專利名稱：：用于渦輪機擴散器密封的方法、系統(tǒng)和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本公開一般地涉及渦輪機排氣系統(tǒng)，并且具體地涉及渦輪機排氣擴散器。
背景技術(shù)：
：當(dāng)前的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機利用排氣框架支撐外部排氣罩或定子外殼。排氣框架和外罩由結(jié)構(gòu)鋼制成，其不能經(jīng)受渦輪機排氣的溫度。所以，利用由能夠經(jīng)受渦輪機排氣溫度的材料制成的擴散器來保護排氣框架和外罩免于暴露在排氣溫度下。而且，可用鼓風(fēng)機提供冷氣來為排氣框架對排氣的溫度提供額外的保護。擴散器和排氣框架之間的密封件與鼓風(fēng)機一起可用于將冷氣引導(dǎo)至適當(dāng)位置并減少不需要的泄漏。注意到為了控制由框架和擴散器的有差別的熱膨脹所引發(fā)的挑戰(zhàn)會產(chǎn)生復(fù)雜且昂貴的設(shè)計和運行解決方案。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中需要克服這些缺點的渦輪機排氣裝置。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個實施例包括渦輪機擴散器。該渦輪機擴散器包括具有前端和后端的擴散器段，且有法蘭布置在擴散器段的后端。擴散器段可經(jīng)由法蘭結(jié)合到鄰近的擴散器段上，該法蘭包括沿徑向與密封件可牢固地連接的密^H牛保持器。本發(fā)明的另一個實施例包括渦輪機排氣系統(tǒng)。該渦輪機排氣系統(tǒng)包括框架、由框架支撐的外定子和布置在外定子內(nèi)的渦輪機擴散器。渦輪機擴散器包括擴散器段，擴散器段具有前端和后端以及包括密封件保持器的法蘭，該法蘭布置在擴散器段的后端處，該擴散器段可經(jīng)由法蘭結(jié)合到鄰近的擴散器段上。渦輪機排氣系統(tǒng)還包括具有第一端和第二端的密封件。密封件的第一端沿徑向與密封件保持器牢固地連接且密封件的第二端與框架牢固地連接。本發(fā)明的另一個實施例包括密封渦輪機排氣系統(tǒng)的方法。該方法包括在布置在擴散器段后端處的法蘭的密封件保持器中沿徑向牢固地連接密封件的第一端，該擴散器段可經(jīng)由法蘭結(jié)合到鄰近的擴散器段上。該方法還包括將密封件的第二端牢固地連接到支撐著排氣系統(tǒng)外定子的框架上。從下列結(jié)合附圖提供的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述中將更容易理解這些及其它優(yōu)點和特征。參照示范性附圖，其中在附圖中相似的元件^皮相似地編號圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的渦輪發(fā)動機的示意圖；圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的渦輪發(fā)動機的局部剖面?zhèn)?現(xiàn)圖；圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖2的渦輪發(fā)動機的排氣部分的放大的截面；圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖3的排氣部分的放大的截面；圖5描繪了渦輪發(fā)動機的排氣部分的放大的截面；以及圖6描繪了用于密封根據(jù)本發(fā)明的實施例的擴散器段的方法的工序流程圖。郜件清單<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>具體實施例方式本發(fā)明的一個實施例提供了渦輪機擴散器裝置，其包括結(jié)合了密封件保持器的連接法蘭。布置在排氣框架和密封件保持器之間的密封件引導(dǎo)冷氣并減少冷氣不必要的損耗。