隔熱裝置

背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及隔熱裝置。技術(shù)領(lǐng)域在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，工作流體被引導(dǎo)到渦輪機(jī)中，在該渦輪機(jī)中，工作流體的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以用于發(fā)電。該過(guò)程可以這樣實(shí)現(xiàn)：讓工作流體氣動(dòng)地與渦輪機(jī)各級(jí)中的可旋轉(zhuǎn)渦輪槳葉相互作用，使得每一級(jí)中的渦輪槳葉圍繞著連接到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。通常，旋轉(zhuǎn)的槳葉封裝在具有護(hù)罩的渦輪機(jī)外殼中，該護(hù)罩圍繞著旋轉(zhuǎn)的槳葉尖端形成間隙。由于工作流體通常處于高溫并且外殼和護(hù)罩暴露在工作流體中，因此在渦輪機(jī)操作過(guò)程中外殼和護(hù)罩通常發(fā)生熱膨脹。該膨脹會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞和效率下降。因此，控制外殼與護(hù)罩之間的熱流通常是很重要的。先前，此控制要求對(duì)護(hù)罩進(jìn)行機(jī)械加工，這是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程，而且不能確保均勻的熱邊界條件并且通常不能提高護(hù)罩對(duì)加熱和冷卻的靈敏度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種隔熱裝置，其包括：環(huán)形外殼，所述環(huán)形外殼圍繞著渦輪機(jī)槳葉級(jí)并且在其朝內(nèi)表面上設(shè)有環(huán)形凹口；環(huán)形護(hù)罩，所述環(huán)形護(hù)罩設(shè)置在所述外殼內(nèi)，以圍繞著渦輪機(jī)槳葉級(jí)中旋轉(zhuǎn)的槳葉尖端形成預(yù)定間隙，所述護(hù)罩包括環(huán)形主部件和環(huán)形法蘭，所述環(huán)形法蘭從所述主部件的朝外表面延伸出去并且經(jīng)尺寸設(shè)計(jì)以適合容納在所述凹口內(nèi)；以及由多孔材料形成的熱障，所述熱障插入所述外殼與所述凹口內(nèi)法蘭兩者的相對(duì)表面之間。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種隔熱裝置，其包括：環(huán)形外殼，所述環(huán)形外殼圍繞著渦輪機(jī)槳葉級(jí)并且在其朝內(nèi)表面上設(shè)有環(huán)形凹口；環(huán)形護(hù)罩，所述環(huán)形護(hù)罩設(shè)置在所述外殼內(nèi)，以圍繞著渦輪機(jī)槳葉級(jí)中旋轉(zhuǎn)的槳葉尖端形成預(yù)定間隙，所述護(hù)罩包括環(huán)形主部件和環(huán)形法蘭，所述環(huán)形法蘭從所述主部件的朝外表面延伸出去并且經(jīng)尺寸設(shè)計(jì)以適合容納在所述凹口內(nèi)；以及由多孔材料形成的離散熱障陣列(arrayofdiscretethermalbarriers)，所述離散熱障陣列中的每一者都連接到所述法蘭，從而插入所述外殼與所述凹口內(nèi)法蘭兩者的相對(duì)表面之間。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種隔熱裝置，其包括：環(huán)形外殼，所述環(huán)形外殼圍繞著渦輪機(jī)槳葉級(jí)并且在其朝內(nèi)表面上設(shè)有環(huán)形凹口；環(huán)形護(hù)罩，所述環(huán)形護(hù)罩設(shè)置在所述外殼內(nèi)，以圍繞著渦輪機(jī)槳葉級(jí)中旋轉(zhuǎn)的槳葉尖端形成預(yù)定間隙，所述護(hù)罩包括環(huán)形主部件和環(huán)形法蘭，所述環(huán)形法蘭從所述主部件的朝外表面延伸出去并且經(jīng)尺寸設(shè)計(jì)以適合容納在所述凹口內(nèi)；以及由多孔材料形成的第一熱障環(huán)和第二熱障環(huán)，所述熱障環(huán)各自連接到所述外殼，從而插入所述外殼與所述凹口內(nèi)法蘭兩者的相對(duì)表面之間。