支承渦輪擴散器的系統的制作方法

本文公開的主題涉及燃氣渦輪發動機，諸如改進的擴散器區段。

背景技術：

燃氣渦輪系統大體包括壓縮機、燃燒器和渦輪。壓縮機壓縮來自空氣進口的空氣，且后續將壓縮空氣引導到燃燒器。燃燒器燃燒壓縮空氣和燃料的混合物，以產生熱燃燒氣體，熱燃燒氣體被引導到渦輪，以做功，諸如驅動發電機。

因為擴散器區段的構造和與排氣相關聯的高溫的原因，渦輪的傳統擴散器區段經歷高應力。因此，傳統擴散器區段經歷高應力，因此增加擴散器區段上的磨損。

技術實現要素：

在一個實施例中，一種系統包括擴散器區段，其包括外筒、外后板、內筒、內后板、以及多個柱，其中外后板設置在外筒的下游端處。內后板設置在內筒的下游端處，并且外筒和內筒圍繞渦輪軸線設置。擴散器區段接收來自燃氣渦輪的排氣，并且多個柱圍繞渦輪軸線沿周向間隔開。多個柱中的各個柱將外后板的下游端聯接至內后板的下游端。

在一個實施例中，一種系統包括擴散器區段，其接收來自燃氣渦輪的排氣。擴散器區段包括圍繞渦輪軸線設置的外筒、圍繞渦輪軸線設置的內筒、設置在外筒的下游端處的外后板、設置在內筒的下游端處的內后板、以及多個柱。多個柱圍繞渦輪軸線沿周向間隔開，并且多個柱中的各個柱包括直徑。各個柱的直徑至少部分地基于擴散器區段內的相應的柱的周向位置，并且多個柱中的各個柱將外后板的下游端聯接至內后板的下游端。排氣氣室接收來自擴散器區段的排氣，其中外后板、內后板、以及多個柱設置在排氣氣室內。

在一個實施例中，一種安裝的方法包括：將升降組件聯接至最靠近擴散器區段的頂部部分設置的多個柱的第一子組；經由多個柱的第一子組升降擴散器區段；以及將擴散器區段聯接至渦輪出口。

本發明的第一技術方案提供了一種系統，包括：擴散器區段，其包括外筒、外后板、內筒、內后板、以及多個柱，其中所述外后板設置在所述外筒的下游端處，所述內后板設置在所述內筒的下游端處，所述外筒和所述內筒圍繞渦輪軸線設置，所述擴散器區段構造成接收來自燃氣渦輪的排氣，所述多個柱圍繞所述渦輪軸線沿周向間隔開，并且所述多個柱中的各個柱將所述外后板的下游端聯接至所述內后板的下游端。

本發明的第二技術方案是在第一技術方案中，所述多個柱中的各個柱包括直徑，并且各個柱的直徑至少部分地基于所述擴散器區段內的相應的柱的周向位置。

本發明的第三技術方案是在第二技術方案中，所述多個柱中的設置在所述擴散器區段的頂部部分內的周向位置處的柱的直徑大于所述多個柱中的設置在所述擴散器區段的底部部分內的周向位置處的柱的直徑。

本發明的第四技術方案是在第一技術方案中，所述多個柱中的設置在所述擴散器區段的底部部分內的周向位置處的第一組柱在所述外后板和所述內后板之間包括不均勻的軸向橫截面。

本發明的第五技術方案是在第一技術方案中，所述多個柱中的設置在所述擴散器區段的頂部部分內的周向位置處的第一組柱構造成在安裝所述擴散器區段時支承所述擴散器區段的重量。

本發明的第六技術方案是在第一技術方案中，所述多個柱中的各個柱沿柱軸線延伸，且各個柱軸線平行于公共軸線。

本發明的第七技術方案是在第六技術方案中，所述渦輪軸線包括所述公共軸線。

本發明的第八技術方案是在第一技術方案中，所述多個柱中的柱不支承轉動導葉。

本發明的第九技術方案是在第一技術方案中，包括多個角撐板支承件，其中多個柱經由所述多個角撐板支承件聯接至所述外后板且至所述內后板。

本發明的第十技術方案是在第九技術方案中，所述多個角撐板支承件設置在所述外后板和所述內后板的外部表面上。

本發明的第十一技術方案是在第九技術方案中，所述多個角撐板支承件包括設置在所述內后板的內部表面上的內部角撐板支承件，以及設置在所述外后板和所述內后板的外部表面上的外部角撐板支承件。

本發明的第十二技術方案提供了一種系統，包括：擴散器區段，其構造成接收來自燃氣渦輪的排氣，所述擴散器區段包括：外筒，其圍繞渦輪軸線設置；內筒，其圍繞所述渦輪軸線設置；外后板，其設置在所述外筒的下游端處；內后板，其設置在所述內筒的下游端處；以及多個柱，其中所述多個柱圍繞所述渦輪軸線沿周向間隔開，所述多個柱中的各個柱包括直徑，各個柱的直徑至少部分地基于所述擴散器區段內的相應的柱的周向位置，并且所述多個柱中的各個柱將所述外后板的下游端聯接至所述內后板的下游端；以及排氣氣室，其構造成接收來自所述擴散器區段的排氣，其中所述外后板、所述內后板、以及所述多個柱設置在所述排氣氣室內。

