專利名稱：加強的混凝土渦輪機外殼體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地基渦輪機，大體而言涉及在發(fā)動機操作期間支撐傳遞過渦輪的軸向負載和扭轉(zhuǎn)負載的外部結(jié)構(gòu)殼體。
背景技術(shù)：
常規(guī)渦輪外殼體由大的金屬基砂型鑄造形成，其安裝內(nèi)殼體結(jié)構(gòu)件以用于支撐 (在燃氣渦輪的情況下)熱氣通路的構(gòu)件。但是，金屬外殼體具有熱結(jié)構(gòu)問題，其影響熱氣通路內(nèi)的轉(zhuǎn)子對準和葉片頂端間隙。已經(jīng)作出一些嘗試以通過使用多個殼體隔離熱和軸向結(jié)構(gòu)負載來解決與金屬外殼體相關(guān)的問題。將需要開發(fā)不太復(fù)雜的殼體結(jié)構(gòu)，例如用于從諸如燃氣渦輪這樣的渦輪機的外殼體移除或隔離熱性質(zhì)，并且由此降低外殼體在內(nèi)部熱氣通路構(gòu)件上的影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個示例性但非限制性的實施例，本發(fā)明提供了一種渦輪機外殼體，其包括 一對外殼體段，每個段設(shè)有附連凸緣以用于將這對外殼體段固定在內(nèi)部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)周圍，這對外殼體段由水泥復(fù)合材料構(gòu)成。在另一方面，本發(fā)明提供了一種渦輪機外殼體，其包括一對大體上半圓柱形的外殼體段，每個外殼體段設(shè)有沿著其相對自由端的附連凸緣以用于將這對大體上半圓柱形的外殼體段固定在內(nèi)部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)周圍，這對大體上圓柱形的外殼體段由利用相對薄的金屬材料加襯的相對厚的水泥復(fù)合材料構(gòu)成。在還有另一方面，本發(fā)明提供了一種形成用于渦輪的外殼體段的方法，該方法包括制備可拆模具，其中包括加強筋和附連硬件元件；將未凝固的混凝土傾倒至所述可拆模具內(nèi)以形成一對帶有附連凸緣的加強的混凝土殼體段，該附連凸緣適于促進所述成對的殼體段在內(nèi)部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)周圍附連在一起；使混凝土凝固；以及，移除該可拆模具。制備可拆模具的步驟包括結(jié)合金屬襯套，未凝固的混凝土傾倒在所述金屬襯套周圍，該金屬襯套包括帶有大約1/4英寸與1英寸之間的厚度的鉻鋼合金。其中，成對的外殼體段各自大體上為半圓柱形的形狀，外殼體段的厚度各自在大約6英寸與8英寸之間?，F(xiàn)在將結(jié)合下面所標識的附圖來描述本發(fā)明。


圖1是帶有整體式金屬外殼體的渦輪以及其與內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的關(guān)系的局部示意圖；圖2是圖1中所示類型的渦輪可拆金屬殼體的示意性端視圖或截面；圖3是類似于圖1的示意圖，但示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性但非限制性的實施例的帶有加強筋和局部翼型連接點的復(fù)合混凝土外殼體；圖4是類似于圖2的示意圖和/或端部或截面，但示出了如圖3中所示的渦輪可拆復(fù)合殼體；以及
圖5是根據(jù)本發(fā)明的--示例性實施例的工藝的流程圖。
部件列表
渦輪段10
外殼體12
內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)14
級16，18,20,116，118，120
殼體半件或段22，24，122，124
水平凸緣對25,26,28,30,125，126，128，130
硬件元件32,34,36,132，134，136
噴嘴隔板38,40,42,138，140，142
外殼體或環(huán)形外殼112
加強筋144
金屬襯套半件146，148
金屬凸緣構(gòu)件150
具體實施例方式首先參看圖1和圖2，地基渦輪段10包括包封內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)14的外殼體12。在該示例性實施例中，渦輪機為燃氣渦輪，但本發(fā)明并不限于燃氣渦輪。內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括多個級，如由本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的那樣，其中每一個級包括安裝有環(huán)形排的葉片或動葉的渦輪葉輪。在圖1中的16、18和20處示意性地展示了三個級。環(huán)形外殼體或外殼12包括上部大體上半圓柱形的殼體半件22以及下部大體上半圓柱形的殼體半件M，如在圖2中最佳看到的那樣。