專利名稱：渦輪機排氣擴壓器系統人行通道的制作方法
技術領域：
本發明涉及渦輪機排氣擴壓器系統，并且更具體地，涉及渦輪機排氣擴壓器系統中的人行通道。
背景技術：
渦輪機系統可以包括排氣擴壓器系統，該排氣擴壓器系統在渦輪部段的下游處聯接至渦輪部段。這種渦輪機系統可以是燃氣渦輪機系統或者蒸汽渦輪機系統。例如，燃氣渦輪機系統燃燒燃料與空氣的混合物，以產生熱燃燒氣體，所產生的熱燃燒氣體接著驅動一個或多個渦輪。具體而言，熱燃燒氣體迫使渦輪輪葉旋轉，由此驅動軸以使一個或多個負載(例如，發電機等)旋轉。排氣擴壓器系統從渦輪接收排氣。隨著排氣流過排氣擴壓器系統的會聚通路，排氣流的動壓可以使排氣擴壓器中的靜壓增加。排氣擴壓器系統可以包含人行通道，所述人行通道通過排氣擴壓器系統從外壁沿徑向延伸至包繞進入隧道的內轂或內壁。人行通道可以包含向渦輪機系統提供潤滑油和/或冷卻空氣的管道。所述管道延伸至排氣擴壓器系統的進入隧道中并且可以限制進入以及/或者使用進入隧道，例如通過阻止通過進入門進入。此外，人行通道的布置可以使排氣圍繞人行通道流動并且產生尾流。尾流可能造成不期望的旋渦脫落并且該不期望的旋渦脫落可能影響排氣擴壓器系統的結構。 此外，旋渦脫落可能增加排氣擴壓器系統的壓力損失、增加排氣擴壓器系統的噪聲、并且降低排氣擴壓器系統的總體性能。
發明內容
下面將對本發明的某些實施例進行了概述。并不期望這些實施例對所要求保護的本發明的范圍產生限制，相反，這些實施例僅旨在提供對本發明的可能形式的簡要概述。的確，本發明可以包括可能與下文所闡述的實施例相似或不同的多種形式。在第一實施例中，一種渦輪機排氣擴壓器系統包括外壁。該渦輪機排氣擴壓器系統還包括內壁，內壁由會聚內通路形成。渦輪機排氣構造成流過位于外壁與內壁之間的區域。該渦輪機排氣擴壓器系統包括第一人行通道，第一人行通道從外壁延伸至內壁。第一人行通道以這樣的角度從外壁延伸至內壁:該角度不與渦輪機排氣擴壓器系統的中心軸線垂直。在第二實施例中，一種渦輪機排氣擴壓器系統包括渦輪機排氣通路的外壁。該渦輪機排氣擴壓器系統還包括進入通路，進入通路由渦輪機排氣通路的內壁限定。進入通路構造成使得操作者能夠進入進入通路以對渦輪機排氣擴壓器系統進行維護。該渦輪機排氣擴壓器系統包括多個人行通道，所述多個人行通道從渦輪機排氣通路的外壁延伸至進入通路。每一個人行通道都以這樣的角度從渦輪機排氣通路的外壁延伸至進入通路:該角度不與渦輪機排氣擴壓器系統的中心軸線垂直。在第三實施例中，一種渦輪機排氣擴壓器系統包括多個人行通道，所述多個人行通道以這樣的角度在外壁與內部進入隧道之間延伸:該角度不與渦輪機排氣擴壓器系統的中心軸線垂直。
當參照附圖閱讀下文的詳細描述時，本發明的這些和其它的特征、方面、以及優點將變得更好理解，在附圖中，相似的附圖標記在全部附圖中代表相似的部分，其中:圖1是燃氣渦輪發動機的實施例的橫截面側視圖；圖2是可以與圖1的燃氣渦輪發動機一起使用的燃氣渦輪機排氣擴壓器系統的實施例的透視圖；圖3是圖2的燃氣渦輪機排氣擴壓器系統的實施例的側視圖；以及圖4是可以與圖1的燃氣渦輪發動機一起使用的燃氣渦輪機排氣擴壓器系統的實施例的橫截面側視圖。
具體實施例方式下文將對本發明的一個或多個具體實施例進行描述。為了提供對這些實施例的簡潔描述，說明書中可能不會對實際實施方式的所有特征進行描述。應當領會，在開發任何這種實際實施方式的過程中，如在任何工程或設計項目中，必須進行多種實施方式特定的決策，以實現開發者的特 定目標(例如遵守系統相關和商業相關的約束)，所述特定目標可以隨著實施方式不同而發生變化。此外，應當領會，這種開發工作可能是復雜和耗時的，但是無論如何，對于受益于本發明的本領域普通技術人員而言，這是設計、加工和制造的常規任務。當引入本發明的各種實施例的元件時，冠詞“一個”和“所述”意在表示具有元件中的一個或多個元件。術語“包括”和“具有”意為包含的并且意味著除了所列出的元件還可能具有另外的元件。如下文所討論的，渦輪機排氣擴壓器系統的某些實施例包括以這樣的角度延伸通過排氣擴壓器系統的人行通道:該角度不與排氣擴壓器系統的中心軸線垂直。例如，人行通道可以以這樣的角度延伸通過排氣擴壓器系統:該角度相對于與擴壓器系統的中心軸線的垂直線在大致5至25度、3至15度、或者10至30度的范圍內改變(例如，人行通道與中心軸線之間的角度可以處于大致95至115度、93至105度、或者100至120度的范圍內)。具體而言，在某些實施例中，人行通道可以以這樣的角度延伸通過排氣擴壓器系統:該角度相對于擴壓器系統的中心軸線的垂直線大致15度。因此，由于人行通道不與排氣擴壓器系統的中心軸線垂直，所以用于操作者進入排氣擴壓器系統的進入隧道的空間量增加。此外，對比所具有的人行通道與排氣擴壓器系統的中心軸線垂直的系統，旋渦脫落的幅度和頻率(即，圍繞人行通道的不穩定的排氣流)降低。這樣一來，所描述的排氣擴壓器系統不僅有利于由人工操作者維護該排氣擴壓器系統，同時還提高該排氣擴壓器系統的操作特性。
