用於運行燃氣渦輪發動機的方法和設備的製作方法

2023-05-26 15:53:21

專利名稱：用於運行燃氣渦輪發動機的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及燃氣渦輪發動機，且更特定地涉及與燃氣渦輪發動機一起使用的罩掛架(hanger)組件。
技術背景至少一些已知的燃氣渦輪發動機包括風扇組件、核心發動機和動 力渦輪機。核心發動機包括至少一個向燃燒器提供加壓空氣的壓縮 機，在燃燒器中空氣與燃料混合且被點燃以生成熱燃氣。燃氣被引導 通過一個或多個渦輪機，渦輪機從燃氣獲取能量以驅動壓縮機和飛行 器。特別地，已知的渦輪機包括將燃氣引導向多個周向間隔開的渦輪 機葉片的渦輪機噴嘴，葉片從轉子盤徑向向外延伸，轉子盤繞發動機 的中心軸線旋轉。已知的渦輪機也包括聯接在渦輪機噴嘴下遊的罩組件。罩組件限 制了渦輪機轉子且為流動通過渦輪機的燃氣限定了外邊界。至少一些 已知的罩組件包括聯接到發動機外殼體的罩掛架，以提供對多個定位 為鄰近渦輪機葉片尖端且在其徑向外側的罩的支承。至少一些已知的 罩桂架構件包括延伸通過罩桂架的部分的冷卻通道，以能向罩引導冷 卻空氣。在燃氣渦輪發動機運行期間，碎片可能偶然地從壓縮機向下遊行 進且阻塞高壓渦輪機的部分.在一些情形中，碎片可能阻塞至少一個 限定在罩桂架內的冷卻通道的部分.阻塞冷卻通道可能顯著地降低了 流到相應的罩的冷卻空氣，這將導致罩的高危險。隨著時間的過去， 以罩的高危險連續運行可能導致罩的使用壽命的縮短，不利地影響渦 輪機的運行性能和/或縮短發動機的維護周期時間。發明內容在一個方面中，提供了運行燃氣渦輪發動機的方法，方法包括 引導冷卻空氣向罩掛架組件，使得冷卻空氣流過限定在罩掛架組件內 的腔，引導冷卻空氣通過多個從腔延伸的冷卻通道和將空氣從多個冷 卻通道向衝擊檔板排放，以便於冷卻從罩桂架懸桂的罩。在進一步的方面中，提供了罩桂架組件。罩桂架組件包括罩桂架
和聯接到罩桂架的衝擊檔板。罩掛架包括腔和多個限定在其內的冷卻 通道。每個冷卻通道從罩掛架的上遊面延伸通過罩桂架，用於向沖擊 檔板引導冷卻空氣。至少兩個冷卻通道可以通過腔流動連通地聯接在 一起.在另一個方面中，提供了燃氣渦輪發動機。燃氣渦輪發動機包括 壓縮機和聯接到壓縮機下遊的渦輪機組件.渦輪機組件包括至少部分 地限制了發動機的罩掛架組件。罩桂架組件包括軍掛架和聯接到罩掛 架的衝擊檔板。罩桂架包括腔和多個限定在其內的冷卻通道。每個冷 卻通道從罩桂架的上遊面延伸通過罩桂架，用於將冷卻空氣引導向衝 擊檔板。至少兩個冷卻通道通過腔流動連通地聯接在一起。


圖l是典型的燃氣渦輪發動機的示意性視圖； 圖2是可與圖1中示出的燃氣渦輪發動機一起使用的燃燒器的截 面視圖；圖3是可與圖1和圖2中示出的燃氣渦輪發動機一起使用的典型 的罩桂架的透視圖；圖4是可與圖1和圖2中示出的燃氣渦輪發動機一起使用的包括 屏的典型的罩桂架的透視圖；圖5是圖4中示出的罩桂架的第一截面視圖；和圖6是圖4中示出的罩桂架的第二截面視圖。
具體實施方式
圖1是燃氣渦輪發動機10的示意性圖示，在典型的實施例中，燃 氣渦輪發動機10包括風扇組件12、高壓壓縮機14和燃燒器16。發動 機10也包括高壓渦輪機18和低壓渦輪機20。發動機10具有進氣側28 和排氣側30。在一個實施例中，發動機10是可從General Electric Company, Cincinnati, Ohio.獲得的GE卯。風扇組件12和4氐壓渦輪機 20通過第一轉子軸31聯接，且壓縮機14和高壓渦輪機18通過第二轉 子軸32聯接。在運行期間，空氣在大體上平行於延伸通過發動機10的中心軸線 34的方向軸向流過風扇組件12，且壓縮空氣供給到高壓壓縮機14。高 度壓縮的空氣被輸送到燃燒器16.來自燃燒器16的燃氣流驅動渦輪機 18和20.