专利名称：具有波纹管的涡轮机罩冲击系统的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及具有与进给管连通的冲击箱和用于有效密封、低泄漏和改进生产的波纹管(bellow)的涡轮机罩冲击系统。
背景技术：
一般说来，燃气涡轮包括沿热气路径旋转的多个涡轮叶片。该热气路径可以是封闭的、并且由涡轮机罩部分地限定。特别地，多个涡轮机罩节段可以邻近涡轮叶片以环形排列固定。因此，涡轮机罩保护外部涡轮外壳，并且防止热的燃烧气体泄漏通过涡轮叶片而不在其中产生有用功。因为涡轮机罩部分地限定了热气路径，因此涡轮机罩可以利用来自压缩机或其他源头的冷却气流进行冷却。该冷却气流需要保持涡轮机罩的结构完整性，以及保持热气路径中的余隙。由于该冷却气流在整体的燃气润轮发动机上是寄生损失(parasitic loss),因此，減少这种冷却气流在涡轮机罩附近、或其他位置的泄漏可以改善整体的燃气涡轮效率和性能。因此，需要ー种改进的涡轮机罩冷却系统。优选地，这种改进的涡轮机罩冷却系统将向涡轮机罩提供冷却气流，用于在其中充分地冷却、同时限制整体的漏泄损失等。
发明内容
本发明因此提供一种润轮机罩冲击系统。润轮机罩冲击系统可以包括润轮机罩节段、定位在涡轮机罩节段内的冲击箱、与冲击箱连通的进给管、以及在进给管附近定位的波纹管。所述机罩节段包括下部表面，并且，所述冲击箱包括邻近所述机罩节段的所述下部表面的底部表面。所述冲击箱的所述底部表面包括位于其中的多个冲击孔。所述冲击箱包括位于其上的轴向载荷面。所述冲击箱包括在所述轴向载荷面附近定位的偏置进ロ，所述偏置进ロ可以是管状或圆锥形形状。所述波纹管包括一个或更多个卷折。所述进给管包括第一部分和第二部分，并且，所述波纹管定位在所述第一部分与所述第二部分之间。所述波纹管附接至所述冲击箱。所述机罩节段包括位于其中的冲击箱孔。所述机罩节段包括位于其中的进给管孔。所述涡轮机罩冲击系统还包括多个机罩节段。本发明还提供ー种冷却机罩节段的方法。该方法可以包括以下步骤将冲击箱定位在机罩节段内，将具有波纹管的进给管定位在冲击箱的进ロ内，通过波纹管的轴向压缩将进给管保持在冲击箱的进口内，以及通过进给管将空气流输送至冲击箱，以冷却机罩节段。本发明还提供一种润轮机罩冲击系统。润轮机罩冲击系统可以包括润轮机罩节段、定位在涡轮机罩节段内的具有多个冲击孔的冲击箱、与冲击箱连通的进给管、以及在进给管附近定位的具有多个卷折的波纹管。所述机罩节段包括下部表面，并且，所述冲击箱包括邻近所述机罩节段的所述下部表面的底部表面。所述进给管包括第一部分和第二部分，并且，所述波纹管定位在所述第一部分与所述第二部分之间。所述波纹管附接至所述冲击箱。本领域普通技术人员在结合几个附图和所附权利要求审核以下详细说明时，本发明的这些及其他特征和改进将变得显而易见。
图1是具有压缩机、燃烧器和涡轮机的燃气涡轮发动机的示意图。图2是涡轮机的多个级的部分的示意图。图3是如在本说明书中描述的涡轮机罩冲击系统的侧视图。图4是如在本说明书中描述的涡轮机罩冲击系统的可选择的实施例的侧视图。附图标记列表10燃气涡轮发动机35燃烧气体流15压缩机40涡轮机20空气流45轴25燃烧器50载荷
30燃料流55 —级叶片190管状形状60 ニ级喷嘴200内部65 一级机罩220进给管100机罩230波纹管110机罩节段240卷折120下部表面250第一部分130机罩冲击系统260第二部分140冲击箱270冲击箱孔150底部表面290进给管孔160冲击孔300机罩冲击系统170偏置进ロ310凸缘180轴向载荷面
具体实施例方式现在參照附图，其中相同的数字在整个几个视图中指代相同的元件，图1示出如在本说明书中所采用的燃气涡轮发动机10的示意性视图。燃气涡轮发动机10可以包括压缩机15。压缩机15压缩进入的空气流20。压缩机15将压缩的空气流20输送至燃烧器25。燃烧器25将压缩的空气流20与经加压的燃料流30混合，并且点燃混合物以产生燃烧气体流35。尽管示出仅单个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可以包括任意数量的燃烧器25。燃烧气体流35接着被输送至涡轮机40。燃烧气体流35驱动涡轮机40以便产生机械功。在涡轮机40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15和外部载荷50，外部载荷50例如为发电机或类似装置。燃气涡轮发动机10可以使用天然气、各种类型的合成气和/或其他类型的燃料。燃气涡轮发动机10可以是由纽约斯克内克塔迪的通用电气公司提供的许多不同的燃气涡轮发动机中的任何ー种，包括但不限于例如为7系或9系重型燃气涡轮发动机或类似设备的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10可以具有不同的配置，而且可以采用其他类型的部件。