專利名稱：具有板框換熱器的渦輪殼體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明所公開的主題涉及渦輪殼體，并且更具體地涉及具有板框換熱器的渦輪殼體。
背景技術：
燃氣渦輪機通常包括壓縮機、燃燒器、一個或多個燃料噴嘴、以及渦輪?？諝馔ㄟ^進氣部進入燃氣渦輪機并且由壓縮機進行壓縮。壓縮空氣接著與由燃料噴嘴所供給的燃料混合。空氣-燃料混合物以特定燃燒比供給至燃燒器。燃燒產生加壓排放氣體，所產生的加壓排放氣體驅動渦輪的葉片。燃氣渦輪機通常包括渦輪外部殼體和渦輪內部殼體。渦輪外部殼體和渦輪內部殼體在燃氣渦輪機的操作期間相對于渦輪機轉子沿徑向方向膨脹和收縮。定位在旋轉葉片的尖端與渦輪內部殼體之間的徑向間隙影響燃氣渦輪機的效率，其中較小的間隙可以改進效率。然而，較小的間隙還可能增加渦輪內部殼體與旋轉葉片的尖端之間產生干擾狀況的可能性。主動間隙控制是調節(jié)渦輪內部殼體的溫度的方法，從而接著對旋轉葉片的尖端與渦輪內部殼體之間的間隙進行控制。若干方法目前可用于提供渦輪內部殼體的主動間隙控制，然而這些方法中的一些具有缺陷。例如，在一種方法中，可以采用直接沖擊冷卻。然而，該方法在用于燃氣渦輪機中時通常不是同樣有效的。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種渦輪殼體，所述渦輪殼體包括:主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分；至少一個板，所述至少一個板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述至少一個板是板框換熱器的一部分，所述板框換熱器是所述渦輪殼體的所述主體部分的一部分。進一步的，所述板框換熱器包括中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述至少一個板。進一步的，所述板框換熱器包括多個板，所述多個板流體連接至彼此以及所述中心件部分。進一步的，所述中心件部分包括內部歧管裝置，其中一系列通路設置成在所述中心件部分中通過所述內部歧管裝置。進一步的，當對比所述后端部分時，所述至少一個板定位成更靠近所述前端部分。進一步的，所述板框換熱器接收擴散流，所述擴散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來自渦輪機的壓縮機的排出空氣中的至少一種。進一步的，所述擴散流包括大體沿周向的流動路徑。進一步的，所述至少一個板的外表面包括向外突出的延長表面以提供冷卻。進一步的，所述渦輪殼體是構造成用于燃氣渦輪機的渦輪內部殼體。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種具有渦輪內部殼體的燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機包括:主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分；至少一個板，所述至少一個板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述至少一個板是板框換熱器的一部分，所述板框換熱器是所述渦輪內部殼體的所述主體部分的一部分。進一步的，所述板框換熱器包括中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述至少一個板。進一步的，所述板框換熱器包括多個板，所述多個板流體連接至彼此以及所述中心件部分。進一步的，所述中心件部分包括內部歧管裝置，其中一系列通路設置成在所述中心件部分中通過所述內部歧管裝置。進一步的，當對比所述后端部分時，所述至少一個板定位成更靠近所述前端部分。進一步的，所述板框換熱器接收擴散流，所述擴散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來自渦輪機的壓縮機的排出空氣中的至少一種。進一步的，所述 擴散流包括大體沿周向的流動路徑。進一步的，所述至少一個板的外表面包括向外突出的延長表面以提供冷卻。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種具有渦輪內部殼體的燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機包括:主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分；以及板框換熱器，所述板框換熱器是所述渦輪內部殼體的所述主體部分的一部分，所述板框換熱器包括:多個板，所述多個板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述多個板彼此流體連接；以及中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述多個板。進一步的，所述中心件部分包括內部歧管裝置，其中一系列通路設置成在所述中心件部分中通過所述內部歧管裝置。進一步的，所述板框換熱器接收擴散流，所述擴散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來自渦輪機的壓縮機的排出空氣中的至少一種。通過結合附圖的以下描述，這些和其它的優(yōu)點以及特征將變得更加顯而易見。


