CN105545488A - 在涡轮机表面上形成紊流器的方法和设备 - Google Patents

在涡轮机表面上形成紊流器的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在涡轮机表面上形成紊流器的方法和设备。一种在涡轮机表面上形成多个紊流器的方法包括在涡轮机表面上沉积一部分材料而形成该多个紊流器的第一部分，添加附加材料至该第一部分，以及形成期望尺寸的该多个紊流器。

Description

在涡轮机表面上形成紊流器的方法和设备
技术领域
本文所公开的主题涉及涡轮机技术，并且更具体地涉及在涡轮机表面上形成紊流器的方法。
背景技术
涡轮机***通常包括联接至进口***和负载的涡轮机。涡轮机通常包括压缩机部分和涡轮部分。空气流经由进口***传送至压缩机部分中。压缩机部分形成引入到涡轮部分中的压缩空气流。在燃气涡轮机中，一部分压缩空气流与燃烧器组件中的燃烧产物相混合，形成经由过渡件引入到涡轮部分中的热气流。在一些情况下，涡轮机气体可越过紊流器传送以增强各种流动和操作特性。
热气流从流体地连接燃烧器组件和涡轮部分的过渡件流动。传送自过渡件的热气体朝向涡轮部分的第一级流动。热气体流过第一级喷嘴，随后冲击第一级转子叶片。第一级喷嘴调节和引导热气体朝向第一级转子叶片。在传送至排气***之前，热气体膨胀经过涡轮部分的附加级，每个附加级均具有相关联的转子叶片。
转子叶片通常连接至轮，而轮继而可连接至轴。通常，轴操作地连接至负载。热气流对转子叶片施加力，致使轴旋转。轴的旋转传递至转子。因此，涡轮部分将来自热气流的热能转换成用于驱动负载的机械能/转动能。负载可呈多种形式，包括发电机、泵、飞行器、机车等。
发明内容
根据示例性实施例的一方面，在涡轮机表面上形成多个紊流器的方法包括在涡轮机表面上沉积一部分材料，形成该多个紊流器的第一部分，添加附加材料至第一部分，以及形成期望尺寸的该多个紊流器。
根据示例性实施例的另一方面，涡轮机包括含有压缩机表面的压缩机部分，以及操作地连接至压缩机部分的涡轮部分。涡轮部分包括涡轮表面。燃烧器流体地连接至压缩机部分和涡轮部分。燃烧器包括燃烧器表面。压缩机表面、涡轮表面以及燃烧器表面中的至少一个包括多个紊流器。该多个紊流器中的每一个均由沉积在压缩机表面、涡轮表面以及燃烧器表面中的至少一个上的材料形成。
根据示例性实施例的又一方面，涡轮机***包括含有压缩机表面的压缩机部分以及操作地连接至压缩机部分的涡轮部分。涡轮部分包括涡轮表面。进口***流体地连接至压缩机部分。负载操作地连接至压缩机部分和涡轮部分中的一个。燃烧器流体地连接至压缩机部分和涡轮部分。燃烧器包括燃烧器表面。压缩机表面、涡轮表面以及燃烧器表面中的至少一个包括多个紊流器。该多个紊流器中的每一个均由沉积在压缩机表面、涡轮表面以及燃烧器表面中的至少一个上的材料形成。
技术方案1.一种在涡轮机表面上形成多个紊流器的方法，包括：
在所述涡轮机表面上沉积一部分材料而形成所述多个紊流器中的一个。
技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
添加附加材料至所述一部分材料；以及
形成期望尺寸的所述多个紊流器。
技术方案3.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，形成期望尺寸的所述多个紊流器包括对于所述多个紊流器中的每一个形成曲线的轮廓。
技术方案4.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，在所述涡轮机表面上沉积材料包括添加材料至燃烧器衬套。
技术方案5.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，在所述涡轮机表面上沉积材料包括相对于焊接部件沿着第一轴线平移所述涡轮机表面。
技术方案6.根据技术方案5所述的方法，其特征在于，沿着所述第一轴线平移所述涡轮机表面包括旋转所述涡轮机表面。
技术方案7.根据技术方案5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：沿着不同于所述第一轴线的第二轴线平移所述焊接部件。
技术方案8.根据技术方案7所述的方法，其特征在于，沿着所述第二轴线平移所述焊接部件包括沿着相对于所述第一轴线成角度的所述第二轴线移动所述焊接部件。
技术方案9.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，在所述涡轮机表面上沉积材料包括朝向所述涡轮机表面引导焊接电极。
技术方案10.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，添加所述附加材料至所述一部分材料包括形成所述多个紊流器中的每一个的另一部分，所述另一部分小于所述一部分材料。
技术方案11.根据技术方案10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：添加第三部分至所述多个紊流器中的每一个，所述第三部分小于所述第二部分。