本發明的第十三技術方案是在第十二技術方案中，所述多個柱平行于所述渦輪軸線。

本發明的第十四技術方案是在第十二技術方案中，最靠近所述擴散器區段的頂部部分設置的所述多個柱的第一子組構造成在安裝期間支承所述燃氣渦輪的重量。

本發明的第十五技術方案是在第十二技術方案中，最靠近所述擴散器區段的底部部分設置的所述多個柱的第二子組包括不均勻的軸向橫截面。

本發明的第十六技術方案是在第十五技術方案中，所述不均勻的軸向橫截面包括成卵形的中心部分。

本發明的第十七技術方案是在第十二技術方案中，包括多個角撐板支承件，其中多個柱經由所述多個角撐板支承件聯接至所述外后板且至所述內后板。

本發明的第十八技術方案是在第十二技術方案中，所述多個柱中的柱不支承轉動導葉。

本發明的第十九技術方案提供了一種安裝的方法，包括：將升降組件聯接至最靠近擴散器區段的頂部部分設置的多個柱的第一子組；經由所述多個柱的第一子組升降所述擴散器區段；以及將所述擴散器區段聯接至渦輪出口。

本發明的第二十技術方案是在第十九技術方案中，包括圍繞后板和所述多個柱來組裝排氣氣室。

附圖說明

在參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它結構、方面和優點將變得更好理解，其中，相同符號在圖中表示相同部件，其中：

圖1為渦輪系統的實施例的框圖，其具有包括改良的擴散器區段的渦輪；

圖2為設置在排氣氣室內的渦輪的擴散器區段的詳細圖；

圖3描繪擴散器的改良的上部部分；

圖4描繪通過支架沿著圖2的線4-4獲得的擴散器的橫截面圖；

圖5描繪互搭接頭和分立支架沿著圖4的線5-5的透視圖；

圖6描繪互搭接頭和分立支架沿著圖4的線5-5的透視圖；

圖7描繪擴散器的后板內的周向凹槽的軸向橫截面圖；

圖8描繪內筒的后板沿著擴散器的線8-8得到的橫截面圖；

圖9描述形成根據本公開的實施例的后板的方法；

圖10描繪擴散器區段的外筒的透視圖；

圖11描繪擴散器區段的內筒的透視圖；

圖12示出用來機加工內筒和外筒的示例性設備；以及

圖13示出通過旋轉工藝形成內筒和外筒的方法。

具體實施方式

下面詳細描述用于通過使用擴散器區段上的機械改進來改進傳統擴散器區段的系統和方法。對擴散器區段的機械改進通過減小與傳統擴散器設計相關聯的應力而有助于改進擴散器的機械完整性。如下面詳細論述，機械改進的實施例包括制造期望曲率的擴散器區段，將多個柱設置在擴散器的前板和后板之間，將周向凹槽設置在內筒中以接收后板，設置外筒的周向互搭接頭，將沿著擴散器的內筒和/或外筒設置的多個分立支架構造成將擴散器聯接到渦輪出口，或進行其任何其組合。擴散器區段的曲率通過機加工工藝實現，諸如旋轉工藝。旋轉工藝涉及通過將材料置于模具上而將對于內筒和外筒適當的材料(例如，不銹鋼、金屬)模制成期望形狀(例如，彎曲)。然后通過使用輥子來將材料擠壓到模具中，因此逐漸形成期望模具形狀，而將材料模制成期望形狀。為減小旋轉工藝經歷的任何殘余應力，內和外筒可由多個軸向節段(例如，第一多個軸向節段、第二多個軸向節段)形成。使用軸向節段來產生內筒和外筒可能需要使材料較少地變形，以產生內筒和外筒的期望形狀，因此有助于減小出現的殘余應力的量。

一旦形成內筒和外筒的軸向節段(例如，第一多個軸向節段、第二多個軸向節段)，各個相應的筒的軸向節段可連結在一起。軸向節段可切割，以確保軸向節段(例如，第一多個軸向節段、第二多個軸向節段)具有多余材料，使得節段可足夠地連結在一起。軸向節段可連結在一起，通過焊接、釬焊、熔接、栓接、緊固或任何其組合。

柱設置在內筒和外筒之間，內筒和外筒又圍繞渦輪軸線設置。柱用來通過多個柱將后板的下游端聯接到上前板的下游端，并且圍繞渦輪軸線沿周向間隔開。在一些實施例中，柱具有不同的柱直徑。柱直徑部分地基于柱位置沿著擴散器的周向位置(例如，外后板、內后板)。例如，最靠近擴散器的頂部部分的柱的直徑(例如，外后板、內后板)可具有比最靠近擴散器的底部部分的柱更大的直徑。在一些實施例中，柱直徑由于其靠近排氣流而更小。因而，較小柱直徑可為有益的，因為減小了直徑較小而引起的排氣流路徑的阻滯。設置在擴散器區段的頂部部分內的柱可構造成諸如在安裝期間支承擴散器區段的負載(例如重量)。例如，設置在擴散器區段的頂部部分內的柱可用來提升擴散器區段。在一些實施例中，設置在擴散器區段的頂部部分內的柱可聯接到吊車、升降機、起重機或其它適當的升降機器上，以將擴散器區段平移到適當的位置(例如，平移是為了安裝、移除、維護、修理)。柱可減小內筒和外筒之間的振動。柱的布置部分地取決于柱的直徑。最接近擴散器的頂部部分的柱具有較大直徑，以繞過泄渦(vortexshedding)頻率，其中，排氣的速度更均勻。