渦輪機18通過軸32使壓縮機14旋轉，且渦輪機20通過軸31驅動風扇組件12。圖2是可以與例如發動機10 (圖1中示出)的燃氣渦輪發動機一 起使用的燃燒器16的截面視圖。燃燒器16包括限定了環形燃燒室206 的外部襯管202和內部襯管204，通過燃料噴嘴208將燃料噴射到燃燒 室206內，噴嘴208向內延伸通過燃燒外殼210。燃燒器16部分地由 從壓縮機14排出到限定在燃燒器外部襯管202和燃燒外殼210之間的 環形通路212內的空氣流冷卻。類似地，在燃燒器16內側上，環形室 214限定在內部襯管204和噴嘴支承結構216之間，以便於冷卻燃燒器 16。將從燃燒器16排出的燃氣在沖擊在周向間隔開的渦輪機葉片220 的排前從燃燒室206引導通過周向間隔開的渦輪機噴嘴段218的排。 環形罩224繞葉片220周向地延伸。罩224可以由多個聯接在一起的弓 形部分製造。用於罩224的結構支承由罩桂架226的下遊端提供，其 包括通過U形支架230聯接到罩224的徑向向內延伸的鉤228。罩224 的上遊端231前端通過向後延伸的團232聯接到罩桂架226。圏232的上遊面234靠著相應渦輪機噴嘴段218的徑向外部帶238 的下遊面236聯接。上遊面234和下遊面236之間的接觸大體上防止從 壓縮機14排出的冷卻空氣和從燃燒器16排出的燃氣之間的流動。從 壓縮機14排出的冷卻空氣和從燃燒器16排出的燃氣之間的溫度差異 可能導致在團232和渦輪機噴嘴段218之間的有差別的熱膨脹，這可 能導致在上遊面234和下遊面236之間引起的相對移動和應力。圖3是罩掛架226的透視圖。圖4是包括屏301的罩桂架226的透 視圖。圖5是沿圖4中線5-5截取的罩掛架226的截面視圖。圖6是沿 圖4中線6-6截取的罩桂架226的截面視圖。如在圖3中示出，罩桂架226的上遊面234延伸越過罩掛架226 的上遊側300.在典型的實施例中，罩掛架226形成有腔302且包括越 過腔302聯接的屏301，如在圖4中示出.屏301便於防止碎片進入罩 桂架226。替代地，罩桂架226不包括屏301。此外，如果屏損壞則屏 301可去除且可以容易地替換.多個冷卻通道304限定在罩掛架226內 且從腔302向衝擊擋板306向內延伸。屏301、腔302和冷卻通道304 的組合顯著地增加了其中冷卻空氣可以到達罩224的途徑的數量。衝 擊擋板306聯接到罩掛架226的徑向內側235。屏301聯接到罩桂架上遊側300而靠著上遊面234。在典型的實施
例中，屏301分別從徑向上邊緣307和下邊緣308徑向延伸以高度309。 屏301定位在腔302內且延伸越過腔302，如在下文中更詳細地描述， 以便於防止碎片限制通過罩桂架226的空氣流.屏301形成有多個在 其內延伸的開口 310，開口 310使得空氣流能通過屏301進入腔302。 在典型的實施例中，屏301也形成有至少一個槽312。特別地，在典型 的實施例中，屏301形成有罩桂架226具有冷卻通道304兩倍個數的槽 312。替代地，屏301可以形成有任何個數的槽312。每個槽312至少 部分地凹陷在屏301內，使得每個槽312的內表面319具有從屏301 的外表面325向內的距離321。槽312最小化了可能被大塊碎片阻塞的 開口 310的個數。替代地，屏301包括至少一個從外表面325向外延伸 的凸起的槽(未示出)。在典型的實施例中，每個開口 310小於每個 冷卻通道304.替代地，開口 310可以具有使得屏301能如在此所述地 起作用的任何尺寸。腔302整體地形成在罩掛架226內。特別地，腔302限定在上遊側 300內且部分地由弓形的徑向分開的邊緣315和316限定。邊緣315和 316分別從邊緣307和308軸向地向下遊延伸，使得邊緣315和316能 使屏301沉入到腔302內。更特定地，當屏301聯接到腔鄧2內時，屏 的外表面325定位為大體上相對於圍繞腔302的桂架上遊側300的外表 面330的部分齊平。