专利名称：用于调节部件的温度的方法和系统的制作方法
技术领域：
本公开的领域大体上涉及冷却系统，并且更具体而言，涉及用于调节机器部件的温度的冷却系统。
背景技术：
至少一些已知的燃气涡轮发动机包括燃烧器、联接到燃烧器上游的压缩机、涡轮、以及可旋转地联接在压缩机与涡轮之间的转子组件。一些已知的转子组件包括转子轴、联接到转子轴的至少一个转子盘、以及从每个转子盘向外延伸的多个周向间隔的涡轮叶片或动叶。在这样的涡轮中的至少一些的操作期间，压缩机压缩空气，空气随后与燃料混合然后被导引至燃烧器。然后点燃混合物以产生接着被导引至涡轮的热燃烧气体。旋转的涡轮叶片或动叶将诸如燃烧气体的高温流体导引通过涡轮。涡轮从燃烧气体提取能量以用于为压缩机提供动力，以及用于产生有用功以为诸如发电机的负载提供动力或推动飞行中的飞行器。至少一些已知的涡轮叶片包括翼型件，该翼型件包括沿前缘和后缘连接到一起的压力侧和吸力侧。每个翼型件从燕尾件径向向外延伸，该燕尾件用来将涡轮叶片安装到转子盘或筒管(spool)。在操作期间，至少一些已知的涡轮叶片的前缘部分大体上暴露于比后缘部分更高的温度。至少一些已知的叶片是中空的且包括至少部分地由翼型件和燕尾件限定的内部冷却腔体。冷却流体在腔体内以随机的流动模式导引，该流动模式可在整个涡轮叶片上产生温度变化并可在涡轮叶片与冷却流体之间产生不均匀的传热。这样的温度变化可引起翼型件的压缩热应力。随时间推移，在高压缩热应力下连续操作可导致翼型件开裂和/或翼型件挠曲，这些结果中的任何或全部可缩短转子组件的使用寿命。
发明内容
在一个方面，提供了一种用于调节部件温度的冷却系统。该冷却系统包括多个流动控制组件，该多个流动控制组件横过所述部件的侧壁被限定以用于将冷却流体导引横过侧壁的表面。多个流动控制组件构造成调整冷却流体的多个流体流动特性。多个流动控制组件包括第一流动控制组件，其构造成调整第一流体流动特性；和至少第二流动控制组件，其构造成调整不同于第一流体流动特性的第二流体流动特性。在另一方面，提供了一种用于在涡轮发动机中使用的翼型件。翼型件包括侧壁，其包括限定在其中的腔体的内表面；和冷却系统，其横过内表面被限定以用于将冷却流体导引横过内表面，以便于调节翼型件的温度。冷却系统包括构造成调整冷却流体的多个流体流动特性的多个流动控制组件。多个流动控制组件包括第一流动控制组件，其构造成调整第一流体流动特性；和至少第二流动控制组件，其构造成调整不同于第一流体流动特性的第二流体流动特性。在又一方面，提供了一种组装用于在涡轮发动机中使用的翼型件的方法。该方法包括在翼型件的第一侧壁上提供第一流动控制组件，其中，第一流动控制组件构造成调整被导引横过第一侧壁的冷却流体的第一流动特性以便于调节翼型件的温度。在第一侧壁上提供第二流动控制组件，其中，第二流动控制组件构造成调整不同于第一流体流动特性的冷却流体的第二流动特性。将第二侧壁联接到第一侧壁以形成翼型件，该翼型件在前缘与后缘之间延伸且具有至少部分地由第一侧壁内表面限定的腔体。根据本发明的方面，传热组件包括多个突起，并且其中，传热组件至少包括第一多个突起，第一多个突起被布置为具有山形形状的整体。根据本发明的方面，传热组件包括从侧壁延伸第一高度的第一突起，以及从侧壁延伸第二高度的至少第二突起，第二高度不同于第一高度。根据本发明的方面，第二流动控制组件包括流动调节器组件，流动调节器组件构造成控制被导弓I横过内表面的冷却流体的流速。根据本发明的方面，还包括从内表面延伸的流动转向器组件，流动转向器组件构造成调整被导弓I横过内表面的冷却流体的方向。根据本发明的方面，传热组件、流动调节器组件和流动转向器组件中的每一个包括从侧壁延伸的多个突起。根据本发明的方面，流动转向器组件被定向在传热组件与流动调节器组件之间以用于将冷却流体从传热组件导引至流动调节器组件。