专利名称：支承高温管道的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及气体涡轮发动机，并且本发明尤其涉及承载气体涡轮发动机内的高温流体的管道。
背景技术：
至少有些公知的气体涡轮发动机包括核心发动机，该发动机以串流配置的形式具有风扇组件和压缩进入该发动机的气流的高压压缩机，点燃燃料空气混合物的燃烧室，该混合物接着通过涡轮喷嘴组件向低和高压涡轮输送，每个低压和高压涡轮包括多个从排出该燃烧室的气流中汲取转动能量的转子叶片。另外，至少有些公知的容器的涡轮发动机包括将高温流体从发动机的一个区域输送到另一个区域的管道。例如，管道可承载用于发动机防冰系统并具有至少1000°F高温的高温泄放空气。
当高温流体流过该管道时，管道的外表面的温度通过热传递升高。但是，这种管道可以布置通过发动机的没有象该管道那样耐热的区域。例如，在至少有些气体涡轮发动机中，为了有助于减少点燃例如(但不局限于)液压流体的可燃流体的可能性，作用在防冰管道的外表面上的外部表面温度被限制在小于400°F的范围内。
为了有助于降低该管道的外部接触温度，至少有些公知的管道由绝缘材料缠绕。另外，为了保持该管道的结构刚性和整体性，该管道通过金属支架组件连接在发动机上。为了有助于为该管道提供结构支承，而不增加通过该支承件的热传递，至少有些支架组件包括围绕该管道周向延伸的内管支承件。
每个内管支承件具有由在大致平行于管道外表面的顶点处连接在一起的径向外部分和径向内部分限定的大致截顶圆锥或叉骨截面构形。绝缘材料接着围绕该内管支承件之间区域内的管道缠绕，并且分开的外管支承件接着焊接或连接在内管支承件和管道上。作为选择，该外管支承件连接在该支承件上，并且绝缘材料注射到空腔中。为了有助于降低沿该管道并与该支承件隔开一定距离的位置上的外部表面接触温度，在聚酰亚胺外缠绕物或由类似合成材料制成的缠绕物围绕该绝缘材料和外管支承件的一部分延伸之前，围绕靠近每个内管支承件的管道缠绕绝缘材料。安装支架接着连接在外管支承件上。在另一可选择实施例中，该外管支承件以铸造形式与该安装支架相结合。
但是，在操作时，在该内管支承件的径向外部分和径向内部分之间的连接部形成的顶点处可产生应力集中。该应力主要是由该外管支承件和该压力管道之间的温度引起的轴向和径向增长造成的。长时间后，带有这种应力集中的发动机的循环操作可减少支架组件和/或管道的使用寿命。另外，由于在组装这种管道时必须组装和对齐多个部件，制造这种支架组件和组装这种管道是费时和成本高的过程。
发明内容
在一个方面中，提供一种将管道连接到气体涡轮发动机壳体上的方法。该方法包括围绕该管道周向延伸第一内管支承构件，使得第一内管支承件的径向内侧贴靠该管道，并且其中该第一内管支承构件具有在第一内管支承件的径向内侧和该第一内管支承件的径向外侧之间延伸的大致弯曲的截面构形。该方法还包括围绕该第一内管支承构件周向延伸的外管支承构件，使得该外管支承构件贴靠该第一内管支承构件的外表面，并将该外管支承构件连接在该气体涡轮发动机的壳体上。
在本发明的另一方面中，提供一种用于管道的支架组件。该支架组件包括围绕该管道周向延伸的第一内管支承构件和围绕该第一内管支承构件周向延伸的外管支承构件。该第一内管支承件包括径向外侧、贴靠该管道的径向内侧和在该内侧和外侧之间延伸的主体，其中该主体具有在该径向内侧和外侧之间延伸的大致平滑的弧形截面构形。
在本发明的又一方面中，提供一种用于包括壳体的气体涡轮发动机的管道。该管道包括在其中输送流体的管和将该管固定在发动机壳体上的支架组件。该支架组件构造成降低从该管到该发动机壳体的热传递。该支架组件包括第一内管支承构件和外管支承构件。该第一内管支承构件围绕该管周向延伸使得该第一内管支承构件的径向内侧贴靠该管。该外管支承构件围绕该内管支承构件周向延伸，使得该第一支承构件的径向外侧贴靠该外管支承构件。该第一内管支承构件具有在该第一内管支承件的径向内侧和外侧之间延伸的大致半椭圆形截面构形。