現在參照附圖并且首先參照圖1，其中示出了燃氣渦輪發動機100的實施例。燃氣渦輪發動機100沿軸向方向102延伸。徑向方向104示出了從燃氣渦輪發動機100的中心軸線105向外延伸的方向。此外，周向方向106示出了圍繞燃氣渦輪發動機100的中心軸線105的旋轉方向。燃氣渦輪發動機100包括一個或多個燃料噴嘴108，所述一個或多個燃料噴嘴108定位在燃燒器部段110內側。在某些實施例中，燃氣渦輪發動機100可以包括多個燃燒器120，所述多個燃燒器120在燃燒器部段110內以環形(例如，周向106)設置布置。此外，每一個燃燒器120都可以包括多個燃料噴嘴108，所述多個燃料噴嘴108以環形(例如，周向106)設置或其它設置連接至每一個燃燒器120的頭部端或者靠近每一個燃燒器120的頭部端。空氣通過進氣部段122進入并且由燃氣渦輪發動機100的壓縮機124進行壓縮。來自壓縮機124的壓縮空氣接著被引導至燃燒器部段110中，在燃燒器部段110處，壓縮機空氣與燃料混合。壓縮空氣與燃料的混合物通常在燃燒器部段110內燃燒，以產生高溫高壓燃燒氣體，所產生的高溫高壓燃燒氣體用于在燃氣渦輪發動機100的渦輪部段130內產生轉矩。如上所述，多個燃燒器120可以環形地(例如，沿周向106)布置在燃氣渦輪發動機100的燃燒器部段110內。每一個燃燒器120都包括過渡件172，過渡件172將熱燃燒氣體從燃燒器120引導至燃氣渦輪發動機100的渦輪部段130。具體而言，每一個過渡件172都大體限定了包括在燃氣渦輪發動機100的渦輪部段130的第一級174內的從燃燒器120至渦輪部段130的噴嘴組件的熱氣路徑。如圖1中所示，渦輪部段130包括三個單獨的級或部段174 (即，第一級或部段)、176 ( BP,第二級或部段)、以及178 (即，第三級或部段，或者最末渦輪斗葉部段)。盡管示為包括三個級174、176、178，但是應當理解，在其它實施例中，渦輪部段130可以包括任何數量的級。每一級174、176、和178都包括聯接至轉子輪182的輪葉180，轉子輪182可旋轉地連接至軸184。如可以領會的，渦輪輪葉180中的每一個渦輪輪葉180都可以被認為是渦輪斗葉、或者斗葉。每一級174、176、和178還包括噴嘴組件186，噴嘴組件186直接布置在每一組輪葉180的上游處。噴嘴組件186朝向輪葉180引導熱燃燒氣體，在輪葉180處，熱燃燒氣體向輪葉180施加動 力以使輪葉180旋轉，由此使軸184轉動。因此，輪葉180和軸184沿周向方向106旋轉。熱燃燒器氣體流過級174、176、和178中的每一級，從而在每一級174、176、和178內向輪葉180施加動力。熱燃燒氣體接著可以離開燃氣渦輪部段130進入燃氣渦輪發動機100的排氣擴壓器系統188中。排氣擴壓器系統188降低來自燃氣渦輪部段130的排放燃燒氣體的流體流的速度，并且還增加排放燃燒氣體的靜壓，以增加由燃氣渦輪發動機100產生的功。在圖示實施例中，渦輪部段130的最末渦輪斗葉部段178包括間隙194，間隙194位于多個最末渦輪斗葉輪葉195(例如，燃氣渦輪部段130的最末輪葉180)的端部與圍繞多個最末渦輪斗葉輪葉195布置的固定護罩196之間。此外，排氣擴壓器系統188的外壁198從固定護罩196延伸。支柱200示為抵靠外壁198。支柱200用于支承排氣擴壓器部段188的結構。如圖所示，人行通道202在排氣擴壓器系統188的外壁198與內壁204之間延伸。在某些實施例中，人行通道202可以包括管道或管，所述管道或管用于從排氣擴壓器系統188的外側運輸流體，以用于在排氣擴壓器系統188內使用。內壁204由進入隧道或會聚通路206的外側形成。在某些實施例中，內壁204可以以不與中心軸線105平行的角度205延伸。例如，內壁204與中心軸線105之間的角度205可以是大致5至10度、3至7度、或者8至15度。如下文更詳細地描述的，人行通道202以不與中心軸線105垂直的角度延伸通過排氣擴壓器系統188。