包括進入排氣流的亞環(huán)境區(qū)域中的排氣的燃氣輪機外殼主動環(huán)境冷卻的制作方法
【專利說明】包括進入排氣流的亞環(huán)境區(qū)域中的排氣的燃氣輪機外殼主動環(huán)境冷卻
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請是于2011年11月8日提交的美國專利申請N0.13/314311的部分繼續(xù)申請，并要求其優(yōu)先權(quán)，該美國專利申請的全部內(nèi)容作為引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及燃氣輪機發(fā)動機，更具體地說，涉及提供熱防護以限制燃氣輪機發(fā)動機的外殼的加熱的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0004]燃氣輪機發(fā)動機通常包括壓縮器部分、燃燒器部分、渦輪部分和排氣部分。在操作時，壓縮器部分可接納環(huán)境空氣并壓縮環(huán)境空氣。來自壓縮器部分的壓縮空氣進入燃燒器部分中的一個或多個燃燒器。壓縮空氣在燃燒器中與燃料混合，空氣燃料混合物在燃燒器中燃燒以形成熱工作氣體。熱工作氣體傳送到渦輪部分，在渦輪部分，熱工作氣體膨脹通過交替的靜止翼面和旋轉(zhuǎn)翼面排，并用于產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)子的功率。然后，離開渦輪部分的膨脹氣體經(jīng)由排氣部分從發(fā)動機排出。
[0005]在典型的燃氣輪機發(fā)動機中，包括從壓縮器的一個或多個級獲得的壓縮空氣的一部分的放氣可充當冷卻空氣，以冷卻渦輪部分的部件。額外的放氣還可供應(yīng)到排氣部分的各部，以比如冷卻排氣部分的各部，并經(jīng)由在發(fā)動機外殼內(nèi)提供的強制對流氣流維持渦輪排氣殼體于預(yù)定溫度。燃氣輪機發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展已導(dǎo)致增加的溫度和由熱膨脹引起的相關(guān)外殼變形。殼體變形可增加殼體和支撐在發(fā)動機殼體上的部件(比如軸承支撐柱)中的應(yīng)力。額外應(yīng)力(與低循環(huán)疲勞結(jié)合操作)可導(dǎo)致軸承支撐柱(安裝到殼體以支撐排氣端軸承罩)的裂紋、破裂或故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種燃氣輪機發(fā)動機，包括限定出中心縱向軸線的外殼，外殼的外表面繞中心縱向軸線周向地延伸。冷卻通道與外殼的外表面相關(guān)聯(lián)，冷卻通道具有通道入口和通道出口。提供了氣管，包括與通道出口流體連通的入口端和與來自所述燃氣輪機發(fā)動機的渦輪部分的排氣流流體連通的出口端。出口結(jié)構(gòu)位于氣管出口端，出口結(jié)構(gòu)在氣管出口端處提供了亞環(huán)境壓力，以從氣管入口端向氣管出口端誘導(dǎo)氣流。
[0007]出口結(jié)構(gòu)可與流過出口結(jié)構(gòu)的排氣流的一部分相互作用，以在出口端實現(xiàn)減小的壓力，從而將空氣從冷卻通道抽吸進氣管中。
[0008]出口結(jié)構(gòu)可部分地覆蓋氣管出口端，從而遮蔽出口端的上游側(cè)，并限定出鄰近出口端的下游側(cè)的下游面向開口。
[0009]出口結(jié)構(gòu)可在氣管出口端產(chǎn)生噴射泵送效應(yīng)，以在氣管內(nèi)產(chǎn)生亞環(huán)境壓力，并將加熱的冷卻空氣從冷卻通道抽吸進氣管中。
