用于燃气涡轮发动机的系统和方法与流程

相关申请的交叉参考

本申请是于2015年11月24日提交的名称为“systemandmethodforturbinediffuser(用于涡轮扩散器的系统和方法)”的美国专利申请no.14/951,090、于2015年11月24日提交的名称为“systemofsupportingturbinediffuser(支承涡轮扩散器的系统)”的美国专利申请no.14/951,151、于2015年11月24日提交的名称为“systemofsupportingturbinediffuseroutlet(支承涡轮扩散器出口的系统)”的美国专利申请no.14/951,164以及于2015年11月24日提交的名称为“systemofsupportingturbinediffuser(支承涡轮扩散器的系统)”的美国专利申请no.14/951,173的部分继续申请，其全部内容通过参引方式结合到本发明中。

本发明中公开的主题涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及改进的扩散器区段及相应的用于燃气涡轮发动机的系统和方法。

背景技术：

燃气涡轮机系统大致包括压缩机、燃烧室和涡轮。压缩机压缩来自进气口的空气，随后将压缩空气导向燃烧室。燃烧室燃烧压缩空气和燃料的混合物以产生导向涡轮的热燃烧气体从而做功，比如用于驱动发电机。

涡轮的传统的扩散器区段(diffusersection)由于扩散器区段的结构和与排气有关的高温而承受高应力。因此，传统的扩散器区段经受高应力，因此增大了扩散器区段上的磨损。

技术实现要素：

在一个实施例中，一种方法包括将尾板组件(anaftplateassembly)的径向内表面轴向地嵌入(inserting)燃气涡轮机的扩散器区段的内筒(aninnerbarrel)的圆周槽内，在此，尾板组件相对于圆周槽嵌入成第一圆周定向(afirstcircumferentialorientation)，圆周槽布置在内筒的径向外表面上。该方法还包括使尾板组件在圆周槽内从第一圆周定向周向地旋转至第二圆周定向，在此，内筒构造成当尾板组件布置在第二圆周定向中时轴向地保持尾板组件。

较佳地，所述尾板组件包括围绕所述内筒的轴线周向地延伸的环形尾板组件，所述圆周槽围绕所述轴线周向地延伸。

较佳地，所述尾板组件包括多个尾板节段(apluralityofaftplatesegments)。

较佳地，所述的方法还包括将多个尾板节段联结在一起，其中，联结包括焊接、钎焊、熔接、紧固或其任何组合。

较佳地，所述尾板组件包括在所述径向内表面上的第一多个槽口(notches)和第一多个隆脊(ridges)，所述圆周槽包括下游凸缘(downstreamlip)，所述下游凸缘包括第二多个槽口和第二多个隆脊。

更佳地，将所述尾板组件的所述径向内表面轴向地嵌入所述内筒的所述圆周槽内包括通过(through)所述第二多个槽口嵌入所述第一多个隆脊，所述第二多个槽口构造成当所述尾板组件布置在所述第二圆周定向中时轴向地保持所述第一多个槽口。

更佳地，所述第一多个槽口的相应槽口的根部与所述第一多个隆脊的相邻的相应隆脊的峰顶之间的径向隆脊高度小于所述圆周槽的上游凸缘的径向高度，其中，当所述尾板组件布置在所述第二圆周定向中时，所述第一多个隆脊布置在所述上游凸缘与所述第二多个隆脊之间。

较佳地，所述的方法还包括将多个杆(poles)联接在所述扩散器区段的所述尾板组件与前板之间。

较佳地，所述第一圆周定向围绕所述内筒的轴线从所述第二圆周定向周向地偏移小于大约30度。

在一个实施例中，一种系统包括构造成接收来自涡轮区段的排气的扩散器区段，在此扩散器区段包括尾板组件，尾板组件包括径向内表面，在此径向内表面包括第一槽口和第一隆脊。扩散器区段还包括内筒，所述内筒包括布置在径向外表面上的圆周槽，在此圆周槽包括上游凸缘和下游凸缘，下游凸缘包括第二槽口和第二隆脊。当尾板组件相对于内筒布置在第一圆周定向和第二圆周定向中时，第一隆脊构造成布置在圆周槽中，第一隆脊与第二槽口在第一圆周定向中轴向对准，第一隆脊在第二圆周定向中从第二槽口周向地偏移(circumferentiallyoffset)。

较佳地，所述尾板组件包括多个尾板节段。

更佳地，所述多个尾板节段联结在一起以形成环形尾板组件，所述多个尾板节段通过焊接接头、钎焊接头、熔合接头和紧固接头或其任何组合中的至少一者联结在一起。

较佳地，所述尾板组件的所述径向内表面包括第一多个槽口和第一多个隆脊，所述内筒的所述径向外表面包括第二多个槽口和第二多个隆脊，其中，在所述第一圆周定向中，所述第一多个隆脊与所述第二多个槽口轴向地对准，在所述第二圆周定向中，所述第一多个隆脊与所述第二多个隆脊轴向地对准。

较佳地，所述第一槽口的根部与所述第一隆脊的峰顶(crest)之间的径向隆脊高度小于所述圆周槽的所述上游凸缘的径向高度。

较佳地，所述扩散器区段包括前板和多个杆，当所述尾板组件沿所述第二圆周定向布置时所述多个杆联接至所述前板和所述尾板组件。

较佳地，所述第一圆周定向从所述第二圆周定向周向地偏移小于大约30度。

在一个实施例中，一种系统包括构造成接收来自涡轮区段的排气的扩散器区段，在此扩散器区段包括前板和尾板组件，尾板组件包括径向内表面，在此径向内表面包括第一多个槽口和第一多个隆脊。扩散器区段还包括内筒，所述内筒包括布置在径向外表面上的圆周槽，在此圆周槽包括上游凸缘和下游凸缘，所述下游凸缘包括第二多个槽口和第二多个隆脊。扩散器区段包括多个杆，当尾板组件相对于内筒布置在第二圆周结构中时多个杆联接在前板和尾板组件之间，在此，将第一多个隆脊构造成当尾板组件相对于内筒布置在第一圆周定向和第二圆周定向中时布置在圆周槽中，第一多个隆脊在第一圆周定向中与第二多个槽口轴向对准，第一多个隆脊在第二圆周定向中从第二多个槽口周向地偏移。