周向凹槽位于內筒的端部處。后板可插入到周向凹槽中，使得后板與周向凹槽的根部的部分對接。周向凹槽可通過使得后板能夠在周向凹槽內移動來減小應力。可通過使得在區段(例如，后板和周向凹槽)之間能夠有略微移動來減小環向應力。相對于無周向凹槽的擴散器，實現周向凹槽所導致的應力減小可使環向應力減小一半。

周向互搭接頭設置在渦輪出口的外壁的下游端和擴散器區段的外筒的上游端之間。周向互搭接頭構造成有利于外筒相對于外壁沿軸向移動，因此釋放外筒中的應力。外筒的上游唇緣(例如，外唇緣)可沿徑向設置在外壁的下游唇緣(例如，唇緣)內，以有利于互搭接頭輕易地沿軸向移動。通過使用周向互搭連結的上游唇緣和下游唇緣獲得的應力減小可通過使用分立支架而得到進一步加強。分立支架可聯接到外筒和框架組件(例如，排氣框架)上。分立支架(例如，外筒分立支架)構造成沿軸向方向支承外筒。分立支架子組(例如，分立內支架)可沿周向圍繞擴散器的內筒設置。分立內支架(例如，內筒支承支架)可將擴散器(例如，內筒)保持就位，并且減小軸向方向上的移動。擴散器(例如，內筒和外筒)相對于渦輪出口的移動可減小和/或受到約束，這取決于互搭接頭和分立支架沿著外筒設置在哪里。

現在轉到附圖且首先參照圖1，示出了燃氣渦輪系統10的實施例的框圖?？驁D包括燃料噴嘴12、燃料14和燃燒器16。如所描繪的那樣，燃料14(例如，液體燃料以及/或者氣體燃料，諸如天然氣)發送到渦輪系統10，通過燃料噴嘴12進入到燃燒器16中。燃燒器16點燃且燃燒空氣-燃料混合物34，然后將熱加壓排氣36傳送到渦輪18中。排氣36傳送通過渦輪18中的渦輪轉子的渦輪葉片，因此驅動渦輪18，使其圍繞軸28旋轉。在實施例中，經改良的擴散器38聯接到渦輪18上。渦輪18聯接到渦輪出口上，其中，渦輪出口和擴散器38構造成在運行期間接收來自渦輪18的排氣36。如下面詳細論述，渦輪系統10的實施例包括擴散器38內的改進與制造擴散器38相關聯的可靠性(例如，通過減小應力)的某些結構和構件。渦輪系統10的實施例可包括擴散器38的用以改進擴散器38的制造時間的某些結構和構件。燃燒過程的排氣36可通過擴散器38和排氣出口20離開渦輪系統10。在一些實施例中，擴散器38可包括周向凹槽40、一個或多個互搭接頭42、一個或多個分立支架44、設置在擴散器38的后板62和前板64之間的一個或多個柱46，或者任何其組合。渦輪18的旋轉葉片使得軸28旋轉，軸28聯接到渦輪系統10中的若干個其它構件(例如，壓縮機22、負載26)上。

在渦輪系統10的實施例中，包括壓縮機導葉或葉片作為壓縮機22的構件。壓縮機22內的葉片可通過壓縮機轉子聯接到軸28上，并且將隨著軸28被渦輪18驅動而旋轉。壓縮機22可通過空氣進口24將氧化劑(例如空氣)30吸入到渦輪系統10。另外，軸28可聯接到負載26上，負載26可通過軸28的旋轉而得到動力。如所理解的那樣，負載26可為可通過渦輪系統10的旋轉輸出來產生功率的任何適當的裝置，諸如功率發生裝置或外部機械負載。例如，負載26可包括外部機械負載，諸如發電機?？諝膺M口24通過適當的機構(諸如空氣進口)將氧化劑(例如空氣)30吸到渦輪系統10中，以在后面通過燃料噴嘴12混合空氣30與燃料14。渦輪系統10得到的氧化劑(例如空氣)30可通過使壓縮機22內的葉片旋轉而饋送和壓縮成加壓空氣32。然后加壓空氣32可饋送到一個或多個燃料噴嘴12中。然后燃料噴嘴12可混合加壓空氣32和燃料14，以產生適當的空氣-燃燒混合物34供燃燒。