上殼體半件和下殼體半件在沿著外殼體12縱長地延伸的對準的水平凸緣對25 J6和觀、30處通過合適的螺栓或其它等效緊固件(未示出)而固定，該螺栓或其它等效緊固件延伸穿過相應(yīng)凸緣對中的軸向間隔開的孔。外殼體12的內(nèi)部設(shè)有附連點或硬件元件32、34和36，其支撐相應(yīng)的靜止定子或噴嘴隔板38、40和42，靜止定子或噴嘴隔板38、40和42在相應(yīng)的級16、18與20之間徑向地延伸。離開渦輪燃燒室的燃燒氣體沿著轉(zhuǎn)子14流動通過多個級16、18、20，如由大體上被稱作“熱氣通路”的通路中的流向A指出的那樣。如上面指出的那樣，外殼體或外殼12通常由諸如合金鋼這樣的鑄造金屬制成，因而加劇了影響轉(zhuǎn)子對準和葉片頂端間隙的熱梯度問題?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3和圖4，以類似于圖1和圖2中所示的外殼體的方式示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性但非限制性的實施例的地基渦輪110。渦輪110包括包封內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)114的外殼體112。內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)114還包括在116、118和120處展示的多個級，其中每個級包括安裝有環(huán)形排的葉片或動葉的渦輪葉輪。如在現(xiàn)有已知的殼體構(gòu)造中的那樣，外殼體或環(huán)形外殼112包括上部大體上半圓柱形的殼體半件或段122以及下部大體上半圓柱形的殼體半件或段IM (圖4)，它們在沿著外殼體112的長度軸向地延伸的水平凸緣對125、1 和1觀、130處通過合適的螺栓或其它等效緊固件而固定，該螺栓或其它等效緊固件延伸穿過相應(yīng)的凸緣對。
外殼體112的內(nèi)部設(shè)有附連點或硬件元件132、134和136，其支撐相應(yīng)的靜止定子或噴嘴隔板138、140和142，靜止定子或噴嘴隔板138、140和142沿著熱氣通路在相應(yīng)的級 116,118與120之間徑向地延伸。在該示例性但非限制性的實施例中，外殼體112包括陶瓷水泥復(fù)合物(例如混凝土)，其帶有金屬或復(fù)合加強筋144的內(nèi)部網(wǎng)格。加強筋(或“鋼筋”)144的放置和布置將根據(jù)大體上在本領(lǐng)域技術(shù)內(nèi)的常用的加強混凝土實踐。另外，考慮到該系統(tǒng)的特定熱梯度， 混凝土的確切化學(xué)組分可隨著個別應(yīng)用而變化。局部金屬噴嘴連接點或硬件元件132、134或136可嵌入到混凝土結(jié)構(gòu)中并且可關(guān)于定子或噴嘴隔板138、140和142固定到那些硬件元件上的方式具有常規(guī)設(shè)計。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，形式為可拆襯套半件146、148的薄金屬襯套設(shè)置在上殼體半件 122和下殼體半件124的內(nèi)側(cè)上。可拆金屬襯套與上殼體半件和下殼體半件的內(nèi)表面基本上一致并且用作壓力容器，其在混凝土外殼體中形成極細(或較大)的裂縫的情況下防止燃燒氣體從殼體泄漏。金屬襯套(優(yōu)選地為鉻鋼合金)也可用于增強定子構(gòu)件的連接點。 其它合適襯套材料包括玻璃基復(fù)合物和高溫塑料或其它高溫金屬。在該示例性實施例中，內(nèi)部金屬襯套厚度可從大約1/4英寸至1英寸，而混凝土外殼體厚度可從大約6英寸至8英寸，但應(yīng)當理解這些尺寸可改變。根據(jù)該示例性實施例，該加強的混凝土殼體以繞內(nèi)部金屬襯套的鑄態(tài)狀態(tài)而制造，并且僅僅局部連接點132、134和136需要后續(xù)機械加工。加強的混凝土結(jié)構(gòu)對燃氣渦輪操作期間的熱應(yīng)力有抗力，并且在操作期間將承受燃氣渦輪的軸向負載和扭轉(zhuǎn)負載。外殼體的制造有些類似于混凝土加強管段，因為如圖3和圖4中所示的加強筋、金屬安裝元件可位于并固定在可拆模具內(nèi)。然后傾倒液體基水泥并使之凝固，之后，移除可拆模具半件(參看圖5)。帶有可拆襯套半件的可拆模具允許混凝土加強的殼體本身被構(gòu)造為可拆配置，從而使得該殼體可圍繞現(xiàn)有燃氣渦輪轉(zhuǎn)子組件適配并且在上面所述的可拆凸緣設(shè)置處聯(lián)接。 金屬凸緣構(gòu)件150可在混凝土傾倒和凝固之前被固定至模具，從而使得凸緣構(gòu)件150至少部分地嵌入混凝土中，其沿著凸緣對125、1沈和128、130的外表面延伸并且為用于固定殼體半件的螺栓或其它緊固件提供更牢靠的附連點。