包括进入亚环境空腔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】包括进入亚环境空腔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。提供了气管结构，其包括与通道出口流体连通的入口端和与相对于气管结构入口端为减少的压力区域流体连通的出口端。出口空腔位于气管结构出口端，其中，出口空腔在出口端处实现减少的压力，以将空气从冷却通道抽吸进气管中。
[0007]气管结构可包括从外壳内表面延伸到出口空腔的位于排气通路径向内部的位置的通路。
[0008]支柱可从外壳内表面径向向内延伸，气管结构可由福射遮蔽件限定，福射遮蔽件绕支柱延伸，并附接到外壳的内表面。
[0009]穿过外壳的开口可限定出冷却通道出口，以将环境空气从外壳的外表面引导到气管结构。
[0010]冷却通道可限定在外壳外部表面和支撑在外壳上的板结构之间，环境空气可穿过板结构，进入冷却通道。
[0011]板结构可包括位于间隔的周向位置处的多个板部分，多个板部分具有限定在相邻板部分之间的轴向延伸间隙，其中，间隙允许环境空气进入通道部分中。
[0012]开口可设置穿过外壳，以限定出冷却通道出口，以将环境空气从外壳的外表面引导至气管结构。
[0013]可提供热障/冷却系统以控制外壳的温度，热障/冷却系统包括:
[0014]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
[0015]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，对流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。
[0016]外部绝缘层可支撑在板结构上，并覆盖板结构。
[0017]外壳可包括涡轮排气壳体，并可包含在内部绝缘层的轴向位置处限定出排气通路的排气扩压器。
[0018]根据本发明的另一方面，提供一种燃气轮机发动机，其包括排气部分，排气部分包括限定出中心纵向轴线的外壳，外壳外部表面绕中心纵向轴线周向地延伸。排气管道位于外壳内，并限定在外管壁和内管壁之间，排气管道限定出用于离开燃气轮机发动机的涡轮部分的热排气的通路。后轴承罩位于内管壁的径向内部，支柱从外壳延伸到轴承罩，以支撑轴承罩。遮蔽结构围绕支柱以保护支柱免受排气影响。空气开口穿过外壳外部表面形成，空气开口与在支柱和遮蔽结构的一部分之间延伸的径向通路流体连通。盘空腔邻近涡轮部分级，并与径向通路流体连通。盘空腔所处的压力低于涡轮发动机外部的环境空气压力，以使环境气流穿过空气开口而进入盘空腔。
[0019]遮蔽结构可包括围绕支柱的支柱遮蔽件以及位于支柱遮蔽件和支柱之间的辐射遮蔽件。
[0020]径向通路可由辐射遮蔽件的内部表面和支柱的外部表面限定。
[0021]辐射遮蔽件可延伸穿过在外管壁和外壳之间限定的环形空间。
[0022]辐射遮蔽件可包括附接到外壳的内部表面的、围绕空气开口的径向外端。
[0023]隧道空腔可限定在内管壁的径向内部，并位于盘空腔的下游，在环境空气进入盘空腔之前，隧道空腔接收环境空气。
[0024]冷却通道可限定在外壳外部表面和支撑在外壳上的板结构之间，进入空气开口的环境空气穿过板结构而进入冷却通道。
[0025]冷却通道可绕排气壳体周向地延伸，板结构可包括位于间隔开的周向处的多个板部分，多个板部分具有限定在相邻板部分之间的轴向延伸间隙，所述间隙允许环境空气进入通道部分中。
【附图说明】
[0026]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:
[0027]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；
[0028]图2是示出本发明各方面的排气部分的局部剖面透视图；
[0029]图2A是图2所示结构的下部的透视图，示出主空气入口 ；
[0030]图2B是图2所示结构的下侧的透视图，示出辅助空气入口 ；
[0031]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；
[0032]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；
[0033]图5是示出根据本发明一方面的绝缘层区段的透视图；
[0034]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不出本发明额外方面的排气部分；
[0035]图7是示出图6所示本发明各方面的排气部分的局部剖面透视图；
[0036]图8是图7所示支柱结构的放大剖视图；
[0037]图9是支柱结构的一部分的放大剖面透视图，示出形成在支柱结构的辐射遮蔽件中的凹痕；
[0038]图10是辐射遮蔽件的透视图；
[0039]图11是用于排气部分的外壳的外表面的一部分的透视图，示出使环境空气进入壳体中的通孔；以及
[0040]图12是具有绝缘件的板结构的透视图，示出在板结构的各部分之间形成间隙的关起。
【具体实施方式】
[0041]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。
[0042]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Aj^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。
[0043]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。
[0044]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。
[0045]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