专利名称：：用于涡轮机扩散器密封的方法、系统和装置的制作方法
技术领域：
：本公开一般地涉及涡轮机排气系统，并且具体地涉及涡轮机排气扩散器。
背景技术：
：当前的燃气涡轮发动机利用排气框架支撑外部排气罩或定子外壳。排气框架和外罩由结构钢制成，其不能经受涡轮机排气的温度。所以，利用由能够经受涡轮机排气温度的材料制成的扩散器来保护排气框架和外罩免于暴露在排气温度下。而且，可用鼓风机提供冷气来为排气框架对排气的温度提供额外的保护。扩散器和排气框架之间的密封件与鼓风机一起可用于将冷气引导至适当位置并减少不需要的泄漏。注意到为了控制由框架和扩散器的有差别的热膨胀所引发的挑战会产生复杂且昂贵的设计和运行解决方案。因此，在现有技术中需要克服这些缺点的涡轮机排气装置。
发明内容本发明的一个实施例包括涡轮机扩散器。该涡轮机扩散器包括具有前端和后端的扩散器段，且有法兰布置在扩散器段的后端。扩散器段可经由法兰结合到邻近的扩散器段上，该法兰包括沿径向与密封件可牢固地连接的密^H牛保持器。本发明的另一个实施例包括涡轮机排气系统。该涡轮机排气系统包括框架、由框架支撑的外定子和布置在外定子内的涡轮机扩散器。涡轮机扩散器包括扩散器段，扩散器段具有前端和后端以及包括密封件保持器的法兰，该法兰布置在扩散器段的后端处，该扩散器段可经由法兰结合到邻近的扩散器段上。涡轮机排气系统还包括具有第一端和第二端的密封件。密封件的第一端沿径向与密封件保持器牢固地连接且密封件的第二端与框架牢固地连接。本发明的另一个实施例包括密封涡轮机排气系统的方法。该方法包括在布置在扩散器段后端处的法兰的密封件保持器中沿径向牢固地连接密封件的第一端，该扩散器段可经由法兰结合到邻近的扩散器段上。该方法还包括将密封件的第二端牢固地连接到支撑着排气系统外定子的框架上。从下列结合附图提供的本发明的优选实施例的详细描述中将更容易理解这些及其它优点和特征。参照示范性附图，其中在附图中相似的元件^皮相似地编号图1描绘了根据本发明的实施例的涡轮发动机的示意图；图2描绘了根据本发明的实施例的涡轮发动机的局部剖面侧;现图；图3描绘了根据本发明的实施例的图2的涡轮发动机的排气部分的放大的截面；图4描绘了根据本发明的实施例的图3的排气部分的放大的截面；图5描绘了涡轮发动机的排气部分的放大的截面；以及图6描绘了用于密封根据本发明的实施例的扩散器段的方法的工序流程图。郜件清单<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>具体实施例方式本发明的一个实施例提供了涡轮机扩散器装置，其包括结合了密封件保持器的连接法兰。布置在排气框架和密封件保持器之间的密封件引导冷气并减少冷气不必要的损耗。在一个实施例中，扩散器相对于排气框架的热膨胀导致密封件和保持器之间的热接触区域减小，从而减少了其间的传热。图1描绘了如燃气涡轮发动机8的涡轮发动机8的一个实施例的示意图。该燃气涡轮发动机8包括燃烧器10。该燃烧器10燃烧燃料-氧化剂混合物，以产生热的和高能的气体流12。来自燃烧器10的该气体流12然后移动到涡轮14。该涡轮14包括涡轮叶片组件(未示出)。气体流12给予涡轮叶片组件能量，导致涡轮叶片组件转动。涡轮叶片组件联接在轴16上。该轴16响应于涡轮叶片組件的旋转而旋转。然后用轴16向压缩机18提供动力。轴16可选地向不同的输出设备(未示出)例如发电机提供动力输出17。压缩机18接收并压缩氧化剂流20。继压缩氧化剂流20之后，将已压缩的氧化剂流23送入燃烧器10。来自压缩机18的已压缩的氧化剂流23与来自燃料供应系统28的燃料流26相混合，以在燃烧器10内形成燃料-氧化剂混合物。该燃料-氧化剂混合物随后在燃烧器10中经历燃烧过程。图2描绘了涡轮发动机8的一个实施例。该涡轮发动机8包括排气部50(本文中也称为"排气系统")。该排气部50包括径向地布置在排气部50的框架65(参考图3最好地所见，并且在本文中也称为"排气框架")内侧的扩散器55(本文中也称为"涡轮机扩散器")。扩散器55由例如不锈钢的材料制成，其能够经受热排气的温度，并因此隔离由不能经受热排气温度的材料制成的框架65。