用于渦輪機排氣內(nèi)部殼體的冷卻通道的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及燃氣渦輪機的排氣段的冷卻，并且更具體地，涉及在排氣段中的燃氣渦輪機內(nèi)部殼體上的支柱的冷卻。
【背景技術(shù)】
[0002]燃氣渦輪發(fā)動機燃燒燃料與壓縮空氣的混合物以產(chǎn)生熱燃燒氣體，該熱燃燒氣體驅(qū)動渦輪機葉片來旋轉(zhuǎn)排氣段中由軸承和缸支撐的軸。軸的旋轉(zhuǎn)可在渦輪機中產(chǎn)生大量熱量。另外，流過排氣段的熱渦輪機排氣可將熱量傳遞到排氣段中的排氣缸上。
[0003]在燃氣渦輪機的排氣段中的內(nèi)部殼體是由來自渦輪發(fā)動機的排氣加熱。由于來自缸中軸的摩擦，內(nèi)部殼體也會經(jīng)受熱學(xué)加熱。由于整個內(nèi)部殼體的主體質(zhì)量的差異，如在分模線處和在連接至內(nèi)部殼體的支柱根部處的凸緣上的差異，在渦輪機排氣部件中的內(nèi)部殼體可能無法充分且均勻地冷卻。支柱的不均勻冷卻可能造成內(nèi)部殼體的不同區(qū)域的熱收縮和熱膨脹的差異，并且引起與熱應(yīng)力相關(guān)聯(lián)的損壞。
[0004]已經(jīng)描述使用通過排氣段的冷卻流體(例如，環(huán)境空氣)流來冷卻渦輪機排氣缸部件的方法。冷卻系統(tǒng)在美國專利號7, 493，769、6，578，363、7，373，773^2013/0064647和2013/0084172 中公開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本說明書已構(gòu)思并公開了一種用于在渦輪機排氣段中提供冷卻流來均勻冷卻內(nèi)部殼體上的支柱和分模線凸緣的根部的內(nèi)部殼體冷卻系統(tǒng)，以解決本領(lǐng)域中所存在的以上技術(shù)問題。
[0006]本申請的一個實施例公開了一種用于渦輪機的內(nèi)部殼體構(gòu)件，所述內(nèi)部殼體構(gòu)件包括:環(huán)形內(nèi)部殼體，所述環(huán)形內(nèi)部殼體包括冷卻通路，其中每條通路從冷卻流體源延伸穿過所述內(nèi)部殼體的壁到達所述內(nèi)部殼體的所述壁的外表面；以及支柱，所述支柱從所述內(nèi)部殼體的所述外表面來向外延伸，其中所述冷卻通路布置在所述內(nèi)部殼體上，使得一對所述冷卻通路位于所述支柱中的每個的相反側(cè)，并且每對中的所述冷卻通路與對應(yīng)支柱是等間距的。
[0007]所述冷卻通路可包括在分模線的相反側(cè)的一對冷卻通路，所述冷卻通路在軸向方向上延伸穿過所述內(nèi)部殼體的所述外表面，并且位于所述分模線的相反側(cè)的所述一對冷卻通路均與所述分模線是等間距的。所述冷卻通路可不等間距地布置在所述內(nèi)部殼體的圓周周圍。所述冷卻通路可包括沿所述內(nèi)部殼體的軸線在所述支柱的前方和后方布置成環(huán)形陣列的冷卻通路。所述冷卻通路可定向成朝向所述支柱來引導(dǎo)冷卻流出穿過所述通路。
[0008]本申請的另一個實施例公開了一種渦輪機排氣段，所述渦輪機排氣段包括:外部環(huán)形管道，所述外部環(huán)形管道配置用于接收來自渦輪機的排氣，并且包括外部殼體外罩和內(nèi)部殼體外罩；支柱，所述支柱在所述內(nèi)部殼體外罩與所述外環(huán)形殼體外罩之間延伸，其中所述支柱延伸穿過所述外部環(huán)形管道；內(nèi)部環(huán)形管道，所述內(nèi)部環(huán)形管道是與所述外部環(huán)形管道同軸并且配置用于接收冷卻空氣，其中所述內(nèi)部環(huán)形管道將冷卻空氣提供至所述內(nèi)部殼體外罩，其中所述內(nèi)部殼體包括具有用于所述冷卻空氣的冷卻通路的外壁，并且每條冷卻通路延伸穿過所述外壁以允許冷卻空氣流動到所述外壁的外表面，并且所述冷卻通路布置在所述內(nèi)部殼體上，使得一對所述冷卻通路位于所述支柱中的每個的相對側(cè)，并且每對中的所述冷卻通路與對應(yīng)支柱是等間距的。
