專利名稱：用于一圓形外殼的冷卻或加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于圓環(huán)外殼的冷卻或加熱裝置。
目前有一種普遍的要求提高發(fā)動機輸出功率的需求。在航空領(lǐng)域，滿足此要求的一種方法是將轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙減小到最小，尤其是在轉(zhuǎn)子之旋轉(zhuǎn)葉片的自由端與和其相面對的外殼表面相遇區(qū)域?，F(xiàn)在已設(shè)計出了實施此種措施的方法，特別是通過改變外殼的直徑。最常用的方法包括從氣體排氣管的相反側(cè)區(qū)域上即該機械的其它部分抽取所需溫度的氣體，再將其吹到外殼的外表面上，從而按照需要加熱或冷卻外殼，使外殼產(chǎn)生熱脹冷縮。
但是，十分關(guān)鍵之處在于外殼整個表面的溫度應(yīng)有很高的均勻度。一個公知的裝置包括兩個環(huán)繞外殼的半圓管網(wǎng)絡(luò)組件，每一個網(wǎng)絡(luò)覆蓋外殼周邊的一半并且又與一個分配裝置相連，該分配裝置通過一條與網(wǎng)絡(luò)之每一管的中間處相連的管向網(wǎng)絡(luò)提供氣體。這樣，氣體在網(wǎng)絡(luò)管內(nèi)分散開，從每一管的中間部擴散到其端部。氣體經(jīng)由朝向外殼的小孔從管內(nèi)排出。這種結(jié)構(gòu)解釋了為何這種公知的管結(jié)構(gòu)為“淋浴圓環(huán)“。
盡管，的確這種形式的小孔向外殼整個外表面上吹出的氣體多少均勻了些，但是，仍就不能使外殼具有均勻的直徑，因為氣體流經(jīng)各管時會將各管加熱，因而氣體到達各管端部時的熱量損失比到達靠近分配裝置部分的熱量損失要大。再有，外殼越靠近分配裝置的表面越熱，從而形成一橢圓形，該橢圓的最大直徑位于網(wǎng)絡(luò)或管相交的表面處。本發(fā)明裝置力圖更加均勻地加熱或冷卻一圓形橫剖面的外殼。與公知裝置相類似，它包括一個氣體分配網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)置于分配裝置內(nèi)，分配裝置與環(huán)繞外殼周邊相應(yīng)部分的管網(wǎng)相連。與分配裝置和管網(wǎng)中間處相連不同，本發(fā)明中兩個分配裝置置于網(wǎng)絡(luò)端部，每一分配裝置與相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的一管組相連。氣體以相反方向流經(jīng)兩個管組；這樣就可平衡提供給外殼周邊的熱量，外殼的任何表面都受到兩股氣體的作用，一股由一網(wǎng)管組提供，另一股由另一網(wǎng)管組提供，其中，一股是熱的，另一股是冷的。
因此，分配裝置的數(shù)量是管網(wǎng)的兩倍，每一連續(xù)對的管網(wǎng)具有兩個相鄰的分配裝置。在這些情況下，倘若即使在分配裝置由于熱變形導(dǎo)致不可預(yù)知的移位時仍就可以滿意地將分配器與分配器相連，那么最好用單一的氣體分配管給成對的兩個分配裝置同時提供氣體。這兩個分配裝置通過一個套筒相連，該套筒的端部呈一開口的球形，該球可在限定分配裝置并裝有限止套筒移動的端部擋塊的襯套內(nèi)滑動。
向一對分配裝置提供氣體的管件被對頭焊接到一連接管上，該連接管占據(jù)了分配裝置之管橫剖面的一半并且穿過襯套的一阻擋面延伸入至少一個襯套中。所述管件略微插入所述分配網(wǎng)絡(luò)的直徑較大的管內(nèi)，所述管件接收供給其的一半氣流并將這半部分氣流輸送到位于連接襯套之外的分配裝置中。氣流的另一半離開圍繞連接襯套的分配管進入這另一分配裝置。該連接襯套的橫剖面積為其以間隙方式所連接的連接襯套的橫剖面積的一半，從而構(gòu)成一套裝置，用以使加熱或冷卻均勻化。
一個可能的改進方案包括給該裝置設(shè)置一個加熱或冷卻氣體控制閥，該控制閥由一電腦根據(jù)機器達到的速度控制。在本發(fā)明所應(yīng)用的主要情況中，冷的氣體被吹向外殼，其對于在起動時減小氣體流速尤為有好處。當機器仍處于冷狀態(tài)時，如果提供過高流速的氣體，外殼的預(yù)熱速度要比轉(zhuǎn)子及其葉片的預(yù)熱速度慢的多；葉片的尖部就可能膨脹到與外殼內(nèi)表面相接觸的尺寸。該表面通常涂敷有一軟材料層，即可磨損層，其可被這種磨擦磨掉，從而避免損傷轉(zhuǎn)子葉片。但是，所述葉片與所述可磨損層之間產(chǎn)生的間隙在外殼被加熱膨脹時會增加；故應(yīng)避免這種情況。
