三鉤環(huán)段的冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】三鉤環(huán)段的冷卻系統(tǒng)
[0001]關(guān)于聯(lián)邦資助研發(fā)聲明
[0002]開發(fā)本發(fā)明是受由美國能源部授予的合同號(hào)DE-FC26-05NT42644部分支持的。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)明涉及用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)段，并且更具體的，用于冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的環(huán)段。
【背景技術(shù)】
[0004]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括壓氣機(jī)區(qū)段，燃燒室區(qū)段，渦輪區(qū)段和排氣區(qū)段。在操作中，壓氣機(jī)區(qū)段可以導(dǎo)入外界空氣并壓縮它。來自壓氣機(jī)區(qū)段的壓縮空氣進(jìn)入燃燒器區(qū)段中的一個(gè)或多個(gè)燃燒器。在燃燒器中壓縮空氣與燃料混合，空氣-燃料混合物可以在燃燒器中燃燒以形成熱工作氣體。該熱工作氣體被傳送到渦輪區(qū)段，在那里空氣通過固定翼型和旋轉(zhuǎn)翼型的交替行而被膨脹，并且用于產(chǎn)生可驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的動(dòng)力。離開渦輪區(qū)段的膨脹氣體然后通過排氣區(qū)段被排出發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0005]已知的是，燃燒渦輪的最大功率輸出通過將流經(jīng)燃燒區(qū)段的氣體加熱到可行的盡可能高的溫度來實(shí)現(xiàn)。然而，熱氣體在流動(dòng)通過渦輪區(qū)段時(shí)加熱它所經(jīng)過的各種渦輪部件，例如翼型和環(huán)段。限制提高燃燒燒點(diǎn)火溫度的能力的一個(gè)方面是渦輪部件承受溫度升高的能力。因此，各種的冷卻方法已經(jīng)被開發(fā)來冷卻渦輪熱部件。
[0006]在環(huán)段的情況中，環(huán)段通常包括空腔，該空腔被提供有穿過沖擊板的高壓空氣的，以對(duì)環(huán)段板提供沖擊冷卻。較長(zhǎng)的環(huán)段可以被提供帶有位于前和后支撐鉤之間的中間支撐鉤，將所述高壓腔分成兩個(gè)腔，分別在中間支撐鉤的兩側(cè)。高壓空氣可提供到兩個(gè)腔中的任意一個(gè)以冷卻板，如在專利號(hào)為8，353，663的美國專利中所公開的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪罩組件。渦輪罩組件包括環(huán)段，環(huán)段包括環(huán)段板，環(huán)段板包括前緣、后緣和限定在前緣和后緣之間的中間部分，環(huán)段包括在前緣處的前安裝鉤、在中間部分處的中間部分安裝鉤和在后緣處的后安裝鉤。環(huán)段承載件被提供成周向地跨越并且支撐環(huán)段。環(huán)段承載件包括前區(qū)段、中間部分和后區(qū)段。前區(qū)段形成耦合到前安裝鉤的前吊架。中間部分形成耦合到中間部分安裝鉤的中間部分吊架，并限定第一泄漏路徑。后區(qū)段形成耦合到后尾安裝鉤的后吊架，并限定第二泄漏路徑。前沖擊冷卻室被限定在環(huán)段板和環(huán)段承載件之間并且在前安裝鉤和中間部分安裝鉤之間。至少一個(gè)進(jìn)氣孔延伸穿過環(huán)段承載件，被配置為調(diào)節(jié)到前沖擊冷卻室中的高壓冷卻空氣。后低壓室限定在環(huán)段板和環(huán)段承載件之間并且在中間部分吊架和后安裝鉤之間。環(huán)段承載件實(shí)質(zhì)上防止冷卻空氣進(jìn)入后低壓室。隔離板在中間部分安裝鉤和鄰近環(huán)段板的后位置之間延伸，限定在隔離板和環(huán)段板之間位于后低壓室徑向內(nèi)側(cè)的隔離室。橫向穿越通道穿過中間部分安裝鉤形成，提供從前沖擊冷卻室到隔離室的冷卻空氣，隔離板實(shí)質(zhì)上防止提供給隔離室的冷卻空氣進(jìn)入后低壓室。