圖2示出渦輪18的擴散器38區段的詳細示意圖。如所描繪的那樣，擴散器區段38可包括上部部分52和下部部分54，顯示了它們被通氣的承載管道56隔開。通氣的承載管道56可供應冷卻流通過渦輪出口20和擴散器區段38?？衫斫獾氖?，擴散器38具有基本環形，它包圍承載管道56的一部分。擴散器38的上部部分52聯接到排氣框架58上，并且沿徑向設置在排氣氣室60內。排氣36通過擴散器38的上部區段52和下部區段54離開，進入到排氣氣室60中。擴散器區段38的后板62也設置在氣室60中。內筒48可比外筒50更冷，特別是沿著內筒48的更遠離渦輪出口20的一部分，部分原因是對內筒48應用了隔離。因而，后板62可比內筒48更快速地吸收熱，從而在擴散器38上導致熱梯度。此熱梯度可在擴散器38中產生應力，因此影響擴散器38的機械完整性。

擴散器38的機械完整性還可受到與離設置在擴散器38內的翼型件82和排氣框架58的豎向接頭74的衰減長度有關的應力的影響。熱排氣36的流徑可進一步降低擴散器38的機械完整性，因為有振動力和溫度作用，這可使擴散器38疲勞。因此，如圖3的論述中更詳細地描述的那樣，對擴散器38區段的改良可減小對擴散器38的作用。這樣的改良可包括制造具有期望曲率的擴散器38區段，將多個柱46設置在擴散器38的前板64和后板62之間，將周向凹槽40設置在內筒48中以接收后板62、設置一個或多個周向互搭接頭42、將沿著擴散器38的內筒48和外筒50設置的多個分立支架44構造成將擴散器38聯接到排氣框架58上，或者任何其組合。周向互搭接頭42和分立支架44構造成減小在某些方向上的移動(例如，沿周向66、沿軸向76、沿豎向78、沿側向80)或者，有利于移動(例如，沿周向66、沿軸向76、沿豎向78、沿側向80、沿徑向84)，這取決于周向互搭接頭42和分立支架44如何定位。

圖3描繪了根據本公開的擴散器38的經改良的上部部分52。擴散器38區段可制造成使得擴散器38開始沿著擴散器38的內筒48和外筒50在最接近渦輪出口20的端部處彎曲。擴散器38的彎曲部88可提供優于其它擴散器形狀(例如，形狀更筆直的擴散器)的結構優點。例如，與用直板逼近期望曲率相比，擴散器38的連續彎曲部88可通過改進擴散器38的空氣動力學屬性來減小結構性產生的應力。如下面詳細論述，擴散器38的曲率可由適當的工藝形成，諸如旋轉工藝。在一些實施例中，擴散器38的各個內筒48和外筒50由不止一個錐體形成。錐體可為由適當的材料形成的環形片材，如關于圖11所描述的那樣。例如，內筒48可包括2個、3個或更多個錐體件。外筒50可包括2個、3個、4個、5個或更多個錐體件。然后可錐體件經歷旋轉工藝，使得錐體件形成期望曲面。然后相應的錐體件一體地聯接在一起(例如，通過焊接)，以形成整體擴散器38區段，如關于圖11進一步描述的那樣。內筒48和外筒50的錐體件兩者可由旋轉工藝形成。內筒48和外筒50可為可通過柱46聯接在一起的單獨的零件。

其它渦輪改進設置在擴散器38的曲面部分的下游104。例如，多個柱46可沿周向66設置在擴散器38的前板64和后板62之間。柱46可通過多個角撐板68聯接到前板64和后板62上，以將柱46固定到前板64和后板62上。柱46沿周向66設置在前板64和后板62之間。柱46可用來減小前板64和后板62之間的振動行為。柱46可通過加固前板64和后板62來減小不合需要的振動傾向，因此減小燃氣渦輪18的運行期間的共振。柱46可具有不同的直徑70，以適應排氣流36。例如，擴散器出口中的最接近擴散器出口的底部內部部分的區域配備有具有較小的直徑70的柱46，以最大程度地減小排氣36的阻滯。

而且，在擴散器38的曲面部分的下游104有周向凹槽40。周向凹槽40設置在內筒48內。在一些實施例中，周向凹槽40可設置在內筒48上，以接收后板62。周向凹槽40可減小區域中的可由于溫度變化大而形成的應力(例如，環向應力)。如上面描述的那樣，后板62設置在排氣氣室60內，使得后板62與前板64暴露于大約相同的運行溫度。內筒48轂可被隔離，使得內筒48的一部分比后板62暴露于更低的運行溫度，因此在內筒48和后板62上產生大的熱梯度。因而，產生的熱梯度可通過內筒48的熱膨脹在區域中產生應力。周向凹槽40可通過使得后板62的圓錐形板72能夠在周向凹槽40內移動來減小應力。由于使得能夠沿徑向方向84在區段(例如，圓錐形板72和周向凹槽40)之間有移動，該區域中的環向應力可減小。如下面詳細描述的那樣，由于實現周向凹槽40而得得的應力減小可使環向應力減小高達無周向凹槽40的傳統擴散器所經受的應力的一半。