根据本发明的方面，提供一种组装用于在涡轮发动机中使用的翼型件的方法，方法包括在翼型件的第一侧壁上提供第一流动控制组件，其中，第一流动控制组件构造成调整被导引横过第一侧壁的冷却流体的第一流动特性以有利于调节翼型件的温度；在第一侧壁上提供第二流动控制组件，其中，第二流动控制组件构造成调整不同于第一流体流动特性的冷却流体的第二流动特性；将第二侧壁联接到第一侧壁以形成翼型件，翼型件在前缘和后缘之间延伸且具有至少部分地由第一侧壁内表面限定的腔体。根据本发明的方面，第一流动控制组件包括传热组件，方法还包括将传热组件定向以在被导弓I横过第一侧壁的内表面的冷却流体内弓I起湍流。根据本发明的方面，第二流动控制组件包括流动调节器组件，方法还包括将流动调节器组件定向以调整被导引横过内表面的冷却流体的速度。根据本发明的方面，还包括在第一侧壁内表面上提供流动转向器组件，使得流动转向器组件从内表面延伸，其中，流动转向器组件构造成调整被导引横过内表面的冷却流体的方向。
图1是示例性润轮发动机的示意图。图2是可用于图1所示的涡轮发动机的示例性涡轮分段的一部分的局部截面图。图3是可用于图1所示的涡轮发动机的示例性涡轮动叶组件的一部分的放大透视图。图4是可用于图3所示的涡轮动叶的示例性冷却系统的局部俯视图。图5是图4所示的冷却系统的局部侧视图。图6是图4所示的冷却系统的备选实施例的局部俯视图。
图7是可用于图4所示的冷却系统的示例性传热组件的局部俯视图。图8是图6所示且沿区域8截取的的传热组件的局部侧视图。部件列表
10涡轮发动机系统
12入口分段
14压缩机分段
16燃烧器分段
18涡轮分段
20排气分段
22转子轴
24燃烧器
26负载
28转子组件
30涡轮动叶组件
32定子静叶组件
34部件
36冷却系统
38涡轮壳体
40级
42翼型件
44外带
46内带
48排
50涡轮动叶
52转子盘
54排
56中心轴线
58盘主体
60径向内边缘
62径向外边缘
64燃烧气体路径
66翼型件
68平台
70柄部
72燕尾件
74根端
76顶端
78侧壁
80内表面82外表面
84后缘
86前缘
88吸力侧
90压力侧
92腔体
94出口开口
96排
98冷却导管
100冷却流体
102第一侧壁
104第二侧壁
106突起
108冲击板
110冷却通道
112入口开口
114冲击开口
116分段
118第一分段
120第二分段
121流动控制组件
122传热组件
124流动调节器组件
126流动转向器组件
128第一距离
130第二距离
132第三距离
134传热突起
136狭槽
138顶部
140第一套
142第二套
144第一形状
146第二形状
148流动调节器突起
150第一组
152第一形状
154第二组
156第二形状 158流动转向器突起
160流体路径
162狭槽
164顶部
166冷却层
168表面区域
170自由流区域
172涡流
174阵列
176流体路径
178纵向轴线
180第一突起组
182第二突起组
184传热构件
186形状
188第一集合
190第一轴线
192第二集合
194第二轴线
196在前突起
198在后突起
200第一距离
202第二距离
204顶部
206平面。
具体实施例方式通过提供将冷却流体导引横过部件的表面以便于调节该部件温度的冷却系统，本文所述的示例性方法和系统克服了已知部件冷却系统的至少一些缺点。更具体而言，本文所述的实施例提供了包括多个流动控制组件的冷却系统，这些流动控制组件构造成调整被导引横过部件表面的冷却流体的多个流体流动特性。此外，冷却系统增加了部件冷却并产生横过部件的空气动力学出射流体流。此外，冷却系统包括传热组件，该传热组件在被导引横过部件表面的冷却流体内引起湍流以便于增加部件的冷却。此外，冷却系统包括流动控制组件，该流动控制组件调整从传热组件导引的冷却流体的流速和/或方向，以产生横过部件的空气动力学流体流和/或流体力学流体流。通过提供传热组件和流动控制组件，冷却系统将冷却流体导引至该部件的某些分段，这些分段需要增加的冷却以减少部件内不期望的温度变化，从而增加部件的操作寿命。