[0010]外殼表面可包括外殼的外部表面，冷卻通道可由位于外部表面徑向向外的板結(jié)構(gòu)限定。
[0011]冷卻通道可繞外殼的圓周延伸。
[0012]通道入口可以位于第一周向位置，通道出口可以位于與第一周向位置沿周向間隔開的第二周向位置。
[0013]通道入口的第一周向位置可以與通道出口的第二周向位置徑向相對。
[0014]冷卻通道可以位于排氣擴壓器的軸向位置，氣管出口可以位于排氣歧管處的排氣擴壓器的下游。
[0015]氣管入口可以敞向燃氣輪機發(fā)動機外部的環(huán)境空氣，以給冷卻通道提供環(huán)境冷卻空氣。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種燃氣輪機發(fā)動機，包括限定出中心縱向軸線的外殼，外殼的外表面繞中心縱向軸線周向地延伸。排氣通路限定在外殼內(nèi)，以引導(dǎo)來自燃氣輪機發(fā)動機的渦輪部分的排氣流。冷卻通道繞外殼的外表面周向地延伸，冷卻通道具有通道入口和與通道入口沿周向間隔開的通道出口。提供了氣管，包括與通道出口流體連通的入口端和與排氣流流體連通的出口端。出口結(jié)構(gòu)位于氣管出口端，并與排氣流相互作用，以在氣管的出口端實現(xiàn)減小的壓力，從而將空氣從冷卻通道抽吸進氣管中。
[0017]冷卻通道可以位于排氣擴壓器的軸向位置，氣管出口可以位于排氣歧管處的排氣擴壓器的下游。
[0018]氣管可以位于外殼的外表面的外部，并可在排氣擴壓器和排氣歧管之間軸向延伸。
[0019]排氣歧管可包括歧管壁，歧管壁具有歧管外表面和歧管內(nèi)表面、在歧管外表面和內(nèi)表面之間延伸的歧管開口，氣管可附接到歧管外表面，出口結(jié)構(gòu)可安裝到歧管內(nèi)表面。
[0020]出口結(jié)構(gòu)可由板狀出口遮蔽板限定，板狀出口遮蔽板具有附接到歧管開口上游的歧管內(nèi)表面的第一周向邊緣，出口遮蔽件具有位于第一周向邊緣下游并與歧管內(nèi)表面徑向向內(nèi)間隔開的第二周向邊緣。
[0021 ] 氣管可限定出大致平行于穿過氣管的氣流延伸的中心軸線，中心軸線與出口遮蔽件交叉。
[0022]出口遮蔽件使排氣歧管中的排氣流轉(zhuǎn)向遠離歧管開口，并在氣管的出口端實現(xiàn)減小的壓力。
[0023]燃氣發(fā)動機還可包括用于控制外殼溫度的熱障/冷卻系統(tǒng)，熱障/冷卻系統(tǒng)包括:
[0024]內(nèi)部絕緣層，支撐在外殼的與外殼外表面相對的內(nèi)表面上，內(nèi)部絕緣層沿外殼的內(nèi)表面周向地延伸，并針對從位于外殼徑向內(nèi)部的排氣通路輻射出的能量提供耐熱性；以及
[0025]冷卻通道，由與外殼的外表面徑向間隔開的板結(jié)構(gòu)限定，并繞外殼的外表面的圓周延伸，冷卻通道大致與內(nèi)部絕緣層軸向?qū)?，并形成用于冷卻外殼的外表面的環(huán)境氣流的流路。
[0026]熱障/冷卻系統(tǒng)可包括支撐在板結(jié)構(gòu)上并覆蓋板結(jié)構(gòu)的外部絕緣層。
【附圖說明】
[0027]盡管說明書以特別指出并明確發(fā)明的權(quán)利要求書結(jié)束，但是應(yīng)明白，結(jié)合附圖，從下面的描述中會更好地理解本發(fā)明，在附圖中，類似的標號表示類似的元件，附圖中:
[0028]圖1是穿過包括示出本發(fā)明各方面的排氣部分的燃氣輪機發(fā)動機的一部分的前剖視圖；
