CN102200056A - 用于冷却系统的冲击结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于冷却系统的冲击结构。一种在冲击冷却系统中的冲击结构(204)，其中，该冲击结构(204)包括多个冲击孔口(214)，这些冲击孔口(214)被配置成冲击冷却剂流动且引导因而产生的冷却剂射流穿过冲击腔(212)到目标表面(210)，该目标表面(210)与冲击结构(204)相对，该冲击腔(212)形成在目标表面(210)与冲击结构(204)之间，该冲击结构(204)包括波状配置。

Description

用于冷却系统的冲击结构

技术领域

本申请大体而言涉及用于改进冲击冷却的效率和/或操作的设备和/或系统。更具体而言(但以非限制性方式)，本申请涉及利用新颖配置的冲击套筒和更特定而言用于燃烧涡轮发动机(combustion turbineengine)的燃烧系统中的改进的冲击套筒经由冷却剂流动的循环和冲击来冷却燃烧发动机(combustion engine)部件的设备和/或系统。(应当注意的是，虽然本发明在下文关于其在燃烧涡轮发动机的燃烧系统中的优选用途之一提出，但本领域普通技术人员将了解本文所述的本发明的用途并不限于此，因为其可应用于在燃烧涡轮发动机的其它构件中的冲击冷却应用以及在其它类型的工业机器或燃烧发动机中的冲击冷却系统)。

背景技术

许多类型的工业机器和发动机已接近构造它们所用材料的温度限制。但通常，如果机器/发动机可被制成耐受更高的操作温度，可实现性能益处。举例而言，在燃烧涡轮发动机的情况下，如同任何热力发动机那样，更高的焚烧温度与更高的发动机操作效率相关。实现这种更高温度的一种方式是冷却发动机的相关部件，使得这些部件可耐受更高温度。广泛地用于燃烧涡轮发动机中的一种冷却方法采用加压冷却剂流，其被引导经过内部通路到需要它的构件。在燃烧涡轮发动机的情况下，冷却剂通常为从压缩机提取的加压空气。

冷却剂在递送后可以若干方式用于冷却部件。一种常见情形包括沿着部件的内壁施加冷却剂，该部件在其外侧上经受极高温度。部件的壁可相对较窄，使得施加到内表面上的冷却剂维持壁的外表面在可接受的温度。即，冷却剂从壁移除热，其通常允许部件保持相对较冷且有效地耐受更高温度。如本领域普通技术人员了解的那样，如果冷却剂作为高压高速射流施加到壁上，将提高冷却剂的效能。这种类型的冷却剂通常被称作冲击冷却，且如在下文中更详细地讨论的那样包括冲击结构，其也可被称作冲击插件或套筒。一般而言，冲击套筒是接收加压冷却剂流动且然后通过多个窄孔口冲击该流动而以所需方式将冷却剂施加于热表面上的结构，多个较窄孔口通常被称作冲击孔口。

但是，冲击结构的常规布置和配置使中击的冷却剂的冷却效果受到已排出的冷却剂(即，已施加于热表面上且朝向出口流动的冲击后冷却剂)的横流的不利影响。如在下文中更详细地讨论的那样，已排出的冷却剂的流动通过重新引导或中断新到达的冷却剂朝向部件表面的流动使得其并不以关于冷却效能理想的方式撞击表面而使新到达的冷却剂的效能降级。已排出的冷却剂也可形成边界层，边界层进一步不利地影响新到达的新鲜冷却剂的冷却效果。总之，常规冲击冷却通常由于冲击后横流降级效果而不利。因此，需要一种改进的冲击冷却设备和系统，其减少这种类型的冷却系统降级。

发明内容

因此，本申请描述了一种冲击冷却系统中的冲击结构，其中该冲击结构包括多个冲击孔口，这些冲击孔口被配置成冲击冷却剂流动(aflow of coolant)且引导因而产生的冷却剂射流穿过冲击腔到目标表面，目标表面与冲击结构相对(oppose)，冲击腔形成在目标表面与冲击结构之间，冲击结构包括波状配置。冲击结构与目标表面成间隔开关系。在一些实施例中，目标表面包括衬套外表面且冲击结构包括在燃烧涡轮发动机的燃烧器中的流动套筒。在一些实施例中，目标表面包括过渡件的外表面且冲击结构包括在燃烧涡轮发动机的燃烧器中的冲击套筒。

