包括进入排气流的亚环境区域中的排气的燃气轮机外壳主动环境冷却的制作方法
【专利说明】包括进入排气流的亚环境区域中的排气的燃气轮机外壳主动环境冷却
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是于2011年11月8日提交的美国专利申请N0.13/314311的部分继续申请，并要求其优先权，该美国专利申请的全部内容作为引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及燃气轮机发动机，更具体地说，涉及提供热防护以限制燃气轮机发动机的外壳的加热的结构。
【背景技术】
[0004]燃气轮机发动机通常包括压缩器部分、燃烧器部分、涡轮部分和排气部分。在操作时，压缩器部分可接纳环境空气并压缩环境空气。来自压缩器部分的压缩空气进入燃烧器部分中的一个或多个燃烧器。压缩空气在燃烧器中与燃料混合，空气燃料混合物在燃烧器中燃烧以形成热工作气体。热工作气体传送到涡轮部分，在涡轮部分，热工作气体膨胀通过交替的静止翼面和旋转翼面排，并用于产生驱动转子的功率。然后，离开涡轮部分的膨胀气体经由排气部分从发动机排出。
[0005]在典型的燃气轮机发动机中，包括从压缩器的一个或多个级获得的压缩空气的一部分的放气可充当冷却空气，以冷却涡轮部分的部件。额外的放气还可供应到排气部分的各部，以比如冷却排气部分的各部，并经由在发动机外壳内提供的强制对流气流维持涡轮排气壳体于预定温度。燃气轮机发动机技术的发展已导致增加的温度和由热膨胀引起的相关外壳变形。壳体变形可增加壳体和支撑在发动机壳体上的部件(比如轴承支撑柱)中的应力。额外应力(与低循环疲劳结合操作)可导致轴承支撑柱(安装到壳体以支撑排气端轴承罩)的裂纹、破裂或故障。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一方面，提供了一种燃气轮机发动机，包括限定出中心纵向轴线的外壳，外壳的外表面绕中心纵向轴线周向地延伸。冷却通道与外壳的外表面相关联，冷却通道具有通道入口和通道出口。提供了气管，包括与通道出口流体连通的入口端和与来自所述燃气轮机发动机的涡轮部分的排气流流体连通的出口端。出口结构位于气管出口端，出口结构在气管出口端处提供了亚环境压力，以从气管入口端向气管出口端诱导气流。
[0007]出口结构可与流过出口结构的排气流的一部分相互作用，以在出口端实现减小的压力，从而将空气从冷却通道抽吸进气管中。
[0008]出口结构可部分地覆盖气管出口端，从而遮蔽出口端的上游侧，并限定出邻近出口端的下游侧的下游面向开口。
[0009]出口结构可在气管出口端产生喷射泵送效应，以在气管内产生亚环境压力，并将加热的冷却空气从冷却通道抽吸进气管中。
[0010]外壳表面可包括外壳的外部表面，冷却通道可由位于外部表面径向向外的板结构限定。
[0011]冷却通道可绕外壳的圆周延伸。
[0012]通道入口可以位于第一周向位置，通道出口可以位于与第一周向位置沿周向间隔开的第二周向位置。
[0013]通道入口的第一周向位置可以与通道出口的第二周向位置径向相对。
[0014]冷却通道可以位于排气扩压器的轴向位置，气管出口可以位于排气歧管处的排气扩压器的下游。
[0015]气管入口可以敞向燃气轮机发动机外部的环境空气，以给冷却通道提供环境冷却空气。
[0016]根据本发明的另一方面，提供了一种燃气轮机发动机，包括限定出中心纵向轴线的外壳，外壳的外表面绕中心纵向轴线周向地延伸。排气通路限定在外壳内，以引导来自燃气轮机发动机的涡轮部分的排气流。冷却通道绕外壳的外表面周向地延伸，冷却通道具有通道入口和与通道入口沿周向间隔开的通道出口。提供了气管，包括与通道出口流体连通的入口端和与排气流流体连通的出口端。出口结构位于气管出口端，并与排气流相互作用，以在气管的出口端实现减小的压力，从而将空气从冷却通道抽吸进气管中。
[0017]冷却通道可以位于排气扩压器的轴向位置，气管出口可以位于排气歧管处的排气扩压器的下游。
[0018]气管可以位于外壳的外表面的外部，并可在排气扩压器和排气歧管之间轴向延伸。
[0019]排气歧管可包括歧管壁，歧管壁具有歧管外表面和歧管内表面、在歧管外表面和内表面之间延伸的歧管开口，气管可附接到歧管外表面，出口结构可安装到歧管内表面。