下面將結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明，這些附圖作為一些非限制性實施例給出

圖1是本裝置的總體圖，圖2是示出如何制造和設(shè)置管網(wǎng)的剖面圖，圖3是用于解釋本裝置工作的示意平面圖，圖4示出了如何連接分配裝置。
圖1所示全部裝置大體呈王冠形；其被設(shè)想置于一另行示出的圓筒或圓錐外殼的周圍。該王冠主要包括三個相同的管網(wǎng)1，每個管網(wǎng)繞外殼周邊的三分之一，從而形成一個實際上連續(xù)的表面。每一個管網(wǎng)1又包括六根管2，這六根2相互平行，并且從一個網(wǎng)絡(luò)延伸到下一個網(wǎng)絡(luò)。這些管2的端部裝入分配裝置3內(nèi)，因而決定了三對位于三個管網(wǎng)1端部的相鄰分配裝置3。分配裝置3及管2由一管網(wǎng)提供加熱或冷卻氣體，該管網(wǎng)首先包括一個單管4，該單管4又分支出一通向第一對分配裝置3的第一管5(如圖之上部所示)和第二管6，該第二管6本身又分成兩個管，其中一個管7沿圖下右側(cè)延伸并向置于該區(qū)域的第二對分配裝置提供氣體。另一管在圖中不可見，但是，其在一個管網(wǎng)1后面延伸并與第三對分配裝置3相連，該第三對分配裝置3在圖中也見不到，實際上其置于圖中下左側(cè)的后面。這些管設(shè)置成合適的尺寸以便三對分配裝置3接收相同流速及相同溫度的氣體。將氣體輸送到各對分配裝置的管路的長度全部相同；單管4在兩管網(wǎng)1相交處分開并且管6在兩管網(wǎng)1中的一個的中間分開。管5繞外殼延伸其周邊長度的約三分之一；管6，與其所分成的兩管一樣，延伸周邊長度的約六分之一。
圖2示出了由波紋金屬板8構(gòu)成的管網(wǎng)1如何適當定位連接以便使它們的凸起9相對并結(jié)合在一起形成管2。波紋金屬板8包括處于凸起9之間的平面公共部分10；這些平面部分在波紋金屬板8被裝配并鉚接或通過其它方法緊固在一起時相互接觸。管2形成有孔11，該孔11面對外殼12，以便將加熱或冷卻氣體吹向外殼的表面。在外殼12與管網(wǎng)1之間形成的環(huán)腔13內(nèi)積集的氣體則經(jīng)公共部分10上形成的另外的孔14溢出。圖2示出了外殼12的固定鉤15；這些鉤是一些環(huán)形肋，環(huán)的一部分將固定葉片和覆蓋一可磨損層并包圍轉(zhuǎn)子之可動葉片17的表面16支承在這些環(huán)形肋上。由于鉤15是外殼12直接決定固定葉片和轉(zhuǎn)動葉片之間之間隙的部分，因此將每一管2及其吹孔11面對一個固定鉤設(shè)置是切實可行的。
圖3示出了各氣體分配管如何通向一相鄰的上述分配裝置對3。其還示出了它們所含的氣體如何首先將該分配裝置3充滿，之后分成兩份一半再經(jīng)與這對分配裝置相連的套筒17流入另一分配裝置3。管網(wǎng)1的六根管2交替地連接到位于該管網(wǎng)端部的相對分配裝置3中的一個上以便氣體沿一方向流入三根管2并以相反方向流入另外三根管2。與前述裝置一樣，氣體在管2中被加熱，之后經(jīng)孔11排出，管2中越遠離分配裝置的氣體之溫度越高?？紤]到外殼12表面上的一母管線其接收來自三根管2的已運行了一相對較長距離的氣體和來自三根管2的運行了一相對較短距離的氣體，也即，接收已被加熱到很高溫度的氣體和僅僅被略微加熱的氣體，因而這些氣體混合后攜帶一定量的并實際上是均勻的熱量；從而達到本發(fā)明的目的。
下面將描述由相同管供應(yīng)氣體的相鄰分配裝置3之間的連接。返回到圖1，可以看到，分配裝置3的外表面具有突出部18，該突出部18沿所述外表面延伸，而且供應(yīng)管如5和7的末端與突出部18對齊并穿過這些突出部分18的其中之一。如圖4所示，每一突出部18都包括一個襯套19，該襯套19部分限定了該突出部18，襯套19相互面對面安裝，并且被一個套筒17連接在一起。套筒17的兩端具有球狀部分20，該球狀部分20在其端部21處敞開并且能夠在襯套19的內(nèi)表面上滑動。因而管網(wǎng)1和襯套19可以相對移動，而不會導(dǎo)致套筒17在襯套19內(nèi)轉(zhuǎn)動或滑動，也不會破壞分配裝置3之間的密封性和連接性。很明顯，套筒17必須插入襯套19內(nèi)足夠長距離以防止其在管網(wǎng)1分開時脫離襯套19。襯套19在套筒17兩側(cè)端設(shè)置有阻擋表面22以防止其沿某個方向無限制移動。阻擋表面22包括一個中央孔23以允許氣體進入分配裝置3。一連接管24被焊接到這些孔23中的一個上，另一孔保留自由。