專利名稱：用于徑向排氣燃?xì)鉁u輪的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)(gas turbine generator)，且更特定而言涉及用于徑向排氣燃?xì)鉁u輪(radial exhaust gas turbine)的漸開線式殼體 (involute type casing)。
背景技術(shù)：
至少一些已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可經(jīng)歷高的壓力損失。這些壓力損失可不利地影響發(fā)動機(jī)性能和/或發(fā)動機(jī)效率。舉例而言，包括外殼體的至少一些已知徑向排氣燃?xì)鉁u輪可在其排氣擴(kuò)散器部段經(jīng)歷高的壓力損失。盡管圓形外殼體可用于降低此壓降，但這種殼體可能制造起來是昂貴的，特別是對于需要大尺寸殼體的燃?xì)鉁u輪而言。因此，需要提供一種更高效且更廉價的殼體用于包括徑向排氣的燃?xì)鉁u輪。特別地，需要提供一種殼體，其減小在外殼體部段中的壓力損失同時制造起來相對較廉價。減小的壓力損失可使得燃?xì)鉁u輪能在無需使用任何額外燃料的情況下提供額外的功率增強，從而提高渦輪的操作效率。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供一種用于包括徑向排氣擴(kuò)散器(radial exhaust diffuser)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的漸開線式殼體設(shè)備。該設(shè)備包括帶進(jìn)入開口的渦輪接合壁和與渦輪接合壁以一定距離間隔開的排氣擴(kuò)散器接合壁。擴(kuò)散器接合壁具有發(fā)動機(jī)軸桿孔，發(fā)動機(jī)軸桿孔的大小和方位適合徑向排氣擴(kuò)散器。該設(shè)備還包括多個基本上直側(cè)壁和多個基本上平面的板，多個基本上直側(cè)壁聯(lián)接(coupled to)或鄰接(adjacent to)渦輪接合壁的邊緣且聯(lián)接或鄰接排氣擴(kuò)散器接合壁的邊緣，多個基本上平面的板聯(lián)接或鄰接渦輪接合壁的其它邊緣且聯(lián)接或鄰接排氣擴(kuò)散器接合壁的其它邊緣，使得基本上平面的板接近(approximate) 漸開線曲線的循環(huán)(a cycle of an involute curve)的一部分。該設(shè)備被配置成圍住 (enclose)徑向排氣擴(kuò)散器，且頂板、底板、基本上直的側(cè)壁和基本上直的板接合成使得來自徑向排氣擴(kuò)散器的排氣經(jīng)由出口側(cè)從設(shè)備出來。在另一方面，提供一種徑向排氣燃?xì)鉁u輪設(shè)備。該徑向排氣燃?xì)鉁u輪設(shè)備具有入口部段(inlet section)；壓縮機(jī)部段，其在操作上聯(lián)接到入口部段；燃燒器部段，其在操作上聯(lián)接到壓縮機(jī)部段；渦輪部段，其在操作上聯(lián)接到燃燒器部段；徑向排氣擴(kuò)散器，其在操作上聯(lián)接到渦輪部段；以及，漸開線式殼體，其圍住徑向排氣擴(kuò)散器。漸開線式殼體具有帶進(jìn)入開口的渦輪接合壁和與渦輪接合壁以一定距離間隔開的排氣擴(kuò)散器接合壁，其中擴(kuò)散器接合壁包括發(fā)動機(jī)軸桿孔，發(fā)動機(jī)軸桿孔的大小和方位適于徑向排氣擴(kuò)散器。漸開線式殼體還具有多個基本上平面的板，這些基本上平面的板聯(lián)接或鄰接渦輪接合壁的其它邊緣且聯(lián)接或鄰接排氣擴(kuò)散器接合壁的其它邊緣，使得基本上平面的板接近漸開線曲線的循環(huán)的一部分。漸開線式殼體還具有多個基本上直的板，這些基本上直的板聯(lián)接到渦輪接合壁，使得基本上直的板鄰接排氣擴(kuò)散器接合壁的外邊緣，接近漸開線曲線的循環(huán)的一部分。頂板、底板、基本上直的壁和基本上直的板接合成使得來自排氣擴(kuò)散器的排氣經(jīng)由出口側(cè)從漸開線式殼體設(shè)備出來。在又一方面，提供一種徑向排氣燃?xì)鉁u輪設(shè)備。該徑向排氣燃?xì)鉁u輪設(shè)備具有燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括徑向排氣擴(kuò)散器部段和殼體設(shè)備，殼體設(shè)備基本上由多邊形壁、基本上直的板和基本上直的側(cè)壁構(gòu)成。殼體設(shè)備圍住徑向排氣擴(kuò)散器部段且被配置成將從徑向排氣擴(kuò)散器部段出來的氣體的至少大部分經(jīng)由接近漸開線式路徑導(dǎo)向至殼體設(shè)備中的引出口。因此，應(yīng)了解漸開線式殼體的實施例通過聯(lián)合金屬薄板的不同直部段而形成。當(dāng)安裝于徑向排氣燃?xì)鉁u輪上時，這種布置將減小殼體中的壓降而不會增加制造該殼體的成本。該殼體將收集來自葉片的煙氣且將煙氣導(dǎo)向至一側(cè)。漸開線式殼體可基于工程設(shè)計和安裝要求制成右手實施例或左手實施例。


