用于涡轮机排气内部壳体的冷却通道的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及燃气涡轮机的排气段的冷却，并且更具体地，涉及在排气段中的燃气涡轮机内部壳体上的支柱的冷却。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机燃烧燃料与压缩空气的混合物以产生热燃烧气体，该热燃烧气体驱动涡轮机叶片来旋转排气段中由轴承和缸支撑的轴。轴的旋转可在涡轮机中产生大量热量。另外，流过排气段的热涡轮机排气可将热量传递到排气段中的排气缸上。
[0003]在燃气涡轮机的排气段中的内部壳体是由来自涡轮发动机的排气加热。由于来自缸中轴的摩擦，内部壳体也会经受热学加热。由于整个内部壳体的主体质量的差异，如在分模线处和在连接至内部壳体的支柱根部处的凸缘上的差异，在涡轮机排气部件中的内部壳体可能无法充分且均匀地冷却。支柱的不均匀冷却可能造成内部壳体的不同区域的热收缩和热膨胀的差异，并且引起与热应力相关联的损坏。
[0004]已经描述使用通过排气段的冷却流体(例如，环境空气)流来冷却涡轮机排气缸部件的方法。冷却系统在美国专利号7, 493，769、6，578，363、7，373，773^2013/0064647和2013/0084172 中公开。
【发明内容】
[0005]本说明书已构思并公开了一种用于在涡轮机排气段中提供冷却流来均匀冷却内部壳体上的支柱和分模线凸缘的根部的内部壳体冷却系统，以解决本领域中所存在的以上技术问题。
[0006]本申请的一个实施例公开了一种用于涡轮机的内部壳体构件，所述内部壳体构件包括:环形内部壳体，所述环形内部壳体包括冷却通路，其中每条通路从冷却流体源延伸穿过所述内部壳体的壁到达所述内部壳体的所述壁的外表面；以及支柱，所述支柱从所述内部壳体的所述外表面来向外延伸，其中所述冷却通路布置在所述内部壳体上，使得一对所述冷却通路位于所述支柱中的每个的相反侧，并且每对中的所述冷却通路与对应支柱是等间距的。
[0007]所述冷却通路可包括在分模线的相反侧的一对冷却通路，所述冷却通路在轴向方向上延伸穿过所述内部壳体的所述外表面，并且位于所述分模线的相反侧的所述一对冷却通路均与所述分模线是等间距的。所述冷却通路可不等间距地布置在所述内部壳体的圆周周围。所述冷却通路可包括沿所述内部壳体的轴线在所述支柱的前方和后方布置成环形阵列的冷却通路。所述冷却通路可定向成朝向所述支柱来引导冷却流出穿过所述通路。
[0008]本申请的另一个实施例公开了一种涡轮机排气段，所述涡轮机排气段包括:外部环形管道，所述外部环形管道配置用于接收来自涡轮机的排气，并且包括外部壳体外罩和内部壳体外罩；支柱，所述支柱在所述内部壳体外罩与所述外环形壳体外罩之间延伸，其中所述支柱延伸穿过所述外部环形管道；内部环形管道，所述内部环形管道是与所述外部环形管道同轴并且配置用于接收冷却空气，其中所述内部环形管道将冷却空气提供至所述内部壳体外罩，其中所述内部壳体包括具有用于所述冷却空气的冷却通路的外壁，并且每条冷却通路延伸穿过所述外壁以允许冷却空气流动到所述外壁的外表面，并且所述冷却通路布置在所述内部壳体上，使得一对所述冷却通路位于所述支柱中的每个的相对侧，并且每对中的所述冷却通路与对应支柱是等间距的。
【附图说明】
[0009]图1是具有冷却通路的内部壳体的常规前侧的前视图；
[0010]图2是具有冷却通路的内部壳体的常规后侧的前视图；
[0011]图3是具有包括均匀布置在支柱附近的冷却通路的内部壳体的燃气涡轮机的排气段的侧视图；
[0012]图4是内部壳体的前侧的前视图，示出在支柱附近的冷却通路布置；
[0013]图5是内部壳体的后侧的前视图，示出在支柱附近的冷却通路布置；
[0014]图6是示出冷却通路和分模线冷却通路的侧视图；
[0015]图7是具有均匀布置在内部壳体的分模线的任一侧上的冷却通路的内部壳体的放大图；
[0016]图8是具有冷却通路和分模线冷却通路的内部壳体的放大图；以及
[0017]图9是具有冷却孔和分模线冷却孔布置的内部壳体的透视图。
【具体实施方式】
[0018]图1示出具有沿内部壳体的冷却通路的常规内部壳体100。内部壳体100包括半圆柱形的壳体外罩，即上部内部壳体外罩120和下部内部壳体外罩130。壳体外罩是通过在分模线106处将两个上部凸缘122与两个下部凸缘132连接来在分模线106 (例如在缸外壳之间的线缝)处联结。
