用于冷却旋转机械中的端壁的系统和方法技术方案

本发明专利技术题为“用于冷却旋转机械中的端壁的系统和方法”。本发明专利技术提供了一种用于冷却在旋转机械(100)中使用的部件(207)的芯(300)。芯(300)包括通道(600)，该通道包括隔离壁(620)，该隔离壁将第一入口部分(606)与第二入口部分(608)隔开以限定分流式管程入口(610)，该分流式管程入口流体耦接到至少一个第一管程(612)、至少一个第二管程(614)和至少一个转弯(616)。至少一个第一管程(612)在第一方向(630)上从分流式管程入口(610)输送冷却流体流。至少一个第二管程(614)在与第一方向(630)相反的第二方向(632)上输送冷却流体流。至少一个转弯(616)将冷却流体的流动方向从第一方向(630)改变为第二方向(632)。至少一个第一管程(612)、至少一个第二管程(614)和至少一个转弯(616)被布置成使得通道(600)限定蛇形通道(600)。(600)。(600)。

【技术实现步骤摘要】
用于冷却旋转机械中的端壁的系统和方法

技术介绍

[0001]本公开的领域整体涉及冷却系统，更具体地涉及用于旋转机械部件的冲击冷却。
[0002]在至少一些已知的旋转机械中，从涡轮中的气流提取的能量用于向机械负载提供动力。在旋转机械的操作期间，各种热气体路径部件可能经受高温气流。随着时间推移，持续暴露于高温可能引起热气体路径部件的磨损。例如，在一些已知的涡轮中，空气在压缩机中对加压并且在燃烧器中与燃料混合以产生高温气体。一般来讲，较高温度的气体提高旋转机械的性能、效率和功率输出。为了有利于降低高温的影响，至少一些已知的热气体路径部件被冷却。然而，较高温度的气体也会增加旋转机械部件的热应力和/或热降解。
[0003]一些已知的热气体路径部件由包括内部冷却系统的端壁形成，其中冷却流体诸如从压缩机或蒸汽中提取的排放空气被强制通过限定在端壁内的芯。至少一些已知的芯形成有入口开口，该入口开口将冷却流体输送到芯中并引导冷却流体冲击芯的内表面，从而增强端壁的冷却。然而，至少一些已知的芯包括销轴组，该销轴组将冷却流体从入口开口直接输送到至少一个出口开口，而不是将回路中的冷却流体输送穿过端壁。因此，该芯不如包括蛇形或迂回通道的芯那样有效地冷却。此外，至少一些已知的芯具有蛇形或迂回通道，这些通道将冷却流体从单个入口输送穿过端壁。然而，在已知的芯中，调节通道内的压降可能是困难的。

