專利名稱：具有板框換熱器的渦輪殼體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所公開(kāi)的主題涉及渦輪殼體，并且更具體地涉及具有板框換熱器的渦輪殼體。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)通常包括壓縮機(jī)、燃燒器、一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴、以及渦輪?？諝馔ㄟ^(guò)進(jìn)氣部進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)并且由壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。壓縮空氣接著與由燃料噴嘴所供給的燃料混合?？諝?燃料混合物以特定燃燒比供給至燃燒器。燃燒產(chǎn)生加壓排放氣體，所產(chǎn)生的加壓排放氣體驅(qū)動(dòng)渦輪的葉片。燃?xì)鉁u輪機(jī)通常包括渦輪外部殼體和渦輪內(nèi)部殼體。渦輪外部殼體和渦輪內(nèi)部殼體在燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作期間相對(duì)于渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子沿徑向方向膨脹和收縮。定位在旋轉(zhuǎn)葉片的尖端與渦輪內(nèi)部殼體之間的徑向間隙影響燃?xì)鉁u輪機(jī)的效率，其中較小的間隙可以改進(jìn)效率。然而，較小的間隙還可能增加渦輪內(nèi)部殼體與旋轉(zhuǎn)葉片的尖端之間產(chǎn)生干擾狀況的可能性。主動(dòng)間隙控制是調(diào)節(jié)渦輪內(nèi)部殼體的溫度的方法，從而接著對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片的尖端與渦輪內(nèi)部殼體之間的間隙進(jìn)行控制。若干方法目前可用于提供渦輪內(nèi)部殼體的主動(dòng)間隙控制，然而這些方法中的一些具有缺陷。例如，在一種方法中，可以采用直接沖擊冷卻。然而，該方法在用于燃?xì)鉁u輪機(jī)中時(shí)通常不是同樣有效的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種渦輪殼體，所述渦輪殼體包括:主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分；至少一個(gè)板，所述至少一個(gè)板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述至少一個(gè)板是板框換熱器的一部分，所述板框換熱器是所述渦輪殼體的所述主體部分的一部分。進(jìn)一步的，所述板框換熱器包括中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述至少一個(gè)板。進(jìn)一步的，所述板框換熱器包括多個(gè)板，所述多個(gè)板流體連接至彼此以及所述中心件部分。進(jìn)一步的，所述中心件部分包括內(nèi)部歧管裝置，其中一系列通路設(shè)置成在所述中心件部分中通過(guò)所述內(nèi)部歧管裝置。進(jìn)一步的，當(dāng)對(duì)比所述后端部分時(shí)，所述至少一個(gè)板定位成更靠近所述前端部分。進(jìn)一步的，所述板框換熱器接收擴(kuò)散流，所述擴(kuò)散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來(lái)自渦輪機(jī)的壓縮機(jī)的排出空氣中的至少一種。進(jìn)一步的，所述擴(kuò)散流包括大體沿周向的流動(dòng)路徑。進(jìn)一步的，所述至少一個(gè)板的外表面包括向外突出的延長(zhǎng)表面以提供冷卻。進(jìn)一步的，所述渦輪殼體是構(gòu)造成用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪內(nèi)部殼體。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種具有渦輪內(nèi)部殼體的燃?xì)鉁u輪機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括:主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分；至少一個(gè)板，所述至少一個(gè)板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述至少一個(gè)板是板框換熱器的一部分，所述板框換熱器是所述渦輪內(nèi)部殼體的所述主體部分的一部分。進(jìn)一步的，所述板框換熱器包括中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述至少一個(gè)板。進(jìn)一步的，所述板框換熱器包括多個(gè)板，所述多個(gè)板流體連接至彼此以及所述中心件部分。