在冲击结构的冷却剂侧，可存在冷却剂腔，在操作中，引导冷却剂流动经过冷却剂腔从而迫使冷却剂到冲击结构的冷却剂侧且由此通过冲击孔口而冲击。在冲击结构的冲击侧，可存在冲击腔。

波状配置可包括多个平行或交替的脊和凹槽。脊可包括朝向目标表面延伸的波状配置的一部分。凹槽可包括相对于目标表面在凹陷位置的波状配置的一部分，使得脊位于比凹槽更靠近目标表面处。至少大部分冲击孔口可安置在脊上。

沿着冲击结构的冲击侧，脊可包括脊面，其中脊面可包括在脊的外部区域(outer reach)处形成的宽面，该宽面延伸该脊的长度且近似平行于目标表面。沿着冲击结构的冷却剂侧，脊可包括脊通道，脊通道通过入口开口与冷却剂腔流动连通，脊通道从入口开口到脊面朝向目标表面延伸。沿着冲击结构的冲击侧，凹槽可包括凹槽通道，凹槽通道包括始于外流开口且远离目标表面延伸到底板的通道，该底板可定位于比脊面距目标表面更远的距离处。

脊通道可被配置成使得在操作期间，冷却剂在入口开口处进入脊通道，朝着脊面流动，且经由冲击孔口从脊通道离开。凹槽通道可被配置成在冷却剂撞击目标表面后收集已排出的冷却剂使得已排出的冷却剂在外流开口处进入凹槽通道，收集到凹槽通道内且然后沿着凹槽通道的纵向轴线朝向出口流动。凹槽的纵向轴线可与朝向出口的点对准。侧壁可从入口开口的每一侧向脊面的相对应侧延伸，侧壁限定从入口开口到脊面的脊通道。侧壁可从外流开口的每一侧向底板的相对应侧延伸，侧壁限定从外流开口到底板的凹槽通道。

在一些实施例中，基本上所有冲击孔口安置在脊面上。脊面可基本上为平坦的或略微弯曲的。底板可基本上为平坦的或略微弯曲的。脊可被配置为使得脊面与目标表面紧邻。

波状配置可包括外展的配置(flared configuration)使得：脊通道在入口开口处较窄且脊通道的侧壁从窄入口开口向外外展使得脊通道随着其靠近脊面的背侧表面而变宽；以及，凹槽通道在外流开口处较窄且凹槽通道的侧壁从窄外流开口向外外展使得凹槽通道随着其靠近底板而变宽。波状配置可包括矩形配置或正弦曲线配置。如果波状配置包括正弦曲线配置，那么脊面可向冲击腔呈现弯曲凸表面且底板可向凹槽通道呈现弯曲凹表面。

