板，所述多個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突出區(qū)域，多個突出區(qū)域具有多個沖擊孔，多個沖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(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者A.G.溫 申請人:通用電氣公司