专利名称：用于一圆形外壳的冷却或加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于圆环外壳的冷却或加热装置。
目前有一种普遍的要求提高发动机输出功率的需求。在航空领域，满足此要求的一种方法是将转子和定子之间的间隙减小到最小，尤其是在转子之旋转叶片的自由端与和其相面对的外壳表面相遇区域。现在已设计出了实施此种措施的方法，特别是通过改变外壳的直径。最常用的方法包括从气体排气管的相反侧区域上即该机械的其它部分抽取所需温度的气体，再将其吹到外壳的外表面上，从而按照需要加热或冷却外壳，使外壳产生热胀冷缩。
但是，十分关键之处在于外壳整个表面的温度应有很高的均匀度。一个公知的装置包括两个环绕外壳的半圆管网络组件，每一个网络覆盖外壳周边的一半并且又与一个分配装置相连，该分配装置通过一条与网络之每一管的中间处相连的管向网络提供气体。这样，气体在网络管内分散开，从每一管的中间部扩散到其端部。气体经由朝向外壳的小孔从管内排出。这种结构解释了为何这种公知的管结构为“淋浴圆环“。
尽管，的确这种形式的小孔向外壳整个外表面上吹出的气体多少均匀了些，但是，仍就不能使外壳具有均匀的直径，因为气体流经各管时会将各管加热，因而气体到达各管端部时的热量损失比到达靠近分配装置部分的热量损失要大。再有，外壳越靠近分配装置的表面越热，从而形成一椭圆形，该椭圆的最大直径位于网络或管相交的表面处。本发明装置力图更加均匀地加热或冷却一圆形横剖面的外壳。与公知装置相类似，它包括一个气体分配网络，该网络置于分配装置内，分配装置与环绕外壳周边相应部分的管网相连。与分配装置和管网中间处相连不同，本发明中两个分配装置置于网络端部，每一分配装置与相应网络的一管组相连。气体以相反方向流经两个管组；这样就可平衡提供给外壳周边的热量，外壳的任何表面都受到两股气体的作用，一股由一网管组提供，另一股由另一网管组提供，其中，一股是热的，另一股是冷的。
因此，分配装置的数量是管网的两倍，每一连续对的管网具有两个相邻的分配装置。在这些情况下，倘若即使在分配装置由于热变形导致不可预知的移位时仍就可以满意地将分配器与分配器相连，那么最好用单一的气体分配管给成对的两个分配装置同时提供气体。这两个分配装置通过一个套筒相连，该套筒的端部呈一开口的球形，该球可在限定分配装置并装有限止套筒移动的端部挡块的衬套内滑动。
向一对分配装置提供气体的管件被对头焊接到一连接管上，该连接管占据了分配装置之管横剖面的一半并且穿过衬套的一阻挡面延伸入至少一个衬套中。所述管件略微插入所述分配网络的直径较大的管内，所述管件接收供给其的一半气流并将这半部分气流输送到位于连接衬套之外的分配装置中。气流的另一半离开围绕连接衬套的分配管进入这另一分配装置。该连接衬套的横剖面积为其以间隙方式所连接的连接衬套的横剖面积的一半，从而构成一套装置，用以使加热或冷却均匀化。
一个可能的改进方案包括给该装置设置一个加热或冷却气体控制阀，该控制阀由一电脑根据机器达到的速度控制。在本发明所应用的主要情况中，冷的气体被吹向外壳，其对于在起动时减小气体流速尤为有好处。当机器仍处于冷状态时，如果提供过高流速的气体，外壳的预热速度要比转子及其叶片的预热速度慢的多；叶片的尖部就可能膨胀到与外壳内表面相接触的尺寸。该表面通常涂敷有一软材料层，即可磨损层，其可被这种磨擦磨掉，从而避免损伤转子叶片。但是，所述叶片与所述可磨损层之间产生的间隙在外壳被加热膨胀时会增加；故应避免这种情况。
下面将结合附图详细描述本发明，这些附图作为一些非限制性实施例给出
图1是本装置的总体图，图2是示出如何制造和设置管网的剖面图，图3是用于解释本装置工作的示意平面图，图4示出了如何连接分配装置。