[0008]前沖擊冷卻板在中間部分安裝鉤和在前沖擊冷卻室中的前位置之間延伸，前沖擊冷卻板包括沖擊冷卻孔，將前沖擊冷卻室分成徑向外側(cè)冷卻室供給側(cè)和徑向內(nèi)側(cè)沖擊冷卻偵k前沖擊冷卻室的供給側(cè)內(nèi)的冷卻空氣可穿過第一泄漏路徑到后低壓室，后低壓室內(nèi)的冷卻空氣可通過第二泄漏路徑流出渦輪罩組件。
[0009]提供給隔離室的冷卻空氣可被引導(dǎo)成與環(huán)段板接觸，提供對(duì)環(huán)段板從鄰近中間部分安裝鉤的位置到鄰近后安裝鉤的位置的對(duì)流冷卻。
[0010]隔離板可以在中間部分安裝鉤和后安裝鉤之間沿環(huán)段板的軸向延伸側(cè)面密封至環(huán)段板。
[0011]橫向交換通道可以位于從隔離板和中間部分安裝鉤的接合處的徑向內(nèi)側(cè)，用于實(shí)現(xiàn)冷卻空氣從前沖擊冷卻室向隔離室轉(zhuǎn)移。
[0012]后沖擊冷卻板可以在隔離板和環(huán)段板之間位于橫向交換通道的徑向內(nèi)側(cè)，在中間部分安裝鉤和鄰近板的后位置之間延伸。后沖擊冷卻板可包括沖擊冷卻孔，提供從隔離室到板的面向外表面的至少一部分的沖擊冷卻。前沖擊冷卻板可以在中間部分安裝鉤和在前沖擊冷卻室的前位置之間延伸，并且前沖擊冷卻板和后沖擊冷卻板可包括提供對(duì)板的主區(qū)域沖擊冷卻的主區(qū)冷卻板，并且還包括提供對(duì)板中的副區(qū)域沖擊冷卻的前副沖擊冷卻板和后副沖擊冷卻板，其中各自的前沖擊冷卻板、后沖擊冷卻板、前副沖擊冷卻板和后副沖擊冷卻板形在中間部分安裝鉤前后延伸的兩步連續(xù)冷卻路徑。
[0013]多個(gè)對(duì)流冷卻通道可以形成在環(huán)段板的外側(cè)，具有鄰近所述中間部分吊架鉤的入口端部，并且入口端部可以從隔尚室接收冷卻空氣。
[0014]一個(gè)或多個(gè)軸向?qū)α骼鋮s通道可鄰近板軸向邊緣在環(huán)段板中延伸，每個(gè)所述軸向?qū)α骼鋮s通道包括從后低壓室接收冷卻空氣的入口。
[0015]多個(gè)對(duì)流冷卻通道可被設(shè)置在板中，從前沖擊冷卻室延伸到向板的軸向邊緣，對(duì)流冷卻通道位于中間部分安裝鉤和板的前緣之間。
[0016]環(huán)段承載件的前區(qū)段、中間部分和后區(qū)段包括相應(yīng)的與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體配合結(jié)構(gòu)接合的前支撐結(jié)構(gòu)、中間部分支撐結(jié)構(gòu)和后支撐結(jié)構(gòu)。前高壓充氣室可以被限定在前支撐結(jié)構(gòu)和中間部分支撐結(jié)構(gòu)之間，用于通過至少一個(gè)進(jìn)氣孔提供高壓冷卻空氣，后低壓充氣室可以被限定在中間部分支撐結(jié)構(gòu)和后支撐結(jié)構(gòu)之間，并且可以實(shí)質(zhì)上與前高壓充氣室的高壓冷卻空氣分離。
[0017]按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，可以提供用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪罩組件。渦輪罩組件包括環(huán)段，環(huán)段包括環(huán)段板，環(huán)段板包括前緣、后緣和在前緣和后緣之間限定的中間部分，環(huán)段包括在前緣處的前安裝鉤，在中間部分處的中間部分安裝鉤和在后緣處的后安裝鉤。環(huán)段承載件被提供成周向地跨越并且支撐環(huán)段。環(huán)段承載件包括前區(qū)段、中間部分和后區(qū)段。前區(qū)段形成耦合到前安裝鉤的前吊架。中間部分形成耦合到中間部分安裝鉤的中間部分吊架，并限定第一泄漏路徑。后區(qū)段形成耦合到后安裝鉤的后吊架，并限定第二泄漏路徑。