當排氣(例如，來自燃氣渦輪部段130的排放燃燒氣體)流過排氣擴壓器系統188時,排氣流圍繞人行通道202被引導以離開排氣擴壓器系統188。這樣一來，人行通道202可能造成旋渦脫落發生。然而，本實施例中的旋渦脫落的幅度和頻率比具有與中心軸線105垂直的人行通道202的系統中低。因此，對比具有與中心軸線105垂直的人行通道202的系統，本實施例可以降低壓力損失、降低噪聲并且提高總體擴壓器性能。圖2是燃氣渦輪機排氣擴壓器系統188的實施例的透視圖。具體而言，支柱200圍繞排氣擴壓器系統188的內壁204布置，并且從內壁204沿徑向104延伸至排氣擴壓器系統188的外壁198且由此結構性地支承排氣擴壓器系統188的外壁198。當渦輪機排氣流入排氣擴壓器系統188中時，排氣流過位于內壁204與外壁198之間的區域。因此，排氣圍繞支柱200流動，從而改變排氣流。因此，排氣如何流過排氣擴壓器系統188的特性受到支柱200的形狀和位置的影響。排氣在排氣擴壓器系統188內進一步圍繞一個或多個人行通道202流動。同樣，排氣如何流過排氣擴壓器系統188的特性受到人行通道202的形狀和位置的影響，如將在 下文更詳細地描述的。圖3是燃氣渦輪機排氣擴壓器系統188的實施例的側視圖。圖3示出了多個支柱200可以如何圍繞排氣擴壓器系統188的內壁204布置。此外，人行通道202定位在支柱200的后部(在排氣擴壓器系統188內)。如圖所示，人行通道202也在內壁204與外壁198之間延伸，并且可以在內壁204與外壁198之間提供進一步的支承。具體而言，示出了三個人行通道202，然而，排氣擴壓器系統188的其它實施例可以具有更少或更多的人行通道202。圖4是燃氣渦輪機排氣擴壓器系統188的實施例的橫截面側視圖。具體而言，示出了兩個人行通道202—第一人行通道236和第二人行通道238。如上所述，人行通道202從外壁198延伸至內壁204并且延伸通過排氣流動區域240，來自渦輪部段130的渦輪機排氣流過排氣流動區域240。盡管人行通道202示為具有大體賽道形狀的壁，但是人行通道202壁可以具有任何合適的形狀(例如，圓柱形、翼型等)。此外，人行通道202的形狀可以設計成實現圍繞人行通道202的最佳排氣流動。在某些實施例中，管道241和242可以布置在人行通道202內并且從人行通道202延伸至被限定在排氣擴壓器系統188的內壁204內的進入隧道206中。如上文所討論的，管道241和242可以用于運輸將被渦輪機排氣擴壓器系統188使用的流體。例如，管道241可以用于通過人行通道236將潤滑流體(例如，油)運輸至進入隧道206，以被排氣擴壓器系統188使用(例如，用于潤滑軸承)。作為另一個示例，管道242可以用于通過人行通道238將冷卻空氣或流體運輸至進入隧道206，以用于降低排氣擴壓器系統188內的部件的溫度。管道241和242朝向進入隧道206的支柱區域244從進入部位243 (例如，人行通道202與進入隧道206的相交處)延伸通過進入隧道206。如圖所示，進入隧道206形成錐狀形狀，隨著進入隧道206朝向支柱區域244從進入部位243延伸，該錐狀形狀的直徑總體增大。因此，管道241與242之間的距離246可以基于管道241和242通向進入隧道206中的進入部位243。如可以領會的，管道241與242之間的距離246可以對發生在管道241與242之間的傳熱產生影響。此外，距離246以及管道241和242與內壁204之間的距離可以對操作者例如為了維護而移動通過進入隧道206的能力產生影響。這樣一來，在某些實施例中，人行通道202以不與中心軸線105垂直的角度朝向內壁204從外壁198延伸。通過使人行通道202以不與中心軸線105垂直的角度延伸，人行通道202的部位可以使管道241和242在進入隧道206所具有的直徑比人行通道202以與中心軸線105垂直的角度朝向進入隧道206延伸時大，其中假設人行通道202在兩種情況下都從外壁198的相同部位延伸。因此，距離246可能增加并且允許用于操作者在進入隧道206內移動的空間更大。例如，距離246可能增大，因為管道241和242可從進入隧道206所具有的直徑比其它進入部位處大的進入部位243延伸。較大的直徑使得管道241和242能夠隨著延伸至進入隧道206中而保持彼此之間更大的距離246、保持靠近內壁204、并且朝向支柱區域244延伸。在某些實施例中，管道241與242之間的傳熱可能隨著距離246增大而減少。進入距離248是管道241和242與進入門249 (位于進入隧道206的下游端處)之間的距離，該距離被操作者用來進入進入隧道206。