当结合附图和所附权利要求来理解时，通过阅读下文的优选实施例的详细描述，本发明的这些和其它特点将会变得明显。

附图说明

通过仔细学习下面的本发明示范性实施例的更详细的描述，并结合附图理解，本发明的这些和其它方面将会更全面地理解和了解，在附图中：

图1是其中可使用本申请的实施例的示范性涡轮发动机的示意图；

图2是可用于图1的燃气涡轮发动机的示范性压缩机的截面图；

图3是可用于图1的燃气涡轮发动机的示范性涡轮的截面图；

图4是可用于图1的燃气涡轮发动机的示范性筒形燃烧器的截面图；

图5是常规冲击冷却布置的截面图；

图6是根据本申请的示范性实施例的冲击结构的截面图；

图7是图6的冲击结构的透视图；

图8是图6的冲击结构的顶视图；

图9是根据本申请的替代实施例的冲击结构的截面图；

图10是图9的冲击结构在其可用于过渡件和涡轮发动机的筒形燃烧器的透视图，以及

图11是根据本申请的替代实施例的冲击结构的截面图。

部件列表：

燃气涡轮发动机                100

压缩机                        106

涡轮                      110

燃烧器                    112

压缩机转子叶片            120

压缩机定子叶片            122

涡轮转子叶片              126

涡轮定子叶片              128

筒形燃烧器                130

头端                      134

端盖                      136

燃料喷嘴                  138

前壳体                    140

后壳体                    142

流动套筒                  144

衬套                      146

过渡件                    148

冲击套筒                  150

过渡件后框架              152

常规冲击冷却布置          200

壁                        202

冲击结构                  204

箭头(热气体)              206

热表面                    208

目标表面                  210

冲击腔                    212

冲击孔口                  214

冷却剂腔                  216

箭头(冷却剂供应)          218

箭头(冷却剂射流)          220

腔出口                            222

箭头(已排出的冷却剂)              224

冲击结构                          302

脊                                304

凹槽                              306

脊通道                            310

入口开口                          312

脊面                              316

侧壁                              318

凹槽通道                          320

外流开口                          322

底板                              324

具体实施方式

如上文所述和下文所述，关于本发明在燃烧涡轮发动机的燃烧系统中的优选用途之一提出了本发明。在下文中，虽然主要关于此用途描述了本发明，但此描述只是示范性的且预期并无限制意义(除非具体地做出限制)。本领域普通技术人员将可能了解到本发明的用途可适用于在燃烧涡轮发动机的其它构件中的冲击冷却应用，以及在其它类型的工业机器或燃烧发动机中的冲击冷却系统。

现参看附图，图1示出燃气涡轮发动机100的示意图。一般而言，燃气涡轮发动机通过从热气体的加压流动提取能量而操作，通过在压缩空气流中燃烧燃料而产生热气体的加压流动。如图1所示，燃气涡轮发动机100可被配置为具有轴向压缩机106和燃烧系统112，轴向压缩机106由共同轴杆或转子机械地联接到下游涡轮部段或涡轮110，且燃烧系统112如图所示是位于压缩机106与涡轮110之间的筒形燃烧器。

图2示出可用于燃气涡轮发动机100中的轴向压缩机106的视图。如图所示，压缩机106可包括多个级。每个级可包括一行压缩机转子叶片120，之后为一行压缩机定子叶片122。因此，第一级可包括可绕中央轴杆旋转的一行压缩机转子叶片120，之后为在操作期间保持固定的一行压缩机定子叶片122。压缩机定子叶片122大体上彼此在周向间隔开且绕旋转轴线固定。压缩机转子叶片120绕转子轴线在周向间隔开且在操作期间绕轴杆旋转。本领域普通技术人员应了解压缩机转子叶片120被配置成使得当绕轴杆自旋时，它们将动能赋予流过压缩机106的空气或工作流体。本领域普通技术人员应了解压缩机106可具有图2所示的级之外的许多其它级。每个额外的级可包括多个周向间隔开的压缩机转子叶片120，之后为多个周向间隔开的压缩机定子叶片122。

图3示出可用于燃气涡轮发动机100中的示范性涡轮部段或涡轮110的局部视图。涡轮110可包括多个级。示出三个示范性级，但更多或更少的级可存在于涡轮110中。第一级包括可在操作期间绕轴杆旋转的多个涡轮轮叶或涡轮转子叶片126和在操作期间保持固定的多个喷嘴或涡轮定子叶片128。涡轮定子叶片128大体上彼此在周向间隔开且绕旋转轴线固定。涡轮转子叶片126可安装于涡轮转轮(未图示)上以绕轴杆(未图示)旋转。还示出涡轮110的第二级。第二级同样包括多个周向间隔开的涡轮定子叶片128，之后为多个周向间隔开的涡轮转子叶片126，涡轮转子叶片126也安装于涡轮轮上以进行旋转。还示出第三级，且其同样包括多个周向间隔开的涡轮定子叶片128和涡轮转子叶片126。应了解涡轮定子叶片128和涡轮转子叶片126位于涡轮110的热气体路径中。热气体通过热气体路径的流动方向以箭头示出。本领域普通技术人员应了解涡轮110可具有图3所示的级之外的许多其它级。每个额外的级可包括多个周向间隔开的涡轮定子叶片128，之后为多个周向间隔开的涡轮转子叶片126。

