專利名稱：用于對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣部分進(jìn)行冷卻和清除的系統(tǒng)的制作方法
用于對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣部分進(jìn)行冷卻和清除的系統(tǒng)
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)技木，尤其涉及ー種用于對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)的機(jī)排氣部分進(jìn)行冷卻和清除的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料與壓縮空氣的混合物，以產(chǎn)生熱燃燒氣體，從而驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)。渦輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)造成由軸承支撐的軸旋轉(zhuǎn)。軸旋轉(zhuǎn)以及熱燃燒氣體通過渦輪機(jī)排氣部分排出可使在軸承和其他排氣部分零部件中產(chǎn)生大量的熱。但不幸的是，在未對(duì)排氣部分進(jìn)行充分冷卻的情況下，所產(chǎn)生的熱可對(duì)渦輪機(jī)零部件造成損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本說明書概述了本發(fā)明的最初范圍內(nèi)的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例的目的并不在于限制本發(fā)明的范圍，而僅在于概述本發(fā)明的可能的形式。實(shí)際上，本發(fā)明可能包括與下述實(shí)施例的形式類似或不同的各種形式。在第一實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括配置成提供雙向氣流的渦輪機(jī)排氣支柱(turbineexhaust strut)。所述潤輪機(jī)排氣支柱包括第一部分,其具有第一流道,所述第一流道配置成使流體沿著第一方向在渦輪機(jī)排氣部分的內(nèi)排氣壁與外排氣壁之間流動(dòng)；以及第二部分，其具有第二流道，所述第二流道配置成使所述流體沿著第二方向在所述渦輪機(jī)排氣部分的所述內(nèi)排氣壁與所述外排氣壁之間流動(dòng)。此外，所述第一方向與所述第二方向彼此相漢。所述渦輪機(jī)排氣支柱的所述第一部分包括具有所述第一流道的內(nèi)部主體，且所述渦輪機(jī)排氣支柱的所述第二部分包括具有所述第二流道的外部主體，其中所述外部主體圍繞所述內(nèi)部主體。所述第一流向?yàn)閺乃鐾馀艢獗诘剿鰞?nèi)排氣壁的方向，且所述第二流向?yàn)閺乃鰞?nèi)排氣壁到所述外排氣壁的方向；或者，所述第一流向?yàn)閺乃鰞?nèi)排氣壁到所述外排氣壁的方向，且所述第二流向?yàn)閺乃鐾馀艢獗诘剿鰞?nèi)排氣壁的方向。所述內(nèi)部主體包括與所述第一流道分開的第三流道，且所述第三流道配置成使所述流體沿著所述第一方向或所述第二方向進(jìn)行流動(dòng)。所述外部主體包括與所述第二流道分開的第四流道，且所述第四流道配置成使所述流體沿著所述第一方向或所述第二方向進(jìn)行流動(dòng)。所述內(nèi)部主體包括承載結(jié)構(gòu)支撐件，且所述外部主體不承受負(fù)載。所述第一流道配置成使所述流體流入設(shè)于所述內(nèi)排氣壁與旋轉(zhuǎn)軸之間的第一腔，且所述第二流道配置成使所述流體從所述第一腔流到位于所述外排氣壁與所述渦輪機(jī)排氣部分的外殼之間的第ニ腔。所述系統(tǒng)包括所述渦輪機(jī)排氣部分，所述渦輪機(jī)排氣部分具有所述內(nèi)排氣壁、所述外排氣壁，以及所述外売。所述第一腔包括軸承組件、潤滑通道，或以上兩者的組合。所述內(nèi)排氣壁或所述外排氣壁包括多個(gè)開ロ，所述開ロ配置成使所述流體流入所述排氣流路。所述多個(gè)開口中的每個(gè)開ロ均包括可拆卸的插入物。所述系統(tǒng)包括單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)，其配置成使 所述流體通過所述第一流道和所述第二流道進(jìn)行循環(huán)。在第二實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括渦輪機(jī)排氣部分，所述渦輪機(jī)排氣部分包括排氣流路；外部結(jié)構(gòu)，其具有沿著排氣流路設(shè)置的外排氣壁；內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具有沿著排氣流路設(shè)置的內(nèi)排氣壁；和設(shè)置于內(nèi)排氣壁與渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸之間的內(nèi)腔；軸承組件，其設(shè)置于內(nèi)腔中；潤滑道，其設(shè)置于內(nèi)腔中；支柱，其在外部結(jié)構(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間延伸，其中所述支柱具有配置成使流體流過內(nèi)腔的第一流道。所述內(nèi)腔包括沿著所述軸承組件設(shè)置的第一腔部分、沿著所述潤滑通道設(shè)置的第ニ腔部分，及第三腔部分設(shè)置成沿著所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)的下游端部分。所述系統(tǒng)包括設(shè)置于所述第一腔與所述第三腔之間的第一擋板，以及設(shè)置于所述第二腔與所述第三腔之間的第二擋板。所述外部結(jié)構(gòu)包括外売，以及設(shè)置于所述外排氣壁與所述外殼之間的外腔，且所述支柱包括配置成使所述流體從所述內(nèi)腔流到所述外腔的第二流道。在第三實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括渦輪部分和連接到渦輪部分的排氣部分。