進(jìn)一步的，所述中心件部分包括內(nèi)部歧管裝置，其中一系列通路設(shè)置成在所述中心件部分中通過(guò)所述內(nèi)部歧管裝置。進(jìn)一步的，當(dāng)對(duì)比所述后端部分時(shí)，所述至少一個(gè)板定位成更靠近所述前端部分。進(jìn)一步的，所述板框換熱器接收擴(kuò)散流，所述擴(kuò)散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來(lái)自渦輪機(jī)的壓縮機(jī)的排出空氣中的至少一種。進(jìn)一步的，所述 擴(kuò)散流包括大體沿周向的流動(dòng)路徑。進(jìn)一步的，所述至少一個(gè)板的外表面包括向外突出的延長(zhǎng)表面以提供冷卻。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種具有渦輪內(nèi)部殼體的燃?xì)鉁u輪機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括:主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分；以及板框換熱器，所述板框換熱器是所述渦輪內(nèi)部殼體的所述主體部分的一部分，所述板框換熱器包括:多個(gè)板，所述多個(gè)板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述多個(gè)板彼此流體連接；以及中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述多個(gè)板。進(jìn)一步的，所述中心件部分包括內(nèi)部歧管裝置，其中一系列通路設(shè)置成在所述中心件部分中通過(guò)所述內(nèi)部歧管裝置。進(jìn)一步的，所述板框換熱器接收擴(kuò)散流，所述擴(kuò)散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來(lái)自渦輪機(jī)的壓縮機(jī)的排出空氣中的至少一種。通過(guò)結(jié)合附圖的以下描述，這些和其它的優(yōu)點(diǎn)以及特征將變得更加顯而易見(jiàn)。


被認(rèn)為是本發(fā)明的主題在權(quán)利要求書(shū)中特別指出并且明確要求保護(hù)。通過(guò)下文結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它的特征以及優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，在附圖中:圖1是具有壓縮機(jī)的示例性燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1中所示的渦輪的渦輪內(nèi)部殼體的部段的透視圖；圖3是圖2中所示的渦輪內(nèi)部殼體的部段的圖示；圖4是圖2中所示的渦輪內(nèi)部殼體的部段的另一個(gè)圖示；圖5是圖2中所示的渦輪內(nèi)部殼體的部段的又一個(gè)圖示；以及圖6是圖2中所示的渦輪內(nèi)部殼體的部段的一部分的主視圖。參照附圖并通過(guò)示例的詳細(xì)描述解釋了本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。
具體實(shí)施例方式圖1示出了由附圖標(biāo)記10表示的示意示例性發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)10是燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)，該燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)具有壓縮機(jī)20、燃燒器22、以及渦輪24?？諝馔ㄟ^(guò)連接至壓縮機(jī)20的進(jìn)氣部30進(jìn)入發(fā)電系統(tǒng)10，并且由壓縮機(jī)20進(jìn)行壓縮。壓縮空氣接著與由燃料噴嘴34所供給的燃料混合。燃料噴嘴34以特定燃燒比將空氣-燃料混合物噴射至燃燒器22中。燃燒產(chǎn)生熱加壓空氣排氣，所產(chǎn)生的熱加壓空氣排氣對(duì)定位在渦輪24內(nèi)的葉片(未示出)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。圖2是渦輪24(示于圖1中)的渦輪內(nèi)部殼體40的部段的圖示。渦輪內(nèi)部殼體40包括主體部分42，主體部分42具有前端部分44和后端部分46。在一個(gè)實(shí)施例中，渦輪內(nèi)部殼體40包括大體周向構(gòu)造并且劃分為多個(gè)四分之一部段，其中多個(gè)四分之一部段中的一個(gè)四分之一部段示于圖2中。盡管圖2示出了渦輪內(nèi)部殼體40的四分之一部段，但是應(yīng)當(dāng)理解，渦輪內(nèi)部殼體40也可以以其它構(gòu)造分段，例如半部部段。