如本文用来描述相对位置，用语"后"应指下游的或沿涡轮发动机8的中轴线40向出口端35定位的相对位置。如本文用来描述相对位置，用语"前"应指上游的或沿涡轮发动机8的中轴线40向入口端45定位的相对位置。图3描绘了排气部,50的放大截面视图。框架65支撑定子外壳60(本文中也称为"外定子")的后端。扩散器55包括扩散器段70(本文中也称为"前扩散器段")，该扩散器段70包括前端75和后端80。前扩散器段70还包括法兰85(本文中也称为"第一法兰，，)，例如布置在扩散器段70的后端80处的垂直法兰。前扩散器段70经由法兰85可结合到邻近的扩散器段90(本文中也称为"后扩散器段")上。在一个实施例中，后扩散器段90包括法兰95(本文中也称为"第二法兰")，例如布置在后扩散器段90的前端IOO处的垂直法兰，且前扩散器段70经由第一法兰85到第二法兰95的连接结合到后扩散器段90上。在一个实施例中，第一法兰85经由紧固件105(例如将第一法兰85连接到第二法兰95上的螺栓或夹钳)连接到第二法兰95上。还预期可利用另外的装置例如焊接、铜焊和铆接来将第一法兰85连接到第二法兰95上。冷气110(以波浪线图示出)由压缩机或鼓风机(未示出)提供且在扩散器55和框架65之间循环来减少从扩散器55到框架65的热传递。由意外的泄露或逸出引起冷气110的消耗增加，这导致鼓风机容积需求和能量消耗的增加，这从而降低了涡轮发动机8的整体运行效率。现在参照图4，描绘了排气系统50的放大的截面。密封件115布置在扩散器段70和框架65之间以减少冷气110从扩散器段70和框架65之间的意外逸出。在一个实施例中，密封件115由适当的材料制成以经受密封件U5暴露于其中的环境温度。布置在前扩散器段70的后端80处的法兰85包括布置在法兰85的前端125处的密封件保持器120。密封件保持器120在径向R可牢固地与密封件115相连接，且由此固定或约束密封件115的第一端135的移动，例如在径向R上的移动。密封件115的第二端137布置在框架65内。在一个实施例中，密封件115的第一端135面向扩散器段70的后端80轴向地定向(与轴向A对齐)，且密封件115的第二端137向外面向架65轴向地定向(与轴向R对齐)。密封件保持器120包括面向扩散器段70的前端75的开口(本文中也称为"前向开口")。在一个实施例中，前向开口130是轴向开口。密封件115的第一端135布置在前向开口130中。在一个实施例中，前向开口130包括三个侧面140、145、150，它们例如限定前向开口130为前向开口槽130。密封件保持器120可与密封件115牢固地连接，且固定或约束密封件115沿径向R的移动。前向开口130在轴向A上提供密封件115和密封件保持器120之间的自由度，此前向开口130通常与涡轮发动机8的中轴线40对齐(参考图2最好地所见)。在开口130内布置密封件115的第一端135后，密封件115的第一端135和密封件保持器120之间的自由度允许在密封件115和密封件保持器120之间沿轴向A相对移动，同时防止或约束在密封件115的第一端135和密封件保持器120之间沿轴向R的移动。现在结合图4参照图3,—个实施例提供了由框架65支撑的前扩散器段70的前端75，使得前端75沿轴向A相对于框架65的移动受到限制。前扩散器段70的后端80包括相对于框架65的自由度，使得后端80沿轴向A相对于框架65的移动不受限制。如上所述，因为排气框架65是由不是很适合暴露于涡轮机排气温度下的材料制成的，所以需要减少从排气到排气框架65的热流。因此，尤其在涡轮发动机8启动过程中，相对于排气框架65扩散器55(暴露在涡轮机排气温度下)的热膨胀有差异，而排气框架65由扩散器55保护而免于暴露在涡轮机排气温度下。热传导路径155描绘了从扩散器段70经过法兰85的密封件保持器120进入密封件115和框架65的传热示例。轴向重叠160的长度限定了密封件115的第一端135和密封件保持器120之间的接触区域。该接触区域提供了热传导区域，使得重叠160的长度越长，在扩散器段70的给定温度下可经由热传导路径155从扩散器段70传向框架65的热量越大。