具有长形喷射器的涡轮发动机停机温度控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及涡轮发动机，更特别地涉及能够在不存在压气机和涡轮叶片与径向外侧密封面干涉的风险的情况下使燃气涡轮发动机热启动的系统。
【背景技术】
[0002]典型地，燃气涡轮发动机包括用于压缩气体的压气机、用于将压缩空气与燃料混合并点燃混合物的燃烧器、以及用于产生动力的涡轮叶片组件。燃烧器经常在可能超过2500华氏度的高温下操作。典型的涡轮燃烧室构造将涡轮叶片组件暴露至这些高温。
[0003]因为这些燃气涡轮发动机的大质量，发动机在停机以后需要长时间进行冷却。归因于自然对流，壳体部件从底到顶以不同的速度冷却，结果壳体在底部与顶部相比冷却地更快，并且壳体在完全冷却之前在停机期间发生变形。壳体的较热上表面相对于较冷底表面导致热弯曲或者向上拱起。如果发动机在壳体扭曲的时间期间进行重新启动，则叶片顶端归因于向上的拱起而具有在底部位置处发生干涉的趋势。因此，如果期望在燃气涡轮完全冷却之前启动燃气涡轮，则存在如下显著的风险:由于罩体的变形形状而在发动机的底部处在涡轮叶片顶端和叶片环之间发生干涉，而导致涡轮叶片顶端摩擦，导致损坏涡轮叶片。
【发明内容】
[0004]公开了一种涡轮发动机停机温度控制系统，被构造成促进环绕压气机和涡轮叶片组件的腔室内一致的气体温度，以消除燃气涡轮发动机热重启过程中涡轮和压气机叶片顶端摩擦。涡轮发动机停机温度控制系统通过防止壳体的底部比壳体的顶部冷却得快来防止壳体拱起。涡轮发动机停机温度控制系统可以包括沿着壳体在壳体的外径处和壳体的上侧区域处的内表面延伸的壳体温度控制罩。上侧区域可以被定位在壳体的水平延伸中心线的上方。可以从在壳体温度控制罩内的一个或多个排出槽排出流体(诸如空气，但是不限于空气)，以在燃气涡轮发动机停机之后使壳体的上侧区域与壳体内的热气体的浮力效应隔断。
[0005]涡轮发动机停机温度控制系统可以包括形成包围一个或多个涡轮部件的外结构的壳体。壳体可以但是不限于是燃烧器壳体或涡轮壳体。涡轮部件可以但是不限于燃烧器或涡轮翼型组件。壳体温度控制罩可以沿着壳体在壳体的外径处和壳体的上侧区域处的内表面延伸。上侧区域可以被定位在壳体的水平延伸中心线的上方。
[0006]所述壳体温度控制罩可以包括延伸穿过形成所述壳体温度控制罩的外壁的一个或多个排出槽。涡轮发动机停机温度控制系统还可以包括一个或多个温度传感器以与发动机的操作调度控制一起测量壳体的顶部的温度和壳体的底部的温度。排出槽可以与包括在所述壳体温度控制罩内的温度控制罩腔室连通。排出槽还可以被构造成将流体从所述温度控制罩腔室排出到所述壳体内，以在所述燃气涡轮发动机停机之后使所述壳体的所述上侧区域与所述壳体内的热气体的浮力效应隔断。在一个实施例中，所述壳体温度控制罩中的排出槽可以被指向成排出流体与所述壳体在所述壳体的外径处和所述壳体的上侧区域处的内表面接触。在这种实施例中，从排出槽排出的流体可以以不垂直且不平行的定向接触所述壳体的所述内表面。在另一实施例中，壳体温度控制罩中的一个或多个排出槽可以被指向成使流体沿着所述壳体在所述壳体的外径处和所述壳体的上侧区域处的内表面排出。
[0007]在一个实施例中，所述壳体温度控制罩可以包括定位在所述壳体温度控制罩内的多个排出槽。定位在所述壳体温度控制罩内的所述多个排出槽中的一个或多个可以彼此等间隔。此外，定位在所述壳体温度控制罩内的所述多个排出槽中的一个或多个可以彼此任意间隔。在一个实施例中，槽可以由在壳体温度控制罩中跨越整个壳体温度控制罩延伸的连续槽形成。
[0008]所述壳体温度控制罩可以为大体长形的，具有沿着所述壳体的内表面局部周向地延伸的长度。所述壳体温度控制罩具有等于所述壳体在所述壳体外径处的内表面的曲率半径。在另一实施例中，所述壳体温度控制罩可以延伸所述壳体的壳体周长的大约至少1/32。在又一实施例中，所述壳体温度控制罩的周向长度可以比所述壳体温度控制罩的高度和厚度大。
[0009]所述壳体温度控制罩可以包括收容所述一个或多个排出槽的侧表面。在一个实施例中，所述壳体温度控制罩的所述侧表面的至少一部分大体是线性的。涡轮发动机停机温度控制系统还可以包括一个或多个涡轮发动机停机温度控制系统供给通道，与包括在所述壳体温度控制罩内的温度控制罩腔室连通，以将流体供给至所述温度控制罩腔室。
[0010]在至少一个实施例中，涡轮发动机停机温度控制系统可以包括沿着所述壳体在所述壳体的外径处和所述壳体的上侧区域处的内表面延伸的多个壳体温度控制罩。多个壳体温度控制罩中的一个或多个可以彼此隔开并且由此不彼此接触。此外，一个或多个相邻的壳体温度控制罩可以彼此接触。
