經(jīng)由支柱冷卻通路的排氣框架冷卻的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明大體上涉及燃?xì)鉁u輪冷卻，并且更具體地涉及排氣區(qū)段冷卻。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)燃燒燃料和壓縮空氣的混合物來生成熱燃燒氣體，其驅(qū)動渦輪葉片，從而產(chǎn)生能量。渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)引起由軸承支承的軸的旋轉(zhuǎn)。軸的旋轉(zhuǎn)在軸承中生成顯著量的熱。此外，通過渦輪排氣區(qū)段離開的熱燃燒氣體將熱轉(zhuǎn)移至渦輪排氣區(qū)段構(gòu)件。令人遺憾的是，在沒有渦輪排氣區(qū)段中的充分冷卻的情況下，該熱可引起對渦輪構(gòu)件的破壞。此外，可出現(xiàn)在冷卻系統(tǒng)中的問題由高拉伸應(yīng)力引起，該高拉伸應(yīng)力施加在渦輪排氣區(qū)段的支柱上。此類應(yīng)力可引起支柱與渦輪排氣系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]公開的技術(shù)的一個方面涉及一種支柱，其包括構(gòu)造成將冷卻空氣流從渦輪排氣區(qū)段的軸承腔傳送至外腔的第一流動通路。
[0004]公開的技術(shù)的另一個方面涉及一種設(shè)在冷卻空氣流與支柱之間的熱障，以將空氣流與支柱熱隔離。
[0005]公開技術(shù)的一個示例性但非限制性的方面涉及一種用于燃?xì)鉁u輪的系統(tǒng)，其包括渦輪排氣區(qū)段，該渦輪排氣區(qū)段包括排氣流動路徑；外部結(jié)構(gòu)，其包括外殼、沿排氣流動路徑設(shè)置的外排氣壁，以及設(shè)置在外排氣壁與外殼之間的外腔；內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其包括沿排氣流動路徑設(shè)置的內(nèi)排氣壁，以及設(shè)置在內(nèi)殼與軸承殼體之間的軸承腔；在外部結(jié)構(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間延伸的支柱，支柱包括承載的內(nèi)本體和外本體，支柱包括構(gòu)造成將第一流體流從軸承腔傳送至外腔的第一流動通路；以及用以防止熱從內(nèi)本體傳遞至第一流的、支柱的內(nèi)本體與第一流之間的熱障。
[0006]公開技術(shù)的另一個示例性但非限制性方面涉及一種用于燃?xì)鉁u輪的系統(tǒng)，其包括渦輪排氣區(qū)段，該渦輪排氣區(qū)段包括:排氣流動路徑；外部結(jié)構(gòu)，其包括外殼、沿排氣流動路徑設(shè)置的外排氣壁，以及設(shè)置在外排氣壁與外殼之間的外腔；內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其包括沿排氣流動路徑設(shè)置的內(nèi)排氣壁，以及設(shè)置在內(nèi)殼與軸承殼體之間的軸承腔；以及在外部結(jié)構(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間延伸的支柱，支柱包括承載的內(nèi)本體和外本體，內(nèi)本體包括穿過其的多個支柱孔，該多個支柱孔形成了構(gòu)造成將第一流體流從軸承腔傳送至外腔的第一流動通路。
[0007]技術(shù)方案1.一種用于燃?xì)鉁u輪的系統(tǒng)，包括:
渦輪排氣區(qū)段，包括:
排氣流動路徑；
外部結(jié)構(gòu)，其包括外殼、沿所述排氣流動路徑設(shè)置的外排氣壁，以及設(shè)置在所述外排氣壁與所述外殼之間的外腔；
內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其包括沿所述排氣流動路徑設(shè)置的內(nèi)排氣壁，以及設(shè)置在內(nèi)殼與軸承殼體之間的軸承腔； 在所述外部結(jié)構(gòu)與所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間延伸的支柱，所述支柱包括承載的內(nèi)本體和外本體，所述支柱包括構(gòu)造成將第一流體流從所述軸承腔傳送至所述外腔的第一流動通路；以及
所述支柱的所述內(nèi)本體與所述第一流之間的熱障，其用以將所述第一流與所述內(nèi)本體熱隔離。
[0008]技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述支柱的所述內(nèi)本體包括穿過其的多個支柱孔，所述多個支柱孔形成所述第一流動通路。
[0009]技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱障包括所述支柱孔中的至少兩個的內(nèi)壁上的熱隔離涂層。