具有大体上如上所述性质的燃气涡轮发动机可如下操作。在轴向压缩机106内的压缩机转子叶片120的旋转压缩空气流动。如在下文更详细地描述的那样，在燃烧器112中，当压缩空气与燃料混合并点燃时释放能量。因而产生的来自燃烧器112的热气体流动然后可被引导经过涡轮转子叶片126，其可引起涡轮转子叶片126绕轴杆旋转，因此将热气体流动的能量转变成旋转轴杆的机械能。轴杆的机械能然后可用于驱动压缩机转子叶片120的旋转，使得产生所需的压缩空气供应，且也例如使得发电机发电。

图4示出可用于燃气涡轮发动机中的示范性筒形燃烧器130。如在下文中更详细地描述的那样，本发明的优选实施例可用于筒形燃烧器130的方面。本领域普通技术人员应了解，燃烧器环管130可包括头端134和端盖136，头端134通常包括各种歧管，歧管供应必需的空气和燃料到筒形燃烧器。多个燃料喷嘴138可固定到端盖136上。燃料喷嘴138提供燃料与空气的混合物用于燃烧。燃料例如可为天然气且空气可为自轴向压缩机(在图4中未示出)供应的压缩空气，轴向压缩机为燃气涡轮发动机的部件。燃料喷嘴138可位于前壳体140内，前壳体140可附连到端盖136且围绕燃料喷嘴138。本领域普通技术人员应了解在燃料喷嘴138的下游，后壳体142可围绕流动套筒144。而流动套筒144可围绕衬套146，衬套146在流动套筒144与衬套146之间形成通道。自衬套146，随着流动向下游行进到涡轮110(在图4中未示出)，过渡件148使流动自衬套的圆形截面过渡到环形截面。过渡件冲击套筒150(在下文中“冲击套筒150”)围绕过渡件148，在冲击套筒150与过渡件148之间形成通道。在过渡件148的下游端，过渡件后框架152可将工作流体的流动导向翼面，翼面可位于涡轮110的第一级中。

应了解流动套筒144和冲击套筒150可具有穿过它们形成的冲击孔口(在图4中未示出)，冲击孔口允许来自压缩机的压缩空气的冲击流动进入在流动套筒144与衬套146之间和在冲击套筒150与过渡件148之间形成的腔。如在下文中更详细地讨论的那样，压缩空气的流动可用于对流地冷却衬套146和过渡件148的外表面。

在使用中，筒形燃烧器130可如下操作。来自压缩机106的压缩空气供应可被引导至流动套筒144和冲击套筒150周围的空间。然后压缩空气通过冲击孔口冲击，从而进入筒形燃烧器130，冲击孔口穿过流动套筒144和冲击套筒150形成。压缩空气的冲击流动被引导至流动套筒144和过渡件148的外表面，其冷却这些构件。压缩空气然后移动经过在冲击套筒150和过渡件148之间形成的通道，且从那里在头端134的方向上经过在流动套筒144与衬套146之间形成的通道。然后压缩空气流入到由前壳体140界定的体积且通过入口流动调节器进入燃料喷嘴138。在燃料喷嘴138，压缩空气的供应通常可与燃料的供应混合，燃料的供应由燃料歧管提供，燃料歧管通过端盖136连接到燃料喷嘴138。压缩空气与燃料的供应在其从燃料喷嘴138离开时燃烧，燃烧形成快速移动的极热气体流动，这些热气体流动在下游引导经过衬套146和过渡件148到涡轮110，在涡轮110中热气体的能量转换成旋转涡轮叶片的机械能。

参看图5，示出常规冲击冷却布置200。这种布置通常包括经由冲击冷却剂流动而冷却的结构(该被冷却结构由壁202代表)。存在与202成间隔开关系的冲击结构204。应了解壁202可代表在一侧向极高温度暴露且在另一侧冷却的任何部件或结构，且冲击结构204可代表接受冷却剂流动且冲击该冷却剂并将冲击流动引导至壁202的部件或结构。举例而言，如上文所讨论的那样，壁202可代表过渡件148且冲击结构可代表冲击套筒150。在另一实施例中，壁202可代表衬套146且冲击结构204可代表流动套筒144。在任一情况下，箭头206将代表经过燃烧器130的热气体流动。应了解壁202可被描述为具有热表面208和目标表面210，热表面208为向极高热气体温度暴露的侧部，目标表面210通常为壁202的与热表面208相反的侧部，且该表面与冲击结构204相对，冷却剂朝向该表面。