互搭接頭42和分立支架44的布置可部分地由衰減長度100限定。衰減長度100部分地由設置在渦輪出口20內的多個翼型件82限定。翼型件82設置在渦輪出口20的外壁106和渦輪出口20的內壁112之間，鄰近渦輪出口20的下游104端部。與衰減長度100可能更長的其它構造相比，從翼型件82到豎向接頭74的衰減長度100較短可提高豎向接頭74中的應力。衰減長度100可幫助限定周向互搭接頭42所設置的位置。例如，互搭接頭42可設置在翼型件82下游的大約等于衰減長度100的距離處。在一些實施例中，衰減長度100小于大約12英寸。分立支架44可減少擴散器38的移動，使得取決于分立支架44設置在擴散器38上的哪個位置，來限制在軸向方向76、豎向方向78和側向方向80上的移動。如下面詳細描述的那樣，沿著內筒48和外筒50設置的分立支架44可不同地定向，以將擴散器38的后板62和前板64保持就位。

現在轉到內筒48，擴散器38區段的內筒48的上游端102可通過內周向接頭114聯接到渦輪出口20的內壁112的下游端104上。內周向接頭114可包括多個分立支架(例如，支架47)。分立支架構造成將渦輪出口20的內壁112的下游端104聯接到內筒48的上游端102上。內分立支架47構造成沿軸向76支承內筒48。

在內筒48上，輔助柔性密封件101(例如，第二周向密封件)可設置在輔助柔性密封件凹槽102內的開口中。輔助柔性密封件101可阻止熱排氣36進入通氣的承載管道56。輔助柔性密封件101可包括一個或多個板節段，它們沿周向分段，以形成360度結構，360度結構可在第一端部103處栓接。類似于外筒50的柔性密封件92，輔助柔性密封件101可在與第一端部103相反的位置脫開，使得輔助柔性密封件101可在輔助柔性密封件凹槽102的開口內自由移動。

圖4描繪通過支架44沿著圖2的線4-4得到的擴散器38的橫截面圖。擴散器38的彎曲部可在擴散器38的設置有互搭接頭42和分立支架44的部分的后面(例如，下游)開始。如上面描述的那樣，互搭接頭42和分立支架44可沿周向66圍繞擴散器38的外筒50設置。分立支架44可聯接到外筒50和框架組件(例如，排氣框架58)上。分立支架44(例如，外分立支架45)構造成在軸向方向76和周向方向66上支承外筒50。

另一組分立支架44可沿周向66設置在擴散器38的內筒48內。例如，成子組的分立支架44可包括多個支承支架(例如，內分立支架47)。內分立支架47可相對于渦輪出口20對內筒48提供豎向78以及/或者側向80支承。外分立支架45和內分立支架47可圍繞外筒50以旋轉對稱布置設置。

內筒48暴露于流過通氣的承載管道56的冷卻流。因而，設置在內筒48內的內分立支架47可由在較低的溫度下(例如，與外筒50的較高溫度相比)保持屈服強度的材料制成。分立支架44(例如，內分立支架47)可使擴散器(例如，內筒48)保持就位，并且減少軸向方向76以及/或者側向方向80上的移動。內筒48可包括在一個端部49處栓接的接頭，以將擴散器38區段(例如，擴散器的后板62和擴散器的前板64)固定到渦輪出口20上。分立支架44和成對的支承性中繼塊(relayingblock)(參見圖6)使得在徑向方向84上能夠有熱生長。

分立支架44可在多種位置上聯接到外筒50和內筒48上。在一些實施例中，分立支架44可設置在12點鐘位置118、3點鐘位置120、6點鐘位置122、9點鐘位置124或任何其組合。在一些實施例中，分立支架44可定位在其它位置(例如，4點鐘、7點鐘)，使得分立支架44的位置保持分立(例如，不連續)。此外，分立支架44的位置可根據外筒50和內筒48的期望約束來布置。換句話說，多個外分立支架45和多個內分立支架47可沿周向66圍繞渦輪軸線76間隔開。外分立支架45構造成相對于渦輪出口20的外壁106來定位外筒50，以在渦輪出口20的外壁106和擴散器區段38的外筒50之間形成周向互搭接頭42。周向互搭接頭42是連續的。取決于互搭接頭42和分立支架44沿著外筒50設置在哪里，擴散器38(例如，內筒48和外筒50)相對于渦輪出口20的移動可減小以及/或者受到約束。例如，當分立支架44設置在3點鐘位置120以及/或者9點鐘位置124時，擴散器38(例如，內筒48和外筒50)在軸向方向76和豎向方向78上受到約束。當分立支架44設置在12點鐘位置118以及/或者6點鐘位置122時，擴散器38(例如，內筒48和外筒50)在軸向方向76和側向方向80上受到約束。分立支架44可由支承構件(例如，銷)支承，如圖6中進一步描述的那樣。支承構件可限制周向方向66上的移動。

圖5描繪互搭接頭42和分立支架44的沿著圖4的線5-5的透視圖。如上面描述的那樣，分立支架44可聯接到外筒50和框架組件58(例如，擴散器框架116)上。分立支架44構造成在軸向方向76上支承外筒50，并且至少一些分立支架44在周向方向66上支承外筒。

