用于涡轮发动机的壳体及其温度控制流体导管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及涡轮发动机相关技术，尤其涉及具有冷却单元(温度控制流体导管)的涡轮发动机的壳体技术。
[0002]工业涡轮发动机包括压缩机部段、燃烧室部段以及涡轮机部段。在涡轮机部段中，安装在转子上的多列涡轮机叶片(或戽斗)在相应列固定喷嘴之间转动。对于每一列涡轮机叶片，周向护罩安装到涡轮机壳体上，该护罩刚好沿径向方向定位在涡轮机叶片的尖端外侧。
[0003]在涡轮机叶片的尖端和护罩之间必须保持留有间隙以防止在涡轮机叶片转动时涡轮机叶片的尖端摩擦护罩。然而，人们期望保持该间隙尽可能小以防止原动气体从叶片的尖端周围泄漏。通常说来，间隙越小，涡轮机越有效。
[0004]在过渡期内，诸如当涡轮机启动时，或是当涡轮机增加或降低负载或转速时，涡轮机部段内的各种元件的温度可能升高或降低。不幸的是，各种元件的温度并不趋向于以同样的速率升高和降低。例如，在启动操作期间，涡轮机叶片的温度趋向于比涡轮机壳体更加快速地升高，该涡轮机壳体容纳围绕涡轮机叶片的尖端的护罩。该涡轮机叶片安装在圆盘上，该圆盘也变热并沿径向方向朝外膨胀。
[0005]当涡轮机的一部分的温度升高快于另一部分时，加热较快的那部分可比温度升高较慢的那部分经受更快的热膨胀/热生长。在启动操作期间，如果涡轮机叶片的温度升高快于容纳护罩的涡轮机壳体，该涡轮机叶片可比涡轮机壳体在径向方向上经受更快的热扩展。
[0006]而且，涡轮机的不同部分是由具有不同的热膨胀系数的不同材料制成的。即使所有元件的温度以相同速率升高，不同材料的热膨胀系数的差异仍将导致不同元件相对于彼此生长不同的数量。
[0007]另一因素是施加于不同元件的负载。涡轮机叶片以及在其上安装有这些涡轮机叶片的圆盘，由于叶片和圆盘转动而经受机械向心力。这也能够导致圆盘和涡轮机叶片沿径向方向生长。在相对较低的转速下，由于该机械负载而产生相对较小的生长。然而，随着转速的增加，叶片和圆盘趋向于变得更长。相反，围绕涡轮机叶片的护罩并不转动并且不会经受由于向心力引起的生长。
[0008]当确定涡轮机的元件的尺寸时，设计者必须将所有这些因素都考虑进去以确保在任意给定的时间点涡轮机叶片不会在其开始摩擦护罩的径向方向上生长得太长。然而，当涡轮机的元件被设计成用于确保总是在涡轮机叶片的尖端和护罩之间保留一定的间隙的时候，这可导致该间隙大于在稳态操作期间所需的间隙，这可对涡轮发动机的效率产生负面影响。
[0009]为了解决这一问题，涡轮机壳体的所选部分可在过渡期间或在稳态操作期间被加热和/或冷却，以控制护罩在径向方向上的位置。相应地，这控制了涡轮机叶片和护罩之间的间隙。涡轮机壳体的部分在过渡期间的选择性的加热或冷却可确保在过渡期间在涡轮机叶片的尖端和护罩之间保留一定的间隙。涡轮机壳体在稳态操作期间的选择性的加热和/或冷却可将涡轮机叶片的尖端和护罩之间的间隙减小到最小所需尺寸，由此使涡轮发动机的效率最大。
[0010]现有技术的选择性地加热和/或冷却涡轮机壳体的尝试要求在涡轮机壳体中的选定位置处，诸如在径向方向上刚好在护罩外侧，形成冷却剂通道。以这种方式制造涡轮机壳体可能昂贵且困难。并且，将这种设计加装到现有的涡轮发动机中是不可能的。涡轮机壳体必须制造成从一开始就包括冷却剂通道。
【实用新型内容】
[0011]在第一方面中，本实用新型可体现为在涡轮发动机的涡轮机部段的包括多个弓形壳体部分的内壳，所述多个弓形壳体部分构造为彼此附接以形成大体圆柱形的内壳。每个弓形壳体部分包括至少一个沿弓形壳体部分的内侧在周向方向上延伸的护罩钩部，以及至少一个沿弓形壳体部分在周向方向上延伸的安装沟槽。所述每一至少一个安装沟槽定位成与所述至少一个护罩钩部中的一个相邻。具有用于温度控制流体的至少一个内部通道的导管安装在所述至少一个安装沟槽内。所述至少一个导管构造为在周向方向上滑入安装沟槽内。
[0012]在另一个方面中，本实用新型可体现为温度控制流体导管，所述温度控制流体导管构造为安装在涡轮发动机的涡轮机部段的内壳的弓形部分上。所述流体导管包括具有用于温度控制流体的内部通道的细长的、弓形主体，以及至少一个构造为允许温度控制流体流进入内部通道内的进入孔隙。
【附图说明】
[0013]图1是示出了涡轮发动机的涡轮机部段的转动的涡轮机叶片与涡轮机壳体的周围部分之间的接口的示意图；
[0014]图2是示出了部分滑入到涡轮机内壳的安装沟槽内的流体导管的示意图；
[0015]图3是示出了完全安装到涡轮机内壳的安装沟槽中的流体导管的示意图；