[0011]涡轮发动机停机温度控制系统可以用于促进环绕压气机和涡轮叶片组件的腔室内一致的气体温度。涡轮发动机停机温度控制系统可以在燃气涡轮发动机停机之后使壳体的上侧区域与壳体内的燃气体的浮力效应隔断。从涡轮发动机停机温度控制系统排出的空气带走燃烧器壳体内的气体。这样，需要从系统排出的减少量的空气足以操作系统。涡轮发动机停机温度控制系统在盘车装置操作过程中操作，因此对正常的燃气涡轮发动机操作没有影响。
[0012]下面更详细地说明这些及其他实施方式
【附图说明】
[0013]包括在说明书中并形成说明书的一部分的【附图说明】了本公开的发明的实施方式，并且与说明书一起公开了发明的原理。
[0014]图1是具有涡轮发动机停机温度控制系统的燃气涡轮发动机的截面侧视图。
[0015]图2是涡轮发动机停机温度控制系统在图1中细节2处截取的细节截面侧视图。
[0016]图3是包括涡轮发动机停机温度控制系统的燃烧器壳体在图1中剖面线3-3处截取的轴向图。
[0017]图4是涡轮发动机停机温度控制系统的壳体温度控制罩的局部截面侧视图。
[0018]图5是包括涡轮发动机停机温度控制系统的另一实施例在图1中细节5处截取的细节截面侧视图。
[0019]图6是包括涡轮发动机停机温度控制系统的另一实施例的燃烧器壳体在图1中剖面线6-6处截取的轴向图。
【具体实施方式】
[0020]如图1-6所示，公开了一种涡轮发动机停机温度控制系统10，被构造成促进环绕压气机和涡轮叶片组件的腔室12内一致的气体温度，以消除燃气涡轮发动机热重启过程中涡轮和压气机叶片50、52的顶端摩擦。涡轮发动机停机温度控制系统10通过防止壳体18的底部比壳体18的顶部冷却得快来防止壳体18拱起。涡轮发动机停机温度控制系统10可以包括沿着壳体18的内表面16延伸的一个或多个壳体温度控制罩14，壳体18的内表面16可以但不限于燃烧器壳体18或祸轮壳体21的在壳体18的外径20处和在壳体18的上侧区域22处。上侧区域22可以定位在壳体18的水平延伸中心线24的上方。流体可以从壳体温度控制罩14中的一个或多个排出槽26排出，以在燃气涡轮发动机28停机之后使壳体18的上侧区域22与壳体18内的热气体的浮力效应隔断。
[0021]用于燃气涡轮发动机28的涡轮发动机停机温度控制系统10可以包括形成包围一个或多个涡轮部件17的外结构的壳体18，涡轮部件17可以是但不限于燃烧器30或涡轮翼型组件31。在至少一个实施例中，如图1所示，壳体18可以包围多个筒环形燃烧器30，相对于燃烧器壳体周向地定位并且围绕燃气涡轮发动机28的纵向轴线32。壳体18可以是筒状的并且具有其他适当构造。壳体I8可以由任何适当的材料或材料的组合形成。
[0022]如图1-图3所示，涡轮发动机停机温度控制系统10可以包括壳体温度控制罩14，可以沿着壳体18的内表面16延伸。壳体温度控制罩14可以定位在壳体18的外径20处和壳体18的上侧区域22处。上侧区域22可以定位在壳体18的水平延伸中心线24的上方。壳体温度控制罩14可以具有等于壳体18在壳体18的外径20处的内表面16的曲率半径34。壳体温度控制罩14可以大体为长形，具有沿着壳体18的内表面16局部周向延伸的长度。壳体温度控制罩14可以围绕壳体18延伸壳体的周长的至少1/32。在至少一个实施例中，壳体温度控制罩14的周向长度36可以比壳体温度控制罩14的高度38和厚度40大。在至少一个实施例中，壳体温度控制罩14可以与壳体18的纵向轴线32垂直地定位。在另一实施例中，壳体温度控制罩14可以与壳体18的纵向轴线32不平行且不垂直地定位。
[0023]壳体温度控制罩14可以包括延伸穿过形成壳体温度控制罩14的外壁42的一个或多个排出槽26。如图2和图4所示，排出槽26可以与包括在壳体温度控制罩14内的温度控制罩腔室44连通。排出槽26可以构造成将流体从温度控制罩腔室44排出到壳体18，以在燃气涡轮发动机28停机之后使壳体18的上侧区域22与壳体18内的热气体的浮力效应隔断。排出槽26可以具有任何适当的尺寸和构造，包括截面形状。在至少一个实施例中，排出槽26可以是筒状的。
[0024]在至少一个实施例中，如图2所示，壳体温度控制罩14中的排出槽指向成使流体排出成与与壳体18在壳体18的外径20处和壳体18的上侧区域22处的内表面16接触。在这种实施例中，从排出槽26排出的流体以不垂直且不平行的定向与壳体18的内表面16接触。在另一实施例中，如图5所示，壳体温度控制罩14中的排出槽26可以指向成大体沿着壳体18在壳体18的外径20处和壳体18的上侧区域22