图1所示全部装置大体呈王冠形；其被设想置于一另行示出的圆筒或圆锥外壳的周围。该王冠主要包括三个相同的管网1，每个管网绕外壳周边的三分之一，从而形成一个实际上连续的表面。每一个管网1又包括六根管2，这六根2相互平行，并且从一个网络延伸到下一个网络。这些管2的端部装入分配装置3内，因而决定了三对位于三个管网1端部的相邻分配装置3。分配装置3及管2由一管网提供加热或冷却气体，该管网首先包括一个单管4，该单管4又分支出一通向第一对分配装置3的第一管5(如图之上部所示)和第二管6，该第二管6本身又分成两个管，其中一个管7沿图下右侧延伸并向置于该区域的第二对分配装置提供气体。另一管在图中不可见，但是，其在一个管网1后面延伸并与第三对分配装置3相连，该第三对分配装置3在图中也见不到，实际上其置于图中下左侧的后面。这些管设置成合适的尺寸以便三对分配装置3接收相同流速及相同温度的气体。将气体输送到各对分配装置的管路的长度全部相同；单管4在两管网1相交处分开并且管6在两管网1中的一个的中间分开。管5绕外壳延伸其周边长度的约三分之一；管6，与其所分成的两管一样，延伸周边长度的约六分之一。
图2示出了由波纹金属板8构成的管网1如何适当定位连接以便使它们的凸起9相对并结合在一起形成管2。波纹金属板8包括处于凸起9之间的平面公共部分10；这些平面部分在波纹金属板8被装配并铆接或通过其它方法紧固在一起时相互接触。管2形成有孔11，该孔11面对外壳12，以便将加热或冷却气体吹向外壳的表面。在外壳12与管网1之间形成的环腔13内积集的气体则经公共部分10上形成的另外的孔14溢出。图2示出了外壳12的固定钩15；这些钩是一些环形肋，环的一部分将固定叶片和覆盖一可磨损层并包围转子之可动叶片17的表面16支承在这些环形肋上。由于钩15是外壳12直接决定固定叶片和转动叶片之间之间隙的部分，因此将每一管2及其吹孔11面对一个固定钩设置是切实可行的。
图3示出了各气体分配管如何通向一相邻的上述分配装置对3。其还示出了它们所含的气体如何首先将该分配装置3充满，之后分成两份一半再经与这对分配装置相连的套筒17流入另一分配装置3。管网1的六根管2交替地连接到位于该管网端部的相对分配装置3中的一个上以便气体沿一方向流入三根管2并以相反方向流入另外三根管2。与前述装置一样，气体在管2中被加热，之后经孔11排出，管2中越远离分配装置的气体之温度越高。考虑到外壳12表面上的一母管线其接收来自三根管2的已运行了一相对较长距离的气体和来自三根管2的运行了一相对较短距离的气体，也即，接收已被加热到很高温度的气体和仅仅被略微加热的气体，因而这些气体混合后携带一定量的并实际上是均匀的热量；从而达到本发明的目的。
下面将描述由相同管供应气体的相邻分配装置3之间的连接。返回到图1，可以看到，分配装置3的外表面具有突出部18，该突出部18沿所述外表面延伸，而且供应管如5和7的末端与突出部18对齐并穿过这些突出部分18的其中之一。如图4所示，每一突出部18都包括一个衬套19，该衬套19部分限定了该突出部18，衬套19相互面对面安装，并且被一个套筒17连接在一起。套筒17的两端具有球状部分20，该球状部分20在其端部21处敞开并且能够在衬套19的内表面上滑动。因而管网1和衬套19可以相对移动，而不会导致套筒17在衬套19内转动或滑动，也不会破坏分配装置3之间的密封性和连接性。很明显，套筒17必须插入衬套19内足够长距离以防止其在管网1分开时脱离衬套19。衬套19在套筒17两侧端设置有阻挡表面22以防止其沿某个方向无限制移动。阻挡表面22包括一个中央孔23以允许气体进入分配装置3。