技术方案12.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，在所述涡轮机表面上沉积材料包括沉积与形成所述涡轮机表面的材料不同的材料。
技术方案13.一种涡轮机，包括：
包括压缩机表面的压缩机部分；
操作地连接至所述压缩机部分的涡轮部分，所述涡轮部分包括涡轮表面；以及
流体地连接至所述压缩机部分和所述涡轮部分的燃烧器，所述燃烧器包括燃烧器表面；
其中，所述压缩机表面、涡轮表面和燃烧器表面中的至少一个包括多个紊流器，所述多个紊流器中的每一个均由沉积到所述压缩机表面、涡轮表面和燃烧器表面中的至少一个上的材料形成。
技术方案14.根据技术方案13所述的涡轮机，其特征在于，所述多个紊流器中的每一个均包括曲线的轮廓。
技术方案15.根据技术方案13所述的涡轮机，其特征在于，所述多个紊流器中的每一个均由与形成所述压缩机表面、涡轮表面和燃烧器表面中的所述至少一个的材料不同的材料形成。
技术方案16.根据技术方案13所述的涡轮机，其特征在于，所述多个紊流器中的每一个均由沉积到所述压缩机表面、涡轮表面和燃烧器表面中的所述至少一个上的一层或多层形成。
技术方案17.一种涡轮机***，包括：
包括压缩机表面的压缩机部分；
流体地连接至所述压缩机部分的进口***；
操作地连接至所述压缩机部分的涡轮部分，所述涡轮部分包括涡轮表面；
操作地连接至所述压缩机部分和所述涡轮部分中的一个的负载；以及
流体地连接至所述压缩机部分和所述涡轮部分的燃烧器，所述燃烧器包括燃烧器表面；
其中，所述压缩机表面、涡轮表面和燃烧器表面中的至少一个包括多个紊流器，所述多个紊流器中的每一个均由沉积到所述压缩机表面、涡轮表面和燃烧器表面中的至少一个上的材料形成。
技术方案18.根据技术方案17所述的涡轮机***，其特征在于，所述多个紊流器中的每一个均包括曲线的轮廓。
技术方案19.根据技术方案17所述的涡轮机***，其特征在于，所述多个紊流器中的每一个均由与形成所述压缩机表面、涡轮表面和燃烧器表面中的所述至少一个的材料不同的材料形成。
技术方案20.根据技术方案17所述的涡轮机***，其特征在于，所述多个紊流器中的每一个均由沉积到所述压缩机表面、涡轮表面和燃烧器表面中的所述至少一个上的一层或多层形成。
根据以下说明并结合附图，将更为清楚这些及另外的优点和特征。
零件清单
2涡轮机***
4涡轮机
6压缩机部分
8涡轮部分
10入口
14出口
20燃烧器组件
22燃烧器
24进口***
26负载
28排气***
40燃烧器衬套
44第一端部
46第二端部
48中间部分
50外表面
60多个紊流器
64材料
68导电线材
70金属惰性气体（MIG）枪
78第一轴线
80第二轴线
90第一部分
92熔合界面或结合物
94第二部分
98第三部分或滩
100曲线的轮廓。
附图说明
视作为本发明的主题在说明书之前的权利要求书中具体地指出并且明确地予以主张。本发明的前述及其它特征以及优点根据以下详细描述并结合附图将变得清楚，附图中：
图1描绘了一种包括涡轮机的涡轮机***，该涡轮机具有包括根据示例性实施例所形成的多个紊流器的表面；
图2描绘了图1中的涡轮机的燃烧器衬套，该燃烧器衬套包括根据示例性实施例所形成的多个紊流器；
图3描绘了根据示例性实施例所形成的紊流器的第一部分；
图4描绘了根据示例性实施例所形成的紊流器的第二部分；
图5描绘了根据示例性实施例所形成的紊流器的第三部分；以及
图6描绘了根据示例性实施例所形成的紊流器的截面图。
详细说明以举例的方式结合附图阐述了本发明的实施例，以及优点和特征。
具体实施方式
首先参看图1，涡轮机***总体上以2表示。涡轮机***2包括涡轮机4，其具有连接至涡轮部分8的压缩机部分6。压缩机部分6包括入口10。涡轮部分8包括出口14。燃烧器组件20流体地连接压缩机部分6和涡轮部分8。燃烧器组件20包括一个或多个燃烧器22。涡轮机***2还示出为包括流体地连接至入口10的进口***24和可操作地连接至涡轮部分8的负载26。应当理解，负载26还可连接至压缩机部分6。排气***28流体地连接至涡轮部分8的出口14。排气***28接收和调节传送自涡轮机4的排出气体。
燃烧器22包括燃烧器衬套40。如图2中所示，燃烧器衬套40从第一端部44经由具有外表面50和内表面（未单独地标识）的中间部分48延伸至第二端部46。根据示例性实施例，多个紊流器（其中的一个以60表示）设置在外表面50上。紊流器60围绕（或外接）燃烧器衬套40并且由沉积在外表面50上的材料64形成。根据示例性实施例的一方面，材料64可类似于用于形成燃烧器衬套40的材料。根据示例性实施例的另一方面，材料64可不同于用于形成燃烧器衬套40的材料。更具体地，用于形成紊流器60的材料的具体类型可取决于期望的流动调节特性而变化。例如，可采用具有期望材料特性的花费低廉的材料以实现成本节省。