[0016]图4是安装在涡轮机内壳的安装沟槽中的流体导管的第一种实施例的剖视图；
[0017]图5是安装在涡轮机内壳的安装沟槽中的流体导管的第二种实施例的剖视图；
[0018]图6是在外表面上具有突起的温度控制流体导管的第一种实施例的一部分的局部透视图；
[0019]图7是在外表面上具有突起的温度控制流体导管的第二种实施例的一部分的局部透视图；和
[0020]图8是安装在涡轮机内壳的安装沟槽中的流体导管的第三种实施例的剖视图。
【具体实施方式】
[0021]图1是示出了涡轮发动机的涡轮机部段的一部分的示意图。图1示出了涡轮机外壳100和涡轮机内壳110。图中示出了两列涡轮机叶片122和124的尖端。涡轮机叶片122、124列安装到涡轮机的转子上，并且该涡轮机叶片相对于涡轮机内壳110的内表面转动。固定喷嘴列130安装到两个涡轮机叶片122、124列之间的涡轮机内壳110上。
[0022]周向延伸的护罩142、144在与转动的涡轮机叶片122、124的尖端相对的位置处安装到涡轮机内壳110上。护罩142、144安装到涡轮机内壳110的护罩钩上。如在【背景技术】部分中说明的那样，在转动的涡轮机叶片122、124的尖端和固定护罩142、144之间保留一定的间隙是必要的。然而，人们还期望使该间隙最小以使涡轮发动机的效率最大。
[0023]图1示出了温度控制流体通道150、152形成于涡轮机内壳110中。已加热的流体可在该温度控制流体通道150、152中循环以使涡轮机内壳的温度升高，这将导致内壳110径向向外膨胀，从而增加护罩142、144与涡轮机叶片122、124的尖端之间的间隙。同时，护罩的温度升高趋向于引起护罩的热生长，这趋向于缩小该间隙。这些因素必须被平衡以确保适当的温度流体被用于以适当的方式对间隙进行调整。
[0024]结果，冷却流体可通过温度控制流体通道150、152进行循环以降低涡轮机内壳110的温度，这将导致涡轮机内壳110径向向内收缩，从而缩小护罩142、144与涡轮机叶片122、124的尖端之间的间隙。同时，使护罩冷却导致护罩收缩，这趋向于增大该间隙。这里，必须小心地控制流体的温度以确保保留适当的间隙。
[0025]在不同的时间，使用合适的温度流体增大或缩小间隙可以是有利的。然而，图1中所示的设计需要流体通道形成于在涡轮机内壳中，这可能是昂贵的。
[0026]图2示出了将本实用新型具体化为用于涡轮发动机的涡轮机内壳110的设计，涡轮机内壳I1包括能够输送温度控制流体流的流体导管200。涡轮发动机的涡轮机内壳通常包括两个或多个弓形部段，这些弓形部段被螺栓连接在一起以形成大体圆柱形的涡轮机内壳。图2示出了涡轮机内壳110的一个弓形部段的一部分。图2还示出了形成于该涡轮机内壳110的径向内表面上的若干护罩钩114。将会面对转动的涡轮机叶片的尖端的护罩安装到护罩钩114上。
[0027]安装沟槽120形成于涡轮机内壳110中，并位于与多个护罩安装钩114组中的一组直接相邻并且在径向外侧的位置处。细长的、弓形导管200安装于安装沟槽120中。图2示出了流体导管200部分插入到安装沟槽120内。图3示出了流体导管200完全插入到安装沟槽120内。图2和图3还示出了当流体导管200完全插入到涡轮机内壳110内时流体导管上的安装块部240与涡轮机内壳110的安装块部112对准。
[0028]图4示出了安装在涡轮机内壳110的安装沟槽120中的流体导管200的第一种实施例的剖视图。该流体导管200具有下表面部210，该下表面部210与壁116抵接，该壁116将安装沟槽120与护罩安装到护罩钩114上的位置分开。
[0029]流体导管200呈台阶形，其包括具有较小截面积并包围第一内部通道232的上部230、和具有较大截面积并包围第二内部通道220的下部。具有多个孔隙234的隔离壁222将第一内部通道232与第二内部通道220分开。
[0030]上部230还为该结构提供了硬度和刚度，这有助于下部保持其形状。相应地，这有助于防止下部的任意变形影响下层护罩的形状和位置。
[0031]供给管路250附接到流体管路200的上部230。该供给管路250将温度控制流体流输送到第一内部通道232内。该温度控制流体可沿第一内部通道232在周向方向上流动。该温度控制流体还可通过隔离壁222中的孔隙234进入第二内部通道220。带有孔隙234的隔离壁222有助于在温度控制流体经由孔隙234进入第二内部通道220之前使输送到第一内部通道232内的温度控制流体流在涡轮机内壳110周围沿周向均匀分布。
[0032]进入第二内部通道220的温度控制