图1是气体涡轮发动机的示意图；图2是用来将管道连接在例如图1所示的气体涡轮发动机的气体涡轮发动机上的公知支架组件的放大局部截面图；图3是用来将管道连接在例如图1所示的气体涡轮发动机的气体涡轮发动机上的公知支架组件的放大局部截面图；图4是图3所示支架组件的放大透视图。
部件列表气体涡轮发动机10、低压压缩机12、高压压缩机14、燃烧室16、高压涡轮18、低压涡轮20、第一轴24、第二轴26、支架组件40、管道42、内管支承组件44、外管支承组件46、外缠绕物48、内管支承件50、内管支承件52、径向外构件54、径向内构件58、支承组件的径向外侧66、支承组件的径向内侧68、顶点70、管道外表面80、距离81、间隙82、管道部分外表面84、管道部分外管支承件86、绝缘材料90、径向内部分、径向外部分94、间隙部分96、绝缘材料98、外管支承结构边缘100、外边缘内管支承构件102、支架组件200、内管支承组件202、外管支承组件204、外缠绕物206、安装支架208、内管支承构件220、内管支承构件222、径向外侧224、径向内侧226、距离230、间隙232、管道外表面部分234、外管支承结构部分236、径向外边缘240、绝缘材料250、陶瓷间隔件260、上游侧264、下游侧268、绝缘材料270、陶瓷间隔件侧面272、陶瓷间隔件侧面274、边缘280、安装支架底部290、凸缘292、开口294。
具体实施例方式
图1是包括低压压缩机12、高压压缩机14和燃烧室16的气体涡轮发动机10的示意图。发动机10还包括高压涡轮18和低压涡轮20。压缩机12和涡轮20通过第一轴24连接，并且压缩机14和涡轮18通过第二轴26连接。在一个实施例中，气体涡轮发动机是从General ElectricCompany，Cincinnati，Ohio得到的GE90。
在操作中，空气流过低压压缩机12，并且压缩空气从低压延伸12供应到高压压缩机14。高度压缩的空气输送到燃烧室16。来自燃烧室16的空气流在从气体涡轮发动机10排出之前驱动涡轮18和20。
图2是可用来将管道42连接在例如发动机10(图1所示)的气体涡轮发动机内的公知支架组件40的放大局部截面图。更特别的是，管道42用来将高温流体从第一发动机位置输送以便使用在第二发动机位置上。例如，在一个实施例中，管道42用来输送高温泄放空气以便用于发动机防冰系统，并输送具有至少1000°F温度的空气。
支架组件40包括内管支承组件44、外管支承结构46和外缠绕物48。内管支承组件44分别包括一对大致相同的内管支承件50和52，该支承件包括成形的径向外构件54和径向内构件58。每组构件54和58在支承组件44的径向外侧66和支承组件44的径向内侧68之间中间位置连接在一起。更特别的是，构件54和58限定每个管支承件50和52连接时的截顶或叉骨形截面构形。因此，构件54和58在为了每个内管支承件50和52限定的截面构形的顶点70处连接。
每个构件50和52围绕管道42周向延伸并贴靠管道42的外表面80定位。更特别的是，构件50和52隔开一定距离81，使得其间限定间隙82。间隙82因此由管道外表面80和外管支承结构46的一部分86限界。
外管支承结构46围绕管道42并围绕内管支承组件44周向延伸。更特别的是，外管支承结构46贴靠内管支承构件54连接。在示例性实施例中，管道42、构件50和52以及外管支承结构46由例如(但不局限于)Inco625的金属材料制成。安装支架(未示出)接着连接在外管支承结构46上以便将管道42连接在气体涡轮发动机10上。
绝缘材料90围绕间隙82内的内管支承构件50和52之间的管道42延伸。更特别的是，绝缘材料90在间隙82的径向内部分92以及间隙82的径向外部分94内在延伸通过间隙82。间隙径向内部分92从管道外表面82向每个内管支承件顶点70延伸，并且间隙径向外部分94从外管支承结构46向每个内管支承件顶点70延伸。因此，每个内管支承件顶点70之间的间隙82的部分96保持没有绝缘。
