專(zhuān)利名稱(chēng)：用于重型燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪機(jī)殼體沖擊冷卻的制作方法
用于重型燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪機(jī)殼體沖擊冷卻背景技術(shù)空氣沖擊冷卻已經(jīng)用于控制小燃?xì)鉁u輪機(jī)的殼體溫度且用于減少 并維持旋轉(zhuǎn)葉片和附隨的內(nèi)部殼體表面之間的間隙。在重型燃?xì)鉁u輪機(jī) 上的空氣沖擊冷卻系統(tǒng)的一個(gè)問(wèn)題是獲得通過(guò)大的非一致非標(biāo)準(zhǔn)的殼 體表面的一致的傳熱系數(shù)的能力。在小燃?xì)鉁u輪機(jī)上，通常應(yīng)用小的沖 擊孔和短的噴嘴到表面距離。這些因素產(chǎn)生殼體上要求的更高的傳熱系 數(shù)。應(yīng)用小的沖擊冷卻孔的一個(gè)有害影響為需要操作在通過(guò)孔的高差壓 降下。這導(dǎo)致不希望的高冷卻空氣供應(yīng)壓力的要求，其負(fù)面地影響凈效 率。作為 一種渦輪機(jī)間隙控制方法，沖擊冷卻已經(jīng)應(yīng)用于飛行器發(fā)動(dòng) 機(jī)。然而，在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的沖擊系統(tǒng)不能在重型渦輪機(jī)應(yīng)用中 使用。應(yīng)用到飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)釆用從壓縮機(jī)排出的空氣作為冷卻媒 介。由于設(shè)計(jì)傳熱系數(shù)要求更冷的空氣溫度，在重型燃?xì)鉁u輪機(jī)上使用 壓縮機(jī)排出空氣是不可行的。重型燃?xì)鉁u輪機(jī)具有顯著大的、非一致的 殼體表面，與飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)相比其要求復(fù)雜的歧管設(shè)計(jì)。同樣，殼體厚 度和殼體厚度變化在重型燃?xì)鉁u輪機(jī)上相當(dāng)大。目前，本領(lǐng)域中要求能夠在重型燃?xì)鉁u輪機(jī)上提供間隙控制的沖擊 冷卻系統(tǒng)。這種系統(tǒng)將要求的傳熱系數(shù)合適地提供到目標(biāo)殼體表面，且 合適地控制空氣到殼體的流動(dòng)是基本的。


圖1為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的重型燃?xì)鉁u輪機(jī)的截面圖； 圖2為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的渦輪機(jī)葉片到罩間隙的特寫(xiě)圖； 圖3為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的沖擊冷卻系統(tǒng)； 圖4為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的沖擊冷卻歧管的透視圖； 圖5為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的沖擊冷卻歧管的截面圖； 圖6為依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在渦輪機(jī)殼體上安裝的沖擊冷卻歧管 的透視圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在，本發(fā)明將參見(jiàn)附圖在下文中更全面地描述，其中顯示本發(fā)明 的示范性的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施且不應(yīng)該解釋為限于在此陳列的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例使得本披露詳盡 和完整，且將本發(fā)明的范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域中的技術(shù)人員。圖1圖示重型渦輪機(jī)110的示范性實(shí)施例。重型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓 縮機(jī)段112、燃燒器段114和渦輪機(jī)段116。渦輪機(jī)110也包括壓縮機(jī) 殼體118和渦輪機(jī)殼體120。渦輪機(jī)和壓縮機(jī)殼體118、 120包圍重型渦 輪機(jī)的主要部件。