在一個實施例中，擴散器相對于排氣框架的熱膨脹導(dǎo)致密封件和保持器之間的熱接觸區(qū)域減小，從而減少了其間的傳熱。圖1描繪了如燃?xì)鉁u輪發(fā)動機8的渦輪發(fā)動機8的一個實施例的示意圖。該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機8包括燃燒器10。該燃燒器10燃燒燃料-氧化劑混合物，以產(chǎn)生熱的和高能的氣體流12。來自燃燒器10的該氣體流12然后移動到渦輪14。該渦輪14包括渦輪葉片組件(未示出)。氣體流12給予渦輪葉片組件能量，導(dǎo)致渦輪葉片組件轉(zhuǎn)動。渦輪葉片組件聯(lián)接在軸16上。該軸16響應(yīng)于渦輪葉片組件的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。然后用軸16向壓縮機18提供動力。軸16可選地向不同的輸出設(shè)備(未示出)例如發(fā)電機提供動力輸出17。壓縮機18接收并壓縮氧化劑流20。繼壓縮氧化劑流20之后，將已壓縮的氧化劑流23送入燃燒器10。來自壓縮機18的已壓縮的氧化劑流23與來自燃料供應(yīng)系統(tǒng)28的燃料流26相混合，以在燃燒器10內(nèi)形成燃料-氧化劑混合物。該燃料-氧化劑混合物隨后在燃燒器10中經(jīng)歷燃燒過程。圖2描繪了渦輪發(fā)動機8的一個實施例。該渦輪發(fā)動機8包括排氣部50(本文中也稱為"排氣系統(tǒng)")。該排氣部50包括徑向地布置在排氣部50的框架65(參考圖3最好地所見，并且在本文中也稱為"排氣框架")內(nèi)側(cè)的擴散器55(本文中也稱為"渦輪機擴散器")。擴散器55由例如不銹鋼的材料制成，其能夠經(jīng)受熱排氣的溫度，并因此隔離由不能經(jīng)受熱排氣溫度的材料制成的框架65。如本文用來描述相對位置，用語"后"應(yīng)指下游的或沿渦輪發(fā)動機8的中軸線40向出口端35定位的相對位置。如本文用來描述相對位置，用語"前"應(yīng)指上游的或沿渦輪發(fā)動機8的中軸線40向入口端45定位的相對位置。圖3描繪了排氣部,50的放大截面視圖?？蚣?5支撐定子外殼60(本文中也稱為"外定子")的后端。擴散器55包括擴散器段70(本文中也稱為"前擴散器段")，該擴散器段70包括前端75和后端80。前擴散器段70還包括法蘭85(本文中也稱為"第一法蘭，，)，例如布置在擴散器段70的后端80處的垂直法蘭。前擴散器段70經(jīng)由法蘭85可結(jié)合到鄰近的擴散器段90(本文中也稱為"后擴散器段")上。在一個實施例中，后擴散器段90包括法蘭95(本文中也稱為"第二法蘭")，例如布置在后擴散器段90的前端IOO處的垂直法蘭，且前擴散器段70經(jīng)由第一法蘭85到第二法蘭95的連接結(jié)合到后擴散器段90上。在一個實施例中，第一法蘭85經(jīng)由緊固件105(例如將第一法蘭85連接到第二法蘭95上的螺栓或夾鉗)連接到第二法蘭95上。還預(yù)期可利用另外的裝置例如焊接、銅焊和鉚接來將第一法蘭85連接到第二法蘭95上。冷氣110(以波浪線圖示出)由壓縮機或鼓風(fēng)機(未示出)提供且在擴散器55和框架65之間循環(huán)來減少從擴散器55到框架65的熱傳遞。由意外的泄露或逸出引起冷氣110的消耗增加，這導(dǎo)致鼓風(fēng)機容積需求和能量消耗的增加，這從而降低了渦輪發(fā)動機8的整體運行效率。現(xiàn)在參照圖4，描繪了排氣系統(tǒng)50的放大的截面。密封件115布置在擴散器段70和框架65之間以減少冷氣110從擴散器段70和框架65之間的意外逸出。在一個實施例中，密封件115由適當(dāng)?shù)牟牧现瞥梢越?jīng)受密封件U5暴露于其中的環(huán)境溫度。布置在前擴散器段70的后端80處的法蘭85包括布置在法蘭85的前端125處的密封件保持器120。密封件保持器120在徑向R可牢固地與密封件115相連接，且由此固定或約束密封件115的第一端135的移動，例如在徑向R上的移動。