腔302包括周向間隔開的部分334，部分334從邊 緣315和316向內凹陷。替代地，腔302包括任何個數的周向間隔開的 部分334。每個凹陷的部分在邊緣315和316之間延伸以內部高度 313和周向距離.在典型的實施例中，內部高度313與由邊緣315和316 限定的腔302的外部高度309不同，且更特定地，在典型的實施例中， 內部高度313短於外部高度309.替代地，內部高度313近似地等於外 部高度309 每個冷卻通道304包括入口 314、出口 317和在它們之間延伸的大 體上圓柱形的部分318。同樣地，在典型的實施例中，入口3W形成有 與腔302的內部高度313不同的入口直徑322.更特定地，在典型的實 施例中，入口 314比內部高度313窄，替代地，入口直徑H2近似地等 於內部高度313.在典型的實施例中，每個腔302周向延伸越過冷卻通道304的至 少兩個入口 314， ^f吏得冷卻通道304通過腔302在入口 314處流動連通 地聯接在一起.冷卻通道304通過腔302相互依賴且在腔302和衝擊檔 板306之間徑向向內延伸。同樣地，在典型的實施例中，冷卻通道304 構造為將空氣從腔302向衝擊檔板306向內引導。在運行期間，冷卻空氣通過屏開口 310流入到罩桂架226內。然 後將冷卻空氣向罩掛架226引導，使得冷卻空氣流動通過腔302。在冷 卻空氣流入腔302內後，然後引導冷卻空氣通過多個冷卻通道304。在 離開冷卻通道304後，空氣向衝擊檔板306排出以便於冷卻罩224。當碎片不注意地流入到發動機內時，屏301防止碎片進入罩掛架 226。此外，因為冷卻通道304流動連通的聯接在一起，保持為靠著屏 301的碎片不抑制冷卻空氣流過罩掛架226。在屏301內的槽312便於 最小化可能被大塊碎片阻塞的開口 310的個數.作為結果，當存在碎 片時，便於增加流到罩掛架226的空氣的量。如果冷卻空氣不達到罩 224，則可能危及罩224的壽命和耐久性.此外，通過改進罩224的耐 久性可以增加渦輪機的效率。更特定地，如果碎片存在且鄰接屏301，則凹陷的槽312允許冷卻 空氣繞碎片流動且通過屏301內的其他開口 310。凹陷的槽312也最小 化了被碎片的任何塊阻塞的屏開口 310的個數且因此有助於保證將充 足的冷卻空氣流量通過罩桂架226向罩224供給.在冷卻空氣進入腔302後，冷卻空氣流過腔302直至冷卻空氣達 到冷卻通道304。同樣地，腔302類似於用於冷卻通道304的歧管而起 作用。相互依賴的冷卻通道304提供了多個替代的途徑，通過它們冷 卻空氣可以流過罩掛架226.進入冷卻通道304的冷卻空氣被通過冷卻 通道304向內引導且通過出口 317排放而通過沖擊檔板316。特別地， 被引導向衝擊檔板316的冷卻空氣通過衝擊檔板306排放，沖擊檔板 306包括通過其延伸的孔324，如在圖5中示出，使得冷卻空氣流過孔 324用於罩224的衝擊冷卻。此處的方法包括將冷卻空氣引導向罩桂架組件，使得冷卻空氣流 過限定在罩桂架組件內的腔302。方法進一步包括將冷卻空氣引導通過 從腔302延伸的多個冷卻通道304.另外，冷卻空氣從多個冷卻通道 304向沖擊檔板306排放，以便於冷卻從罩掛架226懸掛的罩224。以上所描述的方法和設備是用於運行燃氣渦輪發動機的有成本效 益的和高度可靠的裝置。罩桂架組件形成有腔，腔將多個限定在組件