照此，维护部件的成本应同时降低。下面的详细描述以举例方式而非限制方式示出了本公开。该描述使本领域技术人员能够制造和使用本公开，其描述了若干个实施例、修改、变型、备选方案以及本公开的使用，包括目前被认为是执行本公开的最佳模式的内容。本公开被描述为应用于优选实施例，即，导引冷却流体流横过涡轮发动机的部件。然而，可以构想，本公开对于冷却机械和/或电气设备部件具有普遍应用。此外，本文所述的冷却系统可在其中需要有效的热交换和空气动力学出射流的任何高流体流环境中使用。如本文所用，术语“高流体流环境”是指其中冷却流体流的速率足够大使得湍流和/或流动稳定性成为冷却系统设计的考虑因素的环境。因此，本文所述的实施例可与许多其它部件冷却系统一起执行。图1是示例性润轮发动机系统10的示意图。在示例性实施例中，润轮发动机系统10包括入口分段12、入口分段12下游的压缩机分段14、压缩机分段14下游的燃烧器分段16、燃烧器分段16下游的涡轮分段18、以及联接到涡轮分段18的排气分段20。涡轮分段18经由转子轴22联接到压缩机分段14。在示例性实施例中，燃烧器分段16包括多个燃烧器24。燃烧器分段16联接到压缩机分段14，使得每个燃烧器24与压缩机分段14流动连通。涡轮分段18联接到压缩机分段14且联接到负载26，该负载诸如但不限于发电机和/或机械驱动应用。在示例性实施例中，每个压缩机分段14和涡轮分段18包括联接到转子轴22的至少一个转子组件28。转子组件28包括从转子轴22向外延伸的多个涡轮动叶组件30(图2中示出)和定位在邻近涡轮动叶组件30之间的多个定子静叶组件32(图2中示出)。在操作期间，入口分段12将空气朝压缩机分段14导引，在压缩机分段14中，空气被压缩至更高压力和温度，然后朝燃烧器分段16排放。燃烧器分段16将压缩空气与燃料混合，点燃燃料空气混合物以产生燃烧气体，并且将燃烧气体朝涡轮分段18导引。更具体而言，在每个燃烧器24内，例如天然气和/或燃油的燃料被喷入空气流中，并且燃料空气混合物被点燃以产生朝涡轮分段18导引的高温燃烧气体。当燃烧气体将旋转能赋予涡轮分段18和转子组件28时，涡轮分段18将来自气体流的热能转化为机械旋转能。当燃烧气体被导引横过诸如例如涡轮动叶组件30和/或定子静叶组件32的部件34时，部件34的温度增加。在操作期间，燃烧气体可导致部件34内形成温度梯度，包括横过部件表面(未示出)形成不期望的可变热膨胀，这种热膨胀可能造成损坏，诸如部件34的热开裂和/或热翘曲(warping)。为了减小由不期望的热膨胀导致的损坏的发生率，冷却流体在部件34内被导引以冷却部件34并便于调节部件34的温度和/或减小操作热梯度。图2是包括示例性转子组件28的涡轮分段18的一部分的局部截面图。图3是涡轮动叶组件30的一部分的放大透视图。图4是可用于涡轮动叶组件30的示例性冷却系统36的局部俯视图。图5是冷却系统36的局部侧视图。在示例性实施例中，涡轮分段18包括涡轮壳体38和在涡轮壳体38内的多个级40。每个级40包括定子静叶组件32和涡轮动叶组件30。每个定子静叶组件32包括多个定子静叶，即翼型件42，翼型件42在弓形(arcuate)外带44与弓形内带46之间延伸，使得静止排48的定子静叶42在邻近润轮动叶组件30之间延伸。外带44联接到壳体38。内带46与外带44径向向内间隔。每个涡轮动叶组件30包括多个涡轮动叶50，涡轮动叶50从转子盘52径向向外延伸，使得成排54的涡轮动叶50在邻近定子静叶组件32之间。每个转子盘52联接到转子轴22且围绕由转子轴22限定的中心轴线56旋转。在示例性实施例中，每个转子盘52包括在径向内边缘60与径向外边缘62之间径向延伸的盘主体58。每个涡轮动叶50联接到盘外边缘62且围绕转子盘52周向间隔。定子静叶42被定向为将燃烧气体向下游导引至涡轮动叶50。燃烧气体路径64被限定在涡轮壳体38与每个转子盘52之间。