较佳地，所述尾板组件包括多个尾板节段，所述多个尾板节段联结在一起以形成环形尾板组件，所述多个尾板节段通过焊接接头、钎焊接头、熔合接头和紧固接头或其任何组合中的至少一者联结在一起。

较佳地，所述第一多个隆脊的第一隆脊的峰顶构造成当所述尾板组件相对于所述内筒布置在所述第二圆周定向中时在12点钟位置处与所述圆周槽的根部接口(interface)。

较佳地，所述多个杆中的每一个杆具有直径，每个杆的直径至少部分地基于相应的杆围绕所述扩散器区段的轴线的圆周位置。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时将能够更好地理解本发明的这些以及其他特征、方面和优点，其中，相同的符号在全部附图中代表相同的零件，其中：

图1是具有包括改进的扩散器区段的涡轮的涡轮机系统的实施例的框图；

图2是布置在排气气室内的涡轮的扩散器区段的细节图；

图3描绘了扩散器的改进的上部部分；

图4描绘了沿着图2的线4-4穿过托架截取的扩散器的横截面图；

图5描绘了沿着图4的线5-5的搭接接头和不连续托架的透视图；

图6描绘了沿着图4的线5-5的搭接接头和不连续托架的透视图；

图7描绘了位于图2和3的扩散器的内筒内的圆周槽的轴向横截面图；

图8描绘了沿着图7的扩散器的线8-8截取的尾板组件的实施例的轴向视图；

图9描绘了尾板组件的局部横截面图；

图10描绘了沿着图7的扩散器的线8-8截取的内筒的尾板的实施例的轴向视图；

图11描绘了沿着图7的扩散器的线8-8截取的内筒的尾板组件的实施例的轴向视图；

图12描述了形成根据本发明的实施例的尾板节段的方法；

图13描绘了外筒的实施例的侧视图；

图14描绘了内筒的侧视图；

图15示出将内筒和外筒加工成如图13和图14所述的所需连续曲率的示例性设备；以及

图16示出通过旋压工艺形成内筒和外筒的方法。

具体实施方式

以下详细说明用于通过利用对扩散器区段的机械性改进来改进传统扩散器区段的系统和方法。对于扩散器区段的机械性改进有助于通过减小与传统扩散器设计有关的应力来改进扩散器的机械完整性。对于扩散器的机械性改进包括具有槽口和隆脊的尾板组件以便于将尾板轴向安装至内筒。尾板可以轴向地通过扩散器区段的内筒的圆周槽的槽口嵌入，然后在圆周槽内周向地旋转以使尾板的隆脊轴向地保持尾板组件。其他机械性改进包括制造所需曲率的扩散器区段，在扩散器的前板和尾板之间布置多个杆，圆周槽被布置在内筒中以容纳尾板，外筒的圆周搭接接头、多个不连续托架沿着内筒布置和/或扩散器的外筒构造成将扩散器联接至涡轮出口，或其任何组合。通过比如为旋压工艺(spinningprocess)加工处理实现扩散器区段的曲率。旋压工艺涉及通过将材料放置到模型上来将用于内筒和外筒的适当的材料(例如不锈钢、金属)铸模成所需形状(例如弯曲)。然后通过利用辊子以将材料压入模型内将材料模制成所需形状，由此逐渐地形成所需模型形状。为了减小经由旋压工艺遇到的任何残余应力，内筒和外筒可以由各种轴向节段(例如第一组多个轴向节段、第二组多个轴向节段)形成。利用轴向节段以形成内筒和外筒可以需要材料的更少变形以形成所需形状的内筒和外筒，由此有助于减小出现的残余应力的量。

一旦形成内筒和外筒的轴向节段(例如第一组多个轴向节段、第二组多个轴向节段)，每个相应的筒的轴向节段可以联结在一起。轴向节段可被切割以确保轴向节段(例如第一组多个轴向节段、第二组多个轴向节段)具有过剩材料，使得节段能够足够地联结在一起。通过焊接、钎焊、熔接、螺栓连接、紧固或其任何组合将轴向节段联结在一起。

杆布置在内筒与外筒之间，内筒和外筒依次(inturn)围绕涡轮轴线布置。杆用来经由多个杆将尾板的下游端联接至前板的下游端，并且杆围绕涡轮轴线周向地间隔开。在一些实施例中，杆具有变化的杆直径。杆直径部分地基于杆位置沿着扩散器(例如外部尾板、内部尾板)的圆周位置。例如，最接近扩散器的顶部部分(例如外部尾板、内部尾板)的杆的直径可以比最接近扩散器的底部部分的杆具有更大的直径。在一些实施例中，杆直径由于其接近排气流而更小。这样，更小的杆直径对于减轻由于更小直径引起的排气流路径的堵塞可能是有利的。布置在扩散器区段的顶部部分内的杆可被构造成比如在安装期间支承扩散器区段的载荷(例如重量)。例如，布置在扩散器区段的顶部部分内的杆可被用于提升扩散器区段。在一些实施例中，布置在扩散器区段的顶部部分内的杆可以联接至卷扬机、升降机、起重机或其他适当的起重机械以使扩散器区段平移至适当的位置(例如，平移用于安装、拆除、维护、维修)。杆可以减小内筒与外筒之间的振动。杆的布置部分地取决于杆的直径。最接近扩散器的顶部部分的杆具有更大的直径以旁路排气的速度更加均匀时的旋涡分离频率。