周向互搭接頭42設置在渦輪出口20的外壁106的下游端104和擴散器38區段的外筒50的上游端102之間。周向互搭接頭42構造成有利于外筒50相對于渦輪出口20的外壁106沿軸向76移動，因此釋放外筒50中的應力。外筒50的上游唇緣(例如，外唇緣96)沿徑向84設置在外壁106的下游唇緣(例如，唇緣128)內，以有利于互搭接頭42移動。使用上游唇緣和下游唇緣得到的應力減小量會因為使用分立支架44而進一步得到提高。外分立支架45限制熱從排氣框架58傳遞到外筒50。因而，熱膨脹和收縮很可能比連續支架接口在更少的地方出現，并且將熱應力控制成主要在支架45處。例如，擴散器38區段可包括多個分立支架44，它們沿著擴散器38的外筒50(例如，外分立支架45)設置，以減小排氣框架58的豎向接頭74中的應力。

在一些實施例中，柔性密封件92可在互搭接頭42和分立支架44組件中使用。柔性密封件92可設置在外筒50的上游唇緣96附近。柔性密封件92可定位在圍繞分立支架44設置的隔離件126和渦輪出口20的外壁106的柔性密封件凹槽94之間。柔性密封件92可包括一個或多個板節段，它們沿周向分段，以形成360度結構，360度結構可在第一端部93處栓接或緊固。柔性密封件92可在與第一端部93相反的位置保持脫開(例如，未栓接)，使得柔性密封件92可在柔性密封件凹槽94內自由移動，以密封柔性密封件92和與栓接端部相反的端部(例如，柔性密封件92的第一端部93)之間的間隙空間95。柔性密封件92可阻礙冷卻流沿著渦輪出口20的外表面(例如，為了控制間隙)進入到擴散器38中。在渦輪出口20的外壁106和外筒50的外唇緣96之間的槽口98可有利于互搭接頭42有一些軸向76移動。唇緣96可與互搭接頭42的外唇緣128沿徑向84對接。

如上面描述的那樣，流過渦輪18和擴散器38的熱排氣36接收在排氣氣室60中。柔性密封件92可隔離冷卻流(例如，在排氣框架中)與柔性密封件92下游104的熱排氣36。主流路徑130可通過擴散器38的內部區域134從渦輪出口20延伸到擴散器38區段的擴散器出口。內部區域134沿徑向84在外壁106和外筒50內，在外筒50和內筒48之間。擴散器出口構造成將排氣流36引導到排氣氣室60。輔助流路徑136可通過外壁106的下游唇緣128和外筒50的上游唇緣96之間的槽口98，從排氣氣室60延伸到內部區域134。輔助流路徑136可延伸通過周向互搭接頭42。在一些實施例中，輔助流路徑136可包括內部區域134的排氣流36的非零部分。

圖6描繪互搭接頭42和分立支架44的沿著圖4的線5-5的透視圖。在一些實施例中，分立支架44可由銷86支承，銷86沿軸向76延伸通過外筒50的凸緣116、凸緣116和成對的中繼塊90。銷86可設置成通過凸緣116和中繼塊90，以支承分立支架44。銷86構造成使得能夠沿外筒50的徑向方向84相對于相應的支架44移動(例如，通過滑動)。如上面描述的那樣，多個外分立支架45包括多個周向支承支架44(例如，多個分立支架子組)。多個分立外支架45中的各個支承支架44使用銷86，以使得能夠沿外筒50的徑向方向84相對于相應的支承支架45移動。中繼塊90和支承支架47限制周向方向66上的移動。

類似于分立外支架44，多個內分立支架47可包括多個內周向支承支架，它們各自使用相應的銷86，以沿軸向76延伸通過內壁112和內筒48的相應的凸緣。銷86構造成使得內筒48能夠相對于相應的內支承支架沿徑向84移動，同時限制周向66移動。

圖7描繪圖2和3的擴散器38的內筒48內的周向凹槽40的軸向橫截面圖。后板62與擴散器38的內筒48在周向凹槽40處對接。如上面描述的那樣，內筒48和外筒50圍繞渦輪軸線76設置。后板62至少部分地設置在排氣氣室60內且設置在內筒48的下游104。

周向凹槽40可減小區域中可由于熱梯度大而形成的應力(例如，環向應力)。后板62和前板64至少部分地設置在排氣氣室60內。內筒48的轂被隔離，使得內筒48轂比后板62暴露于更低的運行溫度，因此在后板62和內筒48轂處得到不同的溫度。后板62和內筒48轂之間的溫差在內筒48的轂和后板62上產生大的熱梯度。產生的熱梯度由于熱膨脹/收縮而在區域中產生應力。周向凹槽40可通過使得后板62的圓錐形板72能夠在周向凹槽40內移動來減小應力?？赏ㄟ^使得能夠在區段(例如，圓錐形板72和周向凹槽40)之間有略微移動(即，向上游移動、向下游移動)而減小該區域中的環向應力。由于實現周向凹槽40而得到的應力減小可使環向應力減小一半。例如，后板62區域中的應力可從大約413mpa(當周向凹槽40在內筒48中不存在時)減小到大約207mpa(當周向凹槽40在內筒48中存在時)。