主體部分42可以由旨在用于溫度相對(duì)較高的應(yīng)用的材料構(gòu)建而成。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，渦輪內(nèi)部殼體40由鉻-鑰-釩(“CrMoV” )鋼構(gòu)建而成。在一個(gè)實(shí)施例中，渦輪內(nèi)部殼體40的部段中的每一個(gè)部段都可以通過(guò)沿軸向定向的螺栓連接結(jié)合在一起。具體而言，板框換熱器組件54的中心件52包括緊固件孔56，以用于接收例如螺栓(未示出)的緊固件。渦輪內(nèi)部殼體40的主體部分42也可以包括一系列緊固件孔58，其中緊固件孔58中的每一個(gè)緊固件孔58都接收沿軸向定向的螺栓(未示出)。螺栓連接可以在操作期間提供用于渦輪內(nèi)部殼體40的部段之間大體無(wú)泄漏接頭的相對(duì)緊密的公差。盡管對(duì)螺栓連接進(jìn)行討論，但是應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用能夠形成用于大體無(wú)泄漏操作的相對(duì)緊密的公差的其它緊固方法來(lái)結(jié)合渦輪內(nèi)部殼體40的部段。至少一個(gè)板50定位在渦輪內(nèi)部殼體40的前端部分44與后端部分46之間。在如圖所示的示例性實(shí)施例中，示出全部四個(gè)板50以及中心件52，并且從前端部分44至后端部分46將四個(gè)板50標(biāo)記為板A、板B、板C、和板D。板50以及中心件52是板框換熱器54的一部分。具體而言，板框換熱器54定位成鄰近渦輪內(nèi)部殼體40的前端部分44，使得當(dāng)對(duì)比后端部分46時(shí)，板框換熱器54定位成更靠近前端部分44。板框換熱器54可以是使用用于在兩種介質(zhì)(例如氣體或液體)之間傳熱的板的任何類型的換熱器。板框換熱器54是渦輪內(nèi)部殼體40的主體部分42的一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，高溫釬焊、焊接、或者金屬密封件(未示出)可以用于將板框換熱器54的板50結(jié)合在一起。應(yīng)當(dāng)注意到，盡管圖2示出了渦輪內(nèi)部殼體40，但是應(yīng)當(dāng)理解，板框換熱器54也可以在至少一些實(shí)施例中用于渦輪24(圖1)的渦輪外 部殼體(未示出)上。頭部端凸緣60定位在渦輪內(nèi)部殼體40的前端部分44處。頭部端凸緣60包括多個(gè)緊固件開(kāi)口 62，多個(gè)緊固件開(kāi)口 62均構(gòu)造成用于通過(guò)其中接收緊固件64，以用于將板50、中心件52、以及頭部端凸緣60聯(lián)接在一起。具體而言，緊固件開(kāi)口 62可以與緊固件64螺紋接合。在如圖2中所示的示例性實(shí)施例中，緊固件64是螺栓，然而也可以使用其它類型的緊固方法。板50還包括緊固件開(kāi)口 70以用于接收緊固件64，并且中心件52也包括緊固件開(kāi)口 72(示于圖5中)以用于接收緊固件64?，F(xiàn)在同時(shí)參照?qǐng)D2至圖3，頭部端凸緣60的前面(forWard face) 74包括冷卻孔76以用于接收擴(kuò)散或冷卻流78。冷卻流78例如可以是從大氣引入的環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、或者來(lái)自壓縮機(jī)20 (示于圖1中)的排出空氣。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻流78通常包括高于大約205攝氏度(大約400° F)的溫度。具有通常高于大約205攝氏度的冷卻流將大大防止渦輪內(nèi)部殼體40內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)大量的熱應(yīng)力。
冷卻流78通過(guò)定位在頭部端凸緣60中的冷卻孔76供給至板框換熱器54。SP，頭部端凸緣60用作歧管，以接收用于板框換熱器54的冷卻流78。盡管圖3示出了冷卻孔76，但是應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用其它的方法來(lái)將冷卻流78引入至板框換熱器54(示于圖2中)中。例如，在另一個(gè)實(shí)施例中，可以沿頭部端凸緣60設(shè)置一系列通路(未示出)以用于引入冷卻流78。圖4是渦輪內(nèi)部殼體40的圖示，其中省略了頭部端凸緣60以顯示板50中被指定為板A的一個(gè)板(板A也示于圖2中)。參照?qǐng)D2至圖4,冷卻流78通過(guò)冷卻孔76進(jìn)入板框換熱器54，并且接著沿大體周向方向在如圖4中所示的方向Dl上流動(dòng)。S卩，冷卻流78包括大體沿周向行進(jìn)的流動(dòng)路徑。盡管圖3至圖4示出了相對(duì)簡(jiǎn)單的周向流動(dòng)路徑，但是應(yīng)當(dāng)理解，也可以沿板50的傳熱或外表面84加工或沖壓特定特征(未示出)以產(chǎn)生更復(fù)雜的流動(dòng)路徑，其中包括但不限于百葉式表面、蛇形流動(dòng)路徑、人字形流動(dòng)路徑、針肋(pin-fin)表面、翅片表面等。