所述排氣部分包括排氣流路；外部結(jié)構(gòu)，其具有沿著排氣流路設(shè)置的外排氣壁，外売，以及設(shè)置于外排氣壁與外殼之間的外腔；內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具有沿著排氣流道設(shè)置的內(nèi)排氣壁和設(shè)置于內(nèi)排氣壁與渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)軸之間的內(nèi)腔；第一流道，其配置成使流體流過內(nèi)腔；以及第二流 道，其配置成使所述流體從內(nèi)腔流向外腔。所述系統(tǒng)包括在所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所述外部結(jié)構(gòu)之間延伸的支柱，其中所述支柱包括所述第一流道和所述第二流道。所述系統(tǒng)包括具有所述第一流道的第一支柱，以及具有所述第二流道的第二支柱。


參照附圖來閱讀以下具體實(shí)施方式
后，可更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，類似的符號(hào)代表所有附圖中類似的部分，其中圖I是可采用排氣部分冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)實(shí)施例的示意流程圖；圖2是沿縱軸截得的圖I燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖，所示為多向冷卻系統(tǒng)；圖3是沿線3-3截得的圖2燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖，所示為通過多向冷卻系統(tǒng)進(jìn)行的排氣部分冷卻；圖4是沿線4-4截得的圖3支柱的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖；圖5是沿線4-4截得的圖3支柱的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖；圖6是沿線4-4截得的圖3支柱的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖；圖7是沿線4-4截得的圖3支柱的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖；圖8是沿線8-8截得的圖3支柱和外排氣壁的截面圖；圖9是沿線9-9截得的圖8可插入外排氣壁的孔中的可拆卸插入物的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖；以及圖10是采用排氣部分冷卻的渦輪機(jī)排氣部分的一項(xiàng)實(shí)施例的正視圖。
具體實(shí)施例方式本說明書將介紹本發(fā)明的一項(xiàng)或多項(xiàng)實(shí)施例。為了簡(jiǎn)要介紹這些實(shí)施例，本說明書中可能不會(huì)介紹實(shí)際實(shí)施方案的所有特征。應(yīng)了解，在任意工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中開發(fā)任意此類實(shí)際實(shí)施方案時(shí)，均應(yīng)當(dāng)做出與實(shí)施方案特定相關(guān)的各種決定，以實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的特定目標(biāo)，例如，是否要遵守與系統(tǒng)相關(guān)以及與業(yè)務(wù)相關(guān)的限制，這些限制可能會(huì)因?qū)嵤┓桨傅牟煌兴煌?。此外，?yīng)了解，此類開發(fā)可能非常復(fù)雜耗吋，但無論如何對(duì)受益于本揭示案的一般技術(shù)人員而言，此類開發(fā)仍是常規(guī)的設(shè)計(jì)、建造和制造操作。在介紹本發(fā)明各種實(shí)施例的元件吋，“ー個(gè)”和“所述” g在表示有ー個(gè)或多個(gè)元件?！鞍ā?、“囊括”以及“具有” g在表示包括性含義，且表示除了所列元件外，可能還有其他元件。如下文所述，所公開的實(shí)施例可對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣部分中的各種零部件，例如，軸承、支柱、外部排氣機(jī)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，進(jìn)行冷卻和清除。例如，某些實(shí)施例包括支持雙向氣流的支柱，其使單個(gè)冷卻空氣鼓風(fēng)機(jī)能夠?qū)S承進(jìn)行冷卻；以及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的其他排氣部分零部件。例如，所述支柱可包括多個(gè)單獨(dú)的流道。在某些實(shí)施例中，支柱的第一通道可使冷卻流體(例如，空氣)從外排氣壁流到含有軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而在冷卻流體對(duì)軸承和其他排氣部分零部件進(jìn)行冷卻之后，第二通道可使所述冷卻流體從內(nèi)部結(jié)構(gòu)流到外排氣壁。因此，第一通道和第二通道使冷卻流體在相反方向上流動(dòng)，同時(shí)對(duì)支柱、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和具有外排氣壁的外部結(jié)構(gòu)中的熱量進(jìn)行控制。例如，冷卻流體可轉(zhuǎn)移內(nèi)部結(jié)構(gòu)的軸承、內(nèi)排氣壁和后部中的熱量(例如，進(jìn)行冷卻)，同時(shí)通過將進(jìn)入第一通道的相對(duì)低溫的冷卻 流體和排出第二通道的相對(duì)高溫的冷卻流體相結(jié)合，調(diào)整外部結(jié)構(gòu)(例如，外排氣壁)的溫度。在某些實(shí)施例中，冷卻流體可從內(nèi)部結(jié)構(gòu)排到外部結(jié)構(gòu)的排氣流中。