圆周槽位于内筒的端部。尾板可被嵌入圆周槽内，使得尾板与圆周槽的根部的部分对接。圆周槽可以通过使尾板能够在圆周槽内运动而减小应力。可以通过在各区段之间(例如尾板与圆周槽)实现轻微运动来减小该区域中的圆周应力(hoopstresses)。通过实现圆周槽的应力减小可以通过使圆周应力相对于没有圆周槽的扩散器减小差不多一半。在一些实施例中，尾板可以形成为尾板组件。例如，尾板组件可以包括布置成形成环形尾板组件的多个尾板节段。尾板组件可以包括多个槽口和隆脊。尾板节段可以使得排气的一些泄漏穿过开口(例如隆脊)进入排气气室内。这种泄露可以通过使热排气的受控泄漏穿过开口来减小该区域中的热应力的量。尾板组件可以相对于圆周槽轴向地嵌入成第一圆周定向。尾板组件可以在圆周槽内从第一圆周定向周向地旋转至第二圆周定向。内筒可构造具有隆脊和槽口以在尾板组件布置在第二圆周定向中时保持尾板组件。

圆周搭接接头(circumferentiallapjoint)布置在涡轮出口的外壁的下游端与扩散器区段的外筒的上游端之间。圆周搭接接头构造成便于外筒相对于外壁的轴向运动，由此消除外筒中的应力。外筒的上游凸缘(例如外部凸缘)可以径向地布置在外壁的下游凸缘(例如凸缘)内以便于减轻(ease)搭接接头的轴向运动。通过利用圆周搭接接头的上游凸缘与下游凸缘的应力减小可以通过利用不连续托架(discretebrackets)而被进一步增大。不连续托架可以联接至外筒和框架组件(例如排气框架)。不连续托架(例如外筒不连续托架)构造成沿轴线方向支承外筒。不连续托架的子组(例如，不连续内托架)可以围绕扩散器的内筒周向地布置。不连续内托架(例如内筒支承托架)可以保持扩散器(例如内筒)就位并且减小沿轴线方向的运动。扩散器(例如内筒和外筒)相对于涡轮出口的运动可以根据搭接接头和不连续托架沿着外筒布置的位置而被减小和/或限制。

现在转向附图并且首先参考图1，示出燃气涡轮机系统10的实施例的框图。所述框图包括燃料喷嘴12、燃料14和燃烧室16。如图所描绘的，燃料14(例如液体燃料和/或气体燃料，比如天然气)被传送至涡轮机系统10，穿过燃料喷嘴12到燃烧室16内。燃烧室16点燃并燃烧空气燃料混合物34，然后将热加压排气36传送到涡轮18内。排气36穿过涡轮18中的涡轮转子的涡轮叶片，由此驱动涡轮18围绕轴28旋转。在实施例中，改进的扩散器38联接至涡轮18。涡轮18联接至涡轮出口，在此涡轮出口和扩散器38构造成接收在操作期间来自涡轮18的排气36。如以下详细地论述的，涡轮机系统10的实施例包括位于扩散器38内的提高与制造扩散器38相关的可靠性的一些结构和部件(例如通过减小应力)。涡轮机系统10的实施例可以包括改善扩散器38的生产时间(productiontime)的扩散器38的一些结构和部件。燃烧过程的排气36可以经由扩散器38和排气口20排出涡轮机系统10。在一些实施例中，扩散器38可以包括圆周槽40、一个或多个搭接接头42、一个或多个不连续托架44、布置在扩散器38的尾板62与前板64之间的一个或多个杆46，或其任何组合。涡轮18的旋转叶片使得轴28旋转，轴28在整个涡轮机系统10中联接至几个其他部件(例如，压缩机22、载荷26)。

在涡轮机系统10的实施例中，压缩机轮叶或叶片包括为压缩机22的部件。压缩机22内的叶片可以通过压缩机转子联接至轴28，并且将在轴28由涡轮18驱动时旋转。压缩机22可以经由进气口24将氧化剂(例如空气)30吸入至涡轮机系统10。此外，轴28可以联接至载荷26，载荷26可以经由轴28的旋转提供动力。按照所理解的，载荷26可以是可以经由涡轮机系统10的旋转输出产生动力的任何适当的装置，比如发电厂或外部机械载荷。例如，载荷26可以包括比如为发电机的外部机械载荷。进气口24经由比如为冷空气进口的适当的机构将氧化剂(例如空气)30吸入涡轮机系统10内，用于随后使空气30经由燃料喷嘴12与燃料14混合。通过涡轮机系统10吸收的氧化剂(例如空气)30可以通过旋转压缩机22内的叶片被供给并且压缩成加压空气32。加压空气32然后可被供给到一个或多个燃料喷嘴12内。燃料喷嘴12然后可以混合加压空气32和燃料14，以产生用于燃烧的适当的空气燃料混合物34。

图2示出涡轮18的扩散器区段38的细节图。如图所示，扩散器区段38可以包括示出为通过通风支承风道56分离的上部部分52和下部部分54。通风支承风道56可以通过涡轮出口20和扩散器区段38供给冷却流。可以理解的是，扩散器38具有包围支承风道56的一部分的基本环形形状。扩散器38的上部部分52联接至排气框架58并且径向地布置在排气气室60内。排气36通过扩散器38的上部区段52和下部区段54排出到排气气室60内。扩散器区段38的尾板62也布置在气室60中。内筒48可以比外筒50更冷，特别地沿着进一步远离涡轮出口20的内筒48的部分，这部分是由于施加于内筒48的绝缘。这样，尾板62可以比内筒48更快地吸收热，有助于跨扩散器38上的热梯度。该热梯度可以在扩散器38中引起应力，由此影响扩散器38的机械完整性。