【附圖說明】
[0009]圖1是具有冷卻通路的內(nèi)部殼體的常規(guī)前側(cè)的前視圖；
[0010]圖2是具有冷卻通路的內(nèi)部殼體的常規(guī)后側(cè)的前視圖；
[0011]圖3是具有包括均勻布置在支柱附近的冷卻通路的內(nèi)部殼體的燃氣渦輪機的排氣段的側(cè)視圖；
[0012]圖4是內(nèi)部殼體的前側(cè)的前視圖，示出在支柱附近的冷卻通路布置；
[0013]圖5是內(nèi)部殼體的后側(cè)的前視圖，示出在支柱附近的冷卻通路布置；
[0014]圖6是示出冷卻通路和分模線冷卻通路的側(cè)視圖；
[0015]圖7是具有均勻布置在內(nèi)部殼體的分模線的任一側(cè)上的冷卻通路的內(nèi)部殼體的放大圖；
[0016]圖8是具有冷卻通路和分模線冷卻通路的內(nèi)部殼體的放大圖；以及
[0017]圖9是具有冷卻孔和分模線冷卻孔布置的內(nèi)部殼體的透視圖。
【具體實施方式】
[0018]圖1示出具有沿內(nèi)部殼體的冷卻通路的常規(guī)內(nèi)部殼體100。內(nèi)部殼體100包括半圓柱形的殼體外罩，即上部內(nèi)部殼體外罩120和下部內(nèi)部殼體外罩130。殼體外罩是通過在分模線106處將兩個上部凸緣122與兩個下部凸緣132連接來在分模線106 (例如在缸外殼之間的線縫)處聯(lián)結(jié)。
[0019]支柱102位于內(nèi)部殼體100的上部內(nèi)部殼體外罩120和下部內(nèi)部殼體外罩130的外圓周108上。位于上部內(nèi)部殼體外罩120和下部內(nèi)部殼體外罩130上的支柱102是對稱的，并且支柱102通常彼此間等間距。
[0020]如在常規(guī)燃氣渦輪機排氣段中所使用，內(nèi)部殼體被定位成使得來自燃氣渦輪機的加熱的排氣流通過流過內(nèi)部殼體上的支柱而離開排氣段。排氣流可以在X方向上流過支柱。冷卻通路供應(yīng)可被用于冷卻通過排氣流加熱的支柱以及通過排氣流且通過所聯(lián)接至的軸的旋轉(zhuǎn)加熱的內(nèi)部殼體的冷卻流。
[0021]在內(nèi)部殼體100的常規(guī)前側(cè)上，冷卻通路104通常彼此間等間距。冷卻通路104在內(nèi)部殼體100的內(nèi)圓周110與內(nèi)部殼體100的外圓周108之間連通并且延伸。冷卻流可流自內(nèi)部殼體100的內(nèi)圓周110、流過冷卻通路104，并且流出外圓周108。上部內(nèi)部殼體外罩120具有數(shù)量為X的冷卻通路104，所述冷卻通路104從分模線106沿內(nèi)部殼體100的圓周彼此間等間距。下部內(nèi)部殼體外罩130具有數(shù)量為X的冷卻通路104。圖1中的內(nèi)部殼體100具有不與支柱102的布局重合的冷卻通路104。具體地說，冷卻通路104并非均勻地定位在支柱之間。
[0022]類似地，圖2示出具有冷卻通路204的內(nèi)部殼體200的后側(cè)。內(nèi)部殼體200的后側(cè)也包括半圓柱形的殼體外罩，即上部內(nèi)部殼體外罩220和下部內(nèi)部殼體外罩230。內(nèi)部殼體200的后側(cè)包括冷卻通路204，所述冷卻通路204在內(nèi)圓周210與外圓周208之間延伸并且連通。冷卻流是流自內(nèi)圓周210、流過冷卻通路204以將冷卻流供應(yīng)至位于內(nèi)部殼體200的后側(cè)的外圓周208上的支柱202。
