专利名称：燃气涡轮发动机的隔热罩的制作方法
技术领域：
本发明涉及在燃气涡轮发动机中的涡轮壳体的隔热罩。
背景技术：
图1为燃气涡轮发动机的示意性横截面图。涡轮3，涡轮3，涡轮3由覆环6，覆环6，覆环6包围。图2为覆环6的简化的透视图。图3为在图2中的箭头3-3，箭头3-3方向的横截面图。
图3中的覆环6的每一部分6A和6B，部分6A和6B，部分6A和6B包含一个环形法兰9A和9B，环形法兰9A和9B，环形法兰9A和9B。又如图4所示，孔12穿过该法兰，并且图3和4中的部分6A和6B用螺钉(没有示出)装配在一起。
在一些设计中，为了控制由法兰9A和9B得到的温度，在图5中以部分分解形式表示的隔热罩18，隔热罩18，隔热罩18包围该法兰9A和9B。现在说明该隔热罩18的一些特点。
在许多情况下，如图5一样，该隔热罩18由许多扇形体构成。这种扇形体会引起图1所示的问题。图6只表示分成扇形体的隔热罩18，没有覆环6。由虚线箭头21表示的热或冷的空气，由虚线箭头21表示的热或冷的空气，由虚线箭头21表示的热或冷的空气可以透过相邻的扇形体18A和18B之间的连接。
另外，如参见图7-9所述，该隔热罩和覆环的装配的组合可以作为一种双金属元件。图7表示该隔热罩的一个扇形体18A和支承法兰9的一部分的覆环6的一部分。
图8和9表示与该法兰9连接的隔热罩的扇形体18A。图25，图25，图25表示将该扇形体18A与该法兰9固定的螺钉。
如果该扇形体18A比该覆环/法兰组件热，则系统将弯曲成图8所示的剖视形状27，剖视形状27，剖视形状27。
相反，如果该扇形体18A比该覆环/法兰组件冷，则该系统将弯曲成图9所示的剖视形状30，剖视形状30，剖视形状30。
在许多情况下，图8和图9的变形和图6的泄漏是不希望的。变形可增加转动的和静止的零件之间的间隙，这是不希望的。例如，如果涡轮叶片的外顶部和包围该叶片的覆环之间的间隔增加，则产生附加的泄漏，这引起效率的降低。
发明概述在本发明的一个形式中，一个环形的空心隔热罩包围在燃气涡轮发动机中的涡轮覆环的环形法兰。该隔热罩的壁的变形允许随着温度的改变，该隔热罩的圆周改变，而不会将很大的力加在该覆环上。该变形可以为褶合、褶、绉皮膜等形式。
附图的简要说明图1表示一个燃气涡轮发动机的示意性横截面图；图2表示图1的涡轮覆环6的示意图；图3表示在箭头3-3方向取的，图2所示的覆环6的横截面图；图4表示在该覆环6的法兰上作出的螺钉孔12；图5表示通常用于保护法兰9A和9B的隔热罩；图6表示在该隔热罩的相邻部分18A和18B之间的连接处的空气21的渗透；图7表示隔热罩的扇形体18A和该覆环6的一部分的分解图；图8和9表示当该隔热罩18A和该覆环6达到不同的温度时可以产生的二种形式的变形；图10-12表示本发明的一个形式；图13表示由本发明的一个形式提供的绝热覆盖层65；图14表示包围一个覆环40的外壳50和51的一个圆形组；图15表示在正常状态下的外壳50和51组件；图16表示在膨胀状态下的外壳50和51组件；图17表示在压缩状态下的外壳50和51组件；图18表示本发明的另一个形式；图19和22表示本发明的其他形式；图20示意性地表示安装在燃气涡轮发动机100中的图14所示的装置；图21表示密封隔热罩的相邻的扇形体的一种方法。
优选实施例说明为了便于说明，由本发明实现的一种形式的隔热罩在概念上是分段构成的。实际的隔热罩的建造顺序不是必需与所述的概念上的步骤相适应的。
图10表示具有法兰43，法兰43，法兰43的二部分的涡轮覆环40，二部分的涡轮覆环40，二部分的涡轮覆环40。螺钉孔45，螺钉孔45，螺钉孔45包含将法兰43固定在一起的螺钉(没有示出)。为了简单起见，覆环40表示成直线式的，然而实际上，它可以为环箍形状，法兰43在径向外侧上。
通道或壳体50和51，通道或壳体50和51，通道或壳体50和51代表该隔热罩，并由已知的隔热罩材料制成。有二种形式的通道较小的通道50和较大的通道51。