扩散器38的机械完整性还可以受到与来自布置在扩散器38内的翼型82和排气框架58的竖直接头74的衰减长度(attenuationlength)相关的应力的影响。热排气36的流动路径可以由于振动力和温度效应而进一步降低扩散器38的机械完整性，振动力和温度效应可能使扩散器38疲劳。因此，如在图3的论述中进一步详细说明的对扩散器区段38的改进可以减弱扩散器38上的这些作用。这种改进可以包括制造所需曲率的扩散器区段38，在扩散器38的前板64与尾板62之间布置多个杆46，圆周槽40布置在内筒48中以容纳尾板62，一个或多个圆周搭接接头42、多个不连续托架44沿着内筒48布置以及扩散器38的外筒50构造成将扩散器38联接至排气框架58，或其任何组合。圆周搭接接头42和不连续托架44构造成根据圆周搭接接头42和不连续托架44如何定位而减小沿一些方向(例如周向地66、轴向地76、垂直地78、横向地80)的运动或促进运动(例如，周向地66、轴向地76、垂直地78、横向地80、径向地84)。

图3描绘了根据本发明的扩散器38的改进的上部部分52。扩散器区段38可以制造成使得扩散器38在最靠近涡轮出口20的端部处沿着扩散器38的内筒48和外筒50弯曲。扩散器38的曲率88可以提供超越其他扩散器形状(例如更加线性形状的散射器)的结构优势。例如，扩散器38的连续曲率88可以通过与接近所需曲率的线性板相比改进扩散器38的空气动力性能而减小在结构上产生的应力。以下详细地论述的，扩散器38的曲率可以通过比如为旋压工艺的适当的处理形成。在一些实施例中，扩散器38的内筒48和外筒50中的每一个由一个以上的锥体(cone)形成。锥体可以是由如关于图11所述的适当的材料形成的环形片材。例如，内筒48可以包括2个、3个或更多个锥体件。外筒50可以包括2个、3个、4个、5个或更多个锥体件。锥体件则可以经受旋压工艺，以便形成所需曲线的锥体件。相应的锥体件则一体地联接在一起(例如通过焊接)以形成整体式扩散器区段38，如关于图11进一步说明的。内筒48和外筒50两者的锥体件可以通过旋压工艺形成。内筒48和外筒50可以是经由杆46联接在一起的独立件。

其他涡轮改进布置在扩散器38的曲线部分的下游104。例如，多个杆46可以周向地66布置在扩散器38的前板64与尾板62之间。杆46可以通过多个联接板68联接至前板64和尾板62，以将杆46紧固至前板64和尾板62。杆46周向66地布置在前板64与尾板62之间。杆46可以用于减小前板64与尾板62之间的振动特性。杆46可以通过加强前板64和尾板62减小不希望的振动的趋势，由此减小在燃气涡轮机18的操作期间的共振。杆46可以具有变化的直径70以适应排气流36。例如，扩散器出口中的最接近扩散器出口的底部内部部分的区域装备有具有更小直径70的杆46，以最小化对排气36的堵塞。

此外，扩散器38的曲线部分的下游104是圆周槽40。圆周槽40布置在内筒48内。在一些实施例中，圆周槽40可以布置在内筒48上以容纳尾板62。圆周槽40可以减小该区域内的可能由于大的温度变化而产生的应力(例如圆周应力)。如上所述，尾板62布置在排气气室60内，使得尾板62暴露于与前板64大致相同的操作温度。内筒48的毂盘可被绝热，使得内筒48的部分暴露于比尾板62更冷的操作温度，由此产生跨过内筒48和尾板62的大的热梯度。这样，所形成的热梯度可以经由内筒48的热膨胀在区域中产生应力。圆周槽40可以通过使尾板62的圆锥形板72在圆周槽40内运动来减小应力。通过能够沿径向方向84在区段之间(例如圆锥形板72和圆周槽40)实现轻微运动，可以减小区域中的圆周应力。如以下详细说明的，通过实现圆周槽40的应力减小可以将圆周应力减小由没有圆周槽40的传统扩散器所经受的应力的差不多一半。

搭接接头42和不连续托架44的设置可以由衰减长度100部分地限定。衰减长度100部分地穿过布置在涡轮出口20内的多个翼型82限定。翼型82布置在涡轮出口20的外壁106和涡轮出口20的邻近涡轮出口20的下游端部104的内壁112之间。从翼型82到竖直接头74的更短的衰减长度100与衰减长度100可以更长的其他构造相比可以提高竖直接头74中的应力。衰减长度100可以帮助限定圆周搭接接头42布置的位置。例如，搭接接头42可以布置在翼型82下游的大致等于衰减长度100的距离处。在一些实施例中，衰减长度100小于大约12英寸。不连续托架44可以减小扩散器38的运动，使得沿轴向方向76、竖直方向78和横向方向80的运动根据不连续托架44布置在扩散器38上的位置被限制。如以下详细描述的，沿着内筒48和外筒50布置的不连续托架44可被不同地定向以将扩散器38的尾板62和前板64保持就位。

现在转向内筒48，扩散器区段38的内筒48的上游端102可以通过内圆周接头114联接至涡轮出口20的内壁112的下游端104。内圆周接头114可以包括多个不连续托架(例如托架47)。不连续托架构造成将涡轮出口20的内壁112的下游端104联接至内筒48的上游端102。内部不连续托架47构造成轴向地76支承内筒48。

在内筒48上，第二柔性密封件101(例如第二圆周密封件)可以布置在第二挠曲密封槽144内的开口中。第二柔性密封件101可以阻止热排气36进入通风支承风道56。第二柔性密封件101可以包括一个或多个板节段，一个或多个板节段被周向地分段以形成可以在第一端部103处螺栓连接的360度结构。类似于外筒50的柔性密封件92，第二柔性密封件101可以与相对的第一端部103分离，使得第二柔性密封件101可以在第二挠曲密封槽144的开口内自由地运动。

图4描绘了沿着图2的线4-4穿过托架44截取的扩散器38的横截面图。在布置搭接接头42和不连续托架44的位置处的扩散器38的部分(例如其下游)之后可以开始扩散器38的曲率。如上所述，搭接接头42和不连续托架44可以围绕扩散器38的外筒50周向地66布置。不连续托架44可以联接至外筒50和框架组件(例如排气框架58)。不连续托架44(例如外部不连续托架45)构造成沿轴向方向76和圆周方向66支承外筒50。