被認為是本發(fā)明的主題在權利要求書中特別指出并且明確要求保護。通過下文結合附圖的詳細描述，本發(fā)明的上述和其它的特征以及優(yōu)點是顯而易見的，在附圖中:圖1是具有壓縮機的示例性燃氣渦輪機系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1中所示的渦輪的渦輪內部殼體的部段的透視圖；圖3是圖2中所示的渦輪內部殼體的部段的圖示；圖4是圖2中所示的渦輪內部殼體的部段的另一個圖示；圖5是圖2中所示的渦輪內部殼體的部段的又一個圖示；以及圖6是圖2中所示的渦輪內部殼體的部段的一部分的主視圖。參照附圖并通過示例的詳細描述解釋了本發(fā)明的實施例以及優(yōu)點和特征。
具體實施例方式圖1示出了由附圖標記10表示的示意示例性發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)10是燃氣渦輪機系統(tǒng)，該燃氣渦輪機系統(tǒng)具有壓縮機20、燃燒器22、以及渦輪24。空氣通過連接至壓縮機20的進氣部30進入發(fā)電系統(tǒng)10，并且由壓縮機20進行壓縮。壓縮空氣接著與由燃料噴嘴34所供給的燃料混合。燃料噴嘴34以特定燃燒比將空氣-燃料混合物噴射至燃燒器22中。燃燒產生熱加壓空氣排氣，所產生的熱加壓空氣排氣對定位在渦輪24內的葉片(未示出)進行驅動。圖2是渦輪24(示于圖1中)的渦輪內部殼體40的部段的圖示。渦輪內部殼體40包括主體部分42，主體部分42具有前端部分44和后端部分46。在一個實施例中，渦輪內部殼體40包括大體周向構造并且劃分為多個四分之一部段，其中多個四分之一部段中的一個四分之一部段示于圖2中。盡管圖2示出了渦輪內部殼體40的四分之一部段，但是應當理解，渦輪內部殼體40也可以以其它構造分段，例如半部部段。主體部分42可以由旨在用于溫度相對較高的應用的材料構建而成。例如，在一個實施例中，渦輪內部殼體40由鉻-鑰-釩(“CrMoV” )鋼構建而成。在一個實施例中，渦輪內部殼體40的部段中的每一個部段都可以通過沿軸向定向的螺栓連接結合在一起。具體而言，板框換熱器組件54的中心件52包括緊固件孔56，以用于接收例如螺栓(未示出)的緊固件。渦輪內部殼體40的主體部分42也可以包括一系列緊固件孔58，其中緊固件孔58中的每一個緊固件孔58都接收沿軸向定向的螺栓(未示出)。螺栓連接可以在操作期間提供用于渦輪內部殼體40的部段之間大體無泄漏接頭的相對緊密的公差。盡管對螺栓連接進行討論，但是應當理解，也可以使用能夠形成用于大體無泄漏操作的相對緊密的公差的其它緊固方法來結合渦輪內部殼體40的部段。至少一個板50定位在渦輪內部殼體40的前端部分44與后端部分46之間。在如圖所示的示例性實施例中，示出全部四個板50以及中心件52，并且從前端部分44至后端部分46將四個板50標記為板A、板B、板C、和板D。板50以及中心件52是板框換熱器54的一部分。具體而言，板框換熱器54定位成鄰近渦輪內部殼體40的前端部分44，使得當對比后端部分46時，板框換熱器54定位成更靠近前端部分44。板框換熱器54可以是使用用于在兩種介質(例如氣體或液體)之間傳熱的板的任何類型的換熱器。板框換熱器54是渦輪內部殼體40的主體部分42的一部分。在一個實施例中，高溫釬焊、焊接、或者金屬密封件(未示出)可以用于將板框換熱器54的板50結合在一起。應當注意到，盡管圖2示出了渦輪內部殼體40，但是應當理解，板框換熱器54也可以在至少一些實施例中用于渦輪24(圖1)的渦輪外 部殼體(未示出)上。頭部端凸緣60定位在渦輪內部殼體40的前端部分44處。頭部端凸緣60包括多個緊固件開口 62，多個緊固件開口 62均構造成用于通過其中接收緊固件64，以用于將板50、中心件52、以及頭部端凸緣60聯(lián)接在一起。具體而言，緊固件開口 62可以與緊固件64螺紋接合。在如圖2中所示的示例性實施例中，緊固件64是螺栓，然而也可以使用其它類型的緊固方法。板50還包括緊固件開口 70以用于接收緊固件64，并且中心件52也包括緊固件開口 72(示于圖5中)以用于接收緊固件64?，F(xiàn)在同時參照圖2至圖3，頭部端凸緣60的前面(forWard face) 74包括冷卻孔76以用于接收擴散或冷卻流78。冷卻流78例如可以是從大氣引入的環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、或者來自壓縮機20 (示于圖1中)的排出空氣。在一個實施例中，冷卻流78通常包括高于大約205攝氏度(大約400° F)的溫度。具有通常高于大約205攝氏度的冷卻流將大大防止渦輪內部殼體40內產生相對大量的熱應力。