另外的绝缘材料98围绕构件50和52附近的管道42延伸，但在间隙82的外部。绝缘材料98由围绕管道42在绝缘材料98之上周向延伸的外缠绕物48覆盖。另外，缠绕物48至少部分延伸在外管支承结构46之上，使得外管支承结构46的边缘100和每个内管支承构件54的外边缘102由缠绕物48覆盖。在示例性实施例中，缠绕物48由聚酰亚胺材料制成，绝缘材料90和98由例如(但不局限于)Min-K绝缘材料的相同材料制成。
图3是可用于将管道42连接在例如气体涡轮发动机10(图1所示)的气体涡轮发动机上的支架组件200的放大局部截面图。图4是支架组件200的放大透视图。支架组件200包括内管支承组件202，外管支承件支承结构204、外缠绕物206和安装支架208。
内管支承组件202分别包括一对大致相同的内管支承构件220和222。在示例性实施例中，每个管支承构件220和222是在内管支承组件202的径向外侧224之间延伸到内管支承组件202的径向内侧226的单组件。在可选择实施例中，每个管支承构件220和222由多个连接在一起的成形件制成以便形成每个支承构件220和222。支承构件220和222具有在内管支承组件侧224和226之间平滑延伸的大致弧形截面构形。更特别的是，每个构件220和222具有大致半椭圆形截面构形。在可选择实施例中，构件220和222具有非大致半椭圆形截面构件。在另一可选择实施例中，构件220和222包括大致平的部分并只包括定位在管道42和外管支承结构204之间的部分椭圆形截面构形。
因此，构件220和222在内管支承组件侧224和226之间不包括任何拐角。
每个构件220和222围绕管道42周向延伸并贴靠管外表面80定位。更特别的是，构件220和222隔开一定距离230，使得在构件220和222之间限定间隙232。间隙232因此还由管外表面80和外管支承结构204的一部分236限界。
外管支承结构204围绕管道42和内管支承组件202周向延伸，使得支承结构204是大致平行的管外表面80。更特别的是，外管支承结构204贴靠内管支承构件220和222连接，使得外管支承结构204从构件220的径向外边缘240延伸到构件222的径向外边缘242。在示例性实施例中，管道42、构件220和222以及外管支承结构204由例如(但不局限于)Inco625的金属材料制成。
绝缘材料250围绕内管支承构件220和222之间的管道42在间隙232内周向延伸。更特别的是，绝缘材料250大致在构件220和222横向之间以及在管道42和外管支承结构204径向之间填充间隙232。
陶瓷间隔件260围绕构件220附近的管道42周向延伸，使得间隙262限定在构件220的上游侧264和陶瓷间隔件260之间。在另一实施例中，陶瓷间隔件260还围绕构件222附近的管道42周向延伸，使得间隙(未示出)限定在构件222的下游侧268和陶瓷间隔件260之间。另外的绝缘材料270围绕管道42贴靠陶瓷间隔件260的每个侧面272和274延伸，使得间隙262大致由绝缘材料270填充。在可选择实施例中，绝缘材料270还大致填充陶瓷间隔件260和构件下游侧268之间的限定的间隙。在可选择实施例中，绝缘材料250不使用在间隙232内，而是另外的陶瓷间隔件大致填充间隙232。
绝缘材料270和陶瓷间隔件260由围绕管道42在绝缘材料270和陶瓷间隔件270之上延伸外缠绕物206覆盖。另外，缠绕物206至少部分延伸在外管支承结构204之上，使得外管支承结构204的边缘280和内管支承构件的径向外边缘240由缠绕物206覆盖。在示例性实施例中，缠绕物206由聚酰亚胺材料制成，并且绝缘材料250和270由例如(但不局限于)Min-K绝缘材料的相同材料制成。
安装支架208连接在外管支承结构204上以便将管道42连接在气体涡轮发动机10上。更特别的是，安装支架208包括其轮廓构造成大致与外管支承结构204的轮廓大致相配的底部290。支架208包括一对大致从底部290垂直延伸的凸缘292。凸缘292包括多个开口294，开口294的尺寸设置成容纳通过其中的紧固件(未示出)以便将安装支架208和管道42连接在气体涡轮发动机10上。