另一组不连续托架44可以周向地66布置在扩散器38的内筒48内。例如，不连续托架44的子组可以包括多个支承托架(例如内部不连续托架47)。内部不连续托架47可以提供相对于涡轮出口20用于内筒48的竖直78支承和/或横向80支承。外部不连续托架45和内部不连续托架47两者可以围绕外筒50以旋转对称配置布置。

内筒48暴露于流动通过通风支承风道56的冷却流。这样，布置在内筒48内的内部不连续托架47可以由在较低温度(例如与外筒50的更高温度相比)下保持屈服强度的材料制成。不连续托架44(例如内部不连续托架47)可以保持扩散器(例如内筒48)就位并且减小沿轴线方向76和/或横向方向80的运动。内筒48可以包括位于一端49的螺栓接合，以便将扩散器区段38(例如扩散器的尾板62和扩散器的前板64)固定至涡轮出口20。不连续托架44和中继模块的支承对(见图6)能够实现沿径向方向84的热生长。

不连续托架44可以在不同的位置中联接至外筒50和内筒48。在一些实施例中，不连续托架44可以布置在12点钟位置118、3点钟位置120、6点钟位置122、9点钟位置124或其任何组合。在一些实施例中，不连续托架44可以定位在其他位置处(例如4点钟、7点钟)，使得不连续托架44的设置保持不连续(例如非连续)。此外，不连续托架44的位置可以根据外筒50和内筒48的所需约束进行布置。换句话说，多个外部不连续托架45和多个内部不连续托架47可以围绕涡轮轴线76周向地66间隔开。外部不连续托架45构造成相对于涡轮出口20的外壁106定位外筒50，以在涡轮出口20的外壁106与扩散器区段38的外筒50之间形成圆周搭接接头42。圆周搭接接头42是连续的。扩散器38(例如内筒48和外筒50)相对于涡轮出口20的运动可以根据搭接接头42和不连续托架44沿着外筒50布置的位置而被减小和/或限制。例如，当不连续托架44布置在3点钟定位120和/或9点钟定位124时，扩散器38(例如内筒48和外筒50)沿轴线方向76和沿垂直方向78被限制。当不连续托架44布置在12点钟定位118和/或6点钟定位122时，扩散器38(例如内筒48和外筒50)沿轴线方向76和沿横向方向80被限制。不连续托架44可以如图6中进一步说明的通过支承部件(例如销)支承。支承部件可以限制沿圆周方向66的运动。

图5描绘了沿着图4的线5-5的搭接接头42和不连续托架44的透视图。如上所述，不连续托架44可以联接至外筒50和框架组件58(例如扩散器框架116)。不连续托架44构造成沿轴向方向76支承外筒50，不连续托架44中的至少一些沿圆周方向66支承外筒。

圆周搭接接头42布置在涡轮出口20的外壁106的下游端104与扩散器区段38的外筒50的上游端102之间。圆周搭接接头42构造成促进外筒50相对于涡轮出口20的外壁106的轴向运动76，由此消除外筒50中的应力。外筒50的上游凸缘(例如外部凸缘96)可以径向地84布置在外壁106的下游凸缘(例如凸缘128)内以便于减轻搭接接头42的运动。通过利用上游凸缘和下游凸缘的应力减小通过利用不连续托架44被进一步加强。外部不连续托架45限制热从排气框架58向外筒50的传递。因此，热膨胀和热收缩可能比连续托架接口在更少的位置处出现，热应力被控制成主要位于托架45处。例如，扩散器区段38可以包括沿着扩散器38的外筒50(例如外部不连续托架45)布置的多个不连续托架44，以减小排气框架58的竖直接头74中的应力。

在一些实施例中，柔性密封件92可被用于搭接接头42和不连续托架组件44中。柔性密封件92可以邻近外筒50的上游凸缘96布置。柔性密封件92可以定位在围绕不连续托架44布置的绝缘体126与涡轮出口20的外壁106的挠曲密封槽94之间。柔性密封件92可以包括一个或多个板节段，一个或多个板节段周向地分段以形成可以在第一端部93处螺栓连接或紧固的360度结构。柔性密封件92可以保持相对的第一端部93脱开(例如未螺栓连接)，使得柔性密封件92可以在挠曲密封槽94内自由地运动，以密封柔性密封件92与和螺栓连接端部相对的端部(例如柔性密封件92的第一端部93)之间的余隙空间95。柔性密封件92可以阻止冷却流沿着涡轮出口20的外表面(例如用于间隙控制)进入扩散器38内。涡轮出口20的外壁106与外筒50的外部凸缘96之间的槽98可以促进搭接接头42的一定的轴向运动76。凸缘96可以与搭接接头42的外部凸缘径向地84对接。

如上所述，流过涡轮18和扩散器38的热排气36容纳在排气气室60中。柔性密封件92可以将冷却流(例如在排气框架中)与柔性密封件92的下游104的热排气36隔离。主流动路径130可以从涡轮出口20通过扩散器38的内部区域134延伸至扩散器38区段的扩散器出口。内部区域134径向地84位于外筒50与内筒48之间的外壁106与外筒50内。扩散器出口构造成将排气流36导向排气气室60。第二流动路径136从排气气室60通过外壁106的下游凸缘128与外筒50的上游凸缘96之间的槽98延伸至内部区域134。第二流动路径136可以延伸穿过圆周搭接接头42。在一些实施例中，第二流动路径136可以包括内部区域134的排气流36的非零部分。

图6描绘了沿着图4的线5-5的搭接接头42和不连续托架44的透视图。在一些实施例中，不连续托架44可以由轴向地76延伸穿过外筒50的凸缘116的销86、凸缘116和一对中继模块(apairofrelayingblocks)90支承。销86可以穿过凸缘116和中继模块90布置以支承不连续托架44。销86构造成使得外筒50能够相对于相应的托架44沿径向方向84运动(例如经由滑动)。如上所述，多个外部不连续托架45包括多个圆周支承托架44(例如多个不连续托架的子组)。多个不连续外部托架45的每个支托44利用销86来实现外筒50相对于相应的支承托架45沿径向方向84的运动。中继模块90和支承托架47限制沿圆周方向66的运动。