[0029]圖2是示出本發(fā)明各方面的排氣部分的局部剖面透視圖；
[0030]圖2A是圖2所示結(jié)構(gòu)的下部的透視圖，示出主空氣入口 ；
[0031]圖2B是圖2所示結(jié)構(gòu)的下側(cè)的透視圖，示出輔助空氣入口 ；
[0032]圖3是排氣部分的軸向剖視圖，示意性示出在燃氣輪機發(fā)動機的外殼周圍提供的氣流；
[0033]圖4是排氣部分的鄰近排氣部分上止點的部分的剖面透視圖；
[0034]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明一方面的絕緣層區(qū)段的透視圖；
[0035]圖6是穿過燃氣輪機發(fā)動機的一部分的前剖視圖，燃氣輪機發(fā)動機包括排氣部分，排氣部分具有排氣擴壓器和排氣歧管，示出包括氣管的本發(fā)明的額外方面；
[0036]圖7是不出圖6所不本發(fā)明各方面的排氣部分的局部剖面透視圖；
[0037]圖8是根據(jù)本發(fā)明各方面的歧管開口和出口遮蔽件的放大透視圖；
[0038]圖8A是示出出口遮蔽件的替代構(gòu)造的與圖8類似的視圖；以及
[0039]圖9是示出圖6的氣管的排氣部分和排氣歧管的透視圖。
【具體實施方式】
[0040]在下面對優(yōu)選實施例的詳細描述中，參考形成本說明書一部分的附圖，在附圖中，僅以示例方式而不以限制方式示出可實施本發(fā)明的特定優(yōu)選的實施例。應(yīng)理解，可使用其它實施例，并可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對實施例進行改變。
[0041]參見圖1，示出燃氣輪機發(fā)動機的位于渦輪部分12的軸向下游的排氣部分10的一部分，以示出本發(fā)明的各方面。排氣部分10通常包括柱形結(jié)構(gòu)，柱形結(jié)構(gòu)包括繞大致水平中心縱向軸線A。周向延伸的外殼11，排氣部分形成燃氣輪機發(fā)動機的外殼的下游延伸部。排氣部分10的外殼11包括排氣筒或渦輪排氣殼體14以及位于排氣殼體14下游的排氣閥芯結(jié)構(gòu)16。
[0042]排氣殼體14包括從排氣殼體14下游端徑向向外延伸的下游排氣殼體凸緣18，滑芯結(jié)構(gòu)16包括上游滑芯結(jié)構(gòu)凸緣20，其從滑芯結(jié)構(gòu)16徑向向外延伸。下游排氣殼體凸緣18和上游滑芯結(jié)構(gòu)凸緣20在接頭處22彼此抵接，并可以常規(guī)方式保持在一起，比如通過螺柱(未示出)。此外，上游排氣殼體凸緣21從排氣殼體14的上游端徑向向外延伸，并可栓接到渦輪部分12的徑向延伸凸緣23，以將排氣殼體14支撐到渦輪部分12。
[0043]排氣殼體14包括形成結(jié)構(gòu)構(gòu)件或框架的相對厚壁，以支撐排氣端軸承罩24，并支撐排氣擴壓器26的一部分。排氣端軸承罩24用于支撐用于燃氣輪機發(fā)動機的轉(zhuǎn)子25的端部。
[0044]擴壓器26包括限定出環(huán)形通路以運送來自渦輪部分12的熱排氣31的內(nèi)壁28和外壁30。軸承罩24由多個柱結(jié)構(gòu)32支撐。每個柱結(jié)構(gòu)32包括從排氣殼體14上的連接件36延伸穿過擴壓器26而到達軸承罩24上的連接件38的柱34，以支撐和維持軸承罩24位于排氣罩24內(nèi)的居中位置。柱結(jié)構(gòu)32還可包括圍繞柱34的柱遮蔽件或整流件40，以使柱34與穿過擴壓器26的熱排氣31隔離，還見圖3。
[0045]由于熱排氣31穿過擴壓器26，所以擴壓器2