在操作中，当高温流体通过管道42时，由于支架组件的内管构件220和222平滑弯曲并不包括任何拐角，支架组件220有助于降低包括带有拐角70的内管支承件50和52的支架组件200中产生的应力集中。另外，每个管构件220和222的平滑过渡有助于降低应力集中，使得支架组件200的结构刚性和结构整体性不受到损失。另外，由于与其他公知的支架组件40相比，支架组件200包括另外的绝缘材料250和270，支架组件200有助于降低通过安装支架到发动机10的温度传递。另外，支架组件200还比支架组件40使用更少的部件，并且因此有助于降低制造和组装成本。
所述支架组件节约成本并高度可靠。每个支架组件包括内管支承件，该支承件在外管支承件和管道之间包括平滑过渡。因此，内管支承件有助于降低支架组件内产生的应力集中。另外，该支架组件包括另外的绝缘材料，这有助于降低通过该安装支架的热传递。因此，所述支架组件有助于以节约成本和可靠的方式延长高温管道的使用寿命。
以上详细描述了支架组件的示例性实施例。该组件不局限于所述的特定实施例，而是每个组件的部件可与其他部件分开单独使用。每个支架组件部件还可与其他支架组件部件结合使用。
在本发明结合不同的实施例进行描述的同时，本领域的普通技术人员将理解到可以在权利要求的精神和范围内进行变型。
权利要求
1.一种将管道(42)连接在气体涡轮发动机壳体上的方法，所述方法包括围绕该管道周向延伸第一内管支承构件(220)，使得该第一内管支承件的径向内侧(226)贴靠该管道，并且其中该第一内管支承构件在该第一内管支承件的径向内侧和该第一内管支承件的径向外侧(224)之间具有大致弯曲的截面构形；围绕该第一内管支承构件周向延伸外管支承构件(204)，使得该外管支承构件贴靠该第一内管支承构件的外表面；以及将该外管支承构件连接到该气体涡轮发动机壳体上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括围绕管道(42)周向延伸第二内管支承构件(222)，使得该第一内管支承构件(220)是该第二内管支承构件的镜像，并且使得该第一和第二内管支承构件之间限定间隙(232)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其还包括围绕管道(42)延伸至少一绝缘材料(250)和陶瓷间隔件(26)，使得至少一绝缘材料和陶瓷间隔件大致填充第一和第二内管支承构件(220，222)之间的间隙(232)。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其还包括围绕该管道贴靠该第一内管支承构件的内侧(226)和外侧(224)延伸绝缘材料(250)；围绕该管道延伸陶瓷间隔件(260)使得该陶瓷间隔件贴靠第一内管支承构件(280)和该陶瓷间隔件之间的绝缘材料；围绕该陶瓷间隔件和该外管支承构件(204)的至少一部分(280)延伸缠绕物(206)。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其还包括将安装支架(208)连接在外管支承构件(204)上。
6.一种用于管道(42)的支架组件(200)，所述支架组件包括围绕该管道周向延伸的第一内管支承构件(220)，所述第一内管支承件包括径向外侧(224)、贴靠该管道的径向内侧(226)和延伸该外侧和内侧之间的主体，所述主体具有在所述径向内侧和外侧之间延伸的大致平滑弧形截面构形；以及围绕所述第一内管支承构件周向延伸的外管支承构件(204)。
7.如权利要求6所述的支架组件(200)，其特征在于，所述主体具有在所述径向内侧(226)和外侧(224)之间延伸的大致半椭圆形构形。
8.如权利要求6所述的支架组件(200)，其特征在于，其还包括围绕管道(42)延伸的第二内管支承件(222)，所述第一内管支承件(220)大致是所述第二内管支承件的镜像，并且所述第一和第二内管支承件隔开以便在其间限定间隙(232)。
