渦輪發(fā)動機的空腔內(nèi)的溫度控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃氣輪機發(fā)動機，更具體地，涉及使燃氣輪機發(fā)動機的外殼內(nèi)的溫度分布均衡。
【背景技術(shù)】
[0002]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，壓縮器部分可引入環(huán)境空氣并壓縮環(huán)境空氣。來自壓縮器部分的壓縮的空氣進入燃燒器部分中的一個或多個燃燒器。壓縮的空氣與燃燒器中的燃料混合，空氣-燃料混合物可在燃燒器中燃燒以形成熱工作氣體。熱工作氣體被傳輸至渦輪部分，在渦輪部分，熱工作氣體膨脹通過靜止翼面和旋轉(zhuǎn)翼面的交替排，并用于產(chǎn)生可驅(qū)動轉(zhuǎn)子的功率。離開渦輪部分的膨脹的氣體可隨后從發(fā)動機經(jīng)由排氣部分排出。
[0003]燃氣輪機發(fā)動機技術(shù)的進步導致增加的溫度及由熱膨脹引起的相關(guān)外殼變形。殼體變形會增加殼體中和發(fā)動機內(nèi)的支撐在殼體上的部件(比如用于支撐排氣端軸承的軸承支撐柱)中的應力。額外的應力與低循環(huán)疲勞結(jié)合操作，會導致軸承支撐柱的裂紋、破裂或故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種渦輪發(fā)動機，其包括限定在渦輪發(fā)動機的外部和內(nèi)部之間的中間部(intermediate space)。提供了流激發(fā)器(flow energizer)，其包括位于中間部內(nèi)的流動主體，并包括入口、出口以及在入口和出口之間在流動主體內(nèi)延伸的流動通道。入口接收位于中間部內(nèi)的第一介質(zhì)流，流動主體將第二介質(zhì)的激發(fā)流注射到流動主體內(nèi)的第一介質(zhì)部分，以從出口部分產(chǎn)生混合介質(zhì)的激發(fā)流，混合介質(zhì)的激發(fā)流在中間部內(nèi)產(chǎn)生鄰近流動主體的第一介質(zhì)流。
[0005]中間部可包括在外部和內(nèi)部之間居中地圍繞發(fā)動機的縱向軸線的環(huán)形外部空腔。
[0006]外部可包括排氣缸，發(fā)動機可包括從排氣缸切向或徑向延伸穿過外部空腔到達發(fā)動機的后軸承的多個支柱。多個流激發(fā)器可設置用于在支柱之間沿軸向方向排出多個激發(fā)流。
[0007]環(huán)形排氣流路可設置成延伸穿過排氣缸，流路限定在內(nèi)部流路壁和外部流路壁之間，外部流路壁包括內(nèi)部。支柱可延伸穿過支柱屏蔽件，支柱屏蔽件在內(nèi)部流路壁和外部流路壁之間延伸，其中，支柱屏蔽件在外部空腔和位于內(nèi)部流路壁徑向內(nèi)部的軸承空腔之間形成一流路。
[0008]阻擋結(jié)構(gòu)可位于支柱和支柱屏蔽件的相應一個之間，鄰近內(nèi)部流路壁，限制空氣從軸承空腔內(nèi)徑向向外流到外部空腔。
[0009]流激發(fā)器可包括相對于穿過流路的燃氣流在上游方向上延伸的縱長擴散器，所述擴散器可取向成提供在周向方向上具有分量的所述多個激發(fā)流的方向，以在所述外部空腔周圍誘導第一介質(zhì)周向流。
[0010]所述流激發(fā)器是流放大器(flow amplifier)，第二介質(zhì)的激發(fā)流包括提供給所述流動通道的壓縮空氣流，其中，來自所述流動通道的所述混合介質(zhì)的體積流明顯大于進入所述流動通道的所述壓縮空氣的體積流。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種燃氣輪機發(fā)動機，包括外殼、限定在外部流路壁和內(nèi)部流路壁之間的環(huán)形排氣流路以及位于所述流路徑向外部的外部空腔。所述發(fā)動機還包括:多個結(jié)構(gòu)支柱，將所述發(fā)動機的后軸承支撐至所述外殼；以及支柱屏蔽件，在于所述外部流路壁和所述內(nèi)部流路壁之間延伸的區(qū)域中圍繞每個支柱。多個流放大器周向地分布在所述外部空腔內(nèi)，以實現(xiàn)周向方向的循環(huán)流動，每個流放大器具有位于所述外部空腔內(nèi)的流動主體，所述流動主體限定出用于接收所述流動主體的流動通道內(nèi)的第一介質(zhì)的入口以及用于提供排放進入所述入口的所述第一介質(zhì)的激發(fā)流的出口。
[0012]每個流動主體包括供給端口，用于接收來自所述外部空腔之外的源的第二介質(zhì)，所述第二介質(zhì)在所述入口和所述出口之間被注射進所述流動主體的所述流動通道中，以激發(fā)穿過所述流動主體的所述第一介質(zhì)流。
[0013]供給端口連接到延伸穿過外壁到達所述流動主體的導管，以供給氣所述第二介質(zhì)。
