具有卡合沖擊板的冷卻裝置的制造方法
【專利說明】具有卡合沖擊板的冷卻裝置
[0001]關(guān)于聯(lián)邦資助研發(fā)聲明
[0002]本發(fā)明的研發(fā)是受合同號DE-FC26-05NT42644部分支持的，由美國能源部授予。因此，美國政府可以擁有本發(fā)明的某些權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)部件的冷卻裝置。特別是，本發(fā)明包括袋部內(nèi)表面的沖擊冷卻和改善的限定袋部的幾何尺寸的對流冷卻。
【背景技術(shù)】
[0004]目前典型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可以以超過2500攝氏度的溫度燃燒燃料和空氣。這些燃燒氣體可以在燃燒室中點(diǎn)燃并燃燒，輸送到渦輪入口，并且經(jīng)由導(dǎo)葉導(dǎo)向經(jīng)過渦輪，以便使轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)，從燃燒氣體提取能量。形成這些熱氣路徑部件的材料通常處于它們的熱容量極限下，并且必須被冷卻以延長其使用壽命。
[0005]沖擊冷卻是一種冷卻形式，其中冷卻流體流朝向表面指引以進(jìn)行冷卻。這種流(或噴射)可以由與要被冷卻的表面分開并具有沖擊孔的片材形成。沖擊片材的外側(cè)較高的壓力驅(qū)動冷卻流體通過沖擊孔，由此形成了以一定角度達(dá)到并且包括垂直于被冷卻表面的角度沖擊到被冷卻的表面的噴射流。然而，燃燒的溫度升高繼續(xù)推進(jìn)部件和冷卻裝置的限度，而這提供了在該領(lǐng)域的改善空間。
【附圖說明】
[0006]在下面的描述中結(jié)合附圖來對本發(fā)明進(jìn)行解釋，圖中:
[0007]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的部件的剖面圖；
[0008]圖2是沖擊裝置的示例性實施方式的截面圖；
[0009]圖3是沖擊板的示例性實施方式的透視圖；
【具體實施方式】
[0010]本發(fā)明設(shè)計了一個聰明而簡單的沖擊裝置，在部件的冷卻側(cè)較深的袋部的表面提供了足夠的沖擊冷卻。通過沖擊作用，冷卻的表面能夠更好通過傳導(dǎo)來冷卻該部件的相對較熱側(cè)表面。該裝置還提供了對肋或者限定袋部的并為部件提供結(jié)構(gòu)支撐的其他特征改進(jìn)的冷卻，這增強(qiáng)了傳導(dǎo)冷卻也能更好地冷卻在結(jié)構(gòu)的肋下方的熱側(cè)。具體地，發(fā)明人設(shè)計了沖擊裝置，它利用卡合的沖擊板，該沖擊板可在挨著待沖擊冷卻的表面安裝到袋部中和從袋部移除，而不損害沖擊板和不拆卸所述部件。隨著沖擊板降入袋部，結(jié)構(gòu)肋暴露在外，并且通過對流冷卻更好的冷卻。通過傳導(dǎo)，對流冷卻肋進(jìn)而更好冷卻在結(jié)構(gòu)肋下方的部件的不能夠從沖擊冷卻中獲益的熱側(cè)。
[0011]新興的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)技術(shù)包括例如Charron等人公開號為2012/0121381的美國專利，以及Lee等人的公開號為2012/0272521的美國專利。在這一新興技術(shù)中，傳輸通道在使燃燒氣體加速并且適當(dāng)定向的狀態(tài)下將燃燒氣體從獨(dú)立燃燒器引導(dǎo)到渦輪入口，使得以適當(dāng)?shù)乃俣群投ㄏ螂x開傳輸管道，而直接輸送到渦輪轉(zhuǎn)子葉片的第一行。該配置消除了對用于現(xiàn)有燃燒裝置中的在渦輪入口前的用于加速并定向直接遞送氣體到第一行渦輪葉片的成行導(dǎo)葉的需要。