技术实现思路

[0004]在一个方面，提供了一种用于冷却在旋转机械中使用的部件的芯。该芯包括通道，该通道包括第一入口部分、第二入口部分、隔离壁、至少一个第一管程、至少一个第二管程和至少一个转弯。隔离壁将第一入口部分与第二入口部分隔开，使得第一入口部分、第二入口部分和隔离壁限定分流式管程入口。至少一个第一管程在第一方向上从分流式管程入口输送冷却流体流。至少一个第二管程在与第一方向相反的第二方向上输送冷却流体流。至少一个转弯将冷却流体的流动方向从第一方向改变为第二方向。至少一个第一管程、至少一个第二管程和至少一个转弯被布置成使得通道限定蛇形通道。
[0005]在另一方面，提供了一种气体涡轮系统。该气体涡轮系统包括具有内端壁、外端壁、多个翼片和芯的涡轮部分。涡轮部分与燃烧系统以流体连通方式耦接。内端壁外接气体涡轮系统的纵向轴线。外端壁外接气体涡轮系统的纵向轴线和内端壁。多个翼片各自在外端壁与内端壁之间延伸。芯定位在外端壁和内端壁中的至少一者内，用于冷却外端壁和内端壁中的至少一者。该芯包括通道，该通道包括第一入口部分、第二入口部分、隔离壁、至少一个第一管程、至少一个第二管程和至少一个转弯。隔离壁将第一入口部分与第二入口部分隔开，使得第一入口部分、第二入口部分和隔离壁限定分流式管程入口。至少一个第一管程在第一方向上从分流式管程入口输送冷却流体流。至少一个第二管程在与第一方向相反的第二方向上输送冷却流体流。至少一个转弯将冷却流体的流动方向从第一方向改变为第二方向。至少一个第一管程、至少一个第二管程和至少一个转弯被布置成使得通道限定蛇形通道。
[0006]在另一方面，提供了一种冷却旋转机械的部件的方法。该方法包括将芯插入部件内的充气室中。该芯包括通道，该通道包括入口部分、至少一个第一管程、至少一个第二管程、至少一个转弯。入口部分包括第一入口部分、第二入口部分和隔离壁。隔离壁将第一入口部分与第二入口部分隔开，使得入口部分为分流式管程入口。该方法还包括将冷却流体流输送到第一入口部分和第二入口部分中。该方法还包括将冷却流体流从第一入口部分和第二入口部分输送到至少一个第一管程中。来自第一入口部分的冷却流体流与来自第二入口部分的冷却流体流合并，并且至少一个第一管程在第一方向上输送冷却流体流。该方法还包括将冷却流体流从至少一个第一管程输送到至少一个转弯中。至少一个转弯将冷却流体的流动方向从第一方向改变为与第一方向相反的第二方向。该方法还包括将冷却流体流从至少一个转弯输送到至少一个第二管程中。至少一个第一管程、至少一个第二管程和至少一个转弯被布置成使得通道限定蛇形通道。
附图说明
[0007]当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，附图中相同的字符在整个附图中表示相同的部件，其中：
[0008]图1是示例性旋转机械的示意图；
[0009]图2为图1所示的旋转机械的示例性涡轮级的放大示意图；
[0010]图3是可与图2所示的涡轮一起使用的示例性固定翼片、外端壁和内端壁的透视图；
[0011]图4是图2所示的固定翼片、外端壁和内端壁以及延伸穿过透明外端壁和内端壁的示例性芯的透视顶视图；
[0012]图5是图4所示的外端壁的径向俯视剖面图；
[0013]图6是图3至图5所示的示例性芯的径向顶视图；并且
[0014]图7是冷却端壁(诸如图2至图6所示的端壁)的示例性方法的流程图。
[0015]除非另外指明，否则本文提供的附图旨在示出本公开的实施方案的特征。据信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施方案的多种系统。因此，附图不旨在包括本领域的普通技术人员已知的实践本文所公开的实施方案所需的所有常规特征。
具体实施方式
[0016]在以下说明书和权利要求书中，将引用多个术语，这些术语应被定义为具有以下含义。
[0017]除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数引用。
[0018]除非另外指示，否则如本文所使用的近似语言，诸如“大体地”、“基本上”和“约”指示如本领域普通技术人员将认识到的，如此修饰的术语可以仅适用于近似程度，而不是绝对或完美程度。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及整个说明书和权利要求书中，可以识别范围限制。除非上下文或语言另有指示，否则这些范围可以组合和/或互换，并且包括其中包含的所有子范围。除此之外，除非另外指示，否则术语“第一”、“第二”等在本文中仅用作标记，并且不旨在对这些术语所涉及的项目施加顺序、
位置或分级要求。此外，例如，对“第二”项目的引用不要求或排除存在例如“第一”或较低编号的项目或者“第三”或更高编号的项目。