其他类型的燃气涡轮发动机也可以用于此。多台燃气涡轮发动机、其他类型的涡轮机以及其他类型的发电设备也可以在此一起使用。图2示出涡轮机40的多个部件。特别地，示出一级叶片55和ニ级喷嘴60。ー级叶片55可以由ー级机罩65环绕。一级机罩65可以与来自压缩机15或其他源头的空气流20连通。用于将该空气流20输送至机罩65的已知系统可以包括计量孔、线管系统(spooliesystem)和类似装置。(冷却系统不限于ー级使用。)但是，如上所述，这种已知的机罩冷却系统可能易于在其中发生泄漏。图3示出如在本说明书中描述的机罩100。特别地，图3示出机罩节段110。任何数量的机罩节段110可以以周向排列用于整个机罩100中。如上所述，机罩节段110包围叶片55，并且限定贯穿机罩节段110的热气路径。机罩节段110的下部表面120可以面向叶片55和其中的燃烧气体流35。在此还可以采用其他部件和其他配置。
每个机罩节段110可以包括定位其中的机罩冲击系统130。机罩冲击系统130可以包括冲击箱140。冲击箱140的底部表面150可以在其中具有多个冲击孔160。冲击孔160可以具有任何所需的尺寸、形状或构造。在此可以采用任意数量的冲击孔160。冲击孔160面向机罩节段110的下部表面120，用于冷却目的。冲击箱140还可以包括偏置进ロ170。偏置进ロ 170可以在圆锥形或轴向载荷面180附近定位。偏置进ロ 170可以具有基本管状形状190。偏置进ロ 170可以在轴向载荷面180附近延伸到冲击箱140的内部200内。在此还可以采用其他部件和其他配置。机罩冲击系统130还可以包括进给管220。进给管220可与来自压缩机15或别处的空气流20、以及冲击箱140连通。进给管220可以具有任何需要的尺寸、形状或构造。机罩冲击系统130还可以包括波纹管230。在该例子中，波纹管230可以是进给管220的一部分。波纹管230可以包括多个卷折(convolutions) 240和类似结构。作为整体的波纹管230和卷折240可以具有任意尺寸、形状或构造。波纹管230作用为ー种伸縮接头。在此也可以采用其他类型的挠曲和密封方式。波纹管230可以承受进给管220内的空气流20的内压，同时也足够柔性以接受轴向、侧向和/或角向挠曲。同样地，波纹管230可以补偿热运动、制造和组装变化、以及类似变化。波纹管230的构造可以随着各级和整体燃气涡轮发动机及其输出的构造而变化。进给管220和波纹管230可以由任何类型的耐高温材料和合金制成。在此也可以采用其他部件和其他配置。波纹管230可以定位在进给管220的第一部分250与第二部分260之间，或者其它位置。第二部分260可以具有任何类型的几何形状，并且可设定尺寸以容纳冲击箱140的偏置进ロ 170。例如，第二管260可以具有膨胀的球形形状以容纳偏置进ロ 170。进给管220及其部分250、260的尺寸可以根据其中的空气流20的期望流速设定成具有预定直径。部分250、260和波纹管230的相应的长度可以改变。在此也可以采用其他部件和其他配置。机罩冲击系统130可以定位在机罩节段110的冲击箱孔270内。冲击箱孔270的尺寸和形状可以设定成容纳预定的冲击箱140。支座(standoff)趋于在冲击箱140与机罩节段110之间保持一定的距离。同样地，机罩节段110的下部表面120可以面向用于在其中冲击冷却的冲击箱140的底部表面150和冲击孔160。进给管孔290还可以延伸贯穿机罩节段110。进给管孔290的尺寸和形状可以设定成在其中牢固地容纳进给管220和波纹管230。在此也可以采用其他部件和其他配置。图4示出如在本说明书中描述的机罩冲击系统300的可选择的实施例。在该例子中，波纹管230可以直接附接至冲击箱140的偏置进ロ 170，而非如上所述的进给管220。波纹管230直接延伸至进给管220的第一部分250，而不是利用第二部分260。凸缘310和类似结构也可以附接至波纹管230。在此也可以采用其他部件和其他配置。使用中，机罩冲击系统130的进给管220延伸通过机罩节段110的进给管孔290。进给管220的第二部分260可以在冲击箱140的轴向载荷面180附近定位在偏置进ロ 170内。进给管220与冲击箱140之间的连接可以通过波纹管230的轴向压缩保持。因此，尽管进给管220与冲击箱140之间存在相对运动，然而波纹管230通过保持密封表面而减小了空气流20的泄漏。即使其中有轻微的相对运动，密封表面仍可以得到保持。在此可以使用另外的密封方式。因此，机罩冲击系统130将空气流20输送至冲击箱140，以便以有效的方式冷却机罩节段110的下部表面120。可选择地，波纹管230可以附接至冲击箱140的偏置进ロ 170、或别处，并且可以在其中容置进给管220。因此，机罩冲击系统130的波纹管230可以减少对严格机械加工公差的需要，否则对于冲击箱140与进给管220之间的刚性连接将需要严格机械加工公差。因此，波纹管230提供低成本的恒定密封表面以及高可靠性的有效密封系统。明显地，上述内容仅涉及本发明的某些实施例。本领域普通技术人员可以在不脱离由以下权利要求及其等同物限定的本发明的一般精神和范围的情况下做出许多变化和改进。