[0012]加速燃燒氣體的一個結(jié)果是減少傳輸管道中的加速燃燒氣體的靜壓力。由于傳輸管道布置在充滿了相對緩慢移動壓縮空氣的充氣室中，從壓縮空氣的靜態(tài)壓力到正加速和加速后的燃燒氣體的靜壓力橫跨該傳輸管道具有非常大的壓力差。而現(xiàn)有的燃燒裝置加速燃燒氣體到類似的速度，此發(fā)生所在的成行的導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)非常重要并能夠更好地承受壓力差。然而，歸因于由在傳輸管道中非常熱的燃燒氣體的相對快速移動流所導(dǎo)致的高溫，出于熱考慮，傳輸管道必須保持相對較薄。為了提供足以克服更大的壓力差的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)肋已被使用。然而，這些結(jié)構(gòu)肋在傳輸管道中形成袋部。來自充氣室的自然流動的冷卻空氣可以不流入袋部并且對袋部的底部和側(cè)表面進(jìn)行冷卻。結(jié)果是，在袋部里相對停滯的空氣可能會加熱袋部的材料并且由此袋部的材料可能會發(fā)熱，從而縮短部件的使用壽命。
[0013]為了克服該問題，已經(jīng)提出沖擊冷卻，將利用壓力差的優(yōu)勢，以將沖擊空氣的噴射流指向到袋部，以冷卻袋部的底部。經(jīng)冷卻的袋部底部隨后將增加通過部件從熱側(cè)的傳導(dǎo)冷卻，從而保持部件較冷。該沖擊噴射流已經(jīng)通過跨越部件的表面放置片材來形成。這些可以從圖1看出，顯示了部件10的剖面，在本實施方式中的傳輸通道具有引導(dǎo)燃燒氣體流14的熱表面12，與熱表面12相對的冷卻的表面16，結(jié)構(gòu)/凸起的肋18和具有沖擊孔22的連續(xù)片材20。肋18限定具有底表面26和側(cè)表面28的袋部24。肋18具有被所述連續(xù)片材20所覆蓋的肋頂表面30。底表面26、側(cè)表面28和肋頂面30構(gòu)成了相對冷的表面，即經(jīng)冷卻的表面16。沖擊冷卻的底表面26下方的熱表面12的部分40通過部件被傳導(dǎo)地冷卻。然而，由于肋18的存在，肋18下方的部分42不能從沖擊冷卻效果受益。因此，在沖擊冷卻底表面26下方的部分40和肋18下方的部分42可以被薄膜冷卻(未示出)，肋18下方的部分42以及沖擊冷卻底表面26下方的部分40沒有被傳導(dǎo)地冷卻。因此，更多的薄膜冷卻空氣必須被用于補(bǔ)償和/或薄膜冷卻裝置方案必須被配置來適應(yīng)這些。
[0014]本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，有可能通過使肋暴露到背側(cè)冷卻空氣，以改善從肋18之下的部分42的導(dǎo)熱。特別是，連續(xù)片材20包括與底表面26分離設(shè)置的沖擊部分50，用于將沖擊部分50支撐在適當(dāng)位置的支撐部分52，以及抵接并跨越肋頂表面3以連接支撐部分520的跨越部分54?？缭讲糠?4被直接設(shè)置在肋頂面30上，坐落在跨越部分和包圍部件10的任何冷卻流體之間。因此，為了冷卻肋頂表面30，冷卻流體必須首先冷卻連續(xù)片材20，這降低了冷卻效率。此外，片材形成沖擊噴射流流過的空腔60，并已經(jīng)被加熱過的消耗的沖擊空氣收集在鄰近肋18的側(cè)表面28的空腔60的子區(qū)域62。該相對溫暖的消耗的沖擊空氣鄰近側(cè)表面28進(jìn)一步抑制肋18的冷卻，進(jìn)而抑制肋18下的熱表面12的部分42的冷卻。這些效果一起導(dǎo)致熱表面12在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的使用壽命期間溫度和熱增長的變化。因此，反過來，降低了元件的使用壽命。這些效果同樣也發(fā)生在部件基板本身，包括肋18以及部件在熱表面12和底表面26之間的壁，導(dǎo)致在部件10內(nèi)有不希望的熱梯度。