进一步地根据示例性实施例，材料64可实施为焊接电极，该焊接电极示出为经由焊接过程沉积到外表面50上的导电线材68。更具体地，导电线材68可为分配自焊接部件的可消耗电极，该焊接部件示出为邻近外表面50定位的金属惰性气体（MIG）枪70的形式。备选地，材料64可实施为不可消耗的电极，例如TIG或等离子弧焊接。更进一步地根据示例性实施例的一方面，燃烧器衬套40围绕第一轴线78旋转而同时材料64沉积在外表面50上。在形成上述多个紊流器60中的一个之后，MIG枪70沿着第二轴线80平移以形成上述多个紊流器60中的另一个，如将在下文更为全面地详细描述。第二轴线80相对于第一轴线78成一角度（或倾斜）并且大体上跟随燃烧器衬套40的外轮廓（未单独地标识）。
如图3中所示，紊流器60通过初始地沉积材料64的第一部分90或第一滩(pool)到外表面50上而形成熔合界面或结合物92来形成。第二部分94可添加或沉积到第一部分90上，从而形成混合滩的材料，如图4中所示。当然，应当理解，第二部分94可取决于期望的紊流器60尺寸而不需要。图5描绘了材料64的第三部分或第三滩98，其与第一部分90和第二部分94相结合以形成紊流器60。根据示例性实施例，紊流器60通过使一个或多个熔化滩的材料相结合来形成并且包括曲线的轮廓100，如图6中所示。在图6所示的实施例中，紊流器60可包括处于大约0.025英寸至大约0.06英寸之间的高度和大约0.030英寸至大约0.150英寸的宽度。进一步地，曲线的轮廓可具有小于大约60°的接触角。
在这里，应当理解，示例性实施例描述了一种添加一个或多个紊流器到涡轮机表面的方法。更具体地，相比于在其中从表面移除或减去材料的现有技术工艺，示例性实施例添加材料至涡轮机表面以形成一个或多个紊流器。材料的添加不仅减少或消除了在采用机加工技术时所形成的大量废料，而且还缩短了制造时间。另外，通过添加材料，紊流器可经由诸如机加工的减去工艺以高性价比的方式来形成并且具有此前难以获得的许多几何形状。还应当认识到的是，紊流器的数目、大小、形状和图案是可改变的。例如，紊流器尺寸可取决于期望的热传递特性而变化。另外，尽管示出为添加至燃烧器衬套的外表面，但紊流器可实际上形成在包括压缩机表面和涡轮表面的任何涡轮机表面上。
尽管本发明仅结合有限数量的实施例进行了详细地描述，但应当容易理解本发明并不受限于此类公开的实施例。确切而言，本发明可经修改以结合任何数量的变型、变体、替换方案或等同布置，它们此前并未描述，但与本发明的实质和范围相当。另外，尽管已描述了本发明的各种实施例，但应当理解，本发明的方面可仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应视作为受限于上述描述，而是仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (10)

1.一种在涡轮机表面上形成多个紊流器的方法（60），包括：
在所述涡轮机表面上沉积一部分材料而形成所述多个紊流器（60）中的一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
添加附加材料（64）至所述一部分材料；以及
形成期望尺寸的所述多个紊流器（60）。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成期望尺寸的所述多个紊流器（60）包括对于所述多个紊流器（60）中的每一个形成曲线的轮廓（100）。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述涡轮机表面上沉积材料（64）包括添加材料（64）至燃烧器衬套（40）。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述涡轮机表面上沉积材料（64）包括相对于焊接部件沿着第一轴线（78）平移所述涡轮机表面。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，沿着所述第一轴线（78）平移所述涡轮机表面包括旋转所述涡轮机表面。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：沿着不同于所述第一轴线（78）的第二轴线（80）平移所述焊接部件。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，沿着所述第二轴线（80）平移所述焊接部件包括沿着相对于所述第一轴线（78）成角度的所述第二轴线（80）移动所述焊接部件。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述涡轮机表面上沉积材料（64）包括朝向所述涡轮机表面引导焊接电极。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，添加所述附加材料（64）至所述一部分（90）材料包括形成所述多个紊流器（60）中的每一个的另一部分（94），所述另一部分小于所述一部分材料。
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