密封件115的第二端137布置在框架65內(nèi)。在一個實施例中，密封件115的第一端135面向擴散器段70的后端80軸向地定向(與軸向A對齊)，且密封件115的第二端137向外面向架65軸向地定向(與軸向R對齊)。密封件保持器120包括面向擴散器段70的前端75的開口(本文中也稱為"前向開口")。在一個實施例中，前向開口130是軸向開口。密封件115的第一端135布置在前向開口130中。在一個實施例中，前向開口130包括三個側(cè)面140、145、150，它們例如限定前向開口130為前向開口槽130。密封件保持器120可與密封件115牢固地連接，且固定或約束密封件115沿徑向R的移動。前向開口130在軸向A上提供密封件115和密封件保持器120之間的自由度，此前向開口130通常與渦輪發(fā)動機8的中軸線40對齊(參考圖2最好地所見)。在開口130內(nèi)布置密封件115的第一端135后，密封件115的第一端135和密封件保持器120之間的自由度允許在密封件115和密封件保持器120之間沿軸向A相對移動，同時防止或約束在密封件115的第一端135和密封件保持器120之間沿軸向R的移動?，F(xiàn)在結(jié)合圖4參照圖3,—個實施例提供了由框架65支撐的前擴散器段70的前端75，使得前端75沿軸向A相對于框架65的移動受到限制。前擴散器段70的后端80包括相對于框架65的自由度，使得后端80沿軸向A相對于框架65的移動不受限制。如上所述，因為排氣框架65是由不是很適合暴露于渦輪機排氣溫度下的材料制成的，所以需要減少從排氣到排氣框架65的熱流。因此，尤其在渦輪發(fā)動機8啟動過程中，相對于排氣框架65擴散器55(暴露在渦輪機排氣溫度下)的熱膨脹有差異，而排氣框架65由擴散器55保護而免于暴露在渦輪機排氣溫度下。熱傳導(dǎo)路徑155描繪了從擴散器段70經(jīng)過法蘭85的密封件保持器120進入密封件115和框架65的傳熱示例。軸向重疊160的長度限定了密封件115的第一端135和密封件保持器120之間的接觸區(qū)域。該接觸區(qū)域提供了熱傳導(dǎo)區(qū)域，使得重疊160的長度越長，在擴散器段70的給定溫度下可經(jīng)由熱傳導(dǎo)路徑155從擴散器段70傳向框架65的熱量越大。暴露在渦輪機排氣溫度下的熱膨脹導(dǎo)致擴散器70的后端80響應(yīng)于擴散器段70的上升的溫度而沿向后的方向165相對于排氣框架65平移。因此，由于密封件115和密封件保持器120之間的軸向自由度，密封件保持器120響應(yīng)于擴散器段70的后端80的向后的平移而沿軸向相對于密封件115向后平移。密封件保持器120相對于密封件115的向后平移導(dǎo)致密封件115的第一端135在密封件保持器120的開口130內(nèi)部分地脫離，從而減小了重疊160的長度，并減小了密封件115的第一端135和密封件保持器120之間的熱接觸區(qū)域。因此，響應(yīng)于擴散器段70升高的溫度減小熱接觸面積減小了在給定溫度下由熱傳導(dǎo)路徑155傳遞的熱量。例如，當(dāng)擴散器段70的溫度升高且密封件保持器120部分地從密封件115的第一端135脫離時，從擴散器段70經(jīng)由密封件155傳至排氣框架65的熱量小于在擴散器段70和密封件保持器120對于擴散器段70的升高的溫度不響應(yīng)時所傳遞的熱量。結(jié)合圖5參照圖4,在法蘭85內(nèi)結(jié)合密封件保持器120與使用布置在擴散器段177上的分開的密封件保持器170和法蘭175相比，減小了擴散器段70和密封件保持器120之間的質(zhì)量梯度分布180。減小的質(zhì)量梯度分布180提供了瞬時應(yīng)力和移動的降低，這些瞬時應(yīng)力和移動通常是不需要的。因此，擴散器段70具有包括密封件保持器120的法蘭85與具有分開密封件保持器170的擴散器段177相比導(dǎo)致瞬時應(yīng)力和移動的減小。