如可以領會的，隨著進入距離248增力口，存在更大的空間用于操作者通過進入門249進入進入隧道206。本實施例中的進入距離248比人行通道202與中心軸線105垂直地延伸的系統大，其中同樣假設人行通道202在兩種情況下都從外壁198的相同部位延伸。每一個人行通道202都具有大體兩側。具體而言，上游端250 (例如，最靠近支柱200的人行通道202的側面)和下游端252 (例如，最遠離支柱200的人行通道202的側面)。如圖所示，可以使用上游角度254(例如，上游端250與中心軸線105之間的角度)或下游角度256 (例如，人行通道202的下游端252與中心軸線105之間的角度)對人行通道202與中心軸線105之間的角度進行描述。上游角度254可以是大于90度的任何合適的角度(例如，不垂直)，并且下游角度256可以是小于90度的任何合適的角度(例如，不垂直)。例如，上游角度254可以處于大致95至115度、93至105度、或者100至120度的范圍內。具體而言，上游角度254可以為大致105度。另一方面，下游角度256可以處于大致65至85度、75至87度、或者60至80度的范圍內。具體而言，下游角256度可以為大致85度。此外，上游角度254和下游角度256互為補角(即，相加等于180度)。
如上所述，在燃氣渦輪發動機100操作期間，排氣流過排氣擴壓器系統188。排氣進入排氣擴壓器系統188、圍繞支柱200流動、接著在排氣離開排氣擴壓器系統188之前流過排氣流動區域240并且圍繞人行通道202流動。這樣一來，人行通道202可以造成旋渦脫落發生。然而，旋渦脫落的幅度和頻率可以比具有與中心軸線105垂直的人行通道202的系統中低。更具體地，由于人行通道202傾斜遠離沖擊排氣流，因此對比垂直人行通道202，旋渦脫落的幅度和頻率可以大幅降低。總之，本發明的技術效果包括提供用于操作者進入進入隧道206并且在進入隧道206內進行操縱的更大的進入路徑。此外，隨著管道在進入隧道206內移動遠離彼此，進入隧道206內的管道之間的傳熱降低。此外，旋渦脫落的幅度和頻率降低(例如，通過排氣擴壓器系統188的排氣流較少地被干擾)。因此，對比具有與中心軸線105垂直的人行通道202的系統，本實施例可以降低壓力損失、降低噪聲、并且提高總體擴壓器性能。本書面描述使用示例對本發明進行了公開(其中包括最佳模式)，并且還使本領域技術人員能夠實施本發明(其中包括制造和使用任何裝置或系統并且執行所包含的任何方法)。本發明的可專利范圍通過權利要求進行限定，并且可以包括本領域技術人員能夠想到的其它的示例。如果這種其它的示例具有與權利要求的字面語言沒有區別的結構元件，或者如果這種其它的示例包括與權利要求的字面語言沒有實質區別的等同結構元件，則期望這種其它的示例 落入權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種渦輪機排氣擴壓器系統，所述渦輪機排氣擴壓器系統包括: 外壁； 內壁，所述內壁由會聚內通路形成，其中渦輪機排氣構造成流過位于所述外壁與所述內壁之間的區域；以及 第一人行通道，所述第一人行通道從所述外壁延伸至所述內壁，其中所述第一人行通道以這樣的角度從所述外壁延伸至所述內壁:所述角度不與所述渦輪機排氣擴壓器系統的中心軸線垂直。
2.根據權利要求1所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述第一人行通道與所述中心軸線之間的角度大于95度。
3.根據權利要求1所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述第一人行通道與所述中心軸線之間的角度處于100度至115度之間。
4.根據權利要求1所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述渦輪機排氣擴壓器系統包括第二人行通道，所述第二人行通道從所述外壁延伸至所述內壁，其中所述第二人行通道以這樣的角度從所述外壁延伸至所述內壁:所述角度不與所述渦輪機排氣系統的所述中心軸線垂直。
5.根據權利要求4所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述渦輪機排氣擴壓器系統包括第三人行通道，所述第三人行通道從所述外壁延伸至所述內壁，其中所述第三人行通道以這樣的角度從所述外壁延伸至所述內壁:所述角度不與所述渦輪機排氣系統的所述中心軸線垂直。