在常规布置中，如图5所示，冲击结构204是平坦的或基本上平坦的，且通常被配置成使得其位于距壁202近似恒定距离处。以此方式，冲击结构204在其本身与壁202之间形成冲击腔212。如图所示，冲击结构204包括多个冲击孔口214。应了解在冲击结构204的另一侧上设有冷却剂腔216。冷却剂腔216是其中加压制冷剂供应(其流动由箭头218表示)被引导从而可迫使或冲击加压冷却剂经过冲击孔口214的腔。以此方式强化的冷却剂转变成多个高速冷却剂射流(其流动由箭头220表示)，这些高速冷却剂射流朝向壁202。应了解此冷却技术的中心构思是使用高传热系数(HTC)，当冷却剂射流为对着附近目标表面使得热以高速率从目标表面对流时得到高传热系数。

在冷却剂射流排向壁202之后，应了解已排出的冷却剂然后流向出口，可向冲击腔212提供出口。在图5中，腔开口222代表到冲击腔212的出口。已排出的冷却剂的此整体横流(其流动由箭头224表示)如已描述的那样使进来的新鲜冷却剂的冷却效能降级。更特定而言，如图5所示，由描绘冷却剂射流的箭头方位和描绘已排出的冷却剂横流的箭头大小所示，已排出的冷却剂横流的强度随着其靠近腔出口222而大体上加强。加强的横流可重新引导冷却剂射流使得冷却剂射流不再以垂直角度或接近垂直的角度撞击壁202。应了解此对冷却剂射流的冷却效能具有不利影响。这种类型的降级通常被称作射流矢量更改。已排出的冷却剂横流更改冷却剂射流的方向使得射流不再以垂直方式撞击目标表面，这降低其冷却效能。

此外，给定如图5所示的常规冲击冷却布置的整体流动模式，应了解随着已排出的冷却剂试图朝向腔出口222且特别地随着该流动靠近出口222，大量已排出的冷却剂在其它冲击孔口214前方横过(即，在冲击孔口215与壁202之间)，形成更高温冷却剂边界层，其进一步使冷却效能降级。更具体而言，由于已排出的冷却剂已从壁202吸热，已排出的冷却剂横流在高于冲击射流之一中进入腔216的新鲜冷却剂的温度。本领域普通技术人员应了解已排出的冷却剂横流通过与新鲜冷却剂混合且由此升高冷却剂射流的温度和降低壁202与流向壁202的冷却剂流动之间的温差而阻碍对壁202进行冷却。这种边界层效果降低了冷却剂与壁202之间的传热系数，且由此使冷却效能降级。

如果已排出的冷却剂横流在冷却剂腔216内减少或者重新引导使得其并不阻碍新鲜冷却剂直接流向壁202且并不形成新鲜冷却剂必须穿透的已排出的冷却剂的边界层，那么大体上将改进流体冷却剂与壁之间的热交换。如本领域普通技术人员应了解的那样，这种冷却效能的改进将减少维持壁202在所需温度所需要的冷却剂量。在诸如使用压缩空气来冷却涡轮定子叶片的某些应用中，应了解使用冷却剂对燃气涡轮发动机的效率具有不利影响。因此，其使用的减少将会增加发动机的效率。

现参看图6至图8，示出了根据本申请的示范性实施例的包括波状配置的冲击结构302的若干视图。如图所示，对于每个波状配置，冲击结构302包括多个平行且交替的脊304和凹槽306。如本文所用的那样，脊304是朝向目标表面210延伸的波状形式的部分。相比较而言，凹槽306是相对于目标表面210在凹陷位置的波状形式的部分。应了解脊304通常位于比凹槽306更靠近目标表面210处。另外，根据本发明的实施例，多个冲击孔口214可位于冲击结构302的脊304上。

冲击结构302可被描述为具有冷却剂侧和冲击侧，冷却剂的供应施加到冷却剂侧(如由箭头218所示)，冷却剂射流220从冲击孔口214自冲击侧排出(如由箭头220所示)。应了解冲击结构302的冲击侧朝向目标表面210且在它们之间形成冲击腔212。