環(huán)段承載件的前區(qū)段包括與所述發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的前配合結(jié)構(gòu)相接合的前支撐結(jié)構(gòu)。環(huán)段承載件的中間部分包括與殼體的中間部分配合結(jié)構(gòu)相接合的中間部分支撐結(jié)構(gòu)。環(huán)段承載件的后區(qū)段包括與所述殼體的后區(qū)段配合結(jié)構(gòu)相接合的后支撐結(jié)構(gòu)。前高壓充氣室被限定在前支撐結(jié)構(gòu)和中間部分支撐結(jié)構(gòu)之間，用于提供到前沖擊冷卻室的高壓冷卻空氣，前沖擊冷卻室限定在環(huán)段板和環(huán)段承載件之間并且在前安裝鉤和中間部分安裝鉤之間。后低壓室被限定在中間部分支撐結(jié)構(gòu)和后支撐結(jié)構(gòu)之間，并實(shí)質(zhì)上與前高壓充氣室中的高壓冷卻空氣隔離。后低壓充氣室限定在環(huán)段板和環(huán)段承載件之間并且在中間部分吊架和后安裝鉤之間。隔離室在中間部分安裝鉤和后安裝鉤之間被限定在后低壓室的徑向內(nèi)側(cè)。橫向穿越通道將前沖擊冷卻室連接到隔離室。隔離室實(shí)質(zhì)上將通過橫向穿越通道提供的冷卻空氣與后低壓室隔離，以實(shí)現(xiàn)通過第二泄漏路徑的泄露空氣的減少。
[0018]泄漏的冷卻空氣可以通過第一泄漏路徑從前沖擊冷卻室流到后低壓室，一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)通道可從后低壓室延伸到與通過發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣體路徑流體連通的低壓位置，以降低在后低壓室中的壓力，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)通過第二泄漏通道的空氣泄漏的減少。
[0019]所述后支撐結(jié)構(gòu)與所述殼體的后配合結(jié)構(gòu)之間的接合可以限定了冷卻空氣流出渦輪罩組件的第三泄漏路徑，中間部分支撐結(jié)構(gòu)和中間部分配合表面之間的接合限定冷卻空氣從前高壓充氣室到后低壓室的第四泄漏路徑。
[0020]進(jìn)入后低壓室的空氣實(shí)質(zhì)上只包含泄漏空氣。后低壓室中的空氣可包括用于環(huán)段板內(nèi)延伸的對(duì)流冷卻通道的冷卻空氣源。對(duì)流冷卻通道可在所述環(huán)段板內(nèi)沿軸向延伸到所述環(huán)段板的后緣。
[0021]附圖概沐
[0022]雖然本說明書包括特別指出并明顯地要求保護(hù)的本發(fā)明的權(quán)利要求，但是相信將結(jié)合所附的附圖從下面的描述中更好地理解本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記指的是相同的元件，并且其中:
[0023]圖1是包括結(jié)合本發(fā)明結(jié)合方面的環(huán)段的渦輪罩組件的橫截面圖；
[0024]圖2是環(huán)段的局部剖面透視圖，示出為不帶前沖擊冷卻板，并且顯示了本發(fā)明的方面；
[0025]圖3是沿著圖2中線3-3截取的橫截面圖；
[0026]圖3A是沿著圖2中線3A-3A截取的橫截面圖；
[0027]圖4是示出用于環(huán)段的可選對(duì)流流冷卻系統(tǒng)的渦輪罩組件的橫截面圖；
[0028]圖4A是示出圖4所示的可選的對(duì)流冷卻系統(tǒng)的橫截面圖；
[0029]圖5是示出用于環(huán)段的另一可選對(duì)流冷卻系統(tǒng)的渦輪護(hù)罩組件的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]在以下優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述中，參考形成其一部分的附圖，并且在其中，通過圖示的方式而不是通過限制的方式示出本發(fā)明可以實(shí)行的優(yōu)選