9.如权利要求8所述的支架组件(200)，其特征在于，至少一绝缘材料(250)和陶瓷间隔件(26)大致填充所述间隙(232)。
10.如权利要求6所述的支架组件(200)，其特征在于，绝缘材料(250)从管道(42)径向向外延伸，所述第一内管支承件(220)包括内表面和外表面，每个所述内表面和外表面在所述构件径向内侧(226)和外侧(224)之间径向延伸，所述绝缘材料贴靠所述第一管支承件的内和外表面。
11.如权利要求10所述的支架组件(200)，其特征在于，其还包括围绕管道(42)周向延伸的陶瓷间隔件(260)，所述陶瓷间隔件靠近接触所述第一内管支承件的径向内表面的绝缘材料(250)。
12.如权利要求11所述的支架组件(200)，其特征在于，其还包括围绕所述陶瓷间隔件(270)和所述外管支承构件(204)的至少一部分(280)周向延伸的外缠绕物(206)。
13.如权利要求6所述的支架组件(200)，其特征在于，其还包括连接在所述外管支承构件(204)以便将管道(42)连接在结构(10)上的安装支架(208)。
14.一种用于包括壳体的气体涡轮发动机(10)的管道(42)，所述管道包括用于在其中输送流体的管；以及用于将所述管固定在该发动机壳体上的支架组件(200)，所述支架组件构造成降低从所述管到该发动机壳体的热传递，所述支架组件包括第一内管支承构件(220)和外管支承构件(204)，所述第一内管支承构件围绕所述管周向延伸，使得所述第一内管支承构件的径向内侧(226)贴靠所述管，外管支承构件围绕所述内管支承构件周向延伸，使得所述第一支承构件的径向外侧(224)贴靠所述外管支承构件，所述第一内管支承构件具有在所述第一内管支承件的径向内侧和外侧之间延伸的大致半椭圆形截面构形。
15.如权利要求14所述的管道(42)，其特征在于，所述支架组件(200)还包括围绕所述管周向延伸的第二内管支承件(222)，所述第一内管支承件(220)大致是所述第二内管支承件的镜像，所述第一和所述第二内管支承件隔开以便在其间限定间隙(232)。
16.如权利要求15所述的管道(42)，其特征在于，所述支架组件(200)还包括至少一围绕所述管周向延伸并大致填充在所述第一和第二内管支承构件(220，222)之间限定的间隙(232)的陶瓷间隔件(260)和绝缘材料(250)。
17.如权利要求15所述的管道(42)，其特征在于，支架组件(200)还包括围绕所述管周向延伸的绝缘材料(250)，所述支架组件的第一内管支承件在所述绝缘材料之间，使得所述第一内管支承件的内和外表面贴靠所述绝缘材料。
18.如权利要求15所述的管道(42)，其特征在于，所述支架组件(200)还包括围绕所述管周向延伸的陶瓷间隔件(260)和绝缘材料(250)，所述绝缘材料延伸在所述陶瓷间隔件(260)和所述第一内管支承构件(220)之间。
19.如权利要求15所述的管道(42)，其特征在于，所述支架组件(200)的第一内管支承构件(220)构造成有助于降低所述支架组件对于所述管所引起的应力集中。
全文摘要
一种将管道(42)连接在气体涡轮发动机壳体上的方法，所述方法包括围绕该管道周向延伸第一内管支承构件(220)，使得该第一内管支承件的径向内侧(226)贴靠该管道，并且其中该第一内管支承构件在该第一内管支承件的径向内侧和该第一内管支承件的径向外侧(224)之间具有大致弯曲的截面构形；围绕该第一内管支承构件周向延伸外管支承构件(204)，使得该外管支承构件贴靠该第一内管支承构件的外表面；以及将该外管支承构件连接到该气体涡轮发动机壳体上。
文档编号F01D25/24GK1492128SQ0315865
公开日2004年4月28日 申请日期2003年9月19日 优先权日2002年9月20日
发明者M·D·斯温福德, M D 斯温福德, K·T·鲍尔斯, 鲍尔斯 申请人:通用电气公司