渦輪機(jī)段116包括軸和多組旋轉(zhuǎn)和靜止渦輪機(jī)葉片。參見(jiàn)圖1,渦輪機(jī)殼體120可以包括附接到殼體120的內(nèi)部表面的 罩126。罩126可以定位為接近旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)葉片122的尖端，以最小化 通過(guò)葉片尖端123的空氣泄漏。葉片尖端123和罩126之間的距離稱(chēng)為 間隙128。需要注意的是，由于葉片和殼體的不同熱增長(zhǎng)特性，每個(gè)渦 輪機(jī)級(jí)的間隙128不一致。重型燃?xì)鉁u輪機(jī)效率的關(guān)鍵貢獻(xiàn)者為通過(guò)葉片尖端123到殼體間隙 128的空氣/排出氣體泄漏數(shù)量。圖2圖示渦輪機(jī)葉片尖端123和渦輪機(jī) 殼體120中罩126之間的間隙128的示范性實(shí)施例。由于渦輪機(jī)葉片尖 端123和渴輪機(jī)殼體120的不同的熱增長(zhǎng)特性，當(dāng)渦輪機(jī)通過(guò)從點(diǎn)火到 基本載荷穩(wěn)定狀態(tài)條件的瞬態(tài)過(guò)渡時(shí)，間隙128顯著地改變。間隙控制 系統(tǒng)，包括其操作順序，可以實(shí)施以解決在全操作條件期間的特定的間 隙特性問(wèn)題?？刂葡到y(tǒng)的不正確的設(shè)計(jì)和/或者定序可以導(dǎo)致渦輪機(jī)葉片 尖端123與殼體罩126的過(guò)大的摩擦，其能夠?qū)е略黾拥拈g隙和減少的 性能。如在圖3的示范性的實(shí)施例中圖示的，沖擊空氣冷卻系統(tǒng)200可以 用于減少并維持在渦輪機(jī)罩126和附隨的葉片尖端123之間的間隙。參 見(jiàn)圖3，沖擊空氣冷卻系統(tǒng)200可以包括鼓風(fēng)機(jī)130、流動(dòng)控制阻尼器 132、互連管道134、分配集管136、流動(dòng)計(jì)量閥或者孔口 138和一系列 沖擊冷卻歧管140。沖擊冷卻歧管附接到渦輪機(jī)殼體。在圖3示范性的 實(shí)施例中，多個(gè)沖擊歧管140圍繞渦輪機(jī)殼體120的周邊附接。沖擊冷 卻鼓風(fēng)機(jī)130從環(huán)境空氣抽吸且將空氣鼓風(fēng)通過(guò)流動(dòng)控制阻尼器132、 互連管道134、分配集管136、流動(dòng)計(jì)量閥或者孔口 138且進(jìn)入沖擊冷 卻歧管140。鼓風(fēng)機(jī)130可以為包括風(fēng)扇或者噴射器的任何鼓鳳設(shè)備。
沖擊冷卻歧管140確保將一致的傳熱系數(shù)提供到渦輪機(jī)殼體120。需要理解的是，沖擊空氣冷卻系統(tǒng)不限于在此披露的元件，而可以包括使空 氣能夠沿沖擊冷卻歧管通過(guò)的任何元件。參見(jiàn)在圖4和5中圖示的示范性的實(shí)施例，沖擊冷卻歧管140可以 設(shè)計(jì)為渦輪機(jī)殼體120的目標(biāo)區(qū)域的輪廓。每個(gè)沖擊冷卻歧管140可以 包括帶有進(jìn)給管144的上部板142、帶有多沖擊孔148的下部板146、 側(cè)部件、支撐腿150和壓緊支撐件152。沖擊孔148允許空氣從沖擊冷 卻歧管流動(dòng)到渦輪機(jī)殼體，以選擇性地冷卻渦輪機(jī)殼體。沖擊孔148以陣列形式定位。在示范性的實(shí)施例中，沖擊孔148可 以1.25-2.5英寸范圍間隔。在示范性的實(shí)施例中，單獨(dú)沖擊孔148可以 定尺寸在0.12-0.2英寸之間。要求不同的孔尺寸和間隔以補(bǔ)償渦輪機(jī)殼 體幾何形狀的非一致性。在下部板146上的沖擊孔148的尺寸和定位產(chǎn) 生由沖擊空氣冷卻系統(tǒng)確定目標(biāo)的通過(guò)殼體的 一 致的傳熱系數(shù)。然而， 沖擊孔不限于這些尺寸或者間隔。上部板M2和下部板146之間的距離 也可以定尺度以最小化內(nèi)部壓力變化，其導(dǎo)致一致的冷卻孔壓力比。沖擊冷卻歧管下部板146和渦輪機(jī)殼體120之間的間距距離影響傳 熱系數(shù)。過(guò)大的間距能夠?qū)е路亲顑?yōu)的傳熱系數(shù)。過(guò)小的間距能夠?qū)е?非最優(yōu)和非一致的傳熱系數(shù)。在示范性的實(shí)施例中，0.5-1.0英寸之間的 間距提供合適的傳熱系數(shù)。然而，間距并不限于這個(gè)范圍且可以為提供 合適的傳熱系數(shù)的任何距離。如圖6中圖示的，多沖擊冷卻歧管140在目標(biāo)冷卻區(qū)域直接上方附接 到渦輪機(jī)的殼體120。沖擊冷卻歧管140定位為使得在其邊緣和殼體的任 何凸出之間有充足的間隙。