因此，除了分開的密封件保持器170接近法蘭175的定位的方便外，由密封件保持器120與法蘭85的集成引起的減小的質(zhì)量梯度分布180還提供了瞬時態(tài)應(yīng)力發(fā)展和移動的減小的益處?？紤]到前面所述，渦輪機排氣系統(tǒng)50促進了將擴散器段70密封到排氣框架65上的方法?，F(xiàn)在結(jié)合圖3和4參照圖6，描繪了密封擴散器段的過程步驟的流程圖200,例如將擴散器段70密封到排氣框架(例如排氣框架65)上。在一個實施例中，該方法在步驟210乂人通過牢固地連接擴散器段70的法蘭85的密封件保持器120中的密封件115的第一端135開始，該第一端135布置在擴散器段70的后端80處。擴散器段70經(jīng)由法蘭85可連接到鄰近的擴散器段90上。該方法的一個實施例在步驟220以牢固地將密封件115的第二端137連接到框架65上而結(jié)束，該框架65支撐排氣系統(tǒng)50的定子外殼60(參見圖2最好地所見)。在該方法的一個實施例中，在步驟210牢固地連接密封件115的第一端135,其包括在密封件保持器120的前向槽130中布置密封件115的第一端135。該方法的一個實施例還包括響應(yīng)于擴散器段70的升高的溫度將擴散器段70的后端80沿向后的方向相對于框架65使擴散器段70的后端80平移。此外，響應(yīng)于擴散器段70的后端80的向后平移，該方法包括縮短重疊160的長度，該重疊160限定密封件115的第一端135和密封件保持器120之間的熱接觸區(qū)域，從而減少了從擴散器段70經(jīng)由密封件115的熱傳導(dǎo)路徑155傳送到排氣框架65的熱量。該方法的一個實施例在步驟210提供了將向擴散器段70的后端80軸向地定向的密封件115的第一端135與密封件保持器120牢固地連接，以及在步驟220，將向外軸向地定向的密封件115的第二端137向著框架65與框架65的牢固地連接。如所公開的，本發(fā)明的一些實施例可包括下列優(yōu)點中的一些優(yōu)點通過減小意外的冷氣泄露減小冷卻鼓風(fēng)機容積；響應(yīng)于升高的擴散器溫度經(jīng)由響應(yīng)密封件裝置減小密封件的熱接觸區(qū)域；以及通過將密封件保持器結(jié)合到法蘭上減小與布置在螺栓連接的垂直法蘭附近的密封件保持器相關(guān)的瞬時熱應(yīng)力和移動。盡管已參考示范性的實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解不脫離本發(fā)明的范圍便可做出各種變化并且可以用等同物來代替其中的元件。另外，為使得具體的情形或材料適合本發(fā)明的教導(dǎo)，可不脫離本發(fā)明的實質(zhì)范圍而做出多種修改。因此，其意圖是本發(fā)明不限于被公開為設(shè)想用來實施本發(fā)明的最佳或唯一模式的具體實施例，而是本發(fā)明將包括所有落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的實施例。此外，在說明書和附圖中，已公開了本發(fā)明的示范性實施例，且盡管也許已采用了特定的用語，但除非另有聲明它們僅以一般和敘述的意義來使用而非為了限制目的，因此本發(fā)明的范圍并非如此有限。而且，用語第一、第二等的使用不表示任何的順序或重要性，而是用用語第一、第二等來將一個元件區(qū)別于另一個元件。此外，用語一、一個等的使用不表示限制數(shù)量，而是表示存在至少一個所提及的物件。權(quán)利要求1.一種渦輪機擴散器(55)，包括:具有前端(75)和后端(80)的擴散器段(70)；以及布置在所述擴散器段(70)的所述后端(80)處的法蘭(85)，所述擴散器段(70)經(jīng)由所述法蘭(85)可結(jié)合到鄰近的擴散器段(90)上；其中，所述法蘭(85)包括密封件保持器(120)，其沿徑向與密封件(115)可牢固地連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機擴散器(55)，其特征在于，所述密封件保持器(120)包括面向所述擴散器段(70)的所述前端(75)的開口(130)