6.根據權利要求5所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述第一人行通道、所述第二人行通道和所述第三人行通道與所述中心軸線之間的角度處于大致95度至大致115度之間。
7.根據權利要求4所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述第二人行通道包括用于向渦輪機提供潤滑流體的管道。
8.根據權利要求5所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述第三人行通道包括用于向渦輪機提供冷卻流體的管道。
9.根據權利要求1所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述會聚通路構造成允許操作者通過進入門進入所述會聚通路并且在所述會聚通路內移動。
10.一種渦輪機排氣擴壓器系統，所述渦輪機排氣擴壓器系統包括: 渦輪機排氣通路的外壁； 進入通路，所述進入通路由所述渦輪機排氣通路的內壁限定，其中所述進入通路構造成使得操作者能夠進入所述進入通路以對所述渦輪機排氣擴壓器系統進行維護；以及 多個人行通道，所述多個人行通道從所述渦輪機排氣通路的所述外壁延伸至所述進入通路，其中每一個人行通道都以這樣的角度從所述渦輪機排氣通路的所述外壁延伸至所述進入通路:所述角度不與所述渦輪機排氣擴壓器系統的中心軸線垂直。
11.根據權利要求10所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，每一個人行通道與所述中心軸線之間的角度都大于95度。
12.根據權利要求10所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，每一個人行通道與所述中心軸線之間的角度都處于100至115度之間。
13.根據權利要求10所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述進入通路包括錐形形狀，所述錐形形狀朝向所述進入通路的下游端具有較小的內徑。
14.根據權利要求10所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述多個人行通道包括第一人行通道、第二人行通道和第三人行通道。
15.—種潤輪機排氣擴壓器系統,所述潤輪機排氣擴壓器系統包括: 多個人行通道，所述多個人行通道以這樣的角度在外壁與內部進入隧道之間延伸:所述角度不與所述渦輪機排氣擴壓器系統的中心軸線垂直。
16.根據權利要求15所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述多個人行通道中的每一個人行通道與所述中心軸線之間的角度都大于95度。
17.根據權利要求15所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述多個人行通道中的每一個人行通道與所述中心軸線之間的角度都處于100至115度之間。
18.根據權利要求15所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述多個人行通道中的每一個人行通道都包括上游端和下游端，所述人行通道形成所述上游端與所述中心軸線之間的第一角度以及所述下游端與所述中心軸線之間的第二角度。
19.根據權利要求18所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述第一角度大于所述第二角度。
20.根據權利要求18所述的渦輪機排氣擴壓器系統，其特征在于，所述第一角度處于95至110度之間并且所述第二角度處于70至85度之間。
全文摘要
本發明涉及并提供一種渦輪機排氣擴壓器系統，該渦輪機排氣擴壓器系統包括多個人行通道。所述多個人行通道均在渦輪機排氣擴壓器系統的外壁與渦輪機排氣擴壓器系統的內部進入隧道之間延伸。所述多個人行通道以這樣的角度在外壁與進入隧道之間延伸該角度不與該渦輪機排氣擴壓器系統的中心軸線垂直。
文檔編號F01D25/30GK103225520SQ20131002872
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月25日 優先權日2012年1月25日
發明者D.D.南達, P.E.科貝克 申請人:通用電氣公司