[0010]技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱隔離涂層設(shè)在所述支柱孔中的各個的所述內(nèi)壁上。
[0011]技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括管狀部件，其分別安裝在所述支柱孔中的至少兩個中以使所述第一流穿過各個管狀部件的中空部分。
[0012]技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的系統(tǒng)，其特征在于，各個管狀部件的外壁與相應(yīng)支柱孔的相應(yīng)內(nèi)壁間隔開，以在其間形成間隙。
[0013]技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案6所述的系統(tǒng)，其特征在于，氣體占據(jù)所述間隙并且形成所述熱障。
[0014]技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管狀部件的各個外壁包括布置成接合所述相應(yīng)支柱孔的所述相應(yīng)內(nèi)壁來形成所述間隙的多個凸起節(jié)段。
[0015]技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外本體未承載。
[0016]技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用以將流體流供應(yīng)至所述軸承腔的鼓風(fēng)機(jī)。
[0017]技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外排氣壁包括構(gòu)造成使所述第一流體流從所述外腔流入所述排氣流動路徑中的多個開口。
[0018]技術(shù)方案12.—種用于燃?xì)鉁u輪的系統(tǒng)，包括:
渦輪排氣區(qū)段，包括:
排氣流動路徑；
外部結(jié)構(gòu)，其包括外殼、沿所述排氣流動路徑設(shè)置的外排氣壁，以及設(shè)置在所述外排氣壁與所述外殼之間的外腔；
內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其包括沿所述排氣流動路徑設(shè)置的內(nèi)排氣壁，以及設(shè)置在內(nèi)殼與軸承殼體之間的軸承腔；以及
在所述外部結(jié)構(gòu)與所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間延伸的支柱，所述支柱包括承載的內(nèi)本體和外本體，所述內(nèi)本體包括穿過其的多個支柱孔，所述多個支柱孔形成了構(gòu)造成將第一流體流從所述軸承腔傳送至所述外腔的第一流動通路。
[0019]技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，空氣間隙設(shè)置在所述第一流與所述支柱孔的內(nèi)壁之間來形成熱障。
[0020]技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外本體未承載。
[0021]技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用以將流體流供應(yīng)至所述軸承腔的鼓風(fēng)機(jī)。
[0022]技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外排氣壁包括構(gòu)造成使所述第一流體流從所述外腔流入所述排氣流動路徑中的多個開口。
[0023]技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，熱障設(shè)置在所述支柱的所述內(nèi)本體與所述第一流之間，以防止熱從所述內(nèi)本體傳遞至所述第一流。
[0024]技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱障包括所述支柱孔中的至少兩個的內(nèi)壁上的熱隔離涂層。
[0025]技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括管狀部件，其分別安裝在所述支柱孔中的至少兩個中來使所述第一流穿過各個管狀部件的中空部分，
其中各個管狀部件的外壁與相應(yīng)支柱孔的相應(yīng)內(nèi)壁間隔開，以在其間形成間隙，并且其中氣體占據(jù)所述間隙，并且形成所述熱障。
[0026]技術(shù)方案20.—種燃?xì)鉁u輪，包括:
壓縮機(jī)；
燃燒器區(qū)段；
渦輪區(qū)段；以及
根據(jù)技術(shù)方案12所述的系統(tǒng)。
[0027]本技術(shù)的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將從在連同附圖進(jìn)行時的以下詳細(xì)描述變得顯而易見，該附圖為本公開的一部分，并且經(jīng)由實(shí)例示出本發(fā)明的原理。