內的冷卻通道流動連通地聯接。多個開口便於罩的衝擊冷卻。屏延伸 過腔以防止碎片阻塞冷卻空氣流過冷卻通道。作為結果，罩桂架組件便於以有成本效益和可靠的方式降低機器的維護周期時間，從而延長 了軍的有用壽命.以上詳細描述了軍桂架的典型實施例。每個罩桂架不限制於與在 此描述的特定實施例一起使用，而是可以獨立地且與其他在此描述的 部件分開地利用每個罩掛架。此外，本發明不限制於在此詳細描述的 腔和罩掛架的實施例。而是在權利要求書的精神和範圍內可以利用腔 和罩桂架的其他變化。雖然本發明已根據多種特定的實施例描述，但本領域技術人員將 認識到本發明可以以權利要求書的精神和範圍內的修改來實行。零件列表10燃氣渦輪發動機12風扇組件14壓縮機16燃燒器18高壓渦輪機20低壓渦輪機28進氣側30排氣側31第一轉子軸32笫二轉子軸34中心軸線202外部襯管204內部襯管206燃燒室208燃料噴嘴210燃燒外殼212環形通路214環形室216噴嘴支承結構
218渦輪機噴嘴段220渦輪機葉片224環形罩226罩桂架228鉤230u形支架231上遊端232團234上遊面235徑向內側236下遊面238外部帶300上遊側301屏302腔304冷卻通道306沖擊檔板307上邊緣308下邊緣309外部高度310開口312凹陷的槽313內部高度314入口315邊緣316邊緣317出口318圓柱形部分319內表面321距離322入口直徑324孔
面面表表分夕 夕 部5 o 42 3 33 3 權利要求
1.一種罩掛架組件，其包括罩掛架(226)；和聯接到所述的罩掛架的衝擊檔板(306)，所述的罩掛架包括腔(302)和多個限定在其內的冷卻通道(304)，每個所述的冷卻通道從所述的罩掛架的上遊面(234)延伸通過所述的罩掛架，用於向所述的衝擊檔板引導冷卻空氣，所述的冷卻通道的至少兩個通過所述的腔流動連通地聯接在一起。
2. 根據權利要求1所述的罩掛架組件，其中所述的腔(302)與 所述的多個冷卻通道(304)的每個流動連通地聯接。
3. 根據權利要求l所述的罩掛架組件，其中包括通過其延伸的孔 (324)的所述的衝擊檔板(306)便於衝擊冷卻從所述的罩桂架組件徑向向內的罩，其中冷卻空氣流過所述的孔。
4. 根據權利要求l所述的罩掛架組件，進一步包括聯接到所述的 上遊面(234)的屏(301)。
5. 根據權利要求4所述的罩桂架組件，其中所述的屏(301)便 於防止碎片限制空氣流到所述的多個冷卻通道(304)。
6. 根據權利要求4所述的罩掛架組件，其中所述的屏(301)包 括多個通過其延伸的開口 (310)和至少一個凹陷的槽(312)。
7. 根據權利要求4所述的罩桂架組件，其中所述的屏(301)包 括多個通過其延伸的開口 (310)和至少一個凸起的槽。
8. —種燃氣渦輪發動機(10)，其包括 壓縮機(14);和聯接到所述的壓縮機下遊的渦輪機組件，所述的渦輪機組件包括 至少部分地限制了發動機的罩桂架組件，所述的罩桂架組件包括 罩掛架(226);和從所述的罩桂架徑向向內聯接的衝擊檔板(306)，所述的罩桂架 包括腔(302)和多個限定在其內的冷卻通道(304)，每個所述的冷 卻通道從所述的罩桂架的上遊面(234)延伸通過所述的罩掛架，用於 將冷卻空氣引導向所述的衝擊檔板，所述的冷卻通道的至少兩個通過 所述的腔流動連通地聯接在一起。
9. 根據權利要求8所述的燃氣渦輪發動機(10)，其中所述的腔 (302)與所述的多個冷卻通道(304)的每個流動連通地聯接。
10.根據權利要求8所述的燃氣渦輪發動機(10)，其中包括通 過其延伸的孔(324)的所述的衝擊檔板(306)便於衝擊冷卻從所述 的罩桂架組件徑向向內的罩，其中冷卻空氣流過所述的孔。
全文摘要
提供了罩掛架組件。罩掛架組件包括罩掛架(226)和聯接到罩掛架的衝擊檔板(306)，罩掛架包括腔(302)和多個限定在其內的冷卻通道(304)，每個冷卻通道從罩掛架的上遊面(234)延伸通過罩掛架，用於向衝擊檔板引導冷卻空氣，冷卻通道的至少兩個通過腔流動連通地聯接在一起。
文檔編號F02C7/18GK101117919SQ20071013816
公開日2008年2月6日 申請日期2007年7月31日 優先權日2006年7月31日
發明者B·C·博斯利, J·A·克雷斯, R·W·小阿爾布雷奇特, S·R·凱思 申請人:通用電氣公司