每排48和54的涡轮动叶50和定子静叶42至少部分地延伸通过燃烧气体路径64的一部分。在示例性实施例中，每个涡轮动叶50从盘主体58径向向外延伸，并且各自包括翼型件66、平台68、柄部70和燕尾件72。翼型件66从平台68大致径向向外延伸。平台68在翼型件66与柄部70之间延伸，使得每个翼型件66从平台68朝涡轮壳体38径向向外延伸。柄部70从平台68径向向内延伸至燕尾件72。燕尾件72从柄部70径向向内延伸且使涡轮动叶50能够固定地联接到转子盘52。翼型件66在定位成邻近平台68的根端74与顶端76之间径向延伸。翼型件66从平台68朝润轮壳体38径向向外延伸,使得顶端76定位成邻近涡轮壳体38。在示例性实施例中，翼型件66大致类似于定子静叶翼型件42，并且各自包括具有内表面80和外表面82的至少一个侧壁78。外表面82在后缘84与前缘86之间大致轴向延伸，并且包括吸力侧88和压力侧90。每一侧88和90在前缘86与后缘84之间延伸。在示例性实施例中，压力侧90为大体上凹形的，并且吸力侧88为大体上凸形的。内表面80在前缘86与后缘84之间延伸，使得腔体92限定在前缘86与后缘84之间。至少一个出口开口 94延伸通过侧壁78以联接与燃烧气体路径64流动连通的腔体92。在一个实施例中，出口开口 94被限定成邻近前缘86且被定向于在顶端76与根端74之间延伸的排96中。备选地，出口开口 94可被限定成邻近后缘84和/或被限定在后缘84与前缘86之间的任何位置处。至少一个冷却导管98延伸通过平台68且流动连通地联接腔体92以用于将冷却流体100导引至腔体92中。在示例性实施例中，翼型件66包括限定压力侧90的第一侧壁102和限定吸力侧88的第二侧壁104。第一侧壁102沿前缘86且沿后缘84联接到第二侧壁104，使得腔体92被限定在第一侧壁102与第二侧壁104之间。冷却系统36联接到第一侧壁102和/或第二侧壁104以便于调节翼型件66的温度。在一个实施例中，冷却系统36便于通过将热量从翼型件66传递到冷却流体100而冷却翼型件66。更具体而言，冷却系统36联接到内表面80以沿内表面80导引冷却流体100，以便于对流冷却翼型件66。在示例性实施例中，冷却系统36构造成调整冷却流体100的多个流体流动特性，诸如例如，压力、速度、方向、湍流和/或使冷却系统能够如本文所述工作的任何其它流体流动特性。冷却系统36包括多个突起106，突起106与内表面80延伸且被定尺寸、成形和定向为从冷却导管98横过内表面80导引冷却流体100并通过出口开口 94排放冷却流体100。在示例性实施例中，每个突起106具有包括半球形、柱形、半圆柱形、锥形、三角形、矩形和/或梯形之一的形状。备选地，每个突起106可具有使冷却系统36能够如本文所述地工作的任何合适的形状。在一个实施例中，翼型件66包括冲击板108，冲击板108从内表面80径向向内联接，使得冷却通道110被限定在冲击板108与内表面80之间。冷却通道110在入口开口112与出口开口 94之间延伸。在备选实施例中，冲击板108可包括多个冲击开口 114，冲击开口 114延伸通过冲击板108且被定向成从腔体92排放冷却流体100的射流到冷却通道110中。在一个实施例中，突起106可从内表面80朝冲击板108向外延伸。备选地，至少一个突起106可为从内表面80向内且远离冲击板108延伸的凹坑和/或凹陷。在示例性实施例中，内表面80包括多个分段116。每个分段116在不同于邻近分段116的操作温度下操作，使得在操作期间横过部件34形成温度梯度。此外，内表面80包括第一分段118，第一分段118具有高于第二分段120的操作温度的第一操作温度。冷却系统36在第一分段118内降低冷却流体100的速度并增加冷却流体100的流体湍流以便于增加在第一分段118内的流体保持时间，以便于增加第一分段118内的冷却。此外，冷却系统36增加了第二分段120内的流体速度以产生空气动力学出射流体流，以便于减少在第二分段120内的流体保持时间。