图11表示互相靠近放置的通道50和51。图12表示加在较大的通道51的末端的隔壁55，隔壁55，隔壁55。图13表示放置在法兰43上的较大量的通道50和51。
图14表示实际的圆形结构的通道50和51与覆环40。外表面57，外表面57，外表面57表示成弧形，但它们可以为平的。即，单个通道50和51可以为带有平的侧面的盒子形。
隔热罩通道50和51形成包围法兰43的圆形组。这种结构提供几个优越的特点，现在说明其中的几个特点。
如图15所示，较小的通道50包含孔60，孔60，孔60。没有示出的螺钉穿过该孔60，将较小的通道50与图10中的法兰43连接。当连接时，较小的通道50与图10中的法兰43热接触良好。从另一个透视图看，图10中的较小通道50的内表面63，内表面63，内表面63与法兰43实际接触。
在另一个实施例中，内表面63不与法兰43热接触，而是利用一个中间材料层(没有示出)与法兰43隔开。在又一个实施例中，图22中的套筒125，套筒125，套筒125放置在螺钉的周围，将图10中的内表面63与法兰43隔开，然而，该套筒本身却与法兰43接触。在这后一个实施例中，除了在该套筒处以外，在该内表面63和法兰43之间形成一个空气空间。
在图13中，较大的通道51与法兰43隔开。二种通道50和51一起将该法兰43密封。较大的通道51，较大的通道51，较大的通道51与法兰43合作形成空气空间或覆盖层65。如分解通道51A，分解通道51A，7个分解通道51A所示的邻近该法兰43的空气空间或覆盖层65，79。最好，尺寸70，尺寸70，尺寸70所表示的这个覆盖层65的厚度至少为1mm。预料的一个具体厚度为12mm或大约1/2英寸。本发明具体地覆盖1mm～60mm的所有厚度以及更大的厚度。
从另一个透视图可以看出覆盖层65的厚度的问题。一般，当将二片平的玻璃一类的二种平的材料接触放置时，一些空气分子一般残留在该二种材料之间。这些空气分子可称为“覆盖层”。但在这个玻璃例子中，一种材料(一个玻璃片)的一些原子与另一种材料(另一个玻璃片)的原子接触。
这种接触可用普通的砂纸说明。如果将二张砂纸的粗面放置在一起，则一张砂纸的砂粒的顶部与另一张砂纸的砂粒或该纸接触。空气将包围砂粒并可称为“覆盖层”。
在显微镜下看，玻璃片类似砂纸片。
然而，在本发明的一个形式中，在较大的通道51内没有这种形式的接触。除了在图12中的隔壁55处以外，覆盖层65完全将该通道51与法兰43隔开。除了在隔壁55处以外，没有法兰43的原子穿过该覆盖层65，并与该通道51的内表面接触。
由于图13中的覆盖层65由为非常好的绝热体的空气构成，因此，通道51的隔热罩性质被覆盖层65增强。
另一个优越的特点在于图12中的隔壁55的物理特性。该隔壁55起挠性膜片的作用。它们去除或减小图7～9中所示的变形。
例如，图15表示不变形状态的隔壁55。如图16所示，如果涡轮覆环(没有示出)相对于通道50和51经受热膨胀，则隔壁55向外弯曲。通道50和51组件的总长度增加。
相反，如图17所示，如果涡轮覆环(没有示出)经受热收缩，则隔壁55向内弯曲。通道50和51组件的总长度减小。
这样，隔壁55允许装配的通道50和51作手风琴式或波纹管式膨胀和收缩。这种膨胀和收缩可减小或消除图8和9中所示的变形。
将给出一个实施例的变形减小的数字值。图12中的隔热罩72，隔热罩72，隔热罩72为外壳状结构。它是空心的。总的外壳状结构的弹性模数由该结构的壁的材料和几何形状确定。
该外壳结构的这个弹性模数(与构成该外壳结构的材料本身的弹性模数相反)小于图10的总覆环40的弹性模数的50％，最好为小于10％。一个例子可说明这个百分数的重要性。