冷卻流78通過定位在頭部端凸緣60中的冷卻孔76供給至板框換熱器54。SP，頭部端凸緣60用作歧管，以接收用于板框換熱器54的冷卻流78。盡管圖3示出了冷卻孔76，但是應當理解，也可以使用其它的方法來將冷卻流78引入至板框換熱器54(示于圖2中)中。例如，在另一個實施例中，可以沿頭部端凸緣60設置一系列通路(未示出)以用于引入冷卻流78。圖4是渦輪內部殼體40的圖示，其中省略了頭部端凸緣60以顯示板50中被指定為板A的一個板(板A也示于圖2中)。參照圖2至圖4,冷卻流78通過冷卻孔76進入板框換熱器54，并且接著沿大體周向方向在如圖4中所示的方向Dl上流動。S卩，冷卻流78包括大體沿周向行進的流動路徑。盡管圖3至圖4示出了相對簡單的周向流動路徑，但是應當理解，也可以沿板50的傳熱或外表面84加工或沖壓特定特征(未示出)以產生更復雜的流動路徑，其中包括但不限于百葉式表面、蛇形流動路徑、人字形流動路徑、針肋(pin-fin)表面、翅片表面等。冷卻流78接著進入定位在板A內的冷卻孔80?，F(xiàn)在參照圖5，已省略板A以顯示板B (示于圖2中)。冷卻流78沿與方向Dl (示于圖4中)大體相反的方向D2行進，并且進入定位在板B內的冷卻孔82。因此，板50 (例如，圖4中的板A和圖5中的板B)彼此流體連接。在一個實施例中，板50中的一個或多個板50可以包括沿板50的外表面84向外突出的延長表面(未不出)。例如，在一個實施例中，板50的外表面84可以包括翅片，所述翅片提供增強的冷卻。此外，在另一個實施例中，代替沿板A和板B的外表面84 (示于圖4和圖5中)定位的單一、統(tǒng)一的冷卻孔80和82，板50可以包括允許冷卻流78在板50之間流動的一系列通路。現(xiàn)在參照圖2以及圖4至圖5，板50中的每一個板50流體連接至彼此以及中心件52。具體而言，在圖2以及圖4至圖5中所示的實施例中，冷卻流78在板A、板B、以及中心件52之間流動。中心件52向板框換熱器54提供周向支承。中心件52還包括內部歧管裝置，內部歧管裝置示于圖6中。
·
圖6是中心件52的外表面90的放大圖主視圖，其中已省略頭部端凸緣60、板A、以及板B。如圖6中可見，外表面90包括提供內部歧管裝置的一系列通路92。冷卻劑流78 (示于圖2至圖5中)可以流過通路92，并且流向板C和板D (示于圖2中)。如圖2至圖6中所示的板框換熱器54提供渦輪內部殼體40的主動間隙控制以及周向冷卻。板框換熱器54允許在板50的傳熱表面84受到污損或污染情況下的流通通道冷卻，然而板框換熱器54包括清潔和維護相對簡單的板構造。也可以修改板50的幾何形狀以產生相對復雜的冷卻流路徑。此外，板框換熱器54呈模塊化設計，并且對現(xiàn)有的渦輪內部殼體的改型相對簡單。盡管已經僅結合數(shù)量有限的實施例對本發(fā)明進行了詳細描述，但是應當易于理解，本發(fā)明并不限于這種所公開的實施例。相反，能夠將本發(fā)明修改成結合到目前為止并未進行描述但是與本發(fā)明的精神和范圍相當?shù)娜魏螖?shù)量的改型、變型、替代或等同布置。此夕卜，盡管已經對本發(fā)明的各個實施例進行了描述，但是應當理解，本發(fā)明的各個方面可以僅包括所描述的實施例中的一些。因此，本發(fā)明并不視為受到以上描述的限制，而是僅僅通過所附權利要求的范圍進行限定。
權利要求
1.一種渦輪殼體，所述渦輪殼體包括: 主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分； 至少一個板，所述至少一個板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述至少一個板是板框換熱器的一部分，所述板框換熱器是所述渦輪殼體的所述主體部分的一部分。
2.根據(jù)權利要求1所述的渦輪殼體，其特征在于，所述板框換熱器包括中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述至少一個板。
3.根據(jù)權利要求2所述的渦輪殼體，其特征在于，所述板框換熱器包括多個板，所述多個板流體連接至彼此以及所述中心件部分。
4.根據(jù)權利要求2所述的渦輪殼體，其特征在于，所述中心件部分包括內部歧管裝置，其中一系列通路設置成在所述中心件部分中通過所述內部歧管裝置。
5.根據(jù)權利要求1所述的 渦輪殼體，其特征在于，當對比所述后端部分時，所述至少一個板定位成更靠近所述前端部分。