暴露在涡轮机排气温度下的热膨胀导致扩散器70的后端80响应于扩散器段70的上升的温度而沿向后的方向165相对于排气框架65平移。因此，由于密封件115和密封件保持器120之间的轴向自由度，密封件保持器120响应于扩散器段70的后端80的向后的平移而沿轴向相对于密封件115向后平移。密封件保持器120相对于密封件115的向后平移导致密封件115的第一端135在密封件保持器120的开口130内部分地脱离，从而减小了重叠160的长度，并减小了密封件115的第一端135和密封件保持器120之间的热接触区域。因此，响应于扩散器段70升高的温度减小热接触面积减小了在给定温度下由热传导路径155传递的热量。例如，当扩散器段70的温度升高且密封件保持器120部分地从密封件115的第一端135脱离时，从扩散器段70经由密封件155传至排气框架65的热量小于在扩散器段70和密封件保持器120对于扩散器段70的升高的温度不响应时所传递的热量。结合图5参照图4,在法兰85内结合密封件保持器120与使用布置在扩散器段177上的分开的密封件保持器170和法兰175相比，减小了扩散器段70和密封件保持器120之间的质量梯度分布180。减小的质量梯度分布180提供了瞬时应力和移动的降低，这些瞬时应力和移动通常是不需要的。因此，扩散器段70具有包括密封件保持器120的法兰85与具有分开密封件保持器170的扩散器段177相比导致瞬时应力和移动的减小。因此，除了分开的密封件保持器170接近法兰175的定位的方便外，由密封件保持器120与法兰85的集成引起的减小的质量梯度分布180还提供了瞬时态应力发展和移动的减小的益处。考虑到前面所述，涡轮机排气系统50促进了将扩散器段70密封到排气框架65上的方法。现在结合图3和4参照图6，描绘了密封扩散器段的过程步骤的流程图200,例如将扩散器段70密封到排气框架(例如排气框架65)上。在一个实施例中，该方法在步骤210乂人通过牢固地连接扩散器段70的法兰85的密封件保持器120中的密封件115的第一端135开始，该第一端135布置在扩散器段70的后端80处。扩散器段70经由法兰85可连接到邻近的扩散器段90上。该方法的一个实施例在步骤220以牢固地将密封件115的第二端137连接到框架65上而结束，该框架65支撑排气系统50的定子外壳60(参见图2最好地所见)。在该方法的一个实施例中，在步骤210牢固地连接密封件115的第一端135,其包括在密封件保持器120的前向槽130中布置密封件115的第一端135。该方法的一个实施例还包括响应于扩散器段70的升高的温度将扩散器段70的后端80沿向后的方向相对于框架65使扩散器段70的后端80平移。此外，响应于扩散器段70的后端80的向后平移，该方法包括缩短重叠160的长度，该重叠160限定密封件115的第一端135和密封件保持器120之间的热接触区域，从而减少了从扩散器段70经由密封件115的热传导路径155传送到排气框架65的热量。该方法的一个实施例在步骤210提供了将向扩散器段70的后端80轴向地定向的密封件115的第一端135与密封件保持器120牢固地连接，以及在步骤220，将向外轴向地定向的密封件115的第二端137向着框架65与框架65的牢固地连接。如所公开的，本发明的一些实施例可包括下列优点中的一些优点通过减小意外的冷气泄露减小冷却鼓风机容积；响应于升高的扩散器温度经由响应密封件装置减小密封件的热接触区域；以及通过将密封件保持器结合到法兰上减小与布置在螺栓连接的垂直法兰附近的密封件保持器相关的瞬时热应力和移动。尽管已参考示范性的实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解不脱离本发明的范围便可做出各种变化并且可以用等同物来代替其中的元件。另外，为使得具体的情形或材料适合本发明的教导，可不脱离本发明的实质范围而做出多种修改。因此，其意图是本发明不限于被公开为设想用来实施本发明的最佳或唯一模式的具体实施例，而是本发明将包括所有落入所附权利要求范围内的实施例。此外，在说明书和附图中，已公开了本发明的示范性实施例，且尽管也许已采用了特定的用语，但除非另有声明它们仅以一般和叙述的意义来使用而非为了限制目的，因此本发明的范围并非如此有限。