雖然已經(jīng)結(jié)合目前被認為是最實際并且優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是，應(yīng)當理解，本發(fā)明并不限于所公開的實施例，相反地，本發(fā)明意圖覆蓋被包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種變型和等同設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機外殼體，包括一對外殼體段，每個外殼體段設(shè)有附連凸緣以用于將所述成對的外殼體段固定在內(nèi)部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)周圍，所述成對的外殼體段由水泥復(fù)合材料構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機外殼體，其特征在于，所述成對的外殼體段由加強的混凝土材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機外殼體，其特征在于，每個外殼體段設(shè)有多個連接元件以用于將內(nèi)部定子構(gòu)件固定到其上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機外殼體，其特征在于，所述成對的外殼體段各自大體上為半圓柱形的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機外殼體，其特征在于，所述成對的外殼體段厚度各自在6英寸到8英寸之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機外殼體，其特征在于，每個外殼體段設(shè)有與所述殼體段的內(nèi)表面基本上一致的內(nèi)部金屬襯套。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機外殼體，其特征在于，所述金屬襯套包括帶有大約1/4 英寸與1英寸之間的厚度的鉻鋼合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪機外殼體，其特征在于，所述附連凸緣包括沿著所述大體上圓柱形的殼體段的相對的自由端延伸并且遠離所述相對的自由端延伸的水平定向的凸緣，從而在所述大體上圓柱形的殼體段的相對側(cè)上提供對準的成對的附連凸緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪機外殼體，其特征在于，所述附連凸緣的其中每一個在其相應(yīng)外表面上基本上覆蓋有金屬板。
10.一種渦輪機外殼體，包括一對大體上半圓柱形的外殼體段，每個外殼體段設(shè)有沿著其相對的自由端的附連凸緣以用于將所述成對的大體上半圓柱形的外殼體段固定在內(nèi)部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)周圍，所述成對的大體上半圓柱形的外殼體段由利用相對薄的金屬材料加襯的相對厚的水泥復(fù)合材料構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪機外殼體，其特征在于，所述成對的大體上半圓柱形的外殼體段由加強的混凝土構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機外殼體，其特征在于，所述成對的大體上半圓柱形的外殼體段的其中每一個設(shè)有多個連接元件以用于將內(nèi)部定子構(gòu)件固定到其上。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪機外殼體，其特征在于，所述成對的外殼體段厚度各自在大約6英寸與8英寸之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪機外殼體，其特征在于，所述金屬襯套包括帶有大約 1/4與1英寸之間的厚度的鉻鋼合金。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪機外殼體，其特征在于，所述附連凸緣的其中每一個在其相應(yīng)外表面上基本上覆蓋有金屬板。
全文摘要
本發(fā)明涉及加強的混凝土渦輪機外殼體。具體而言，一種渦輪機外殼體包括一對外殼體段，每個外殼體段設(shè)有附連凸緣以用于將所述成對的外殼體段固定在內(nèi)部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)周圍，這對外殼體段由水泥復(fù)合材料構(gòu)成。外殼體段可利用相對薄的金屬合金加襯。
文檔編號F01D25/26GK102418570SQ201110230168
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者D·戴維森, H·羅伯茨 申請人:通用電氣公司