6.根據(jù)權利要求1所述的渦輪殼體，其特征在于，所述板框換熱器接收擴散流，所述擴散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來自渦輪機的壓縮機的排出空氣中的至少一種。
7.根據(jù)權利要求6所述的渦輪殼體，其特征在于，所述擴散流包括大體沿周向的流動路徑。
8.根據(jù)權利要求1所述的渦輪殼體，其特征在于，所述至少一個板的外表面包括向外突出的延長表面以提供冷卻。
9.根據(jù)權利要求1所述的渦輪殼體，其特征在于，所述渦輪殼體是構造成用于燃氣渦輪機的渦輪內部殼體。
10.一種具有渦輪內部殼體的燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機包括: 主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分； 至少一個板，所述至少一個板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述至少一個板是板框換熱器的一部分，所述板框換熱器是所述渦輪內部殼體的所述主體部分的一部分。
11.根據(jù)權利要求10所述的渦輪殼體，其特征在于，所述板框換熱器包括中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述至少一個板。
12.根據(jù)權利要求11所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述板框換熱器包括多個板，所述多個板流體連接至彼此以及所述中心件部分。
13.根據(jù)權利要求11所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述中心件部分包括內部歧管裝置，其中一系列通路設置成在所述中心件部分中通過所述內部歧管裝置。
14.根據(jù)權利要求10所述的燃氣渦輪機，其特征在于，當對比所述后端部分時，所述至少一個板定位成更靠近所述前端部分。
15.根據(jù)權利要求10所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述板框換熱器接收擴散流，所述擴散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來自渦輪機的壓縮機的排出空氣中的至少一種。
16.根據(jù)權利要求15所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述擴散流包括大體沿周向的流動路徑。
17.根據(jù)權利要求10所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述至少一個板的外表面包括向外突出的延長表面以提供冷卻。
18.一種具有渦輪內部殼體的燃氣渦輪機，所述燃氣渦輪機包括: 主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分；以及 板框換熱器，所述板框換熱器是所述渦輪內部殼體的所述主體部分的一部分，所述板框換熱器包括: 多個板，所述多個板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述多個板彼此流體連接；以及 中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述多個板。
19.根據(jù)權利要求18所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述中心件部分包括內部歧管裝置，其中一系列通路設置成在所述中心件部分中通過所述內部歧管裝置。
20.根據(jù)權利要求18所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述板框換熱器接收擴散流，所述擴散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來自渦輪機的壓縮機的排出空氣中的至少一種。 ·
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有板框換熱器的渦輪殼體，并且該渦輪殼體包括主體部分和至少一個板。主體部分具有前端部分和后端部分。板定位在前端部分與后端部分之間。板是板框換熱器的一部分，板框換熱器是渦輪殼體的主體部分的一部分。
文檔編號F01D25/14GK103244207SQ20131004918
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權日2012年2月7日
發(fā)明者D.E.弗洛伊德 申請人:通用電氣公司