类似于不连续外部托架44，多个内部不连续托架47可以包括多个内部圆周支承托架，多个内部圆周支承托架中的每一个利用相应的销86以轴向地76延伸穿过内壁112和内筒48的相应的凸缘。销86构造成使得内筒48能够相对于相应的内部支承托架径向地84运动，同时限制圆周运动66。

图7描绘了位于图2和3的扩散器38的内筒48内的圆周槽40的轴向横截面图。尾板62与扩散器38的内筒48在圆周槽40处对接。如上所述，内筒48和外筒50围绕涡轮轴线76布置。尾板62至少部分地布置在排气气室60内并且布置在内筒48的下游104。

圆周槽40可以减小该区域内可能由于大的热梯度而形成的应力(例如圆周应力)。尾板62和前板64至少部分地布置在排气气室60内。内筒48的毂盘可被绝热，使得内筒48的毂盘暴露于比尾板62更冷的操作温度，由此引起尾板62和内筒48的毂盘处的不同的温度。尾板62与内筒48的毂盘之间的温度差引起跨越内筒48的毂盘和尾板62的大的热梯度。所形成的热梯度由于热膨胀/热收缩在区域中产生应力。通过实现各区段(例如圆锥形板72和圆周槽40)之间轻微运动(即上游运动、下游运动)，可以减小区域中的圆周应力。通过实现圆周槽40的应力减小可以使圆周应力减小差不多一半。例如，尾板62区域中的应力可以减小从当在内筒48中不存在圆周槽40时的大约413mpa至当内筒48中存在圆周槽40时的大约207mpa。

布置在尾板62和内筒48的下游端部104处的密封接口140包括圆周槽40。在一些实施例中，密封接口140机械地联接(例如焊接、熔合、铜焊、螺栓连接、紧固)至内筒48的下游端104。在一些实施例中，密封接口140形成在内筒48的下游端处。密封接口140可以包括第一圆周槽142和第二圆周槽144。第一圆周槽142构造成容纳尾板62。这样，第一圆周槽142沿远离涡轮轴线76的第一方向146(例如下游104)开口。第二柔性密封件101构造成隔离排气气室60与通风支承风道56。第二圆周槽144沿朝向涡轮轴线76的第二方向150(例如上游)开口。

第一圆周槽142和第二圆周槽144能够实现内筒48相对于尾板62的一定的上游运动和下游运动，引起该区域中的减小的应力。在所示实施例中，尾板62构造成在密封接口140的12点钟位置118处与第一圆周槽142的根部160接口。密封接口140减小第一圆周槽142与根部160之间的空间，以便不在12点钟位置118处形成间隙。密封接口140还有助于通过使得内筒48的密封接口能够支承尾板62的垂直载荷中的一些来减小杆46中的应力。尾板62可以在密封接口140的6点钟位置122(例如与12点钟位置118相对)处偏离第一圆周槽142的根部160。

尾板62可以由多个圆周节段152(例如尾板节段、圆锥形板72)组成。在一些实施例中，多个圆周节段152中的一个或多个可以包括沿着尾板62的圆周节段152之间的接头156布置的应力消除特征154，如关于图10所述的。应力消除特征154可以朝向圆周节段152(例如尾板节段)的邻近密封接口140的端部部分集中。

在一个实施例中，尾板62包括尾板组件65，尾板组件65可以由多个尾板节段67组成(见图8)。尾板组件65可以包括2个、3个、4个、5个、6个或更多个尾板节段67。可以理解的是，减少尾板节段67的数目有助于通过减少与尾板组件65有关的部件来减少区域中的组装时间。尾板组件65可以是围绕内筒的轴线76周向地66延伸的环形尾板组件。圆周槽40还围绕内筒的轴线76周向地66延伸。尾板节段67以适当的方式联结在一起，比如通过焊接、钎焊、熔接、紧固或其任何组合。在所示实施例中，尾板组件65减小第一圆周槽142与根部160之间的空间，以便不在12点钟位置118处形成间隙。如进一步参照图8和图9所述地，尾板节段67可以包括多个槽口71和多个隆脊73。多个隆脊73可以布置在尾板62的径向内部表面75上。槽口71和隆脊73可以允许尾板组件65的热质(thermalmass)的减小。减小尾板组件65的热质可以有助于减小区域中的热应力和/或有助于当涡轮操作时尾板组件65的部件中的更加均匀的热传递。

图8描绘了沿着图7的扩散器38的线8-8截取的尾板组件65的实施例的轴向视图。在所示实施例中，尾板组件65包括三个尾板节段67。如上所述，尾板组件65可以包括任何数量的尾板节段67，包括2个、3个、4个、5个、6个或更多尾板节段67以形成360度结构(例如环形尾板组件)。节段67可以通过任何适当的联结处理联结在一起，比如沿着接头156焊接或熔接。在一些实施例中，每个尾板节段67可以包括一个或多个槽口71(例如接收部分)和一个或多个隆脊73(例如嵌入部分)。槽口71和隆脊73布置在尾板62的径向内部表面75上。尾板组件65包括内筒48的下游凸缘61。尾板组件65的下游凸缘61具有多个槽口79和多个隆脊83。在所示实施例中，尾板62的径向内部表面75可以轴向地76嵌入圆周槽40内，使得尾板62的隆脊73轴向地穿过下游凸缘61的槽口79，下游凸缘61的隆脊83轴向地穿过尾板62的内部表面75的槽口71。将尾板62嵌入圆周槽40内可以包括将尾板62的第一隆脊81嵌入内筒48的第一槽口85内。当第一隆脊81被嵌入第一槽口85内时，尾板62相对于内筒48设置在第一圆周定向87(例如第一位置)。即，尾板组件65处于第一圆周定向87。尾板62可被转动(例如沿圆周方向66旋转)至第二圆周定向89(例如第二位置)，使得第一隆脊81与下游凸缘61的第二隆脊111轴向地重叠。