此外，冷却系统36从第一分段118且横过第二分段120导引冷却流体，使得在第一分段118内的冷却大于在第二分段120内的冷却。在示例性实施例中，冷却系统36包括联接到内表面80的多个流动控制组件121。此外，每个流动控制组件121构造成调整冷却流体100的一个或多个流体流动特性以便于调节部件34的温度。在示例性实施例中，冷却系统36包括第一流动控制组件(S卩，传热组件122)、第二流动控制组件(即，流动调节器组件124)和第三流动控制组件(即，流动转向器组件126)。传热组件122构造成调整冷却流体100的第一流体流动特性，并且流动调节器组件124构造成调整不同于第一流体流动特性的冷却流体100的第二流体流动特性。此夕卜，流动转向器组件126构造成调整不同于第一流体流动特性和/或第二流体流动特性的第三流体流动特性。 每个传热组件122、流动调节器组件124和流动转向器组件126都包括从内表面80向外延伸的多个突起106。在示例性实施例中，传热组件122从内表面80延伸第一距离128。流动调节器组件124从内表面80延伸小于第一距离128的第二距离130。流动转向器组件126从内表面80向外延伸第三距离132，第三距离132短于第一距离128且大于第二距离130。备选地，每个第一距离128、第二距离130和第三距离132可大约相等。在示例性实施例中，第二分段120被限定在第一分段118与出口开口 94之间。传热组件122相对于第一分段118定向以便于增加在第一分段118内的冷却。传热组件122被定尺寸、成形和定向成在被导引横过内表面80的冷却流体100内引起湍流，以便于增加在冷却流体100与侧壁78之间的传热。流动调节器组件124相对于第二分段120定向且在传热组件122与出口开口 94之间。在一个实施例中，流动调节器组件124被定向在传热组件122内。备选地，传热组件122可被定向在流动调节器组件124内。流动调节器组件124被定尺寸、成形和定向成调整导引横过内表面80的冷却流体100的流体速度和/或流体压力以产生空气动力学流体流。此外，流动调节器组件124增加冷却流体100的流体速度，并且通过出口开口 94排放冷却流体100以产生空气动力学出射流体流。在示例性实施例中，流动转向器组件126相对于第二分段120定向且在传热组件122与流动调节器组件124之间。在一个实施例中，流动转向器组件126被定向在传热组件122和/或流动调节器组件124内。备选地，传热组件122可被定向在流动转向器组件126内，或者流动调节器组件124可被定向在流动转向器组件126内。流动转向器组件126被定尺寸、成形和定向成调整从传热组件122导引至流动调节器组件124的冷却流体100的方向。传热组件122包括多个传热突起134，传热突起134联接到内表面80且相对于内表面80的第一分段118定位。每个传热突起134从内表面80向外延伸且具有便于增加传热组件122内的流体湍流的尺寸、形状和定向。在一个实施例中，至少一个传热突起134包括一个或多个狭槽136，狭槽136延伸通过传热突起134的顶部138用于调整导引通过传热组件122的冷却流体100的方向。在示例性实施例中，传热组件122包括第一套140的传热突起134和至少第二套142的传热突起134。第一套140增加冷却流体100内的流体湍流，并且第二套142将冷却流体100导引通过传热组件122。在一个实施例中，第一套140和第二套142各自包括具有大致类似形状的传热突起134。备选地，第一套140可包括具有第一形状144的多个传热突起134，并且第二套142可包括具有不同于第一形状144的第二形状146的多个传热突起134。此外，流动调节器组件124包括多个流动调节器突起148，流动调节器突起148联接到内表面80且被定尺寸、成形和定向成便于调整导引横过内表面80的冷却流体100的流体速度。