而且，用语第一、第二等的使用不表示任何的顺序或重要性，而是用用语第一、第二等来将一个元件区别于另一个元件。此外，用语一、一个等的使用不表示限制数量，而是表示存在至少一个所提及的物件。权利要求1.一种涡轮机扩散器(55)，包括:具有前端(75)和后端(80)的扩散器段(70)；以及布置在所述扩散器段(70)的所述后端(80)处的法兰(85)，所述扩散器段(70)经由所述法兰(85)可结合到邻近的扩散器段(90)上；其中，所述法兰(85)包括密封件保持器(120)，其沿径向与密封件(115)可牢固地连接。2.根据权利要求1所述的涡轮机扩散器(55)，其特征在于，所述密封件保持器(120)包括面向所述扩散器段(70)的所述前端(75)的开口(130)。3.根据权利要求2所述的涡轮机扩散器(55)，其特征在于，所述开口(130)包括三个侧面(140)、(145)、(150)。4.根据权利要求2所述的涡轮机扩散器(55),其特征在于，所述开口(130)包括槽(130)。5.根据权利要求1所述的涡轮机扩散器(55),其特征在于，所述密封件保持器(120)沿所述径向与所述密封件(115)可牢固地连接，其间包括轴向的自由度。6.—种涡轮机排气系统(50),包括框架(65);由所述框架(65)支撑的外定子(60);布置在所述外定子(60)内的涡轮机扩散器(55)，所述涡轮机扩散器(55)包括具有前端(75)和后端(80)的扩散器段(70);布置在所述扩散器段(70)的所述后端(80)处的法兰(85)，所述扩散器段(70)经由所述法兰(85)可结合到邻近的扩散器段(90)上，所述法兰(85)包括密封件保持器(120);以及具有第一端(133)和第二端(137)的密封件(U5),所述密封件(U5)的所述第一端(135)沿径向与所述密封件保持器(120)牢固地连接，并且所述密封件(115)的所述第二端(137)与所述框架(65)牢固地连接。7.根据权利要求6所述的涡轮机排气系统(50)，其特征在于，所述扩散器段(70)为前扩散器段(70)，并且所述法兰(85)为第一法兰(85)，此外，其中所述邻近的扩散器段(90)为后扩散器段(90)，其包括布置在所述后扩散器段(90)的前端(100)处的第二法兰(95)。所述前扩散器段(70)经由所述第一法兰(85)和所述第二法兰(95)结合到所述后扩散器段(90)上。8.根据权利要求6所述的涡轮机排气系统(50)，其特征在于所述扩散器段(70)由所述框架(65)在所述扩散器段(70)的所述前端(75)处支撑；以及所述扩散器段(70)的所述后端(80)和所述框架(65)之间具有自由度。9.根据权利要求8所述的涡轮机排气系统(50)，其特征在于高的温度而相对于所述框架(65)沿径向平移；以及所述密封件保持器(120)响应于所述扩散器段(70)的所述后端(80)的轴向平移而缩小在所述密封件(115)的所述第一端(135)和所述密封件保持器(120)之间的轴向重叠(160)的长度。10.—种密封涡轮机排气系统(50)的方法，包括在步骤(210)，在扩散器段(70)的法兰(85)的密封件保持器(120)中沿径向牢固地连接密封件(115)的第一端(135),所述法兰(85)布置在所述扩散器段(70)的后端(80)处，所迷扩散器段(70)经由所述法兰(85)可结合到邻近的扩散器段(90)上；以及在步骤(220),将所述密封件(115)的第二端(130)牢固地连接到支撑所述排气系统(50)的外定子(60)的框架(65)上。全文摘要本发明涉及用于涡轮机扩散器密封的方法、系统和装置，具体而言，公开了扩散器段(70)。该扩散器段(70)具有前端(75)和后端(80)，且法兰(85)布置在扩散器段(70)的后端(80)处。扩散器段(70)经由法兰(85)可结合到邻近的扩散器段(90)上。文档编号F01D25/00GK101372904SQ200810213678公开日2009年2月25日申请日期2008年8月22日优先权日2007年8月23日发明者K·D·布莱克,P·K·帕蒂尔,S·M·埃兰申请人:通用电气公司