[发明专利]用于燃气涡轮发动机中护罩冷却的系统和方法

说明书

本发明题为“用于燃气涡轮发动机中护罩冷却的系统和方法”。本发明提供了一种旋转机器(10)，该旋转机器包括可旋转构件(18)和在可旋转构件(18)之上周向延伸的壳体(36)。壳体(36)包括第一目标冲击表面和第二目标冲击表面(104)。冷却系统(100)包括第一冲击板和第二冲击板(128)。第一冲击板(126)定位在第一目标冲击表面(102)和第二目标冲击表面(104)的至少一部分之上。第一冲击板(126)限定多个第一冲击孔(200)，该多个第一冲击孔被配置为将第一冷却流体流(134)朝向第一目标冲击表面(102)引导。第二冲击板(128)定位在第二目标冲击表面(104)之上。第二冲击板(128)限定多个第二冲击孔(200)，该多个第二冲击孔被配置为将第二冷却流体流(136)朝向第二目标冲击表面(104)引导。壳体(36)在第一目标冲击表面(102)中的厚度(120)不同于壳体(36)在第二目标冲击表面(104)中的厚度(122)。

背景技术

本公开的领域整体涉及用于燃气涡轮发动机的冷却系统，并且更具体地，涉及用于冷却燃气涡轮发动机内护罩上局部区域的冷却系统。

至少一些已知的燃气涡轮发动机包括护罩，该护罩围绕高压压缩机、低压压缩机、燃烧室和涡轮中一者或多者。当燃气涡轮发动机变得功率更大时，在燃气涡轮发动机内产生的温度会升高。燃气涡轮发动机内温度的升高可能导致护罩的局部区域相较于小功率的燃气涡轮发动机中可能的膨胀更大程度地膨胀和收缩。具体地，护罩中邻近旋转涡轮叶片的那些区域可能暴露于较高的温度，该温度可能导致护罩膨胀并增大限定在护罩和涡轮叶片之间的尖端间隙。增大的尖端间隙可能增大尖端渗漏并降低涡轮效率。

此外，为刀片尖端和护罩间隙保持紧密间隙所需的附加冷却流动的量针对护罩上的不同区域而变化。例如，根据护罩在该位置处的厚度和在该位置处的护罩的温度，至少一些区域可能需要附加的冷却。对于至少一些已知的燃气涡轮发动机，向整个护罩提供增加量的冷却流体降低了燃气涡轮发动机的工作效率。因此，期望能够设计一种对护罩局部冷却的系统，以利于提高燃气涡轮发动机的效率。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于旋转机器的冷却系统。旋转机器包括限定旋转轴线的至少一个可旋转构件和在可旋转构件的至少一部分之上周向延伸的壳体。壳体包括具有第一目标冲击表面和第二目标冲击表面的径向外表面。冷却系统包括第一冲击板和第二冲击板。第一冲击板定位在壳体的第一目标冲击表面和壳体的第二目标冲击表面的至少一部分之上。第一冲击板限定多个第一冲击孔，该多个第一冲击孔被配置为将第一冷却流体流朝向第一目标冲击表面引导。第二冲击板定位在壳体的第二目标冲击表面之上。第二冲击板限定多个第二冲击孔，该多个第二冲击孔被配置为将第二冷却流体流朝向第二目标冲击表面引导。壳体在第一目标冲击表面中的厚度不同于壳体在第二目标冲击表面中的厚度。

在另一方面，提供了一种冷却壳体的方法。该方法包括将来自冷却流体源的第一冷却流体流引导通过限定在第一冲击板中的多个第一冲击孔至壳体的第一区域。壳体的第一区域具有第一厚度。该方法还包括将来自冷却流体源的第二冷却流体流引导通过限定在第二冲击板中的多个第二冲击孔至壳体的第二区域。壳体的第二区域具有第二厚度。第一厚度不同于第二厚度。

在另一方面，提供了一种旋转机器。该旋转机器包括节段、壳体和冷却系统。节段定义了旋转轴线。壳体围绕节段并且包括具有第一目标冲击表面和第二目标冲击表面的径向外表面。冷却系统定位在壳体之上并且包括第一冲击板和第二冲击板。第一冲击板定位在壳体的第一目标冲击表面和壳体的第二目标冲击表面的至少一部分之上。第一冲击板限定多个第一冲击孔，该多个第一冲击孔被配置为将第一冷却流体流朝向第一目标冲击表面引导。第二冲击板定位在壳体的第二目标冲击表面之上。第二冲击板限定多个第二冲击孔，该多个第二冲击孔被配置为将第二冷却流体流朝向第二目标冲击表面引导。壳体在第一目标冲击表面中的厚度不同于壳体在第二目标冲击表面中的厚度。

附图说明

图1为示例性旋转机器的示意图；

图2为定位在图1所示的旋转机器的壳体的外表面上的冷却系统的放大示意图；