此外，各種插入物可選擇性地安裝于內(nèi)部結(jié)構(gòu)或外部結(jié)構(gòu)的開口中，以對(duì)排放量進(jìn)行控制。例如，所述插入物中的ー些可完全阻塞氣流，而其他的插入物可減少進(jìn)入排氣流的氣流量。圖I為渦輪機(jī)系統(tǒng)10的一項(xiàng)實(shí)施例的示意流程圖，渦輪機(jī)系統(tǒng)10具有可采用雙向排氣部分冷卻的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12。例如，系統(tǒng)10可包括位于排氣部分支柱中、具有多個(gè)單獨(dú)流率的多向冷卻系統(tǒng)11。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)10可包括飛機(jī)、水運(yùn)工具、機(jī)車、發(fā)電系統(tǒng)，或以上項(xiàng)的組合。所示燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12包括進(jìn)氣部分16、壓縮機(jī)18、燃燒室部分20、渦輪機(jī)22，以及排氣部分24。渦輪機(jī)22經(jīng)由軸26連接到壓縮機(jī)18。如箭頭所示，空氣經(jīng)由進(jìn)氣部分16進(jìn)入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12，然后流入壓縮機(jī)18中，在壓縮機(jī)18中進(jìn)行壓縮后，進(jìn)入燃燒室部分20。所示燃燒室部分20包括燃燒室外殼28，所述燃燒室外殼28以同心或成環(huán)形方式設(shè)置成圍繞設(shè)于壓縮機(jī)18和渦輪機(jī)22之間的軸26。壓縮的空氣從壓縮機(jī)18進(jìn)入燃燒室30中，在所述燃燒室30內(nèi)，壓縮的空氣可與燃料混合并燃燒，從而驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)22。熱燃燒氣體從燃燒室部分20流過渦輪機(jī)22，從而經(jīng)由軸26驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)18。例如，燃燒氣體可在渦輪機(jī)22內(nèi)對(duì)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片施加動(dòng)力，以使軸26旋轉(zhuǎn)。流過渦輪機(jī)22后，熱燃燒氣體可通過排氣部分24從燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12中排出。如下文所述，排氣部分24可包括多個(gè)支柱，每個(gè)支柱均具有多向冷卻系統(tǒng)11的多個(gè)流路。圖2為沿縱軸截得的圖I燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖，所示為多向冷卻系統(tǒng)11的一項(xiàng)實(shí)施例。如上文參考圖I所述，空氣可通過進(jìn)氣部分16進(jìn)入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12，并可由壓縮機(jī)18進(jìn)行壓縮。接著，壓縮的空氣從壓縮機(jī)18引入燃燒室部分20，在燃燒室部分20中，壓縮的空氣可與燃料混合。燃燒部分20包括一個(gè)或多個(gè)燃燒室30。在某些實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12可包括設(shè)置成環(huán)形配置的多個(gè)燃燒室30。此外，每個(gè)燃燒室30均可包括多個(gè)燃料噴嘴32，燃料噴嘴32連接到環(huán)形或其他構(gòu)形中的每個(gè)燃燒室30的頭端或在所述頭端附近。運(yùn)行時(shí)，燃料噴嘴32可將燃料空氣混合物以合適的比率注入燃燒室30，從而進(jìn)行最佳的燃燒、排放、燃料消耗和電カ輸出。在燃燒部分20中，燃料空氣混合物可燃燒，以產(chǎn)生熱的加壓燃燒氣體。燃燒之后，熱的加壓燃燒氣體可排出燃燒室部分20，接著流過過渡件34、進(jìn)入渦輪機(jī)22。在渦輪機(jī)22中，在通過排氣部分24作為廢氣排出之前，加壓燃燒氣體可使在渦輪機(jī)22內(nèi)徑向延伸的葉片36轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使軸26旋轉(zhuǎn)。排氣部分24可包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)38、至少ー個(gè)支柱40，以及外部結(jié)構(gòu)42。支柱40在外部結(jié)構(gòu)42與內(nèi)部結(jié)構(gòu)38之間提供支撐。當(dāng)熱燃燒氣體排出渦輪機(jī)22且軸26旋轉(zhuǎn)吋，排氣部分24中的零部件會(huì)經(jīng)受高溫條件。具體而言，高溫條件可對(duì)支柱40、內(nèi)部結(jié)構(gòu)38和外部結(jié)構(gòu)42造成熱應(yīng)力、磨損和/或損壞。因此，多向冷卻系統(tǒng)11包括連接到控制器46的鼓風(fēng)機(jī)44,控制器46對(duì)通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)38、支柱40和外部結(jié)構(gòu)42的冷卻氣流進(jìn)行控制，從而減少對(duì)設(shè)置于其中的這些零部件和部分所造成的熱應(yīng)カ和磨損。在所述實(shí)施例中，支柱40設(shè)有外部主體48和內(nèi)部主體50。如圖所示，內(nèi)部主體50設(shè)有第一流道52 (例如，內(nèi)流道)，外部主體48設(shè)有多向冷卻系統(tǒng)11的第二流道53 (例 如，外流道)。如下所述，流道52和53彼此分開，從而使冷卻流體(例如，空氣)的雙向流通過支柱40。盡管所示支柱40僅包括兩個(gè)分開的通道52和53，但支柱40可包括任意數(shù)目的分開通道，從而按特定路線將冷卻流體(例如，空氣)運(yùn)送到內(nèi)部結(jié)構(gòu)38、外部結(jié)構(gòu)42以及支柱40中的各種部件，并從所述各種部件中運(yùn)出所述冷卻流體。