冷卻流78接著進(jìn)入定位在板A內(nèi)的冷卻孔80。現(xiàn)在參照?qǐng)D5，已省略板A以顯示板B (示于圖2中)。冷卻流78沿與方向Dl (示于圖4中)大體相反的方向D2行進(jìn)，并且進(jìn)入定位在板B內(nèi)的冷卻孔82。因此，板50 (例如，圖4中的板A和圖5中的板B)彼此流體連接。在一個(gè)實(shí)施例中，板50中的一個(gè)或多個(gè)板50可以包括沿板50的外表面84向外突出的延長(zhǎng)表面(未不出)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，板50的外表面84可以包括翅片，所述翅片提供增強(qiáng)的冷卻。此外，在另一個(gè)實(shí)施例中，代替沿板A和板B的外表面84 (示于圖4和圖5中)定位的單一、統(tǒng)一的冷卻孔80和82，板50可以包括允許冷卻流78在板50之間流動(dòng)的一系列通路。現(xiàn)在參照?qǐng)D2以及圖4至圖5，板50中的每一個(gè)板50流體連接至彼此以及中心件52。具體而言，在圖2以及圖4至圖5中所示的實(shí)施例中，冷卻流78在板A、板B、以及中心件52之間流動(dòng)。中心件52向板框換熱器54提供周向支承。中心件52還包括內(nèi)部歧管裝置，內(nèi)部歧管裝置示于圖6中。
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圖6是中心件52的外表面90的放大圖主視圖，其中已省略頭部端凸緣60、板A、以及板B。如圖6中可見(jiàn)，外表面90包括提供內(nèi)部歧管裝置的一系列通路92。冷卻劑流78 (示于圖2至圖5中)可以流過(guò)通路92，并且流向板C和板D (示于圖2中)。如圖2至圖6中所示的板框換熱器54提供渦輪內(nèi)部殼體40的主動(dòng)間隙控制以及周向冷卻。板框換熱器54允許在板50的傳熱表面84受到污損或污染情況下的流通通道冷卻，然而板框換熱器54包括清潔和維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單的板構(gòu)造。也可以修改板50的幾何形狀以產(chǎn)生相對(duì)復(fù)雜的冷卻流路徑。此外，板框換熱器54呈模塊化設(shè)計(jì)，并且對(duì)現(xiàn)有的渦輪內(nèi)部殼體的改型相對(duì)簡(jiǎn)單。盡管已經(jīng)僅結(jié)合數(shù)量有限的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)易于理解，本發(fā)明并不限于這種所公開(kāi)的實(shí)施例。相反，能夠?qū)⒈景l(fā)明修改成結(jié)合到目前為止并未進(jìn)行描述但是與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的改型、變型、替代或等同布置。此夕卜，盡管已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各個(gè)方面可以僅包括所描述的實(shí)施例中的一些。因此，本發(fā)明并不視為受到以上描述的限制，而是僅僅通過(guò)所附權(quán)利要求的范圍進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種渦輪殼體，所述渦輪殼體包括: 主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分； 至少一個(gè)板，所述至少一個(gè)板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述至少一個(gè)板是板框換熱器的一部分，所述板框換熱器是所述渦輪殼體的所述主體部分的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪殼體，其特征在于，所述板框換熱器包括中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述至少一個(gè)板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪殼體，其特征在于，所述板框換熱器包括多個(gè)板，所述多個(gè)板流體連接至彼此以及所述中心件部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪殼體，其特征在于，所述中心件部分包括內(nèi)部歧管裝置，其中一系列通路設(shè)置成在所述中心件部分中通過(guò)所述內(nèi)部歧管裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 