[0020]出口结构可由板状出口遮蔽板限定，板状出口遮蔽板具有附接到歧管开口上游的歧管内表面的第一周向边缘，出口遮蔽件具有位于第一周向边缘下游并与歧管内表面径向向内间隔开的第二周向边缘。
[0021 ] 气管可限定出大致平行于穿过气管的气流延伸的中心轴线，中心轴线与出口遮蔽件交叉。
[0022]出口遮蔽件使排气歧管中的排气流转向远离歧管开口，并在气管的出口端实现减小的压力。
[0023]燃气发动机还可包括用于控制外壳温度的热障/冷却系统，热障/冷却系统包括:
[0024]内部绝缘层，支撑在外壳的与外壳外表面相对的内表面上，内部绝缘层沿外壳的内表面周向地延伸，并针对从位于外壳径向内部的排气通路辐射出的能量提供耐热性；以及
[0025]冷却通道，由与外壳的外表面径向间隔开的板结构限定，并绕外壳的外表面的圆周延伸，冷却通道大致与内部绝缘层轴向对准，并形成用于冷却外壳的外表面的环境气流的流路。
[0026]热障/冷却系统可包括支撑在板结构上并覆盖板结构的外部绝缘层。
【附图说明】
[0027]尽管说明书以特别指出并明确发明的权利要求书结束，但是应明白，结合附图，从下面的描述中会更好地理解本发明，在附图中，类似的标号表示类似的元件，附图中:
[0028]图1是穿过包括示出本发明各方面的排气部分的燃气轮机发动机的一部分的前剖视图；
[0029]图2是示出本发明各方面的排气部分的局部剖面透视图；
[0030]图2A是图2所示结构的下部的透视图，示出主空气入口 ；
[0031]图2B是图2所示结构的下侧的透视图，示出辅助空气入口 ；
[0032]图3是排气部分的轴向剖视图，示意性示出在燃气轮机发动机的外壳周围提供的气流；
[0033]图4是排气部分的邻近排气部分上止点的部分的剖面透视图；
[0034]图5是示出根据本发明一方面的绝缘层区段的透视图；
[0035]图6是穿过燃气轮机发动机的一部分的前剖视图，燃气轮机发动机包括排气部分，排气部分具有排气扩压器和排气歧管，示出包括气管的本发明的额外方面；
[0036]图7是不出图6所不本发明各方面的排气部分的局部剖面透视图；
[0037]图8是根据本发明各方面的歧管开口和出口遮蔽件的放大透视图；
[0038]图8A是示出出口遮蔽件的替代构造的与图8类似的视图；以及
[0039]图9是示出图6的气管的排气部分和排气歧管的透视图。
【具体实施方式】
[0040]在下面对优选实施例的详细描述中，参考形成本说明书一部分的附图，在附图中，仅以示例方式而不以限制方式示出可实施本发明的特定优选的实施例。应理解，可使用其它实施例，并可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对实施例进行改变。
[0041]参见图1，示出燃气轮机发动机的位于涡轮部分12的轴向下游的排气部分10的一部分，以示出本发明的各方面。排气部分10通常包括柱形结构，柱形结构包括绕大致水平中心纵向轴线A。周向延伸的外壳11，排气部分形成燃气轮机发动机的外壳的下游延伸部。排气部分10的外壳11包括排气筒或涡轮排气壳体14以及位于排气壳体14下游的排气阀芯结构16。
[0042]排气壳体14包括从排气壳体14下游端径向向外延伸的下游排气壳体凸缘18，滑芯结构16包括上游滑芯结构凸缘20，其从滑芯结构16径向向外延伸。下游排气壳体凸缘18和上游滑芯结构凸缘20在接头处22彼此抵接，并可以常规方式保持在一起，比如通过螺柱(未示出)。此外，上游排气壳体凸缘21从排气壳体14的上游端径向向外延伸，并可栓接到涡轮部分12的径向延伸凸缘23，以将排气壳体14支撑到涡轮部分12。
[0043]排气壳体14包括形成结构构件或框架的相对厚壁，以支撑排气端轴承罩24，并支撑排气扩压器26的一部分。排气端轴承罩24用于支撑用于燃气轮机发动机的转子25的端部。
[0044]扩压器26包括限定出环形通路以运送来自涡轮部分12的热排气31的内壁28和外壁30。轴承罩24由多个柱结构32支撑。每个柱结构32包括从排气壳体14上的连接件36延伸穿过扩压器26而到达轴承罩24上的连接件38的柱34，以支撑和维持轴承罩24位于排气罩24内的居中位置。柱结构32还可包括围绕柱34的柱遮蔽件或整流件40，以使柱34与穿过扩压器26的热排气31隔离，还见图3。
[0045]由于热排气31穿过扩压器26，所以扩压器2