[0015]認(rèn)識到這些影響，本發(fā)明人提出了一種示于圖2的創(chuàng)新的冷卻裝置旨在減輕它們。獨(dú)特的冷卻裝置100包括結(jié)構(gòu)類似于圖1的裝置的結(jié)構(gòu)，但沒有連續(xù)片材20。取而代之的是，冷卻裝置100包括分立的沖擊板102，具有沖擊部分104。然而，代替跨越肋頂表面30，沖擊板102具有過渡區(qū)106和周邊部分108。周邊部分的邊緣110適配到存在在側(cè)表面28中的互鎖特征112中。在示例實施方式中，互鎖特征112可以是圍繞袋部24的一部分或整個周邊延伸的槽或狹槽?；蛘?，互鎖特征可以是一個凸塊或多個凸塊，或者任何能夠鎖定所述沖擊板102在適當(dāng)位置的特征。例如，在相對壁上的一個凸塊或多個凸塊足以保持沖擊板102在適當(dāng)位置上，如果沖擊板102形成有延伸至在相對壁之間的底部表面26 “腿”，以穩(wěn)定沖擊板102。在另一示例中，互鎖特征112可以是朝向袋24的中心逐漸變細(xì)的側(cè)表面28。
[0016]過渡區(qū)106是柔性的，并且該過渡區(qū)106的彈性導(dǎo)致周邊部分108的邊緣110延伸進(jìn)互鎖特征112中。特征的角114則引起與外圍部分108的干涉，并且由此產(chǎn)生干涉使得當(dāng)沖擊板102處于安裝配置116中，示出的角114將沖擊板102鎖定在安裝位置118。在安裝配置116中，沖擊板102和柔性特征112被定位/配置成使得如果所述沖擊板102是在袋部24中的安裝位置118中，沖擊板102將被鎖定到位。被安裝在袋部24中意味著沖擊板102的至少一些部分在由側(cè)表面28 (和底表面26)劃界的袋部24中，以形成空腔60。例如，在如圖2所示的示例實施方式中，周邊部分108臨近底部表面26被設(shè)置在袋部24內(nèi)，并且這形成了腔60?；蛘撸苓叢糠?08可以布置得更接近頂表面30，從而形成更大的空腔60。
[0017]沖擊板102的安裝和拆卸的是可能的，因為過渡區(qū)106被構(gòu)造成足夠的柔性，使得當(dāng)壓縮力120施加在過渡區(qū)106的外表面122上時，過渡區(qū)106將向內(nèi)朝向袋部24的中心屈服/彎曲。換句話說，該沖擊板102可以沒有塑性損壞地采取的形狀范圍包括那些允許安裝、操作和拆卸所述沖擊板102的形狀。力和相關(guān)的壓縮可能會出現(xiàn)在周邊部分108的一部分或全部，到達(dá)過渡區(qū)106的彈性范圍內(nèi)所需要的程度，以使過渡區(qū)106屈服足以消除干涉，由此從安裝位置118解鎖沖擊板102。過渡區(qū)106被配置為在其彈性變形范圍內(nèi)，貫穿允許安裝、操作和除去所需要的所有的壓縮/屈曲。因此，沖擊板102可以被隨意安裝和除去而沒有任何需要破壞沖擊板102和/或袋部24。沖擊板可以是圍繞其周邊部分108均勻地壓縮，并且移入袋部，當(dāng)沖擊部104保持平行于沖擊部104當(dāng)沖擊板102處在安裝位置118的位置?？商鎿Q地，沖擊板102可傾斜，以方便安裝等等。
[0018]可選壓縮輔助特征124可用于接合可選工具