如圖所示，在控制器46的控制下，鼓風(fēng)機(jī)44使冷卻空氣58吹過外部結(jié)構(gòu)42、通過支柱40 ( S卩，內(nèi)部主體50的通道52)，最終進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)38。冷卻空氣58在內(nèi)部結(jié)構(gòu)38中循環(huán)，接著通過支柱40的外部主體48排出。通過支柱40流到內(nèi)部結(jié)構(gòu)38并從內(nèi)部結(jié)構(gòu)38中流出之后，冷卻空氣58流入外部結(jié)構(gòu)42，從而排出到排氣流路56中。如下詳細(xì)所述，多向冷卻系統(tǒng)11使單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)44對(duì)支柱40進(jìn)行冷卻，同時(shí)清除內(nèi)部結(jié)構(gòu)38中的熱量。此外，在某些實(shí)施例中，支柱40的內(nèi)部主體50為承載結(jié)構(gòu)支撐件，其配置成承受排氣部分24的內(nèi)部結(jié)構(gòu)38與外部結(jié)構(gòu)42之間的大量機(jī)械負(fù)載，而支柱40的外部主體48并非承載結(jié)構(gòu)支撐件。例如，外部主體48可通過阻止熱量進(jìn)入內(nèi)部主體50來保護(hù)內(nèi)部主體50。具體而言，外部主體48可用于使冷卻空氣向外地沿著內(nèi)部主體50流動(dòng)，從而使內(nèi)部主體50與排氣部分24的熱燃燒氣體之間形成熱障(thermal barrier)。而且與內(nèi)部主體50相比，外部主體48對(duì)熱燃燒氣體的熱阻可更大。例如，內(nèi)部主體50的溫度界限可比外部主體48低。在某些實(shí)施例中，內(nèi)部主體50的溫度界限可比熱燃燒氣體低，而外部主體48的溫度界限實(shí)質(zhì)上可高于熱燃燒氣體的溫度。因此，外部主體48對(duì)內(nèi)部主體50進(jìn)行熱保護(hù)，這樣，內(nèi)部主體50能夠有效承受排氣部分24的內(nèi)部結(jié)構(gòu)38與外部結(jié)構(gòu)42之間的機(jī)械負(fù)載。圖3為沿線3-3截得的圖2燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖，所示為通過多向冷卻系統(tǒng)11進(jìn)行的排氣部分冷卻。支柱40的設(shè)計(jì)使單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)44可對(duì)支柱40和內(nèi)部結(jié)構(gòu)38進(jìn)行冷卻。如圖所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)38設(shè)有內(nèi)排氣壁80、軸承腔82、軸承組件84、潤滑劑(例如，油)道86、擋板(例如，套管)88、擋板(例如，圓盤)90、軸承支撐壁92，以及后軸轉(zhuǎn)子腔94。如上所述，鼓風(fēng)機(jī)44使冷卻空氣吹過支柱40的內(nèi)部主體50。所述冷卻空氣以對(duì)流方式對(duì)內(nèi)部主體50中的通道52進(jìn)行冷卻，從而可能減少與支柱40中的熱應(yīng)カ相關(guān)的損壞。
經(jīng)過支柱40之后，冷卻空氣58便進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)38。具體而言，冷卻空氣58經(jīng)過軸承支撐壁92，然后進(jìn)入軸承腔82，在軸承腔82中，冷卻空氣對(duì)軸承組件84進(jìn)行冷卻。當(dāng)軸承組件84的軸承在軸26旋轉(zhuǎn)期間自轉(zhuǎn)時(shí)，軸承組件84會(huì)產(chǎn)生大量的熱。因此，冷卻氣流以對(duì)流方式對(duì)軸承組件84進(jìn)行冷卻，從而減少由熱造成的過早磨損或損壞。接觸軸承組件84之后，冷卻空氣58便分成軸向相反的兩股氣流100和102，如箭頭96和98所示。沿軸向96行進(jìn)的氣流100接觸擋板(例如，圓盤)90，而擋板90朝向擋板(例如，套筒)88徑向引導(dǎo)氣流100。套筒88按特定路線沿著潤滑通道86軸向運(yùn)送氣流100。如圖所示，擋板88和90使氣流100沿著潤滑通道86進(jìn)行集中，并對(duì)氣流100進(jìn)行限制(例如，進(jìn)行運(yùn)送)，從而增強(qiáng)對(duì)潤滑通道86的對(duì)流冷卻。排出套筒88之后，氣流100沿著位于內(nèi)部結(jié)構(gòu)38的下游端部分81的內(nèi)排氣壁80流動(dòng)，從而對(duì)下游端部分81進(jìn)行冷卻。同樣地，擋板88和90可迫使氣流沿著內(nèi)排氣壁80流動(dòng)，從而增強(qiáng)對(duì)壁80的對(duì)流冷卻。到達(dá)支柱40之后，氣流100接著穿過外部主體48的通道53，然后進(jìn)入外部結(jié)構(gòu)42。
不同于氣流100，氣流102沿著箭頭98所示的相反軸向行迸。沿著箭頭98的方向行進(jìn)時(shí)，氣流102經(jīng)過軸承組件84，接著進(jìn)入渦輪機(jī)后輪空間94。接著，氣流102朝向內(nèi)排氣壁80行進(jìn)，在內(nèi)排氣壁80中，氣流102的一部分通過間隙104排到排氣路徑56中。剩余的氣流102返回到支柱40，在支柱40中，氣流進(jìn)入外部主體48，然后在通道53中行進(jìn)到外部結(jié)構(gòu)42。外部結(jié)構(gòu)42包括外排氣壁106和外殼108，從而在這兩者中間形成外腔110 (例如，環(huán)形空間)?？諝?00和102排出支柱40后，在排到排氣流路56中之前便進(jìn)入外腔110，以對(duì)外部結(jié)構(gòu)42的溫度進(jìn)行控制。例如，空氣100和102通過外排氣壁106中的孔112排到排氣流路56中。在某些實(shí)施例中，內(nèi)排氣壁80也可包括孔112，用于將氣流排到排氣流路56中。