圖1是示范性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的剖視圖。
圖2是用于徑向排氣擴(kuò)散器的示范性殼體的斜三軸視圖。
圖3是圖2所示殼體的斜三軸分解圖。
圖4是可用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的徑向排氣擴(kuò)散器的示范性殼體的斜
圖5是圖4所示殼體的斜三軸視圖。
圖6是用于制作漸開線殼體的示范性方法的流程圖。
圖7是示出漸開線曲線的圖。
部件列表
10殼體
13渦輪接合壁
14進(jìn)入開口
16第二壁
18發(fā)動機(jī)軸桿開口
20多個側(cè)壁
22板
100徑向排氣燃?xì)鉁u輪
102入口部段
104壓縮機(jī)部段
106燃燒器部段
108渦輪部段
110排氣擴(kuò)散器殼體
112排氣擴(kuò)散器部段
113相對的渦輪接合壁
114進(jìn)入開口
116排氣擴(kuò)散器接合壁
118發(fā)動機(jī)軸桿孔
120多個基本上直的側(cè)壁
122弓形壁
124排氣側(cè)
126廢氣
130邊緣
220邊緣
222邊緣
224排氣側(cè)
320邊緣
322邊緣
420邊緣
422邊緣
520邊緣
522邊緣
600范性方法
602制作多邊形的第一壁13，其具有開口 14，開口 14
被配置成接合徑向排氣燃?xì)鉁u輪100的渦輪部段
108
604制作多邊形的第二壁16，其具有開口 18，開口 18
被配置成接合徑向排氣氣體擴(kuò)散器113
606制作多個矩形直板22
608制作多個直側(cè)壁20
610固結(jié)直板22
612固結(jié)側(cè)壁20
700漸開線曲線
720寬度
722長度
750部分
752線段
754漸開線
756圓
820長度
822長度
920長度
922寬度
1022長度
具體實施例方式
本公開內(nèi)容的實施例包括用于燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)的徑向排氣擴(kuò)散器的漸開線式殼體。當(dāng)安裝于徑向排氣燃?xì)鉁u輪上時，徑向排氣擴(kuò)散器便于大體上減小殼體中的壓力損失而不會增加制造該殼體的成本。從葉片排放的煙氣進(jìn)入該殼體且被導(dǎo)向至殼體的一側(cè)。在一些實施例中且具體地參看圖1，徑向排氣燃?xì)鉁u輪100包括入口部段102、壓縮機(jī)部段104、燃燒器部段106、渦輪部段108和排氣擴(kuò)散器部段112。圖2和圖3分別示出排氣擴(kuò)散器殼體IlO的相應(yīng)三軸視圖和分解三軸視圖。在圖示實施例中，排氣擴(kuò)散器殼體 110包括渦輪接合壁113，渦輪接合壁113包括進(jìn)入開口 114。排氣擴(kuò)散器接合壁116定位成與渦輪接合壁113相對且包括孔118，孔118被配置成允許發(fā)動機(jī)軸桿通過且與圓形進(jìn)入開口 114相對。進(jìn)入開口 114與排氣擴(kuò)散器部段112(這在圖1中看到)流體連通，且無需與發(fā)動機(jī)軸桿孔118相同大小。更具體而言，發(fā)動機(jī)軸桿孔118可相對于進(jìn)入開口 114為任何大小。多個基本上直的側(cè)壁120和弓形壁122焊接或栓接到或鄰接渦輪接合壁113的邊緣220和222和擴(kuò)散器接合壁116的邊緣320和332。因此，接合壁113和116維持以固定距離分開。壁120和壁122的邊緣130也在它們接觸的位置牢固地聯(lián)接在一起。排氣擴(kuò)散器殼體110的排氣側(cè)IM保持打開且暢通以使得廢氣1 能排放到大氣或到任何其它構(gòu)件內(nèi)。圖4和圖5示出排氣擴(kuò)散器殼體10的三軸斜視圖。在示范性實施例中，殼體10包括渦輪接合壁13，渦輪接合壁13包括基本上圓形進(jìn)入開口 14。