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪機擴散器(55)，其特征在于，所述開口(130)包括三個側(cè)面(140)、(145)、(150)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪機擴散器(55),其特征在于，所述開口(130)包括槽(130)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機擴散器(55),其特征在于，所述密封件保持器(120)沿所述徑向與所述密封件(115)可牢固地連接，其間包括軸向的自由度。6.—種渦輪機排氣系統(tǒng)(50),包括框架(65);由所述框架(65)支撐的外定子(60);布置在所述外定子(60)內(nèi)的渦輪機擴散器(55)，所述渦輪機擴散器(55)包括具有前端(75)和后端(80)的擴散器段(70);布置在所述擴散器段(70)的所述后端(80)處的法蘭(85)，所述擴散器段(70)經(jīng)由所述法蘭(85)可結(jié)合到鄰近的擴散器段(90)上，所述法蘭(85)包括密封件保持器(120);以及具有第一端(133)和第二端(137)的密封件(U5),所述密封件(U5)的所述第一端(135)沿徑向與所述密封件保持器(120)牢固地連接，并且所述密封件(115)的所述第二端(137)與所述框架(65)牢固地連接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機排氣系統(tǒng)(50)，其特征在于，所述擴散器段(70)為前擴散器段(70)，并且所述法蘭(85)為第一法蘭(85)，此外，其中所述鄰近的擴散器段(90)為后擴散器段(90)，其包括布置在所述后擴散器段(90)的前端(100)處的第二法蘭(95)。所述前擴散器段(70)經(jīng)由所述第一法蘭(85)和所述第二法蘭(95)結(jié)合到所述后擴散器段(90)上。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機排氣系統(tǒng)(50)，其特征在于所述擴散器段(70)由所述框架(65)在所述擴散器段(70)的所述前端(75)處支撐；以及所述擴散器段(70)的所述后端(80)和所述框架(65)之間具有自由度。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機排氣系統(tǒng)(50)，其特征在于高的溫度而相對于所述框架(65)沿徑向平移；以及所述密封件保持器(120)響應(yīng)于所述擴散器段(70)的所述后端(80)的軸向平移而縮小在所述密封件(115)的所述第一端(135)和所述密封件保持器(120)之間的軸向重疊(160)的長度。10.—種密封渦輪機排氣系統(tǒng)(50)的方法，包括在步驟(210)，在擴散器段(70)的法蘭(85)的密封件保持器(120)中沿徑向牢固地連接密封件(115)的第一端(135),所述法蘭(85)布置在所述擴散器段(70)的后端(80)處，所迷擴散器段(70)經(jīng)由所述法蘭(85)可結(jié)合到鄰近的擴散器段(90)上；以及在步驟(220),將所述密封件(115)的第二端(130)牢固地連接到支撐所述排氣系統(tǒng)(50)的外定子(60)的框架(65)上。全文摘要本發(fā)明涉及用于渦輪機擴散器密封的方法、系統(tǒng)和裝置，具體而言，公開了擴散器段(70)。該擴散器段(70)具有前端(75)和后端(80)，且法蘭(85)布置在擴散器段(70)的后端(80)處。擴散器段(70)經(jīng)由法蘭(85)可結(jié)合到鄰近的擴散器段(90)上。文檔編號F01D25/00GK101372904SQ200810213678公開日2009年2月25日申請日期2008年8月22日優(yōu)先權(quán)日2007年8月23日發(fā)明者K·D·布萊克,P·K·帕蒂爾,S·M·埃蘭申請人:通用電氣公司