如圖所示，外部結(jié)構(gòu)42包括冷氣流58以及熱氣流100和102，所述冷氣流與熱氣流彼此分開。這兩種氣流可經(jīng)調(diào)整以對(duì)外部結(jié)構(gòu)42中的溫度進(jìn)行控制。例如，這兩種氣流的比率可通過以下方式進(jìn)行調(diào)整改變通道52和53的大小、改變內(nèi)排氣壁80和外排氣壁106中的孔112的數(shù)目和大小，等等。圖4為沿線4-4截得的圖3支柱40的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖。如上文所述，支柱40包括設(shè)置成圍繞內(nèi)部主體50的外部主體48。如圖所示，外部主體48設(shè)有通道53、前緣54以及后緣55，而內(nèi)部主體48包括通道52。在此實(shí)施例中，外部主體48具有橢圓形狀(例如，機(jī)翼形)，而內(nèi)部主體50具有矩形形狀。在其他實(shí)施例中，內(nèi)部主體48和外部主體50可具有其他形狀，例如，矩形套矩形、機(jī)翼形套機(jī)翼形、橢圓形套橢圓形等等。除了形狀之夕卜，內(nèi)部主體48和外部主體50設(shè)置成一個(gè)在另ー個(gè)的內(nèi)部，這樣，通道52和53以ー個(gè)在另ー個(gè)內(nèi)部的方式(例如，同軸)隔離。兩個(gè)通道52和54可為內(nèi)部結(jié)構(gòu)38與外部結(jié)構(gòu)42之間提供雙向氣流。例如，通道52可將氣流從外部結(jié)構(gòu)42向內(nèi)引導(dǎo)到內(nèi)部結(jié)構(gòu)38，而通道53將氣流從內(nèi)部結(jié)構(gòu)38引導(dǎo)到外部結(jié)構(gòu)42，反之亦然。然而，在以下一項(xiàng)實(shí)施例中通道52中為較冷氣流且通道53中為較熱氣流，從而可減小支柱40的外部主體48與排氣部分56中的廢氣之間的溫差，從而減少支柱40中的熱應(yīng)力。在某些實(shí)施例中，通道52和53各自可配置成按特定路線將空氣運(yùn)送到內(nèi)部結(jié)構(gòu)38中的特定區(qū)。在任一項(xiàng)實(shí)施例中，支柱40中的通道52和53均使單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)44對(duì)支柱40、內(nèi)部結(jié)構(gòu)38和外部結(jié)構(gòu)42進(jìn)行冷卻。內(nèi)部結(jié)構(gòu)38中，氣流可在排到排氣機(jī)構(gòu)之前引導(dǎo)到各個(gè)區(qū)域，從而增強(qiáng)對(duì)流冷卻。
圖5為沿線4-4截得的圖3支柱40的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖。支柱40設(shè)有設(shè)置成圍繞內(nèi)部主體142的外部主體140 (例如，同軸)。外部主體140設(shè)有通道143、前緣144和后緣145。外部主體140可形成為任意數(shù)目種形狀，例如，橢圓形、機(jī)翼形、淚珠形、矩形、正方形、圓形或通常為長(zhǎng)條形。外部主體140收納內(nèi)部主體142，內(nèi)部主體142的大小比外部主體140小，從而形成一個(gè)通道143。如圖所示，通道143由壁150進(jìn)行分隔，以形成通道146和148。在其他實(shí)施例中，通道143可進(jìn)ー步由壁150進(jìn)行分隔，以形成任意數(shù)目個(gè)通道(例如，I個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)、9個(gè)、10個(gè)或更多通道)。類似于外部主體140，內(nèi)部主體142可形成為任意數(shù)目種形狀，例如，橢圓形、機(jī)翼形、淚珠形、矩形、正方形、圓形或通常為長(zhǎng)條形。盡管所示內(nèi)部主體142包括單個(gè)通道152，但內(nèi)部主體142可包括任意數(shù)目個(gè)通道(例如，I個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)、9個(gè)、10個(gè)或更多通道)。如上所述，通道146、148和152均使單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)44吹出冷卻空氣，以對(duì)支柱40和內(nèi)部結(jié)構(gòu)38進(jìn)行冷卻，同時(shí)清除內(nèi)部結(jié)構(gòu)38中的熱空氣 。此外，多個(gè)通道可使專用冷卻劑流(例如，氣流)流到排氣部分24的內(nèi)部結(jié)構(gòu)38的特定區(qū)、和/或從所述特定區(qū)流出。例如，專用氣流可按特定路線運(yùn)送到軸承組件84、內(nèi)部結(jié)構(gòu)38的下游端部分81，或渦輪機(jī)后軸空間94/從前述機(jī)構(gòu)中運(yùn)送出。圖6為沿線4-4截得的圖3支柱40的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖。支柱40設(shè)有設(shè)置成圍繞內(nèi)部主體172的外部主體170。外部主體170設(shè)有通道173、前緣174和后緣175。外部主體170可形成為任意數(shù)目種形狀，包括橢圓形、機(jī)翼形、淚珠形、矩形、正方形、圓形或通常為長(zhǎng)條形，且外部主體170包括通道173。外部主體170將內(nèi)部主體172收納于通道173內(nèi)。如圖所示，內(nèi)部主體172設(shè)有由壁180分開的兩個(gè)通道176和178。在其他實(shí)施例中，更多的壁180可在內(nèi)部主體172中形成額外的通道(例如，I個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)、9個(gè)、10個(gè)或更多通道)。類似于外部主體170，內(nèi)部主體172可形成為任意數(shù)目種形狀，例如，橢圓形、機(jī)翼形、淚珠形、矩形、正方形、圓形或通常為長(zhǎng)條形。