尾板组件65的尾板62可以转动或旋转大约15度至60度、30度至45度、35度至40度或其之间的任何子范围。当尾板62如由箭头69所示地相对于内筒48转动至第二圆周定向89时，尾板组件65构造成将尾板62轴向地76保持在圆周槽40中。第一圆周定向87围绕内筒48的轴线76从第二圆周定向89周向地偏移小于大约60度。在一些实施例中，第一圆周定向87围绕内筒76的轴线从第二圆周定向89周向地偏移小于大约30度。可以参照图12进一步理解通过穿过下游凸缘61的多个槽口79嵌入尾板62的多个隆脊73形成尾板组件65的方法。可以理解的是，尾板组件65可以实现排气通过尾板62与内筒48之间的连接的泄漏。排气通过尾板组件65的泄漏可以减小尾板62、内筒48或其一些组合上的应力。当隆脊73转动至第二圆周定向89时可以减少泄漏，使得尾板62的隆脊73与内筒48的隆脊83轴向地重叠。在一个实施例中，排气的泄漏可以是排气流气体的0.01％至3％、0.05％至2％、1％至1.5％，或其之间的任何子范围。

图9描绘了尾板组件的局部横截面图。如图所示以及如上所述，尾板组件65容纳多个杆46的多个孔176。一个或多个孔176可以布置在尾板节段67中。尾板节段67可以经由熔接、钎焊、焊接或任何其他适当的处理联结在一起。尾板节段67可以形成尾板节段67联结在一起的接头156(例如焊接接头、钎焊接头、熔合接头、紧固接头)。如图所示，尾板节段67包括位于相应的槽口71的根部97与相邻的隆脊73的峰顶99之间的径向隆脊高度91。另外，内筒48的下游凸缘61可以在相应的槽口79的根部97与相邻的隆脊83的峰顶99之间具有基木相同或更大的径向隆脊高度91。在一个实施例中，径向高度91小于圆周槽40的上游凸缘77的径向高度105。

图10描绘了沿着图7的扩散器38的线8-8截取的内筒48的尾板62的实施例的轴向视图。在所示实施例中，尾板62的下游端104经由多个杆46联接至前板64的下游端104。如上所述，内筒48和外筒50围绕涡轮轴线76布置。这样，多个杆46可以围绕涡轮轴线76周向地66间隔开。

如上所述，尾板62可以由多个圆周节段152(例如尾板节段、圆锥形板72)组成。多个圆周节段152可以包括沿着尾板62的圆周节段152之间的多个接头156布置的多个应力消除特征154。多个应力消除特征154可以是实现应力消除的任何适当的形状，包括圆形、心形、豆形或其任何组合。

在一些实施例中，杆46具有变化的杆直径70。杆直径70部分地基于沿着扩散器38的杆位置46的圆周位置66。例如，杆46的最靠近尾板62和前板64的顶部部分172的直径70具有比最靠近尾板62和前板64的底部部分174的杆46更大的直径70。因此，多个孔176对应于布置在扩散器38内的多个杆46。孔176可以部分地基于孔176的圆周位置66变化，以经由多个杆联接至外部尾板62和内部尾板63。

在所示实施例中，布置在扩散器38区段的底部部分174内的圆周位置66处的第一组178(见图2)杆46可以具有不均匀的轴向截面。例如，第一组178杆46可以具有卵形、椭圆形、球形或其他不均匀的部分的轴向截面。在扩散器区段38的底部部分174内的杆46的不均匀部分可以使杆46比圆形杆46呈现更大弹性(例如沿径向方向84)，这可以减小底部部分174中的应力。在一些实施例中，杆直径70更小以减小排气流36上的空气动力效应。这样，更小的杆直径70可以通过减小排气流路径36的堵塞而是有利的。

图11描绘了沿着图7的扩散器38的线8-8截取的内筒48的尾板组件65的实施例的轴向视图。如上所述，尾板组件65包括多个尾板节段67。图11中示出的尾板组件65位于第二圆周定向89中，使得尾板62的隆脊73通过内筒48的下游凸缘61的隆脊83轴向地保持，如上所述。尾板节段67包括容纳杆46的孔176，以将尾板62的下游端104联接至前板64的下游端104。杆46可以如上参照图10所述地联接至尾板节段67。即，布置在扩散器区段38的底部部分174内的圆周位置处的第一组178(见图2)杆46可以具有不均匀的轴向截面。在所示实施例中，尾板节段67不包括如以上参照图10说明的尾板62中所示出的应力消除特征154。

图12描述了根据本发明的实施例的形成尾板组件65的方法。尾板组件65可以由方法190形成。方法190可以包括通过焊接、熔接、钎焊、螺栓连接或紧固或者其任何组合沿径向方向84彼此联结(块192)多个尾板节段67。联结的尾板节段67形成尾板62。方法190可以包括使尾板62与第一密封接口162的根部160在12点钟位置118处对接(块194)。如上所述，尾板62可以经由互补的槽口和隆脊通过内筒48的下游凸缘61轴向地嵌入，使得尾板62布置在内筒48的圆周槽内。即，在第一圆周位置87中，尾板62的隆脊73可以通过下游凸缘61的槽口79轴向地嵌入，尾板62的槽口71可以轴向地容纳下游凸缘61的隆脊83。在一些实施例中，尾板62的6点钟位置122从根部160偏移(例如径向地间隔开)。方法190可以包括使尾板62围绕内筒48的轴线旋转(块196)。如上所述，尾板组件65可以从第一圆周位置87旋转至第二圆周位置89。在一些实施例中，尾板62相对于内筒48旋转大约15度至45度。方法190可以进一步包括经由多个杆46在尾板62的下游端104之间附接(块198)杆46，尾板62的下游端104与前板64的下游端104联接。