沿着冲击结构302的冷却剂侧，脊304可形成为包括脊通道310，冷却剂经过脊通道流向冲击孔口214。更特定而言，脊通道310可被配置成使得在操作期间，冷却剂在入口开口312进入脊通道310且流向脊通道的相对端，在那里，其然后经由冲击孔口214离开。沿着冲击孔口302的冲击侧，应了解脊304可形成为包括脊面316。脊面316通常包括形成在脊304的外部区域(outer reach)的宽面，其近似平行于目标表面210。脊面316可为平坦的(如图6所示)或者略微弯曲(其一实例在图11中示出)。一般而言，脊304被配置为使得脊面316位于紧邻目标表面210处。因此，大部分或所有冲击孔口214可位于脊面316上，如图6所示。侧壁318从入口开口312的每一侧延伸到脊面316的相对应侧。侧壁318大体上限定在入口开口312与脊面316之间的脊通道304。

沿着冲击结构302的冲击侧，凹槽306可形成为包括凹槽通道320。应了解凹槽通道320包括始于外流开口322且远离目标表面210向底板322延伸的通道。应了解，给定冲击结构的波状配置，底板324定位于比脊面316距目标表面210更远距离处。如图6所示，凹槽通道320通常被配置成在冷却剂撞击目标表面210之后收集已排出的冷却剂(其流动由箭头224描绘)。更具体而言，已排出的冷却剂在外流开口322进入凹槽通道320，收集到凹槽通道320内，且然后沿着凹槽通道320的纵向轴线流向与出口222相关的较低压力(如在图8中所示)。应了解在某些优选实施例中，脊304和凹槽306的纵向轴线对准使得它们大体上指向出口222，如在图7和图9中所示。底板324可大体上为平坦的或略微弯曲的。侧壁318大体上限定在入口开口322与底板324之间的凹槽通道306。

在一些实施例中，冲击孔口214的位置构成在脊面316上的图案。在一些实施例中，如图7和图8所示，两行冲击孔口214可沿着脊面316定位。在此情况下，两行冲击孔口214可位于脊面316的边缘处使得一行冲击孔口214邻接两个相邻凹槽306中的每一个。即，一行冲击孔口214位于脊面316的一侧上使得冲击孔口214紧邻位于脊面316该侧上凹槽306的外流开口322，同时另一行定位于脊面316的另一侧上使得冲击孔口214靠近位于该侧上的凹槽306的外流开口322。以此方式，每个冲击孔口214大体上位于外流开口322附近。

在一些实施例中，冲击孔口214的行可基本上平行于相邻外流开口的边缘且位于其相对紧邻处，其一实例在图8中最明显地示出。应了解在此类型的实施例中，与每行冲击孔口214相关的冲击后流动(即，已排出的冷却剂流动)可流向外流开口322而不会在自另一行冲击孔口214流动前方横过，在操作期间，这将减少发生的横流量且减轻因此发生的横流降级。

在一些实施例中，冲击孔口214的额外行可定位于使相邻凹槽306与每一侧毗接的两行之间。在此情况下，与仅具有两行冲击孔口214的实施例相比，可发生增加量的排出冷却剂横流。但是，本领域普通技术人员应了解这种类型的实施例仍具有优于常规设计的性能优点。此外，单行冲击孔口214也是可能的。在此情况下，冲击孔口214可定位于脊面316的大约中部。与常规设计相比，单行实施例(未图示)也可导致减少的排出的冷却剂横流水平。

如图8所示，在这些行中的每一行中，冲击孔口214可规则地间隔开且对于这些行中的两行或所有行，间距可相同。在诸如此类的情况下，在行之间的冲击孔口214可彼此同步(clocked against)。在一实施例中，如在图8的脊304a上所示，两个相邻行的冲击孔口214可直接对准。在此情况下，在一行中沿着冲击孔口214的脊304a的纵向轴线的位置可大约与相邻行中的相对应冲击孔口214相同。在另一实施例中，如在图8的脊304b上所示，两个相邻行的冲击孔口214可交错。在此情况下，相对应冲击孔口214的纵向位置不同。举例而言，在一优选实施例中，如在脊304上所示，冲击孔口214的纵向位置出现在另一行中相对应对的大约中点处。