[0019]支柱102位于内部壳体100的上部内部壳体外罩120和下部内部壳体外罩130的外圆周108上。位于上部内部壳体外罩120和下部内部壳体外罩130上的支柱102是对称的，并且支柱102通常彼此间等间距。
[0020]如在常规燃气涡轮机排气段中所使用，内部壳体被定位成使得来自燃气涡轮机的加热的排气流通过流过内部壳体上的支柱而离开排气段。排气流可以在X方向上流过支柱。冷却通路供应可被用于冷却通过排气流加热的支柱以及通过排气流且通过所联接至的轴的旋转加热的内部壳体的冷却流。
[0021]在内部壳体100的常规前侧上，冷却通路104通常彼此间等间距。冷却通路104在内部壳体100的内圆周110与内部壳体100的外圆周108之间连通并且延伸。冷却流可流自内部壳体100的内圆周110、流过冷却通路104，并且流出外圆周108。上部内部壳体外罩120具有数量为X的冷却通路104，所述冷却通路104从分模线106沿内部壳体100的圆周彼此间等间距。下部内部壳体外罩130具有数量为X的冷却通路104。图1中的内部壳体100具有不与支柱102的布局重合的冷却通路104。具体地说，冷却通路104并非均匀地定位在支柱之间。
[0022]类似地，图2示出具有冷却通路204的内部壳体200的后侧。内部壳体200的后侧也包括半圆柱形的壳体外罩，即上部内部壳体外罩220和下部内部壳体外罩230。内部壳体200的后侧包括冷却通路204，所述冷却通路204在内圆周210与外圆周208之间延伸并且连通。冷却流是流自内圆周210、流过冷却通路204以将冷却流供应至位于内部壳体200的后侧的外圆周208上的支柱202。
[0023]内部壳体200的后侧具有分模线206。在分模线206处，通过将两个上部凸缘222和两个下部凸缘232连接来联结上部内部壳体外罩220和下部内部壳体外罩230。内部壳体200的后侧具有位于上部内部壳体外罩220中的8条冷却通路204以及位于下部内部壳体外罩230中的8条冷却通路204。冷却通路204的布置也不与支柱202的布局对齐。也就是说，冷却通路204并非均匀地定位在支柱之间。
[0024]已经发现，支柱和冷却供应通路的错位造成通向内部壳体100和200的每个支柱和凸缘的冷却流的不均匀分布。冷却通路的不均匀分布可能引起高冷却流变化(highcooling flow variat1n)以及对内部壳体上的支柱和分模线的不均勾的冷却。在常规内部壳体上，支柱到支柱流变化可高达60%。由于每个支柱的更少数量的冷却通路，水平位置支柱例如通常将会遭遇更低的冷却流率。
[0025]另外，由于内部壳体分模线的构造，在分模线周围的冷却流通常是扰乱的。分模线通常是比缸外壳的其他部分更大的结构，在未将分模线围绕冷却通路放置的情况下，缸外壳的其他部分包括了上部凸缘和下部凸缘。因此，由于冷却通路数量更少，分模线结构将扰乱在分模线周围的冷却流。
[0026]由于在区域中缺乏冷却通路，靠近分模线的支柱将不会接收到充分的冷却流。相比之下，由于在内部壳体的其他区域中的每个支柱的更多数量的冷却通路，其他支柱将会具有更高冷却流率。由于内部壳体的不充分冷却，冷却通路相对于支柱的布局的不均匀分布造成在祸轮机排气段中的内部壳体和支柱的可靠性的降低。
[0027]本发明提供了一种增加内部壳体冷却均匀性的冷却通路布置。冷却流的均匀分布可有助于降低排气框架的不圆度、减少影响转子振动的轴承滑落，并且提高内部壳体和支柱的可靠性。
[0028]图3中示出了带有内部壳体300的燃气涡轮机排气段390。在操作时，燃气涡轮发动机室380将会释放加热的排气流382，所述加热的排气流382将从涡轮发动机室380流过排气段390。随着排气流382流过排气路径396，排气流382可遇到在内部壳体300上的支柱302并将热量从排气流382传递到支柱302。
[0029]在排气段390中，内部壳体300可联接至可旋转轴350。轴350可对用于吸入环境空气作为用于排气段390的冷却流394的一组螺旋桨392提供支撑。冷却流394可对排气段390和内部壳体300进行对流冷却以降低由热量造成的热损坏。
[0030]在冷却流394被吸入到内部壳体300中之后，冷却流394从冷却通路304离开内部壳体300。冷却流394对流冷却内部壳体300、包括对流冷却支柱302，并且随后加入排气路径396中的排气流382以离开排气段390。
[0031]在图4中，内部壳体400的前部具有两个壳体外罩，即上部内部壳体外罩420和下部内部壳体外罩430。通过将上部凸缘422和下部凸缘432连接来在分模线