排氣擴(kuò)散器接合壁16被定位成與渦輪接合壁13相對且包括發(fā)動機(jī)軸桿開口 18，發(fā)動機(jī)軸桿開口 18被形成為與進(jìn)入開口 14相對。進(jìn)入開口 14與排氣擴(kuò)散器部段112(如在圖1中最佳地看到的那樣)流體連通，且可(但無需)與發(fā)動機(jī)軸桿開口 18相同大小。多個基本上直的側(cè)壁20聯(lián)接或鄰接渦輪接合壁13的邊緣420且和擴(kuò)散器接合壁16的邊緣520。因此，壁13和16維持以固定距離分開。多個不同寬度的基本上直(平面)的板22聯(lián)接或鄰接渦輪接合壁13的邊緣 422或者邊緣522，使得壁13和16基本上彼此平行。此外，側(cè)壁20聯(lián)接到所接觸的板22， 且其中板22彼此會和。排氣擴(kuò)散器殼體10的排氣側(cè)2M保持打開且暢通以使得廢氣1 能排放到大氣或到任何其它構(gòu)件內(nèi)。在此示范性實施例中，漸開線殼體10并非弓形，而是，壁邊緣422和522接近相同的漸開線曲線。漸開線殼體10被成形為導(dǎo)送排氣流動通過它使得便于降低擴(kuò)散器部段 112中的壓降。此外，漸開線殼體10的制造并不比當(dāng)前腔室的制造昂貴。每個板22的長度 722(在圖4中示出)根據(jù)需要而不同以獲得所需漸開線殼體輪廓。此外，漸開線殼體10可組裝且用于右手配置或左手配置。應(yīng)當(dāng)指出的是圖2和圖3示出右手現(xiàn)有技術(shù)配置，而圖 4和圖5示出左手配置。繞柱面坐標(biāo)中Z軸的圓的漸開線由寫為r = α sec α , θ = tan α - α，ζ = Zq，的參數(shù)方程給出，其中α代表圓的半徑，α是參數(shù)，且^是圓沿著Z軸的位置。如圖7所示， 每個板22的長度722由沿著漸開線限定的線段752長度近似。在一些實施例中，由在θ 方向上規(guī)則地或不規(guī)則地間隔開的角度與漸開線的交點選擇線段752。板22的數(shù)量應(yīng)在3 與大約12個(包括3和12個)之間，以便于優(yōu)化制造時間和成本。在圖4和圖5所示的示范性實施例中，示出八個直板22。為了確保最小有效性，應(yīng)接近漸開線曲線的循環(huán)的至少120°，但不超過210°。出于所附的權(quán)利要求的目的，上文所引用的每個范圍被認(rèn)為包括所有子范圍。舉例而言，具有五個板與七個板之間且接近漸開線循環(huán)(involute cycle) 的160°與210°之間的設(shè)備被認(rèn)為由上文所述的較寬范圍限定。
板22可包括由任何合適金屬材料制成薄板且可栓接或焊接在一起從而排除將該薄板成形(即，卷成)為彎曲輪廓的需要。在另一方面且參看圖4、圖5和圖6，在本發(fā)明的一些實施例中，提供用于制造徑向排氣燃?xì)鉁u輪100的漸開線式殼體10的示范性方法600。在示范性實施例中，方法600包括制作602多邊形的第一壁13，第一壁13包括開口 14，開口 14的大小和方位適于接合徑向排氣燃?xì)鉁u輪100的渦輪部段108。第一壁13還包括圖7所示漸開線曲線700的循環(huán)的接近在120°與210°之間的第一組至少三個邊緣422。第一壁13還包括第二組其它的基本上直邊緣420。在此示范性實施例中，方法600還包括制作604多邊形第二壁16，多邊形第二壁 16中包括發(fā)動機(jī)軸桿開口 18，發(fā)動機(jī)軸桿開口 18的大小和方位適于接合徑向排氣氣體擴(kuò)散器部段112。第二壁16包括第三組至少三個邊緣520，第三組至少三個邊緣520用于近似與第一壁13的第一組至少三個邊緣422相同的漸開線曲線700。第二壁16還包括第四組直邊緣520，每個直邊緣520近似地具有與第二組邊緣420的相對應(yīng)邊緣520相同的長度。方法600還包括制作606多個板22。具體而言，所制作606的板22的數(shù)量等于在第一組邊緣422中的邊緣的數(shù)量。每個板22具有與不同邊緣422的長度822大約相同大小的長度722，且所有板22被制成具有相同寬度922。在示范性方法600中，還制作608多個側(cè)壁20。更具體而言，側(cè)壁20的數(shù)量比第二組邊緣420的數(shù)量少一。每個側(cè)壁20具有大約等于不同邊緣420的長度820的寬度720 和等于板22的寬度922的長度920。方法600還包括使每個板22固結(jié)610于或鄰接于具有與固結(jié)板22的長度722 相同長度822的邊緣422，且固結(jié)610于或鄰接于具有與固結(jié)板22的寬度922的相同長度 1022的邊緣522。 