[0019]如本文所用，术语“轴向”和“轴向地”是指基本上平行于旋转机械的纵向轴线延伸的方向和取向。此外，术语“径向”和“径向地”是指基本上垂直于旋转机械的纵向轴线延伸的方向和取向。此外，如本文所用，术语“周向”和“周向地”是指围绕旋转机械的纵向轴线弧形延伸的方向和取向。进一步地，如本文所用，术语“上游”是指旋转机械的前端或入口端，并且术语“下游”是指旋转机械的后端或排出口端。当讨论穿过部件的流体流时，流体从其流动的方向被描述为“上游”，并且流体在其上流动的方向被描述为“下游”。
[0020]本文所述的系统涉及用于冷却旋转机械中的热气体路径的部分的蛇形芯。具体地讲，在示例性实施方案中，旋转部件包括形成于旋转机械内的涡轮部分的喷嘴中的外端壁。外端壁包括用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于冷却在旋转机械(100)中使用的部件(207)的芯(300)，所述芯(300)包括：通道(600)，所述通道包括：第一入口部分(606)；第二入口部分(608)；隔离壁(620)，所述隔离壁将所述第一入口部分(606)与所述第二入口部分(608)隔开，使得所述第一入口部分(606)、所述第二入口部分(608)和所述隔离壁(620)限定分流式管程入口(610)；至少一个第一管程(612)，所述至少一个第一管程用于在第一方向(630)上从所述分流式管程入口(610)输送冷却流体流；至少一个第二管程(614)，所述至少一个第二管程用于在与所述第一方向(630)基本上相反的第二方向(632)上输送所述冷却流体流；和至少一个转弯(616)，所述至少一个转弯用于将所述冷却流体的流动方向从所述第一方向(630)改变为所述第二方向(632)，其中所述至少一个第一管程(612)、所述至少一个第二管程(614)和所述至少一个转弯(616)被布置成使得所述通道(600)限定蛇形通道(600)。2.根据权利要求1所述的芯(300)，其中所述通道(600)包括用于将所述冷却流体流输送到所述第一入口部分(606)中的至少一个第一入口(602)和用于将所述冷却流体流输送到所述第二入口部分(608)中的至少一个第二入口(604)。3.根据权利要求1所述的芯(300)，其中所述第一管程(612)和所述第二管程(614)各自包括用于在所述冷却流体流内产生湍流的多个湍流器(644)。4.根据权利要求1所述的芯(300)，其中所述通道(600)还包括多个芯扎带(646)，所述多个芯扎带用于将所述冷却流体流的一部分从所述通道(600)的上游部分输送到所述通道(600)的下游部分。5.根据权利要求4所述的芯(300)，其中所述多个芯扎带(646)包括至少一个第一芯扎带(648)，所述至少一个第一芯扎带用于将所述冷却流体流的一部分从所述第一入口部分(606)输送到所述第二入口部分(608)。6.根据权利要求4所述的芯(300)，其中所述多个芯扎带(646)包括至少一个第二芯扎带(650)，所述至少一个第二芯扎带用于将所述冷却流体流的一部分从所述第一管程(612)输送到所述第二管程(614)。7.一种气体涡轮系统(100)，所述气体涡轮系统包括：涡轮部分(108)，所述涡轮部分与燃烧系统(106)以流体连通方式耦接，其中所述涡轮部分(108)包括：内端壁(209)，所述内端壁外接所述气体涡轮系统(100)的纵向轴线(126)；外端壁(207)，所述外端壁外接所述气体涡轮系统(100)的纵向轴线(126)和所述内端壁(209)；多个翼片(202)，所述多个翼片在所述外端壁(207)与所述内端壁(209)之间延伸；和芯(300)，所述芯定位在所述外端壁(207)和所述内端壁(209)中的至少一者内，用于冷却所述外端壁(207)和所述内端壁(209)中的至少一者，所述芯(300)包括：通道(600)，所述通道包括：第一入口部分(606)；
第二入口部分(608)；隔离壁(620)，所述隔离壁将所述第一入口部分(606)与所述第二入口部分(608)隔开，使得所述第一入口部分(606)、所述第二入口部分(608)和所述隔离壁(620)限定分流式管程入口(610)；至少一个第一管程(612)，所述至少一个第一管程用于在第一方向(630)上从所述分流式管程入口(610)输送冷却流体流；至少一个第二管程(614)，所述至少一个第二管程用于在与所述第一方向(630)基本上相反的第二方向(632)上输送冷却流体流；和至少一个转弯(616)，所述至少一个转弯用于将所述冷却流体的流动方向从所述第一方向(630)改变为所述第二方向(632)，其中所述至少一个第一管程(612)、所述至少一个第二管程(614)和所述至少一个转弯...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：