每个流动调节器突起148从内表面80向外延伸，并且将冷却流体100从传热组件122通过出口开口 94排放。在一个实施例中，每个流动调节器突起148具有大致类似的形状。备选地，流动调节器组件124可包括具有第一形状152的第一组150的流动调节器突起148，并且包括具有不同于第一形状152的第二形状156的第二组154的流动调节器突起 148。类似地，流动转向器组件126包括多个流动转向器突起158，流动转向器突起158联接到内表面80且从内表面80向外延伸。每个流动转向器突起158调整正被导引横过内表面80的冷却流体100的方向。此外，每个流动转向器突起158相对于邻近流动转向器突起158定向以沿预定流体路径160导引冷却流体100。在一个实施例中，至少一个流动转向器突起158包括延伸通过流动转向器突起158的顶部164的狭槽162。狭槽162被定尺寸成便于沿流体路径160导引冷却流体100。在操作期间，当冷却流体100被导引横过内表面80时，在冷却流体100内形成冷却层166，冷却层166包括在内表面80处或附近的表面区域168以及自由流区域170，自由流区域170从表面区域168相对于内表面80向外被限定。自由流区域170具有比表面区域168的动量更大的动量。当冷却流体100被导引横过内表面80时，在表面区域168与自由流区域170之间的压力梯度的增加可引起冷却层166与内表面80的分离。当冷却层166与内表面80分离时，在翼型件66与冷却流体100之间传递的热量减少。在示例性实施例中，传热突起134构造成便于一个或多个传热突起134下游的涡流172的形成以给予冷却流体100旋涡，并且从自由流区域170朝表面区域168导引冷却流体100的流。涡流172从自由流区域170向表面区域168传递动量以便于增加冷却层166的动量并便于冷却层166内的附着流以增加部件34的对流冷却。此外，传热组件122将加热的冷却流体100导引至流动转向器组件126。流动转向器突起158将加热的冷却流体100从传热组件122沿流体路径160导引并且至流动调节器组件124。在一个实施例中，流动转向器突起158减小横过流动转向器突起158的压差，以便于将冷却流体100从传热组件122导引至流动调节器组件124。在示例性实施例中，流动调节器突起148将冷却流体100从流动转向器组件126朝出口开口 94导弓丨，并且便于增加被导引横过内表面80的冷却流体100的流体速度。在示例性实施例中，流动调节器突起148减小横过内表面80流动的冷却流体100的流体压力并通过出口开口94排放冷却流体100。图6是冷却系统36的备选实施例的局部俯视图。图6所示的相同部件使用图3至图5中所用的相同附图标记来表不。在备选实施例中，翼型件66的第一分段118被限定在出口开口 94附近，使得在出口开口 94附近期望增加的冷却。在该实施例中，传热组件122被定向成邻近出口开口 94，并且相对于第一分段118被定向以增加第一分段118内的冷却。传热组件122包括多个传热突起134，传热突起134被定向在阵列174中且具有大致类似形状。流动转向器组件126被定向在入口开口 112附近，并且朝传热组件122延伸。每个流动转向器突起158包括大致类似的形状，并且被定向成将冷却流体100沿流体路径176导弓丨，流体路径176被定向为相对于在入口开口 112与出口开口 94之间延伸的纵向轴线178成斜角Qlt=流动调节器组件124被定位在流动转向器组件126与传热组件122之间。流动调节器组件124包括多个第一突起组180和在每个第一突起组180之间的多个第二突起组 182。在示例性实施例中，流动转向器组件126将冷却流体100沿流体路径160从入口开口 112朝流动调节器组件124导引。流动调节器组件124降低冷却流体100的流体速度并将冷却流体100导引至传热组件122。传热组件122引起冷却流体100内涡流172的形成以进一步降低冷却流体100的流体速度并增加侧壁78的冷却。