如上所述，通道174、176和178均使單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)吹出冷卻空氣，以對(duì)支柱40和內(nèi)部結(jié)構(gòu)38進(jìn)行冷卻，同時(shí)清除內(nèi)部結(jié)構(gòu)38中的熱空氣。此外，多個(gè)通道可使專用冷卻劑流(例如，氣流)流到排氣部分24的內(nèi)部結(jié)構(gòu)38的特定區(qū)和/或從所述特定區(qū)流出。例如，專用氣流可按特定路線運(yùn)送到軸承組件84、內(nèi)部結(jié)構(gòu)38的下游端部分81，或渦輪機(jī)后軸空間94/從所述機(jī)構(gòu)中運(yùn)送出。圖7為沿線4-4截得的圖3支柱40的一項(xiàng)實(shí)施例的截面圖。支柱40包括外部主體190、空心內(nèi)部191和內(nèi)部支撐梁192 (例如，I形梁)。外部主體190可形成為任意數(shù)目種形狀，例如，橢圓形、機(jī)翼形、淚珠形、矩形、正方形、圓形或通常為長(zhǎng)條形。支撐梁192將外部主體190分成兩個(gè)通道194和196。在其他實(shí)施例中，多個(gè)支撐梁192可將外部主體190分成任意數(shù)目個(gè)通道(例如，I個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)、9個(gè)、10個(gè)或更多通道)。外部主體190還可包括前緣198和后緣200。通道194和196均使單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)44吹出冷卻空氣，以對(duì)支柱40和內(nèi)部結(jié)構(gòu)38進(jìn)行冷卻，同時(shí)清除內(nèi)部結(jié)構(gòu)38中的熱空氣。具體而言，冷卻空氣可經(jīng)過通道194或196進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)38，從而對(duì)支柱40和內(nèi)部結(jié)構(gòu)38進(jìn)行冷卻。對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)38進(jìn)行冷卻之后，所述空氣接著可通過相對(duì)的通道194或196清除。在某些實(shí)施例中，冷卻供應(yīng)氣流可沿著前緣198通過通道194，而熱返回(清除)氣流可沿著后緣200通過通道196。這樣，較冷供應(yīng)氣流可集中于支柱140的較熱的前緣198上，從而改進(jìn)支柱40中的冷卻分布和溫度分布。圖8為沿線8-8截得的圖3支柱40和外排氣壁106的截面圖，所示為排放孔112。如上所述，將冷卻空氣從內(nèi)部結(jié)構(gòu)38中清除，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)38中，冷卻空氣流過支柱40中的通道53、流到具有壁106的外部結(jié)構(gòu)42。在外部結(jié)構(gòu)42中，氣流穿過外腔110，接著經(jīng)由孔112排到排氣流路56中。如圖所示，孔112為圓形且布置成行。在其他實(shí)施例中，孔112可形成不同形狀(例如，正方形、三角形、矩形、橢圓形、長(zhǎng)條形、多邊形，或十字形)，且可布置成其他圖案(例如，交錯(cuò)式圖案、圓形圖案、矩形圖案，或隨機(jī)圖案)。此外，孔112的大小可根據(jù)其位置而變化。例如，孔112的直徑可隨著離開支柱40的距離而逐漸變化(例如，增加或減少)。在某些實(shí)施例中，孔112可布置成組(例如，I個(gè)到100個(gè)孔112)，所述組彼此隔開。此外，孔112可相對(duì)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)12的旋轉(zhuǎn)軸布置成約O度到180度。例如，孔112可相對(duì)于所述軸成以下度數(shù)的角15度、30度、45度、60度、75度、90度、105度、120度、135度、150度或165度。圖9為可拆卸插入物202、204和206的截面圖，所述可拆卸插入物可插入圖8中如線9-9所示的ー個(gè)或多個(gè)孔112。如圖所示，每個(gè)孔112可選擇性地收納多種插入物，例 如，插入物202、204和206。插入物202、204和206可有助于對(duì)通過外排氣壁106的孔112進(jìn)入圖3排氣流路56的空氣的量進(jìn)行控制。例如，每個(gè)孔對(duì)孔112的限制可不同。因此，多種不同的插入物可連接到孔112，以對(duì)通過壁106的流分布進(jìn)行控制，從而對(duì)壁106中的溫度分布進(jìn)行控制。如圖所示,插入物202包括主體部分208、邊緣部分210和孔212。主體部分208配合于孔112中，而邊緣部分210放置在外排氣壁106的內(nèi)表面214或外表面216上。主體部分208可通過(過盈配合、螺紋、焊接件、螺栓或另ー緊固件)連接到壁106。如圖所示，孔212具有比孔112的直徑220小的直徑218。因此，插入后，插入物202將減少孔112的大小，從而限制進(jìn)入排氣流路56中的氣流。類似于插入物202，插入物204包括主體部分222和邊緣部分224。主體部分222配合于孔220中，而邊緣部分224接觸外排氣壁106的內(nèi)表面214或外表面216。如圖所示,插入物204不包括孔，因此可填充整個(gè)孔112，從而阻止冷卻空氣排到排氣流路56中。同樣地，插入物206包括主體部分226、邊緣部分228和孔230。主體部分226配合于孔112中，而邊緣228放置在外排氣壁106的內(nèi)表面214或外表面216上。如圖所示，孔230具有直徑232，直徑232比孔112的直徑220小但比插入物202的直徑218大。因此，插入后，插入物206將減少孔112的大小，從而限制進(jìn)入排氣流路56中的氣流，所限制的氣流量少于插入物202所限制的氣流量。盡管所述實(shí)施例僅包括三個(gè)插入物202、204和206，但渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)12中可采用任意數(shù)目具有不同限制孔的插入物。