图9示出根据本申请的示范性实施例的包括替代波状配置的冲击机构302。在此实施例中，波状配置是外展的，即，形成为使得脊面316宽且外流开口322窄。如图所示，脊通道310在入口开口312处窄。脊通道310的侧壁318自窄入口开口312外展或者向外成角度使得脊通道310随着其靠近脊面316的背侧而变宽。凹槽通道320的配置类似，但方位相反。即，凹槽通道320在外流开口322处窄。凹槽通道320的侧壁318自窄外流开口322外展或者向外成角度使得凹槽通道320随着其靠近底板324而变宽。应了解与图6至图8的波状配置相比，类似于图9所示配置的配置允许增加的脊面316表面积，其允许放置冲击孔口214的更大表面积，同时也形成可收集已排出的冷却剂且流向出口的通道。

在类似于图9中配置的波状配置的设计中，发现关于脊面316宽度与外流开口322宽度的特定比例提供增强的性能。举例而言，如果脊面316的宽度与外流开口322的宽度相比太大，那么外流开口322可不足以容纳足量的已排出冷却剂流动到凹槽306内。应了解这可导致增加的已排出冷却剂横流水平。在设计谱的另一端，太窄的脊面316可不具有用于足量冲击孔口214的面积，其可导致目标表面210的面积被不充分地冷却。在本发明的优选实施例中，确定脊面316的宽度应在外流开口322的宽度的2倍与5倍之间。在更优选实施例中，脊面316的宽度应在外流开口322的宽度的3倍与4倍之间。

图10提供了剖视图，其示出图9的实施例可如何用作到燃烧涡轮发动机的过渡件148的冲击套筒150。如图所示，冲击套筒150可与过渡件148的外表面成间隔开的关系。脊304和凹槽306的纵向轴线可对准使得它们与经过过渡件148的流动方向平行。以此方式，凹槽306允许已排出的冷却剂流动有效地朝向在过渡件148的上游边缘处的出口行进。

图11示出可包括替代波状配置的冲击结构302。图7示出矩形的波状配置。如图11所示，本发明的波状配置也可具有弯曲的、蛇形或正弦曲线配置。在此实施例中，应了解脊面316略微弯曲且大体上向冲击腔呈现凸表面。在此类型的实施例中，凹槽306的底板324也可略微弯曲，但应了解底板324通常向冲击腔呈现凹表面。在其它实施例中，可扩大曲率使得产生与图9的实施例类似的实施例(即，具有宽脊面316和窄外流开口322的实施例)。

通过本发明的优选实施例的上文描述，本领域技术人员将认识到改进、变化和修改。在本领域内的这些改进、变化和修改预期涵盖于所附权利要求中。另外，显然前文的描述仅关于所描述的本申请的实施例且在不偏离由所附的权利要求和其等效物所限定的申请的精神和范围的情况下可对本发明做出许多变化和修改。

Claims (10)

1.一种在冲击冷却系统中的冲击结构(302)，其中，所述冲击结构(302)包括多个冲击孔口(214)，所述多个冲击孔口(214)被配置成冲击冷却剂流动且引导因而产生的冷却剂射流穿过冲击腔(212)到目标表面，所述目标表面与所述冲击结构(302)相对，所述冲击腔(212)形成在所述目标表面与所述冲击结构之间，所述冲击结构(302)包括波状配置。

2.根据权利要求1所述的冲击结构(302)，其特征在于，所述冲击结构(302)与所述目标表面(210)成间隔开的关系；并且

所述目标表面包括衬套(146)的外表面且所述冲击结构(302)包括在燃烧涡轮发动机的燃烧器中的流动套筒(144)；或者

所述目标表面包括过渡件(148)的外表面且所述冲击结构(302)包括在燃烧涡轮发动机的燃烧器中的冲击套筒(150)。

3.根据权利要求1所述的冲击结构(302)，其特征在于，在所述冲击结构(302)的冷却剂侧存在冷却剂腔(216)，在操作中，所述冷却剂流动被引导经过所述冷却剂腔(216)从而迫使所述冷却剂到所述冲击结构(302)的冷却剂侧且由此通过所述冲击孔口(214)冲击；并且在所述冲击机构(302)的冲击侧存在冲击腔(212)。