這提供空氣通過(guò)沖擊孔148以從沖擊冷卻歧管 140下排出到環(huán)境的自由路徑。在示范性的實(shí)施例中，兩個(gè)相鄰沖擊冷卻 歧管之間的間隙可以為1-30英寸之間且取決于殼體凸出和帶凸緣接合 處。間隙并不限于這些尺度且可以間隔任何合適的距離。沖擊冷卻歧管140 也可以將沖擊冷卻提供到任何軸向凸緣，包括水平拼接處。受益于前文說(shuō)明書(shū)和相關(guān)附圖中提出的教示，本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù) 人員將想到本發(fā)明的許多修改和其他實(shí)施例。因此，需要理解的是，本 發(fā)明不限于披露的特定實(shí)施例，且修改和其他實(shí)施例意欲包括在附上的 權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。盡管在此采用特定的術(shù)語(yǔ)，他們僅用于一般的和 描述的意義而不為限制的目的。零件列表 重型渦輪機(jī)110壓縮才幾段112 燃燒器段114 渦輪機(jī)段116 壓縮機(jī)殼體118 渦輪機(jī)殼體120 渴4侖才幾葉片122 葉片尖端123 罩126 間隙128 鼓風(fēng)機(jī)130 流動(dòng)控制阻尼器132 互連管道134 分配集管136 孔口 138沖擊冷卻歧管140 上部板142 進(jìn)給管144 下部一反146 沖擊孔148 支撐腿150 壓緊支撐件152 沖擊空氣冷卻系統(tǒng)200
權(quán)利要求
1.一種用于重型渦輪機(jī)(110)的沖擊冷卻系統(tǒng)(200)，其包括附接到重型渦輪機(jī)(110)的殼體(120)的沖擊冷卻歧管(140)，其中沖擊冷卻歧管(140)在沖擊冷卻歧管(140)的表面中包括多個(gè)沖擊孔(148)；和鼓風(fēng)機(jī)(130)，其提供通過(guò)沖擊冷卻歧管(140)的多個(gè)沖擊孔(148)以冷卻重型渦輪機(jī)(110)的殼體(120)的空氣流，以控制渦輪機(jī)葉片尖端(123)和重型渦輪機(jī)(110)的罩(126)之間的間隙(128)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中沖擊冷卻歧管(140)包括以 一距離定位的上部板(142)和下部板(146),以提供通過(guò)多個(gè)孔(148) 的大致一致的壓力比。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)沖擊孔(148)位于沖擊 冷卻歧管(140)的下部板(146)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)孔(148)定位為通過(guò)沖 擊冷卻歧管(140)的一致的陣列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)孔(148)定位為通過(guò)沖 擊冷卻歧管(140)的非一致的陣列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)孔(148)直徑一致。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)孔(148)直徑不一致。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)孔(148)從包括大致圓 形、卵形、橢圓形、方形、三角形和長(zhǎng)方形的形狀選擇。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中渦輪機(jī)葉片(122)包括旋轉(zhuǎn) 葉片。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中沖擊冷卻歧管(140)包括 圍繞重型渦輪機(jī)(110)的殼體(120)的周邊定位的多個(gè)沖擊冷卻歧管(140)。
全文摘要
用于重型渦輪機(jī)的沖擊冷卻系統(tǒng)，其包括附接到重型渦輪機(jī)的殼體的沖擊冷卻歧管，其中沖擊冷卻歧管在沖擊冷卻歧管的表面中包括多個(gè)沖擊孔，和鼓風(fēng)機(jī)，其提供通過(guò)沖擊冷卻歧管的多個(gè)沖擊孔以冷卻重型渦輪機(jī)的殼體的空氣流，以控制渦輪機(jī)葉片尖端和重型渦輪機(jī)的罩之間的間隙。
文檔編號(hào)F02C7/18GK101161997SQ20071018078
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日
發(fā)明者D·M·埃里克森, J·西爾, 華 張 申請(qǐng)人:通用電氣公司