【附圖說明】
[0028]附圖便于理解本技術(shù)的各種實(shí)例。在此類附圖中:
圖1為具有燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的示例性渦輪系統(tǒng)的示意性流程圖，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可使用根據(jù)公開技術(shù)的實(shí)例的排氣區(qū)段冷卻；
圖2為渦輪系統(tǒng)的示例性排氣區(qū)段的透視圖；
圖3為圖2的排氣區(qū)段的截面?zhèn)纫晥D，示出了根據(jù)公開技術(shù)的實(shí)例的排氣區(qū)段冷卻； 圖4為沿圖3中的線4-4的截面視圖；
圖5示出了具有插入在其中的管狀部件的公開技術(shù)的示例性支柱的截面的放大詳圖； 圖6為示例性支柱的內(nèi)本體的截面視圖；
圖7為圖6的內(nèi)本體的放大詳圖，示出了排氣區(qū)段的外部結(jié)構(gòu)附近的內(nèi)本體的一部分;
圖8為圖6的內(nèi)本體的放大詳圖，示出了排氣區(qū)段的內(nèi)部結(jié)構(gòu)附近的內(nèi)本體的一部分;
圖9為公開技術(shù)的示例性管狀部件的透視圖；
圖10為圖9的管狀部件的放大詳圖，示出了管狀部件的凸緣部分；
圖11為圖9的管狀部件的放大詳圖，示出了管狀部件的外壁上的周向凸起；以及圖12為圖9的管狀部件的放大詳圖，示出了管狀部件的外壁上的凸起節(jié)段。
[0029]部件列表 10渦輪系統(tǒng)12燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)16進(jìn)氣區(qū)段18壓縮機(jī)20壓縮機(jī)區(qū)段22渦輪24排氣區(qū)段26軸
28燃燒器殼體30燃燒器31熱燃燒氣體33排氣流動路徑38內(nèi)部結(jié)構(gòu)40支柱42外部結(jié)構(gòu)44鼓鼓風(fēng)機(jī)46控制器48外本體50內(nèi)本體51支柱孔52第一流動通路53第二流動通路54內(nèi)壁59交叉孔60管狀部件62凸緣63內(nèi)壁64外壁65第一開口66第二開口67熱隔離涂層70接頭(例如，焊接)73周向凸起75凸起節(jié)段77間隙80內(nèi)排氣壁82軸承腔83內(nèi)殼85軸承殼體92第一流 93第二流 106外排氣壁 108外殼 110外腔。
【具體實(shí)施方式】
[0030]參照圖1，示出了示例性渦輪系統(tǒng)10的示意性流程圖。渦輪系統(tǒng)10具有可使用排氣區(qū)段冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)12。例如，系統(tǒng)10可包括排氣區(qū)段冷卻系統(tǒng)11，其具有穿過排氣區(qū)段支柱的一個或更多個冷卻流動路徑。在某些實(shí)施例中，渦輪系統(tǒng)10可包括飛行器、火車頭、發(fā)電系統(tǒng)或它們的組合。
[0031]如圖1中所示，所示燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)12包括空氣進(jìn)氣區(qū)段16、壓縮機(jī)18、燃燒器區(qū)段20、渦輪22和排氣區(qū)段24。渦輪22經(jīng)由軸26聯(lián)接于壓縮機(jī)18。如箭頭指示的，空氣可通過進(jìn)氣區(qū)段16進(jìn)入燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)12，并且流入壓縮機(jī)18中，壓縮機(jī)18在空氣進(jìn)入到燃燒器區(qū)段20中之前壓縮空氣。
[0032]所示的燃燒器區(qū)段20包括圍繞軸26同心地或環(huán)形地設(shè)置在壓縮機(jī)18與渦輪22之間的燃燒器殼體28。來自壓縮機(jī)18的壓縮空氣進(jìn)入燃燒器30，其中，壓縮空氣可在燃燒器30內(nèi)與燃料混合和燃燒來驅(qū)動渦輪22。熱燃燒氣體從燃燒器區(qū)段20流過渦輪22，經(jīng)由軸26驅(qū)動壓縮機(jī)18。例如，燃燒氣體可將原動力施加于渦輪22內(nèi)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片來旋轉(zhuǎn)軸26。在流過渦輪22之后，熱燃燒氣體可通過排氣區(qū)段24離開燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)12。如下文所述，排氣區(qū)段24可包括多個支柱，各個具有排氣區(qū)段冷卻系統(tǒng)11的一個或更多個冷卻流動路徑。
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