4.根据权利要求3所述的冲击结构(302)，其特征在于：

所述波状配置包括多个平行且交替的脊(304)和凹槽(306)；

所述脊(304)包括朝向所述目标表面延伸的所述波状配置的一部分；

所述凹槽(306)包括相对于所述目标表面在凹陷位置的所述波状配置的一部分使得所述脊(304)处在比所述凹槽(306)更靠近所述目标表面(210)处；并且

至少大部分所述冲击孔口(214)安置在所述脊上(304)。

5.根据权利要求4所述的冲击结构(302)，其特征在于：

沿着所述冲击结构(302)的冲击侧，所述脊(304)包括脊面(316)，所述脊面(316)包括在所述脊(304)的外部区域形成的宽面，所述宽面延伸所述脊(304)的长度且近似平行于所述目标表面；

沿着所述冲击结构(302)的冷却剂侧，所述脊(304)包括脊通道(310)，所述脊通道(310)通过入口开口(312)与所述冷却剂腔(216)流动连通，所述脊通道(310)从所述入口开口(312)到所述脊(316)朝向所述目标表面延伸；并且

沿着所述冲击结构(302)的冲击侧，所述凹槽(306)包括凹槽通道(320)，所述凹槽通道(320)包括始于外流开口(322)且远离所述目标表面延伸到底板(324)的通道，所述底板(324)定位于比所述脊面(316)距所述目标表面更远的距离处。

6.根据权利要求5所述的冲击结构(302)，其特征在于：

所述脊通道(310)被配置成使得在操作期间，所述冷却剂在所述入口开口(312)处进入所述脊通道(310)，流向所述脊面(316)，且经由所述冲击孔口(214)从所述脊通道(310)离开；

所述凹槽通道(320)被配置成在所述冷却剂撞击所述目标表面后收集已排出的冷却剂，使得所述已排出的冷却剂(320)在所述外流开口(322)处进入所述凹槽通道(320)，收集到所述凹槽通道(320)内且然后沿着所述凹槽通道(320)的纵向轴线流向出口(222)；并且

所述凹槽(306)的纵向轴线与朝向所述出口(222)的点对准。

7.根据权利要求5所述的冲击结构(302)，其特征在于，所述侧壁(318)从所述入口开口(312)的每一侧延伸到所述脊面(316)的相对应侧，所述侧壁(318)限定从所述入口开口(312)到所述脊面(316)的所述脊通道(310)；并且所述侧壁(318)从所述外流开口(322)的每一侧延伸到所述底板(324)的相对应侧，所述侧壁(318)限定从所述外流开口(322)到所述底板(324)的凹槽通道(320)。

8.根据权利要求5所述的冲击结构(302)，其特征在于：

基本上所有的冲击孔口(214)都安置在所述脊面(316)上；

所述脊面(316)为基本上平坦的或略微弯曲中的一种情况；

所述底板(324)为基本上平坦的或略微弯曲中的一种情况；以及

所述脊被配置为使得所述脊面(316)与所述目标表面紧邻。

9.根据权利要求7所述的冲击结构(302)，其特征在于，所述波状配置包括外展配置使得：

所述脊通道(310)在所述入口开口(312)处窄且所述脊通道(310)的侧壁(318)从所述窄的入口开口(312)处外展，使得所述脊通道(310)随着其靠近所述脊面(316)的背侧表面而变宽；以及

所述凹槽通道(320)在外流开口(322)处窄且所述凹槽通道(320)的侧壁(318)从所述窄的外流开口(322)处外展，使得所述凹槽通道(320)随着其靠近所述底板(324)而变宽。

10.根据权利要求5所述的冲击结构(302)，其特征在于，所述波状配置包括矩形配置或正弦曲线配置；并且

如果所述波状配置包括所述正弦曲线配置，那么所述脊面(316)向所述冲击腔(212)呈现弯曲的凸表面，且所述底板(324)向所述凹槽通道(320)呈现弯曲的凹表面。

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