现在返回图10，布置在扩散器38的顶部部分172内的杆46可以构造成支承扩散器38的载荷(例如重量)。例如，布置在扩散器38的顶部部分172内的杆46可被用于提升扩散器38。在一些实施例中，布置在扩散器区段38的顶部部分172内的杆46可以联接至卷扬机、升降机、起重机或其他适当的提升机械，以使具有尾板62的组装的扩散器38运动至适当的位置(例如运动用于安装、拆除、维护、维修)。

多个杆46中的每一个包括杆轴线。在一些实施例中，多个杆46可以基本平行于共用杆轴线(例如涡轮轴线76)。应该理解的是，多个杆46不支承多个转动轮叶。此外，在一些实施例中，没有转动轮叶布置在扩散器38中。杆定位在扩散器38的下游端处或附近，以减小振动并且便于安装。

图13和图14描绘了扩散器38的内筒48和外筒50的侧视图。如在实线内所示，使内筒48和外筒50弯曲以减小扩散器38中的应力。内筒48和外筒50的曲率88在涡轮区段18的下游开始。内筒48和外筒50的部分布置在排气气室60内。图13描绘了外筒50的实施例的侧视图。外筒50包括布置在外筒50的下游的第一组多个轴向节段180。在所示实施例中，外筒50包括两个节段(例如轴向节段)。虽然示出两个轴向节段，但可以理解的是，外筒可以包括三个、四个或更多个轴向节段。第一组多个外筒节段180沿轴线方向联结在一起并且在外筒节段180中的每一个之间形成外筒接口188。如上所述，联结可以包括焊接、钎焊、熔接、紧固或其任何组合。第一组多个外筒节段180包括背离涡轮轴线76弯曲的第一连续曲线182(例如从外筒50的上游端至外部尾板62)。

图14描绘了内筒48的侧视图。在所示实施例中，内筒48包括四个节段(例如轴向节段)。内筒48包括布置在内筒48的上游端与密封接口140之间的第二组多个轴向节段184。虽然示出四个轴向节段，但可以理解的是，内筒48可以包括三个、四个、五个、六个或更多个轴向节段184。第二组多个轴向节段184沿轴线方向联结在一起并且在内筒节段184中的每一个之间形成内筒接口208。如上所述，联结可以包括焊接、钎焊、熔接、紧固或其任何组合。第二组多个轴向节段184(例如内筒节段)包括背离涡轮轴线76弯曲的第二连续曲线186(例如从内筒48的上游端至密封接口140)。如将要理解的，第二组多个轴向节段184(例如，内筒48的轴向节段)由于内筒48和外筒50的布置而大于外筒50的第一组多个轴向节段。内筒48和外筒50两者的曲率可以关于旋压工艺的论述进一步理解，如在图15中说明的。

图15示出用于将内筒48和外筒50加工成所需连续曲率的示例性设备，如在图13-14中所述的。第一连续曲线182和第二连续曲线186(例如外筒、内筒的连续曲线)可以经由比如为旋压工艺的适当的冷加工处理形成。旋压工艺涉及通过将材料放置在模型206上而将用于内筒48和外筒50的适当的材料204(例如不锈钢)模铸成所需形状。然后通过利用辊子202将材料204模制成所需形状以将材料压入模型206内，由此逐渐地形成所需模型形状。

如上所述的旋压工艺使得所需曲率的扩散器38能够提供所需的涡轮发动机性能(例如通过减小的应力)。为了减小经由旋压工艺遇到的任何残余应力，内筒48和外筒50可以由多个轴向节段(例如第一组多个轴向节段180、第二组多个轴向节段184)形成。利用更多轴向节段来形成内筒48和外筒50可能需要每个节段的更小变形以形成所需形状的内筒48和外筒50，由此减小保持在完整的扩散器38中的残余应力的量。

一旦形成轴向节段(例如第一组多个轴向节段180、第二组多个轴向节段184)，轴向节段可以联结在一起。轴向节段可被从适当的材料切割以确保轴向节段(例如第一组多个轴向节段180、第二组多个轴向节段184)具有过剩材料，使得节段能够足够地联结在一起。可以通过焊接、钎焊、熔接、螺栓、紧固或其任何组合将轴向节段轴向地联结在一起。

图16示出通过旋压工艺形成内筒48和外筒50的方法300。如本发明中说明的旋压工艺可以利用辊子以围绕模型的轴线旋压或者模型可以在辊子下面围绕轴线旋压。如上所述，方法300包括通过在模型上旋压适当的材料而形成(块302)外筒50的第一组多个轴向前板节段。如上所述，用于每个节段的旋压工艺涉及通过将材料放置到模型上而将适当的材料(例如不锈钢、金属)模铸成所需形状。然后通过利用辊子将材料压入模型内来将材料模制成所需形状，由此使材料逐渐地变形成所需模型形状。方法300还包括通过在模型上旋压适当的材料而形成(块304)内筒48的第二组多个轴向尾板节段。在形成轴向节段之后，方法300包括使第一组多个轴向前板节段彼此联结(块306)以形成外筒50，以及使第二组多个轴向尾板节段彼此联结(块308)以形成内筒48。内筒48和外筒50两者联接至燃气涡轮发动机18。如上关于图7所述，圆周槽可以在内筒48内加工。

本发明的技术效果包括通过利用扩散器区段上的机械性改进来改进传统散射器。对于扩散器的机械性改进包括具有槽口和隆脊的尾板组件以便于将尾板安装至内筒。尾板可以轴向地嵌入穿过扩散器区段的内筒的圆周槽的槽口，然后在圆周槽内周向地旋转以使隆脊轴向地保持尾板组件。对于扩散器的机械性改进有助于通过减小与传统扩散器设计有关的应力改进扩散器的机械完整性。机械性改进的实施例包括制造所需曲率的扩散器，在扩散器的前板和尾板之间布置多个杆，圆周槽布置在内筒中以容纳尾板，圆周搭接接头、多个不连续托架沿着内筒布置和/或扩散器的外筒构造成将扩散器联接至涡轮出口，或其任何组合。

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