一连接管24被焊接到这些孔23中的一个上，另一孔保留自由。连接管24对头焊接在一供应管如5的一半横剖面上；这就使得一半气体经连接管24流入相对的分配装置3(在图中的左侧)，另一半气体则冲击衬套19并被驱动返回右侧的分配装置3的管2。在最后的改进中，气体流动可以由一受电脑26按照所需速度控制的爬升阀25控制，以此来调节供入装置的气体的流量，从而控制外壳12的膨胀度。电脑26可以从测量机器之速度，温度，压力等参数的传感器接收数据；该电脑可以利用从经验中得到的数组或公式处理这些数据。最后，图号27是输入管4上气体取样的点。该点通常是排气管上的一点，采用本领域公知的一些方法可以从这一点上抽样一部分气流。
图中示出了三根管网1，但是，还可以采用其它数目的网络，并使它们在外壳12的相应周边部分上延伸。如果采用多个网络，管件可以变短一些；这就限制了气体流过的距离从而限制了气体被加热的程度。但是，本发明的特征将这种加热的后果改进到了一定程度以致于将该装置进行进一步剖析变得无意义了。
本发明尤其适于实施在涡轮机上，因为涡轮机中的气体比其它机器中的气体更热，因此更需要本发明。
权利要求
1．用于一圆形外壳(12)的冷却或加热装置，该装置包括围绕所述外壳之周边部分的管(2)的网络(1)；与所述管(2)相连的气体输入分配装置(3)；置于所述管(2)内朝向所述外壳的气体输出孔(11)，一用于在所述分配装置内分配气体的网络(4,5,6)；在所述分配装置中，所述管的网络(1)被置于两个分配装置(3)之间，所述两分配装置中的每一个与一对应的所述网络的管组相连；该气体分配网络包括管件(5,6)，每一管给一对所述分配装置提供气体，其特征在于相同的分配装置相邻配置并连接到不同的管的网络上并经一套筒(17)相连，该套筒(17)具有两上端部(20)，这两个端部(20)为部分呈开口的球形，该球形端部可以在限定所述分配装置并带有限定所述套筒(17)移动的端部挡块(22)的衬套(19)内滑动，所述向一对分配装置(3)提供气体的管件(5,6)被对头焊接到一管件(24)上，该管(24)占管(5,6)横剖面的一半并穿过衬套(19)的一阻挡表面(22)插入到至少一个衬套(19)中。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于每一所述管的网络包括两个波纹金属板(8)，该金属板通过凸起(9)之间的公共平坦部分被紧固，所述管由所述凸起(9)形成，所述公共部分(10)具有孔(14)，气体从这些孔(14)中排出。
3．如权利要求1所述的装置，其特征在于所述管(1)的网络的数目为3个。
4．如权利要求1所述的装置，其特征在于所述气体分配网络(4,5,6)包括一个受一电脑(26)控制的爬升阀(25)。
全文摘要
一种用于加热或冷却外壳以调节其直径,尤其是调节转子叶片与该外壳之间之间隙的装置。该装置包括管(1)的网络,该管网覆盖外壳周边的辅助部分并包括一对分配装置(3)和处于分配装置之间的平行管(2),这些管交替地连接到一个或另一个分配装置上并设有将气体吹向外壳的小孔。在管(2)内的对流循环可以向外壳上的任何一点提供两股气体,即在管(2)内流过较长一段距离而被加热到较高温度的气体和在另一管(2)内流过较短距离的较冷气体,从而使施加于外壳每一部分上的热量得到平衡。
文档编号F01D25/08GK1234847SQ9880100
公开日1999年11月10日 申请日期1998年7月17日 优先权日1997年7月18日
发明者J·弗里德尔, P·勒斯托伊勒, C·舒尔茨, J·－L·苏皮聪, J·瓦谢 申请人:国家航空发动机研究制造公司