這些插入物202、204和206對(duì)通過壁106并進(jìn)入排氣流路56的氣流的量和分布進(jìn)行控制。例如，插入物202、204和206可用于不同孔112中，從而以更均勻的方式對(duì)外部結(jié)構(gòu)42的冷卻進(jìn)行控制。因此，選擇性地使用這些插入物202、204和206可減少外部結(jié)構(gòu)42中的溫度梯度和熱應(yīng)力。圖10為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)12中具有冷卻支柱252和254的排氣部分250的截面正視圖。排氣部分250包括冷卻支柱252和254、外殼256、外排氣壁258、鼓風(fēng)機(jī)260、控制器262、內(nèi)部結(jié)構(gòu)264、軸承組件266，以及線268。如圖所示，控制器262對(duì)鼓風(fēng)機(jī)260進(jìn)行控制，以將冷卻空氣270吹過支柱252。當(dāng)冷卻空氣270朝向內(nèi)部結(jié)構(gòu)264流動(dòng)時(shí)，冷卻空氣270對(duì)支柱252進(jìn)行冷卻。在內(nèi)部結(jié)構(gòu)264中，冷卻空氣270對(duì)軸承組件266進(jìn)行冷卻。例如，冷卻空氣270可流過軸承外殼272，以對(duì)軸承274進(jìn)行冷卻。對(duì)軸承274進(jìn)行冷卻之后，空氣270接著通過支柱254排出內(nèi)部結(jié)構(gòu)264。支柱254按特定路線將空氣270運(yùn)送到外殼256與外排氣壁258之間的外腔276中。當(dāng)空氣270流過外腔276時(shí)，空氣270可對(duì)外排氣壁258的溫度進(jìn)行控制(例如，對(duì)其進(jìn)行冷卻)，并經(jīng)由孔278排到排氣流路280中。如上所述，插入物可放置于孔278內(nèi)，以對(duì)排出外腔276并進(jìn)入排氣流路280的氣流的量和分布進(jìn)行控制。因此，排氣部分250使單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)262對(duì)內(nèi)部軸承274以及支柱252和254進(jìn)行冷卻。本發(fā)明的技術(shù)效果包括能夠使用單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)對(duì)渦輪機(jī)排氣部分的多個(gè)零部件進(jìn)行冷卻。具體而言，所公開的各實(shí)施例能夠使用單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)對(duì)渦輪機(jī)排氣部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的支柱、軸承和其他部分進(jìn)行冷卻。例如，支柱可經(jīng)配置成具有ー個(gè)或多個(gè)通道，以將氣流引導(dǎo)到內(nèi)部結(jié)構(gòu)并從內(nèi)部結(jié)構(gòu)中引出，從而同時(shí)對(duì)支柱、軸承等進(jìn)行冷卻。在一項(xiàng)實(shí)施例 中，每個(gè)支柱包括至少兩個(gè)通道，以在相反方向上將氣流引導(dǎo)到內(nèi)部結(jié)構(gòu)并從內(nèi)部結(jié)構(gòu)中引出。在另ー項(xiàng)實(shí)施例中，ー個(gè)支柱可包括至少ー個(gè)通道，以按特定路線將空氣運(yùn)送到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而另ー個(gè)支柱可包括至少ー個(gè)通道，以將空氣從內(nèi)部結(jié)構(gòu)中引出。本說明書使用了各種實(shí)例來掲示本發(fā)明，包括最佳模式，同時(shí)也讓所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)、并實(shí)施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書界定，并可包括所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員想出的其他實(shí)例。如果其他此類實(shí)例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或如果此類實(shí)例包括的等效結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義無實(shí)質(zhì)差別，則此類實(shí)例也屬于權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，其包括 配置成提供雙向氣流的渦輪機(jī)排氣支柱，其中所述渦輪機(jī)排氣支柱包括 第一部分，所述第一部分具有第一流道，所述第一流道配置成使流體沿著第一方向在渦輪機(jī)排氣部分的內(nèi)排氣壁與外排氣壁之間流動(dòng)；以及 第二部分，所述第二部分具有第二流道，所述第二流道配置成使所述流體沿著第二方向在所述渦輪機(jī)排氣部分的所述內(nèi)排氣壁與所述外排氣壁之間流動(dòng)，其中所述第一方向與所述第二方向彼此相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機(jī)排氣支柱的所述第一部分包括具有所述第一流道的內(nèi)部主體，且所述渦輪機(jī)排氣支柱的所述第二部分包括具有所述第二流道的外部主體，其中所述外部主體圍繞所述內(nèi)部主體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一流向?yàn)閺乃鐾馀艢獗诘剿鰞?nèi)排氣壁的方向，且所述第二流向?yàn)閺乃鰞?nèi)排氣壁到所述外排氣壁的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一流向?yàn)閺乃鰞?nèi)排氣壁到所述外排氣壁的方向，且所述第二流向?yàn)閺乃鐾馀艢獗诘剿鰞?nèi)排氣壁的方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部主體包括與所述第一流道分開的第三流道，且所述第三流道配置成使所述流體沿著所述第一方向或所述第二方向進(jìn)行流動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外部主體包括與所述第二流道分開的第四流道，且所述第四流道配置成使所述流體沿著所述第一方向或所述第二方向進(jìn)行流動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部主體包括承載結(jié)構(gòu)支撐件，且所述外部主體不承受負(fù)載。