传热组件122通过出口开口 94排放加热的冷却流体。图7是传热组件122的一部分的局部俯视图。图8是传热组件122且沿区域8截取的局部侧视图。图7和图8所示相同部件使用图3至图5中所用相同附图标记来表示。在示例性实施例中，传热组件122包括多个传热构件184。每个传热构件184包括多个传热突起134，传热突起134相对于邻近传热突起134定向，使得传热构件184包括大致山形的形状186。此外，传热组件122包括至少第一多个传热突起134，其中第一多个传热突起被布置为具有山形形状的整体(ensemble)。此外,传热构件184包括相对于第一轴线190定向的传热突起134的第一集合188以及相对于与第一轴线190相交的第二轴线194定向的传热突起134的第二集合192。在示例性实施例中，第一集合188和第二集合192各自在第一突起(S卩，在前突起196)和第二突起(即，在后突起198)之间延伸。在前突起196从内表面80延伸第一距离200，并且在后突起1 98从内表面80延伸大于第一距离200的第二距离202。此外，在在前突起196与在后突起198之间的每个传热突起134从内表面80分别延伸步进(stepwise)的距离，使得每个传热突起134的每个顶部204限定平面206，平面206定向为相对于内表面80成斜角a2。冷却系统36的尺寸、形状和定向被可变地选定为便于增加涡轮部件34内的冷却，涡轮部件34包括具有比邻近分段更高的操作温度的分段。此外，传热组件122的尺寸、形状和定向被选定为在冷却流体100内引起湍流，以便于增加在冷却流体100与部件34之间的传热。此外，流动调节器组件124被定尺寸、成形和构造成调整冷却流体100的流速且导致冷却流体100从传热组件122被导引至部件34的出口开口 94。通过提供包括传热组件和流动控制组件的冷却系统，冷却流体可被导引至部件的需要额外冷却的分段，这减少了部件内不期望的温度变化的形成。通过提供便于增加部件的冷却的传热组件和便于从传热组件导引冷却流体的流动控制组件，上述冷却系统克服了已知冷却系统的至少一些缺点。该冷却系统还提供了增加的冷却并且产生横过部件的空气动力学出射流。通过提供传热组件和流动控制组件，便于减少部件内不期望的温度变化的形成，这增加了涡轮发动机部件的工作寿命。照此，可以降低维护部件的成本。
上文详细描述了用于调节部件的温度的方法和系统的示例性实施例。系统、方法和设备不限于本文所述具体实施例，而是，系统的部件和/或方法的步骤可以独立地且与本文所述的其它部件和/或步骤分开地使用。例如，系统、方法和设备也可与其它燃烧系统和方法联合使用，并且不限于仅通过本文所述燃气涡轮发动机组件来实践。此外，本文中所述冷却系统可例如在任何高流体流环境(例如，气体或液体)中使用，在该环境中，根据具体情况，期望有效的热交换和空气动力学或流体力学出射流。因此，示例性实施例可潜在地结合除燃气涡轮机之外的许多其它部件冷却系统应用来实现和使用。虽然本发明的各种实施例的具体特征可能在一些附图中而未在其它附图中示出，但这仅仅是为了方便起见。此外，在以上描述中对“一个实施例”的引用并非意图被解释为排除也合并所陈述的特征的附加实施例的存在。根据本发明的原理，附图的任何特征可以结合任何其它附图的任何特征被引用和/或要求保护。该书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这样的其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这样的其它示例意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于调节部件(34)的温度的冷却系统(36)，所述冷却系统包括 多个流动控制组件(121)，所述多个流动控制组件(121)横过所述部件的侧壁(78)限定用于导引冷却流体横过所述侧壁的表面(80)，所述多个流动控制组件构造成调整冷却流体的多个流体流动特性，所述多个流动控制组件包括 第一流动控制组件(121)，所述第一流动控制组件(121)构造成调整第一流体流动特性；和 至少第二流动控制组件(121)，所述至少第二流动控制组件(121)构造成调整不同于所述第一流体流动特性的第二流体流动特性。