[0014]所述外殼包括渦輪排氣缸和支撐在的述渦輪排氣缸的后凸緣處的尾部支撐結(jié)構(gòu)，所述尾部支撐結(jié)構(gòu)包括多個可拆卸蓋板，所述多個可拆卸蓋板周向地圍繞所述尾部支撐結(jié)構(gòu)，以在所述蓋板和所述外部流路壁之間限定出所述外部空腔的后室，所述流放大器均支撐在蓋板上，并位于所述后室內(nèi)。
[0015]所述流放大器均可包括相對于穿過所述流路的燃氣流在上游方向上延伸的縱長擴散器，所述縱長擴散器朝向所述外部空腔的鄰近所述發(fā)動機的渦輪部分和所述渦輪排氣部分之間的密封件限定的前向室在所述支柱之間引導所述激發(fā)流。
[0016]所述擴散器具有出口端，所述出口端限定出橢圓形狀，以排放在周向方向上縱長的片狀模式的所述激發(fā)流。
[0017]所述擴散器具有鄰近所述外部空腔的所述前向室和所述后室之間的徑向受限通道的出口端。
[0018]軸承空腔位于所述內(nèi)部流路壁的徑向內(nèi)部，用于傳導冷卻空氣，阻擋結(jié)構(gòu)在所述支柱和所述支柱屏蔽件之間延伸，以限制從所述軸承空腔徑向向外進入所述支柱屏蔽件的冷卻空氣流。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種控制渦輪發(fā)動機的環(huán)形空腔內(nèi)的溫度分布的方法，所述方法包括:提供限定在外殼和環(huán)形排氣流路之間的外部空腔，所述外部空腔包含空腔空氣；提供周向分布在所述外部空腔內(nèi)的多個流激發(fā)器，每個流激發(fā)器具有位于所述外部空腔內(nèi)的流動主體，每個流動主體具有入口和出口。經(jīng)由所述入口將空腔空氣流引入每個流激發(fā)器中，并在所述出口外形成所述空腔空氣的激發(fā)流，以在所述外部空腔周圍誘導所述空腔空氣的周向循環(huán)流。
[0020]將激發(fā)氣流供給到每個流動主體，其中，與進入所述激發(fā)器的所述激發(fā)流的體積流率相比，所述激發(fā)流以更高的體積流率離開所述流激發(fā)器。
[0021]所述激發(fā)氣流在進入所述流動主體之前通過所述外壁。
[0022]所述空腔空氣的所述周向循環(huán)流使所述外部空腔在周向方向上的溫度均衡。
【附圖說明】
[0023]盡管說明書以特別指出并明確要求本發(fā)明的權(quán)利要求結(jié)束，但是應認為，結(jié)合附圖，通過以下描述可更好地理解本發(fā)明，在附圖中，類似的參考標號表示類似的元件，附圖中:
[0024]圖1是穿過示出本發(fā)明各方面的燃氣輪機發(fā)動機的截面圖，包括渦輪部分的一部分和排氣部分；
[0025]圖2是沿圖1的線2-2截取的截面圖；
[0026]圖3是示出位于排氣部分的外部空腔中的流激發(fā)器的放大透視圖；
[0027]圖4是從不同角度觀看的圖3的流激發(fā)器的透視圖；
[0028]圖5是流激發(fā)器的擴散器的端視圖；
[0029]圖6是安裝到尾部排氣缸蓋的流激發(fā)器的平面圖；
[0030]圖7是沿圖1的線7-7截取的截面圖；以及
[0031]圖8是示出包括流放大器的流激發(fā)器的截面圖。
【具體實施方式】
[0032]在下面對優(yōu)選實施例的詳細描述中，參考形成本發(fā)明一部分的附圖，在附圖中，僅以說明性方式而不以限制性方式示出可實施本發(fā)明的指定優(yōu)選的實施例。應理解，可使用其它實施例，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行改變。
[0033]參見圖1，示出燃氣輪機發(fā)動機的沿軸向位于渦輪部分12下游的排氣部分10的一部分，以說明本發(fā)明的各方面。排氣部分10通常包括柱形結(jié)構(gòu)，其包括由外殼14限定的外部，外殼繞大致水平的中心縱向軸線向地延伸。排氣部分10的外殼14包括渦輪排氣缸，禍輪排氣缸包括連接到禍輪12的凸緣18的前向凸緣16。外殼14還包括從徑向延伸后凸緣22向后延伸的尾部支撐結(jié)構(gòu)20。尾部支撐結(jié)構(gòu)20包括被支撐到水平凸緣26并向后延伸到尾壁28的多個支撐桿24(圖1示出一個)，另見圖3，支撐桿設置用于支撐排氣擴散器29的至少一部分。在所示實施例中，設置了二十四個支撐桿，如圖7所示。另外，多個尾部排氣缸蓋25支撐在后凸緣22和尾壁28之間，以形成周向地圍繞支撐桿24的外部后殼27。后蓋25優(yōu)選地在前向和后向蓋凸緣25a、25b(圖3)處通過緊固件(比如螺柱)附接到后凸緣22和尾壁28，從而允許可移除地裝配后蓋25。
[0034]外殼14包括形成結(jié)構(gòu)構(gòu)件或框架的比較厚的壁，以支撐發(fā)動機的后端軸承30，另見圖2?？衫斫獾氖牵l(fā)動機包括支撐多個葉片34以在渦輪部分24內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子32。特別地，熱工作氣體35在發(fā)動機的燃燒器部分(未示出)中產(chǎn)生，并流過延伸穿過