在此示范性實施例中，方法600還包括將每個側(cè)壁20固結(jié)612到第一壁13和第二壁16在具有與固結(jié)側(cè)壁20的寬度相同長度的邊緣420與邊緣520之間。在完成步驟602、 604、606、608、610和612之后，將產(chǎn)生諸如圖4和圖5所示的殼體10。在此示范性實施例中，方法600還可包括固結(jié)相鄰的板22、相鄰的側(cè)壁20和與直側(cè)壁20相鄰的板22。因此，在此實施例中，第一壁13和第二壁16彼此平行，出口側(cè)2M保持打開且屬于單獨結(jié)構(gòu)部分的所有相鄰邊緣固結(jié)到彼此。在一些示范性方法600中，第一壁13，第二壁16，每個側(cè)壁20和每個直板22包括制作的金屬薄板。所制作的金屬薄板被切割或沖壓成預(yù)定形狀。此外，每次固結(jié)可以任何組合包括焊接、螺栓和/或螺釘。而且，在一些示范性方法600中，制作四個與十二個之間(包括四個和十二個)的板22，或者制作六個與十個(包括六個和十個)之間的板22，或者制作確切地八個板22。 參看圖7，每個板22具有接近圓756的漸開線754的一部分750的尺寸752。漸開線殼體 10被配置成圍住徑向排氣燃?xì)鉁u輪100的徑向氣體擴(kuò)散器部段112且接近圓756的漸開線 754的部分750足以經(jīng)由接近漸開線路徑將從徑向排氣氣體擴(kuò)散器部段112出來的氣體的至少大部分引導(dǎo)到殼體設(shè)備中的引出口 224。因此，應(yīng)了解漸開線式殼體的實施例通過聯(lián)合金屬薄板的不同直部段而形成。當(dāng)安裝于徑向排氣燃?xì)鉁u輪上時，這種布置將減小殼體中的壓力損失而不會增加制造該殼體的成本。該殼體將收集從葉片出來的煙氣且將煙氣導(dǎo)向至一側(cè)。漸開線式殼體可基于工程設(shè)計和安裝要求制成右手實施例或左手實施例。在本書面描述中，應(yīng)了解短語“等于”當(dāng)用于尺寸的情形時是指在良好工程實踐的標(biāo)準(zhǔn)公差內(nèi)彼此相等的量。同樣，動詞短語“接近”指在良好工程實踐的標(biāo)準(zhǔn)公差和所施加的任何限制內(nèi)做出的接近，諸如需要一系列直線接近曲線。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明(包括最佳實施方式)，且也能使本領(lǐng)域技術(shù)人員實踐本發(fā)明(包括做出和使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何合并的方法)。專利保護(hù)范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的這些修改和其它實例。如果其它實例具有與權(quán)利要求的字面語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件或者如果其它實例包括與權(quán)利要求的字面語言并無實質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)元件，那么其它實例預(yù)期在權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于包括徑向排氣擴(kuò)散器(112)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的漸開線式殼體設(shè)備，所述設(shè)備包括渦輪接合壁(13)，其具有進(jìn)入開口(14)；排氣擴(kuò)散器接合壁(113)，其以一定距離與所述渦輪接合壁間隔開，所述擴(kuò)散器接合壁包括發(fā)動機(jī)軸桿孔(118)，所述發(fā)動機(jī)軸桿孔(118)的大小和方位適于所述徑向排氣擴(kuò)散器；多個基本上直的側(cè)壁(120)，其聯(lián)接或鄰接所述渦輪接合壁的邊緣且聯(lián)接或鄰接所述排氣擴(kuò)散器接合壁的邊緣；以及多個基本上平面的板(22)，其聯(lián)接或鄰接所述渦輪接合壁的其它邊緣(420)且聯(lián)接或鄰接所述排氣擴(kuò)散器接合壁的其它邊緣(320)，使得所述基本上平面的板接近漸開線曲線 (700)的循環(huán)的一部分；所述設(shè)備被配置成圍住所述徑向排氣擴(kuò)散器；且頂板、底板、基本上直的側(cè)壁和基本上直的板接合成使得來自所述徑向排氣擴(kuò)散器的排氣經(jīng)由出口側(cè)從所述設(shè)備出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述頂板、底板、基本上直的側(cè)壁(120)以及基本上直的板通過焊接而接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述頂板、底板、基本上直的側(cè)壁(120)以及基本上直的板通過螺栓而接合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于具有至少4個但不超過12個基本上直的板 (22)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于具有至少6個但不超過10個基本上直的板 (22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于具有8個基本上直的板02)。
7.一種徑向排氣燃?xì)鉁u輪設(shè)備，包括 入口部段(102)；壓縮機(jī)部段(104)，其在操作上聯(lián)接到所述入口部段；燃燒器部段(106)，其在操作上聯(lián)接到所述壓縮機(jī)部段；渦輪部段(108)，其在操作上聯(lián)接到所述燃燒器部段；徑向排氣擴(kuò)散器(112)，其在操作上聯(lián)接到所述渦輪部段(108)；以及漸開線式殼體，其圍住徑向排氣擴(kuò)散器，其中，所述漸開線式殼體還包括渦輪接合壁(13)，其具有進(jìn)入開口(14)；排氣擴(kuò)散器接合壁(116)，其以一定距離與所述渦輪接合壁間隔開，所述擴(kuò)散器接合壁包括發(fā)動機(jī)軸桿孔(118)，所述發(fā)動機(jī)軸桿孔(118)的大小和方位適于所述徑向排氣擴(kuò)散器；多個基本上平面的板(22)，其聯(lián)接或鄰接所述渦輪接合壁的其它邊緣(420)且聯(lián)接或鄰接所述排氣擴(kuò)散器接合壁的其它邊緣022)，使得所述基本上平面的板接近漸開線曲線 (700)的循環(huán)的一部分；多個基本上直的板，其聯(lián)接所述渦輪接合壁使得所述基本上直的板鄰接所述排氣擴(kuò)散器接合壁的外邊緣，接近漸開線曲線的循環(huán)的一部分；其中，頂板、底板、基本上直的壁(120)和基本上直的板接合成使得來自所述排氣擴(kuò)散器的排氣經(jīng)由出口側(cè)從所述漸開線式殼體設(shè)備出來。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述頂板、底板、基本上直的壁(120)以及基本上直的板通過焊接而接合。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述頂板、底板、基本上直的壁(120)以及基本上直的板0 通過螺栓而接合。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于具有至少4個但不超過12個基本上直的板(22)。
全文摘要
本申請涉及用于徑向排氣燃?xì)鉁u輪的方法和設(shè)備。提供用于包括徑向排氣擴(kuò)散器(112)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的漸開線式殼體設(shè)備。設(shè)備包括具有進(jìn)入開口(14)的渦輪接合壁(13)；以一定距離與渦輪接合壁間隔開的排氣擴(kuò)散器接合壁(113)，擴(kuò)散器接合壁包括大小和方位適于徑向排氣擴(kuò)散器的發(fā)動機(jī)軸桿孔(118)；多個基本上直側(cè)壁(120)，其聯(lián)接或鄰接渦輪接合壁的邊緣和排氣擴(kuò)散器接合壁的邊緣；以及多個基本上平面板(22)，其聯(lián)接或鄰接渦輪接合壁的其它邊緣(420)和排氣擴(kuò)散器接合壁的其它邊緣(320)，使得基本上平面板接近漸開線曲線(700)的循環(huán)的一部分。設(shè)備被配置成圍住徑向排氣擴(kuò)散器，且頂板、底板、基本上直側(cè)壁和基本上直板接合成使得來自徑向排氣擴(kuò)散器的排氣經(jīng)由出口側(cè)從設(shè)備出來。
文檔編號F02C7/00GK102200053SQ20111007953
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者S·V·申德 申請人:通用電氣公司