[0023]內(nèi)部殼體200的后側(cè)具有分模線206。在分模線206處，通過將兩個上部凸緣222和兩個下部凸緣232連接來聯(lián)結(jié)上部內(nèi)部殼體外罩220和下部內(nèi)部殼體外罩230。內(nèi)部殼體200的后側(cè)具有位于上部內(nèi)部殼體外罩220中的8條冷卻通路204以及位于下部內(nèi)部殼體外罩230中的8條冷卻通路204。冷卻通路204的布置也不與支柱202的布局對齊。也就是說，冷卻通路204并非均勻地定位在支柱之間。
[0024]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，支柱和冷卻供應(yīng)通路的錯位造成通向內(nèi)部殼體100和200的每個支柱和凸緣的冷卻流的不均勻分布。冷卻通路的不均勻分布可能引起高冷卻流變化(highcooling flow variat1n)以及對內(nèi)部殼體上的支柱和分模線的不均勾的冷卻。在常規(guī)內(nèi)部殼體上，支柱到支柱流變化可高達60%。由于每個支柱的更少數(shù)量的冷卻通路，水平位置支柱例如通常將會遭遇更低的冷卻流率。
[0025]另外，由于內(nèi)部殼體分模線的構(gòu)造，在分模線周圍的冷卻流通常是擾亂的。分模線通常是比缸外殼的其他部分更大的結(jié)構(gòu)，在未將分模線圍繞冷卻通路放置的情況下，缸外殼的其他部分包括了上部凸緣和下部凸緣。因此，由于冷卻通路數(shù)量更少，分模線結(jié)構(gòu)將擾亂在分模線周圍的冷卻流。
[0026]由于在區(qū)域中缺乏冷卻通路，靠近分模線的支柱將不會接收到充分的冷卻流。相比之下，由于在內(nèi)部殼體的其他區(qū)域中的每個支柱的更多數(shù)量的冷卻通路，其他支柱將會具有更高冷卻流率。由于內(nèi)部殼體的不充分冷卻，冷卻通路相對于支柱的布局的不均勻分布造成在禍輪機排氣段中的內(nèi)部殼體和支柱的可靠性的降低。
[0027]本發(fā)明提供了一種增加內(nèi)部殼體冷卻均勻性的冷卻通路布置。冷卻流的均勻分布可有助于降低排氣框架的不圓度、減少影響轉(zhuǎn)子振動的軸承滑落，并且提高內(nèi)部殼體和支柱的可靠性。
[0028]圖3中示出了帶有內(nèi)部殼體300的燃氣渦輪機排氣段390。在操作時，燃氣渦輪發(fā)動機室380將會釋放加熱的排氣流382，所述加熱的排氣流382將從渦輪發(fā)動機室380流過排氣段390。隨著排氣流382流過排氣路徑396，排氣流382可遇到在內(nèi)部殼體300上的支柱302并將熱量從排氣流382傳遞到支柱302。
[0029]在排氣段390中，內(nèi)部殼體300可聯(lián)接至可旋轉(zhuǎn)軸350。軸350可對用于吸入環(huán)境空氣作為用于排氣段390的冷卻流394的一組螺旋槳392提供支撐。冷卻流394可對排氣段390和內(nèi)部殼體300進行對流冷卻以降低由熱量造成的熱損壞。
[0030]在冷卻流394被吸入到內(nèi)部殼體300中之后，冷卻流394從冷卻通路304離開內(nèi)部殼體300。冷卻流394對流冷卻內(nèi)部殼體300、包括對流冷卻支柱302，并且隨后加入排氣路徑396中的排氣流382以離開排氣段390。
[0031]在圖4中，內(nèi)部殼體400的前部具有兩個殼體外罩，即上部內(nèi)部殼體外罩420和下部內(nèi)部殼體外罩430。通過將上部凸緣422和下部凸緣432連接來在分模線