通過(guò)以下結(jié)合附圖進(jìn)行的說(shuō)明可以更加清楚地了解這些和其他優(yōu)點(diǎn)以及特征。附圖說(shuō)明本說(shuō)明書(shū)中的權(quán)利要求書(shū)詳細(xì)指出并明確主張了本發(fā)明。通過(guò)以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明可以清楚地了解本發(fā)明的上述和其他特征以及優(yōu)點(diǎn)，在附圖中：圖1是根據(jù)實(shí)施例的隔熱裝置的透視圖；圖2是圖1中的隔熱裝置的護(hù)罩的透視圖；圖3是根據(jù)替代性實(shí)施例的隔熱裝置的透視圖；以及圖4是圖3中的隔熱裝置的外殼的透視圖。具體實(shí)施方式參考附圖并通過(guò)實(shí)例來(lái)介紹本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。具體實(shí)施方式參考圖1到圖4，本發(fā)明提供一種隔熱裝置10，其包括環(huán)形外殼20、環(huán)形護(hù)罩30以及熱障(thermalbarrier)40。外殼20可以經(jīng)設(shè)置以圍繞著例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪部分中的渦輪機(jī)槳葉級(jí)，并且在其朝內(nèi)表面22上形成環(huán)形凹口21。護(hù)罩30可以設(shè)置在外殼20內(nèi)，以圍繞著渦輪機(jī)槳葉級(jí)中旋轉(zhuǎn)的槳葉尖端形成預(yù)定間隙，所述護(hù)罩包括：具有朝外表面32的環(huán)形主部件31；以及環(huán)形法蘭33。法蘭33從主部件31的朝外表面32徑向向外延伸，并且經(jīng)尺寸設(shè)計(jì)以適合容納在凹口21內(nèi)。熱障40由多孔材料形成并且可以插入外殼20與凹口21內(nèi)法蘭33兩者的相對(duì)表面之間。根據(jù)某些實(shí)施例，如圖1和圖3中所示，凹口21可以具有內(nèi)徑向部分210和外徑向部分211，所述內(nèi)徑向部分具有第一徑向長(zhǎng)度，所述外徑向部分具有第二徑向長(zhǎng)度，所述第二徑向長(zhǎng)度大于第一徑向長(zhǎng)度。類似地，如圖2和圖4所示，法蘭33可以具有T形截面，所述T形截面經(jīng)尺寸設(shè)計(jì)和經(jīng)成形以適合容納在凹口21內(nèi)。在該配置中，可以放置熱障40的相對(duì)表面包括：外殼20和罩殼30中法角(normalangles)沿著徑向尺寸定向的相對(duì)表面、以及外殼20和罩殼30中法角沿著軸向尺寸定向的相對(duì)表面。應(yīng)理解，除了本說(shuō)明書(shū)中描述的僅作為實(shí)例的形狀和大小，凹口21和法蘭33還可以具有其他形狀和大小。例如，法蘭33可以是筆直的部件或L形部件，而凹口21具有相應(yīng)的形狀。在一些實(shí)施例中，凹口21的形狀可以與法蘭33不同。例如，凹口21的形狀在幾何學(xué)上可以比法蘭33的形狀更為復(fù)雜。如下文將描述，熱障40可以連接到，更確切地說(shuō)，用釬焊(braze)連接到護(hù)罩30和外殼20中的一者。在任一情況下，熱障40的材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)都可能基本上類似于護(hù)罩30和外殼20中一者的材料的。根據(jù)某些實(shí)施例，熱障40的材料可以是鎳基超合金和陶瓷以及/或者其他類似材料中的一者或多者。參考圖1和圖2，熱障40可以包括離散熱障60的陣列50。每個(gè)離散熱障60由多孔材料形成并且連接到(即，用釬焊連接到)法蘭33，使得每個(gè)離散熱障60因此插入外殼20與凹口21內(nèi)法蘭33兩者的相對(duì)表面之間。