渦輪殼體，其特征在于，當(dāng)對(duì)比所述后端部分時(shí)，所述至少一個(gè)板定位成更靠近所述前端部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪殼體，其特征在于，所述板框換熱器接收擴(kuò)散流，所述擴(kuò)散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來(lái)自渦輪機(jī)的壓縮機(jī)的排出空氣中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪殼體，其特征在于，所述擴(kuò)散流包括大體沿周向的流動(dòng)路徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪殼體，其特征在于，所述至少一個(gè)板的外表面包括向外突出的延長(zhǎng)表面以提供冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪殼體，其特征在于，所述渦輪殼體是構(gòu)造成用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪內(nèi)部殼體。
10.一種具有渦輪內(nèi)部殼體的燃?xì)鉁u輪機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括: 主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分； 至少一個(gè)板，所述至少一個(gè)板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述至少一個(gè)板是板框換熱器的一部分，所述板框換熱器是所述渦輪內(nèi)部殼體的所述主體部分的一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪殼體，其特征在于，所述板框換熱器包括中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述至少一個(gè)板。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述板框換熱器包括多個(gè)板，所述多個(gè)板流體連接至彼此以及所述中心件部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述中心件部分包括內(nèi)部歧管裝置，其中一系列通路設(shè)置成在所述中心件部分中通過(guò)所述內(nèi)部歧管裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，當(dāng)對(duì)比所述后端部分時(shí)，所述至少一個(gè)板定位成更靠近所述前端部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述板框換熱器接收擴(kuò)散流，所述擴(kuò)散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來(lái)自渦輪機(jī)的壓縮機(jī)的排出空氣中的至少一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述擴(kuò)散流包括大體沿周向的流動(dòng)路徑。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述至少一個(gè)板的外表面包括向外突出的延長(zhǎng)表面以提供冷卻。
18.一種具有渦輪內(nèi)部殼體的燃?xì)鉁u輪機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括: 主體部分，所述主體部分具有前端部分和后端部分；以及 板框換熱器，所述板框換熱器是所述渦輪內(nèi)部殼體的所述主體部分的一部分，所述板框換熱器包括: 多個(gè)板，所述多個(gè)板定位在所述前端部分與所述后端部分之間，所述多個(gè)板彼此流體連接；以及 中心件部分，所述中心件部分流體連接至所述多個(gè)板。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述中心件部分包括內(nèi)部歧管裝置，其中一系列通路設(shè)置成在所述中心件部分中通過(guò)所述內(nèi)部歧管裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述板框換熱器接收擴(kuò)散流，所述擴(kuò)散流是環(huán)境空氣、蒸汽、處于液體狀態(tài)的加壓冷卻劑、和來(lái)自渦輪機(jī)的壓縮機(jī)的排出空氣中的至少一種。 ·
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有板框換熱器的渦輪殼體，并且該渦輪殼體包括主體部分和至少一個(gè)板。主體部分具有前端部分和后端部分。板定位在前端部分與后端部分之間。板是板框換熱器的一部分，板框換熱器是渦輪殼體的主體部分的一部分。
文檔編號(hào)F01D25/14GK103244207SQ20131004918
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者D.E.弗洛伊德 申請(qǐng)人:通用電氣公司