設置在內筒48和后板62的下游104端部處的密封接口140包括周向凹槽40。在一些實施例中，密封接口140機械地聯接(例如，焊接、融合、釬焊、栓接、緊固)到內筒48的下游端104上。在一些實施例中，密封接口140形成于內筒48的下游端處。密封接口140可包括第一周向凹槽142和第二周向凹槽144。第一周向凹槽142構造成接收后板62。因而，第一周向凹槽142在第一方向146(例如，下游104)上遠離渦輪軸線76而開口。第二周向凹槽144構造成接收輔助柔性密封件101。輔助柔性密封件101構造成隔離排氣氣室60與通氣的承載管道56。第二周向凹槽144在第二方向150(例如，上游)上朝向渦輪軸線76而開口。

第一周向凹槽142和第二周向凹槽144使得內筒48能夠相對于后板62有一些上游和下游移動，從而減小區域中的應力。在示出的實施例中，后板62構造成與第一周向凹槽142的根部160在密封接口140的12點鐘位置118處對接。密封接口140在12點鐘位置118處減小間隙，并且對外筒50提供額外的支承。密封接口140還有助于通過使得內筒48的密封接口能夠支承后板62的一些豎向負載來減小柱70中的應力。后板62可在密封接口140的6點鐘位置122(例如，與12點鐘位置118相對)處從第一周向凹槽142的根部160偏移。

后板62可由多個周向節段152(例如，后板節段、圓錐形板72)組成。多個周向節段152中的一個或多個可包括多個應力釋放結構154，它們沿著多個接頭156設置在后板62的周向節段152之間，如關于圖8和9描述的那樣。在一些實施例中，應力釋放結構154可朝周向節段152(例如，后板節段)的在密封接口140附近的端部部分集中。

圖8描繪內筒48的后板62的沿著擴散器38的線8-8的橫截面圖。在示出的實施例中，后板62的下游端104通過多個柱46聯接到前板64的下游端104上。如上面描述的那樣，內筒48和外筒50圍繞渦輪軸線76設置。因而，多個柱46可沿周向66圍繞渦輪軸線76間隔開。

如上面描述的那樣，后板62可由多個周向節段152(例如，后板節段、圓錐形板72)組成。多個周向節段152可包括多個應力釋放結構154，它們沿著多個接頭156設置在后板62的周向節段152之間。多個應力釋放結構154可為任何適合實現應力釋放的形狀，包括圓形、心形、豆形或任何其組合。

在一些實施例中，柱46具有不同的柱直徑70。柱直徑70部分地基于柱46位置的周向66位置，沿著擴散器38。例如，最接近后板62和前板64的頂部部分172的柱46的直徑70大于最接近后板62和前板64的底部部分174的柱46的直徑70。因此，多個孔口176對應于設置在擴散器38內的多個柱46?？卓?76可部分地基于孔口176的周向66位置而改變，以通過多個柱聯接到外后板62和內后板63上。

在示出的實施例中，設置在擴散器38區段的底部部分174內的周向66位置處的第一組178(參見圖2)柱46可具有不均勻的軸向橫截面。例如，第一組178柱46可具有卵形、橢圓形、球形或其它不均勻部分的軸向橫截面。柱46的在擴散器38區段的底部部分174內的不均勻部分可使得柱46能夠比圓形柱46展現更好的彈性(例如，在徑向方向84上)，這可減小底部部分174中的應力。在一些實施例中，柱直徑70較小，以減小對排氣流36的空氣動力學作用。因而，較小的柱直徑70可為有益的，因為可減小氣流徑36的阻滯。

圖9描述形成根據本公開的實施例的后板62的方法。后板62可由方法190形成。方法190可包括沿徑向方向84朝渦輪軸線76將多個后板節段(例如，周向節段152、圓錐形板72)插入到(框192)燃氣渦輪17的擴散器38區段的內筒48上的第一密封接口162的第一周向凹槽142中。方法190可包括在連結后板62之前，使多個后板62與第一密封接口162的根部160在12點鐘位置118處對接(框194)。在一些實施例中，后板62的6點鐘位置122從根部160偏移(例如，沿徑向間隔開)。方法190可包括使多個后板節段62彼此連結(框196)(例如，焊接、熔接、釬焊、栓接、緊固)。方法190可進一步包括將柔性密封件158插入到第二密封接口164的第二周向凹槽144中(框198)。

現在回到圖8，設置在擴散器38的頂部部分172內的柱46可構造成支承擴散器38的負載(例如，重量)。例如，設置在擴散器38的頂部部分172內的柱46可用來提升擴散器38。在一些實施例中，設置在擴散器38區段的頂部部分172內的柱46可聯接到吊車、升降機、起重機或其它適當的提升機上，以將組裝好的擴散器38與后板62移動到適當位置(例如，移動是為了安裝、移除、維護、修理)。

多個柱46中的各個包括柱軸線。在一些實施例中，多個柱46可基本上平行于公共柱軸線(例如，渦輪軸線76)。應理解的是，多個柱46不支承多個轉動導葉。此外，在一些實施例中，沒有轉動導葉設置在擴散器38中。柱定位在擴散器38的下游端處或其附近，以減小振動和促進安裝。