連接管24對頭焊接在一供應(yīng)管如5的一半橫剖面上；這就使得一半氣體經(jīng)連接管24流入相對的分配裝置3(在圖中的左側(cè))，另一半氣體則沖擊襯套19并被驅(qū)動返回右側(cè)的分配裝置3的管2。在最后的改進中，氣體流動可以由一受電腦26按照所需速度控制的爬升閥25控制，以此來調(diào)節(jié)供入裝置的氣體的流量，從而控制外殼12的膨脹度。電腦26可以從測量機器之速度，溫度，壓力等參數(shù)的傳感器接收數(shù)據(jù)；該電腦可以利用從經(jīng)驗中得到的數(shù)組或公式處理這些數(shù)據(jù)。最后，圖號27是輸入管4上氣體取樣的點。該點通常是排氣管上的一點，采用本領(lǐng)域公知的一些方法可以從這一點上抽樣一部分氣流。
圖中示出了三根管網(wǎng)1，但是，還可以采用其它數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)，并使它們在外殼12的相應(yīng)周邊部分上延伸。如果采用多個網(wǎng)絡(luò)，管件可以變短一些；這就限制了氣體流過的距離從而限制了氣體被加熱的程度。但是，本發(fā)明的特征將這種加熱的后果改進到了一定程度以致于將該裝置進行進一步剖析變得無意義了。
本發(fā)明尤其適于實施在渦輪機上，因為渦輪機中的氣體比其它機器中的氣體更熱，因此更需要本發(fā)明。
權(quán)利要求
1．用于一圓形外殼(12)的冷卻或加熱裝置，該裝置包括圍繞所述外殼之周邊部分的管(2)的網(wǎng)絡(luò)(1)；與所述管(2)相連的氣體輸入分配裝置(3)；置于所述管(2)內(nèi)朝向所述外殼的氣體輸出孔(11)，一用于在所述分配裝置內(nèi)分配氣體的網(wǎng)絡(luò)(4,5,6)；在所述分配裝置中，所述管的網(wǎng)絡(luò)(1)被置于兩個分配裝置(3)之間，所述兩分配裝置中的每一個與一對應(yīng)的所述網(wǎng)絡(luò)的管組相連；該氣體分配網(wǎng)絡(luò)包括管件(5,6)，每一管給一對所述分配裝置提供氣體，其特征在于相同的分配裝置相鄰配置并連接到不同的管的網(wǎng)絡(luò)上并經(jīng)一套筒(17)相連，該套筒(17)具有兩上端部(20)，這兩個端部(20)為部分呈開口的球形，該球形端部可以在限定所述分配裝置并帶有限定所述套筒(17)移動的端部擋塊(22)的襯套(19)內(nèi)滑動，所述向一對分配裝置(3)提供氣體的管件(5,6)被對頭焊接到一管件(24)上，該管(24)占管(5,6)橫剖面的一半并穿過襯套(19)的一阻擋表面(22)插入到至少一個襯套(19)中。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于每一所述管的網(wǎng)絡(luò)包括兩個波紋金屬板(8)，該金屬板通過凸起(9)之間的公共平坦部分被緊固，所述管由所述凸起(9)形成，所述公共部分(10)具有孔(14)，氣體從這些孔(14)中排出。
3．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述管(1)的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)目為3個。
4．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述氣體分配網(wǎng)絡(luò)(4,5,6)包括一個受一電腦(26)控制的爬升閥(25)。
全文摘要
一種用于加熱或冷卻外殼以調(diào)節(jié)其直徑,尤其是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片與該外殼之間之間隙的裝置。該裝置包括管(1)的網(wǎng)絡(luò),該管網(wǎng)覆蓋外殼周邊的輔助部分并包括一對分配裝置(3)和處于分配裝置之間的平行管(2),這些管交替地連接到一個或另一個分配裝置上并設(shè)有將氣體吹向外殼的小孔。在管(2)內(nèi)的對流循環(huán)可以向外殼上的任何一點提供兩股氣體,即在管(2)內(nèi)流過較長一段距離而被加熱到較高溫度的氣體和在另一管(2)內(nèi)流過較短距離的較冷氣體,從而使施加于外殼每一部分上的熱量得到平衡。
文檔編號F01D25/08GK1234847SQ9880100
公開日1999年11月10日 申請日期1998年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月18日
發(fā)明者J·弗里德爾, P·勒斯托伊勒, C·舒爾茨, J·－L·蘇皮聰, J·瓦謝 申請人:國家航空發(fā)動機研究制造公司