假设一对力70A和70B，力70A和70B，力70A和70B作用在图11中的覆环40上。假设这些力引起的百分数伸长(即应变)为0.01％。如果在图12中的隔热罩72，隔热罩72，隔热罩72中要得到相同的应变(即百分数伸长)，则需要一对力68A和68B，力68A和68B，力68A和68B。这些力68A和68B必需为图11中的力70A和70B的大约10％，这就是上一节中给出的百分数。
换句话说，假设图8中的覆环6的弹性模数等于外壳状隔热罩18A，隔热罩18A，隔热罩18A的弹性模数。在覆环8和屏蔽18A之间给定的温度差下，产生给定的变形。然而，如上所述，如果屏蔽18A的模量为覆环6的模量的10％，则粗略地，该变形大约为当模量相等时产生的变形的相同的百分数，即10％。
图12中的力68A和68B与图11中的力70A和70B之间大小的大的不同用于表示图8和9所示形式的变形有效地被消除或大大减小。
根据图12中的力68A和68B求出的所考虑的弹性模数称轴向弹性模数。一个原因是由力产生的隔热罩72，隔热罩72，隔热罩72的伸长或收缩在该隔热罩72的纵轴线方向上。当然，该隔热罩72为环形结构。然而，短的部分可以看作是直线的，且具有纵轴线。这个轴向模量的概念也可用于图14中的覆环40。
图18表示本发明的另一个形式。该较大的通道51可以带有凹部75，凹部75，凹部75，这些凹部与法兰43匹配并起空气密封的作用。换句话说，外壳51的基座76带有与法兰43接合的法兰78，法兰78，形成一个密封。
图19表示本发明的另一个形式，其中在一些和所有的较大外壳51中形成U形的通道80，U形通道80，U形通道80。每一个U形通道80添加二个另外的隔壁或膜片55。该添加的膜片55提供附加的挠性。
该U形通道80的基座86，基座86，基座86的内表面可以或不可以与法兰43接触(图19中没有示出)。另外，如绉皮膜90，绉皮膜90，绉皮膜90所示，在一些或全部较大的通道51中可以形成一个真正的绉皮膜。
图22表示本发明的又一个形式。所有部分51的横截面尺寸和形状相同。相邻的部分51利用图19所示的褶，绉皮膜或变形连接，并在图21中表示成元件91，元件91，元件91。周期性地作出螺钉孔120，螺钉孔120，螺钉孔120，并且套筒125，套筒125，套筒125将该部分51与法兰43隔开。
本发明的一些重大的特点包括下列各点。一个特点为，除了在该隔热罩与覆环接触的位置，即在图18中的区域76，区域76，79中以外，至少在气流不能透过的意义上说，图14中的隔热罩72为连续的结构。即，与图6的先前技术的情况不同，在相邻的通道50和51之间的连接处没有泄漏。
该隔热罩72可以作成由图12中的分割线68B，分割线68B，分割线68B形成的二个半边部分。该二个半边部分互相成镜象。单一的分割线或接缝数少于先前技术中发现的接缝数。因此，通过该单一的分割线68B泄漏的机会比在先前技术中的多接缝中少。
第二个特点为图14中的隔热罩72可以看作是由二种形式的单元构成。一个单元50，单元50，单元50跨过覆环40的第一扇形体100，第一扇形体100，第一扇形体100，并起一个安装单元的作用。这个单元为U形，至少该U形的腿与图13的法兰43热接触。图14中的第二单元51，第二单元51，第二单元51跨过该覆环40的第二扇形体105，第二扇形体105，第二扇形体105，并包含图13的覆盖层65。该二个单元由图12中的隔壁55互相密封。
第三个特点为图14中的隔热罩72可以看作为包含一组壳体51，在该壳体之间为交替的支架50。该壳体51和支架50通过起气体密封作用的图12中的隔壁55，互相连接。支架50将该组件与图13中的法兰43连接。
第四个特点为图14中的隔热罩72可以由几个扇形体构成。图12中所示的结构可以代表一个扇形体，然而在描述中用直线表示。如图21所示，通过使隔壁55A，隔壁55A，隔壁55A重叠，可使相邻的扇形体互相密封。这种密封在金属片材加工技术中是已知的，特别是可用于覆盖金属屋顶和加热导管工作。