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一流道配置成使所述流體流入設(shè)于所述內(nèi)排氣壁與旋轉(zhuǎn)軸之間的第一腔，且所述第二流道配置成使所述流體從所述第一腔流到位于所述外排氣壁與所述渦輪機(jī)排氣部分的外殼之間的第二腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括所述渦輪機(jī)排氣部分，所述渦輪機(jī)排氣部分具有所述內(nèi)排氣壁、所述外排氣壁，以及所述外殼。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一腔包括軸承組件、潤滑通道，或以上兩者的組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)排氣壁或所述外排氣壁包括多個(gè)開口，所述開口配置成使所述流體流入所述排氣流路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)開口中的每個(gè)開口均包括可拆卸的插入物。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)，其配置成使所述流體通過所述第一流道和所述第二流道進(jìn)行循環(huán)。
14.一種系統(tǒng),其包括 渦輪機(jī)排氣部分，其包括 排氣流路； 外部結(jié)構(gòu)，其包括沿著所述外排氣流路設(shè)置的外排氣壁；內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其包括沿著所述排氣流路設(shè)置的內(nèi)排氣壁，以及設(shè)置于所述內(nèi)排氣壁與渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸之間的內(nèi)腔； 軸承組件，其設(shè)置于所述內(nèi)腔中； 潤滑通道，其設(shè)置于所述內(nèi)腔中；以及 支柱，其在所述外部結(jié)構(gòu)與所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間延伸，其中所述支柱包括配置成使流體流過所述內(nèi)腔的第一流道。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)腔包括沿著所述軸承組件設(shè)置的第一腔部分、沿著所述潤滑通道設(shè)置的第二腔部分，及第三腔部分設(shè)置成沿著所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)的下游端部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括設(shè)置于所述第一腔與所述第三腔之間的第一擋板，以及設(shè)置于所述第二腔與所述第三腔之間的第二擋板。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外部結(jié)構(gòu)包括外殼，以及設(shè)置于所述外排氣壁與所述外殼之間的外腔，且所述支柱包括配置成使所述流體從所述內(nèi)腔流到所述外腔的第二流道。
18.—種系統(tǒng),其包括 渦輪部分，以及連接到所述渦輪部分的排氣部分，所述排氣部分包括 排氣流路； 外部結(jié)構(gòu)，其包括沿著所述排氣流路設(shè)置的外排氣壁、外殼，以及設(shè)置于所述外排氣壁與所述外殼之間的外腔； 內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其包括沿著所述排氣流路設(shè)置的內(nèi)排氣壁，以及設(shè)置于所述內(nèi)排氣壁與渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸之間的內(nèi)腔； 第一流道，其配置成使流體通過所述內(nèi)腔；以及 第二流道，其配置成使所述流體從所述內(nèi)腔流到所述外腔。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括在所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所述外部結(jié)構(gòu)之間延伸的支柱，其中所述支柱包括所述第一流道和所述第二流道。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括具有所述第一流道的第一支柱，以及具有所述第二流道的第二支柱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣部分進(jìn)行冷卻和清除的系統(tǒng)，所述渦輪機(jī)排氣支柱用于提供雙向氣流配置成。所述渦輪機(jī)排氣支柱包括第一部分，所述第一部分具有第一流道，所述第一流道配置成使流體沿著第一方向在渦輪機(jī)排氣部分的內(nèi)排氣壁與外排氣壁之間流動(dòng)；以及第二部分，所述第二部分具有第二流道，所述第二流道配置成使所述流體沿著第二方向在所述渦輪機(jī)排氣部分的所述內(nèi)排氣壁與所述外排氣壁之間流動(dòng)。此外，所述第一方向與所述第二方向彼此相反。
文檔編號(hào)F02C7/12GK102678334SQ20121007068
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者D·M·約翰遜, P·E·科貝克, R·I·加內(nèi)斯庫, S·帕卡拉 申請(qǐng)人:通用電氣公司