权利要求
1.一种润轮机罩冲击系统(130)，包括 涡轮机罩节段(110)； 定位在所述涡轮机罩节段(Iio)内的冲击箱(140)； 与所述冲击箱(14)连通的进给管(220);以及 在所述进给管(220)附近定位的波纹管(230)。
2.如权利要求1所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述机罩节段(110)包括下部表面(120)，并且，所述冲击箱(140)包括邻近所述机罩节段(110)的所述下部表面(120)的底部表面(150)。
3.如权利要求2所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述冲击箱(140)的所述底部表面(150)包括位于其中的多个冲击孔(160)。
4.如权利要求1所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述冲击箱(140)包括位于其上的轴向载荷面(180)。
5.如权利要求4所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述机罩节段(110)包括节段轴向载荷面(280)，并且，所述冲击箱(140)的所述轴向载荷面(180)定位在所述节段轴向载荷面(280)附近。
6.如权利要求4所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述冲击箱(140)包括定位在所述轴向载荷面(180)附近的偏置进口(170)。
7.如权利要求6所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述偏置进口(170)可以是管状形状(190)。
8.如权利要求1所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述波纹管(230)包括多个卷折(240)。
9.如权利要求1所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述进给管(220)包括第一部分(250)和第二部分(260)，并且，所述波纹管(230)定位在所述第一部分(250)与所述第二部分(260)之间。
10.如权利要求1所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述波纹管(230)附接至所述冲击箱(140)。
11.如权利要求1所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述机罩节段(110)包括位于其中的冲击箱孔(270)。
12.如权利要求1所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述机罩节段(110)包括位于其中的进给管孔(240)。
13.如权利要求1所述的涡轮机罩冲击系统(130)，其特征在于，所述涡轮机罩冲击系统(130)还包括多个机罩节段(110)。
14.一种冷却机罩节段(110)的方法，包括 将冲击箱(140)定位在所述机罩节段(110)内； 将具有波纹管(230)的进给管(220)定位在所述冲击箱(140)的进口(170)内； 通过所述波纹管(230)的轴向压缩将所述进给管(220)保持在所述冲击箱(140)的所述进口(170)内；以及 使空气流(20)通过所述进给管(220)流到所述冲击箱(140)，以冷却所述机罩节段(110)。
全文摘要
本发明提供一种具有波纹管的涡轮机罩冲击系统。涡轮机罩冲击系统可以包括涡轮机罩节段、定位在涡轮机罩节段内的冲击箱、与冲击箱连通的进给管、以及在进给管附近定位的波纹管。
文档编号F01D25/00GK103032114SQ20121036809
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月28日 优先权日2011年9月30日
发明者G.L.弗勒明, R.W.科因, C.L.戈登 申请人:通用电气公司