在图21的情况下，如果接头或使用的密封不能耐压缩，则轴向弹性模数只能在拉伸中而不在压缩中确定。
以上讨论了隔热罩的轴向弹性模数小于50％，最好小于10％。不同的实施例可以分别使用1～50的所有百分数。
在不偏离本发明的真实精神和范围的条件下，可作各种替代和改变。希望由专利确保的是在下列权利要求书中限定的本发明。
权利要求
1.一种系统，它包括a)一台燃气涡轮发动机，该发动机包括从一个涡轮壳体(6)伸出的至少一个环形法兰(9A，9B)；和b)一个连续的环形隔热罩(72)，该隔热罩i)密封该环形法兰(9A，9B)；和ii)包括减小该隔热罩(72)的轴向弹性模数的绉皮膜或膜片(90) 。
2.如权利要求1所述的系统，其特征为，该环形隔热罩(72)包括邻近该涡轮壳体(6)的基座侧面(86)，并且除了在该基座侧面(86)上以外，该环形隔热罩(72)不能使气流透过。
3.如权利要求1所述的系统，其特征为，该环形隔热罩(72)由几个相邻的单元(50)构成，每一个单元包括a)与该法兰的第一扇形体(100)热接触的一个安装部分(50)；b)包围该法兰的第二扇形体(105)并由空气覆盖层(65)与该第二扇形体(105)隔开的一个空心部分(51)；和c)位于一个轴向平面内，使该支架部分(50)与该空心部分(51)连接的一个隔壁(55)。
4.如权利要求3所述的系统，其特征为，该安装部分(50)的横截面大致为U形，该U形的腿与该环形法兰(9A，9B)热接触。
5.如权利要求3所述的系统，其特征为，在该环形隔热罩(72)的热膨胀或收缩过程中，该隔壁(55)挠曲。
6.如权利要求1所述的系统，其特征为，还包括在该隔热罩(72)和该环形法兰(9A，9B)或该涡轮壳体(6)之一之间延伸的并支承该环形法兰(9A，9B)的隔套(125)。
7.一种系统，包括a)一台燃气涡轮发动机，该发动机包括从涡轮壳体(6)伸出的一个环形法兰(9A，9B)，该法兰/壳体具有在其中限定的轴向弹性模数；和b)一个隔热罩(72)，该隔热罩i)密封该法兰(9A，9B)的一个扇形体(105)；和ii)具有小于该扇形体(105)的轴向弹性模数的50％的轴向弹性模数。
8.操作该燃气涡轮发动机的方法，该方法包括a)在涡轮壳体(6)的外表面上保持环形法兰(9A，9B)；b)保持一组壳体(50，51)，每一个壳体i)密封该环形法兰(9A，9B)的相应的扇形体(100，105)；和ii)保持与所述的相应的扇形体(100，105)邻近的空气覆盖层(65)；c)保持一组支架(50)，每一个支架i)在一对框架(51)之间；和ii)与该环形法兰(9A，9B)的相应扇形体(100，105)热接触；d)在每一个支架(50)和其相邻的一对框架(51)之间保持气体密封。
9.如权利要求8所述的方法，其特征为，还包括a)保持穿过该环形法兰(9A，9B)的一些螺钉，每一个螺钉将一个支架(50)与该环形法兰(9A，9B)固定。
10.如权利要求8所述的方法，其特征为，除了在支架(50)，框架(51)和密封件的径向最内部分以外，该支架(50)，框架(51)和密封件提供对移向该环形法兰(9A，9B)的气体的一种空间连续的屏障。
全文摘要
一种在燃气涡轮发动机中的涡轮覆环的隔热罩(72)。该隔热罩(72)为环形的U形外壳(50，51)的形状，该U形的开放部向面向径向内部。该外壳(51)覆盖环形法兰(9A，9B)或另一个体，并且安装在该体或相应的体上。该外壳(50，51)中的褶，绉皮膜，褶合或其他变形(90)减小该外壳的轴向弹性模数。这样，该外壳(50，51)的热膨胀和收缩将减小的力加在安装该外壳(50，51)的法兰(9A，9B)上。
文档编号F01D25/24GK1902380SQ200480039315
公开日2007年1月24日 申请日期2004年11月1日 优先权日2003年11月3日
发明者R·P·查乔尔 申请人:通用电气公司