如上文提及，凹口21可以具有內(nèi)徑向部分210和外徑向部分211，法蘭33可以具有T形截面。在圖1和圖2所示的實(shí)施例中，離散熱障60的陣列50包括第一組61、第二組62、第三組63和第四組64離散熱障60。第一組61的離散熱障60經(jīng)布置以沿著法蘭33中徑向面向外的前翼面331具有基本上均勻的間隔。第二組62的離散熱障60經(jīng)布置以沿著法蘭33中徑向面向內(nèi)的前翼面332具有基本上均勻的間隔。第三組63的離散熱障60經(jīng)布置以沿著法蘭33中徑向面向外的后翼面333具有基本上均勻的間隔。第四組64的離散熱障60經(jīng)布置以沿著法蘭33中徑向面向內(nèi)的后翼面334具有基本上均勻的間隔。第一組61和第三組63的離散熱障60可以分別關(guān)于第二組62和第四組64的離散熱障在周向上交錯(cuò)排列，以促進(jìn)交界表面(interfacingsurfaces)的機(jī)械接觸。上述配置在離散熱障60之間形成間隙。這些間隙增加了流動(dòng)面積，從而減少隔熱裝置10的總傳熱系數(shù)。外殼20可以進(jìn)一步在內(nèi)徑向部分210處沿著外殼20中的徑向定位壁形成凹槽70。這樣，環(huán)71可以在內(nèi)徑向部分210處沿著釬焊凹槽70連接到外殼20。環(huán)71可以由多孔材料形成，該材料可以在內(nèi)徑向部分210處沿著銅焊凹槽70用銅焊連接到外殼20?；蛘?，環(huán)71可以由任何密封材料形成，并且無(wú)需用釬焊連接到外殼20。在該配置中，離散熱障60在徑向上阻礙從護(hù)罩30到外殼20的熱流以及從外殼20到護(hù)罩30的熱流，而環(huán)71在軸向上阻礙從護(hù)罩30到外殼20的熱流以及從外殼20到護(hù)罩30的熱流，從而實(shí)現(xiàn)基本上均勻的熱邊界條件。參考圖3和圖4，隔熱裝置10可以提供在替代性實(shí)施例中，這將在下文中詳細(xì)描述。這些替代性實(shí)施例包括類似于上文詳細(xì)描述的圖1和圖2中特征的若干特征。這些特征無(wú)需再次描述。如圖3和圖4所示，所提供的熱障40是一對(duì)環(huán)形環(huán)80，所述環(huán)形環(huán)包括第一熱障環(huán)90和第二熱障環(huán)91。第一熱障環(huán)90環(huán)形地延伸通過(guò)外殼20并且設(shè)置在凹口21的環(huán)形前部分中，使得第一熱障環(huán)90圍繞法蘭33的前翼335。類似地，第二熱障環(huán)91環(huán)形地延伸通過(guò)外殼20并且設(shè)置在凹口21的環(huán)形后部分中，使得第二熱障環(huán)91圍繞法蘭33的后翼336。第一熱障環(huán)90和第二熱障環(huán)91均由多孔材料形成，并且可以各自連接到(即，用釬焊連接到)外殼20。因此，該對(duì)環(huán)形環(huán)80插入外殼20與凹口21內(nèi)法蘭33兩者的相對(duì)表面之間。在該配置中，該對(duì)環(huán)形環(huán)80可以經(jīng)配置以在徑向和軸向上阻礙從護(hù)罩30到外殼20的熱流以及從外殼20到護(hù)罩30的熱流，從而實(shí)現(xiàn)基本上均勻的熱邊界條件。盡管僅結(jié)合了有限數(shù)目的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明，但容易理解，本發(fā)明并不限于所揭示的此類實(shí)施例。相反，本發(fā)明可以經(jīng)修改以涵蓋之前并未描述、但與本發(fā)明的精神和范圍相符合的任意數(shù)目的變化、更改、替換或等效布置。此外，盡管己描述本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)理解，本發(fā)明的各方面可以僅包括所述實(shí)施例中的一些實(shí)施例。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為受前述說(shuō)明的限制，而是僅受所附權(quán)利要求書(shū)的范圍的限制。