2.根据权利要求1所述的冷却系统(36)，其特征在于，所述第一流动控制组件(121)包括传热组件(122)，所述传热组件构造成在被导引横过所述侧壁(78)的冷却流体内引起湍流，以便于在所述冷却流体与所述部件(34)之间增加的传热。
3.根据权利要求2所述的冷却系统(36)，其特征在于，所述传热组件(122)包括多个突起(134)，并且其中，所述传热组件至少包括第一多个突起(184)，所述第一多个突起被布置为具有山形形状的整体。
4.根据权利要求3所述的冷却系统(36)，其特征在于，所述传热组件(122)包括从所述侧壁延伸第一高度的第一突起(196)以及从所述侧壁延伸第二高度的至少第二突起(198)，所述第二高度不同于所述第一高度。
5.根据权利要求2所述的冷却系统(36)，其特征在于，所述第二流动控制组件(121)包括流动调节器组件(124)，所述流动调节器组件构造成调整被导引横过所述侧壁(78)的冷却流体的流速。
6.根据权利要求5所述的冷却系统(36)，其特征在于，还包括流动转向器组件(126)，所述流动转向器组件构造成调整被导引横过所述侧壁(78)的冷却流体的方向。
7.根据权利要求6所述的冷却系统(36)，其特征在于，所述传热组件(122)、所述流动调节器组件(124)和所述流动转向器组件(126)中的每一个包括从所述侧壁(78)延伸的多个突起(106)。
8.根据权利要求6所述的冷却系统(36)，其特征在于，所述流动转向器组件(126)被定向在所述传热组件(122)与所述流动调节器组件(124)之间用于将冷却流体从所述传热组件导引至所述流动调节器组件。
9.一种用于在涡轮发动机(10)中使用的翼型件(66)，所述翼型件包括 侧壁(78)，所述侧壁(78)包括在其中限定腔体的内表面(80);和 冷却系统(36)，所述冷却系统(36)横过所述内表面限定用于导引冷却流体横过所述内表面，以便于调节所述翼型件的温度，所述冷却系统包括 多个流动控制组件(121)，所述多个流动控制组件(121)构造成调整所述冷却流体的多个流体流动特性，所述多个流动控制组件包括 第一流动控制组件(121)，所述第一流动控制组件(121)构造成调整第一流体流动特性；和 至少第二流动控制组件(121)，所述至少第二流动控制组件(121)构造成调整不同于所述第一流体流动特性的第二流体流动特性。
10.根据权利要求9所述的翼型件(66)，其特征在于，所述第一流动控制组件(121)包括传热组件(122)，所述传热组件构造成在被导引横过所述内表面(80)的冷却流体内引起湍流，以便 于在所述冷却流体与所述侧壁(78)之间增加的传热。
全文摘要
本发明涉及用于调节部件温度的方法和系统。更具体而言，本文描述了一种用于调节部件(34)的温度的冷却系统(36)。该冷却系统包括多个流动控制组件(121)，流动控制组件(121)横过该部件的侧壁(78)限定以用于将冷却流体导引横过侧壁的表面(80)。多个流动控制组件构造成调整冷却流体的多个流体流动特性。多个流动控制组件包括构造成调整第一流体流动特性的第一流动控制组件(121)和构造成调整不同于第一流体流动特性的第二流体流动特性的至少第二流动控制组件(121)。
文档编号F02C7/12GK103061824SQ201210377000
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月8日 优先权日2011年10月7日
发明者S.F.辛普森, D.帕尔, J.T.克纳普 申请人:通用电气公司