圖10和11描繪擴散器38的內筒48和外筒50的側視圖。如實線內示出的那樣，內筒48和外筒50彎曲，以減小擴散器38中的應力。內筒48和外筒50的彎曲部88在渦輪區段18的下游開始。內筒48和外筒50的一部分設置在排氣氣室60內。圖10描繪外筒50的實施例的側視圖。外筒50包括設置在外筒50下游的第一多個軸向節段180。在示出的實施例中，外筒50包括兩個節段(例如，軸向節段)。雖然顯示了兩個軸向節段，但將理解的是，外筒可包括三個、四個或更多個軸向節段。第一多個外筒節段180沿軸向方向連結在一起，并且在各個外筒節段180之間形成外筒接口188。如上面描述的那樣，連結可包括焊接、釬焊、熔接、緊固或任何其組合。第一多個外筒節段180包括第一連續曲面182，其彎曲遠離渦輪軸線76(例如，從外筒50的上游端到外后板62)。

圖11描繪內筒48的側視圖。在示出的實施例中，內筒48包括四個節段(例如，軸向節段)。內筒48包括第二多個軸向節段184，其設置在內筒48的上游端和密封接口140之間。雖然顯示了四個軸向節段，但將理解的是，內筒48可包括三個、四個、五個、六個或更多個軸向節段184。第二多個軸向節段184沿軸向方向連結在一起，并且在各個內筒節段184之間形成內筒接口208。如上面描述的那樣，連結可包括焊接、釬焊、熔接、緊固或任何其組合。第二多個軸向節段184(例如，內筒節段)包括第二連續曲面186，其彎曲遠離渦輪軸線76(例如，從內筒48的上游端到密封接口140)。如將理解的那樣，由于內筒48和外筒50的布置的原因，(例如，內筒48的)第二多個軸向節段184大于外筒50的第一多個軸向節段。可關于圖12中描述的旋轉工藝的論述來進一步理解內筒48和外筒50兩者的曲率。

圖12示出用來將內筒48和外筒50機加工成期望連續曲率的示例性設備，如圖10-11中描述。(例如，外筒、內筒的)第一和第二連續曲面182，186可通過適當的冷機加工工藝產生，諸如旋轉工藝。旋轉工藝涉及通過將材料置于模具206上而將對于內筒48和外筒50適當的材料204(例如，不銹鋼)模制成期望形狀。然后通過使用輥子202來將材料擠壓到模具206中，因此逐漸形成期望模具形狀，來將材料204模制成期望形狀。

上面描述的旋轉工藝使得期望曲率的擴散器38能夠提供所需要的渦輪發動機性能(例如，通過減小應力)。為了減小旋轉工藝經歷的殘余應力，內和外筒48，50可由多個軸向節段(例如，第一多個軸向節段180、第二多個軸向節段184)形成。使用更多的軸向節段來產生內筒48和外筒50可能需要各個節段較小變形，以產生內筒48和外筒50的期望形狀，因此減小保留在完成的擴散器38中的殘余應力的量。

一旦形成軸向節段(例如，第一多個軸向節段180、第二多個軸向節段184)，軸向節段可連結在一起。軸向節段可由適當的材料切割而成，以確保軸向節段(例如，第一多個軸向節段180，第二多個軸向節段184)具有多余材料，使得節段可充分地連結在一起。軸向節段可通過焊接、釬焊、熔接、栓接、緊固或任何其組合沿軸向連結在一起。

圖13示出通過旋轉工藝形成內筒48和外筒50的方法300。如本文描述，旋轉工藝可使用輥子來圍繞模具軸線旋轉或模具可圍繞軸線在輥子下旋轉。如上面描述，方法300包括通過使適當的材料在模具上旋轉，而形成(框302)外筒50的第一多個軸向前板節段。如上面描述，各個節段的旋轉工藝涉及通過將材料置于模具上而將適當的材料(例如，不銹鋼、金屬)模制成期望形狀。然后通過使用輥子來將材料擠壓到模具中，因此使材料逐漸變形成期望模具形狀，來將材料模制成期望形狀。方法300還包括通過使適當的材料在模具上旋轉，而形成(框304)內筒48的第二多個軸向后板節段。在形成軸向節段之后，方法300包括使第一多個軸向前板節段彼此連結(框306)，以形成外筒50，以及使第二多個軸向后板節段彼此連結(框308)，以形成內筒48。內筒48和外筒50聯接到燃氣渦輪發動機18。如上面關于圖7所描述，周向凹槽可機加工到內筒48中。

本發明的技術效果包括通過在擴散器區段上使用機械改進而改進傳統擴散器。擴散器的機械改進有助于通過減小與傳統擴散器設計相關聯的應力而改進擴散器的機械完整性。機械改進的實施例包括制造期望曲率的擴散器，將多個柱設置在擴散器的前板和后板之間，將周向凹槽設置在內筒中以接收后板，設置周向互搭接頭，將沿著擴散器的內筒和外筒設置的多個分立支架構造成將擴散器聯接到渦輪出口，或進行任何其組合。

本書面描述使用示例來公開本發明，包括最佳模式，并且還使本領域任何技術人員能夠實踐本發明，包括制造和使用任何裝置或系統，以及實行任何結合的方法。本發明的可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權利要求的字面語言的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質性差異的等效結構要素，則它們意于處在權利要求的范圍之內。