CN107923259A - 用于附接通过空气射流冷却涡轮发动机的涡轮机的外壳的歧管的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于附接歧管(1)的装置(3)，所述歧管用于通过空气射流来冷却涡轮发动机的优选地低压涡轮机的外壳(2)，所述装置包括所述歧管的安装件(4)和用于支撑所述歧管安装件(4)的多个元件(5)，所述安装件例如成形为将所述歧管保持成彼此间隔开，每个支撑元件附接到所述外壳并且通过连接器件(6，6’)连接到所述歧管安装件(4)。所述装置的特征在于它包括N个冷却歧管(1)和N‑1个支撑元件(5)，每个支撑元件(5)设置在两个相邻的冷却歧管之间。

Description

用于附接通过空气射流冷却涡轮发动机的涡轮机的外壳的歧 管的装置

技术领域

本发明涉及涡轮机外壳冷却领域，特别是涡轮发动机的低压涡轮机外壳冷却领域。

本发明更确切地涉及一种用于附接使用空气射流冷却涡轮发动机的涡轮机的外壳的歧管的装置。

本发明还涉及配备有这种装置的涡轮发动机。

背景技术

如在示出了现有技术的附图1和2中可以看到的，涡轮发动机的低压涡轮机由具有大致喇叭形的大体呈截头圆锥形状的外壳C保护。该外壳采用冲击冷却技术进行冷却。

外壳C配备有一个或多个用于供应加压空气的壳体B，该壳体连接到多个冷却歧管R。

在图中所示的实施例中，外壳C配备有以彼此成大约180°定位的两个壳体B(在图2中仅一个可见)。每个壳体B配有五个歧管R，每个歧管有两个管T，每个管延伸约90°。管T被穿有一系列垂直通向外壳的外表面上方的小开口。穿过这些开口的加压空气提供外壳C的冲击通风。

在图1中，可以看到冷却歧管R的支撑件S通过上游凸缘BAM和下游凸缘BAV附接到外壳。尽管没有示出，但是壳体B以相同的方式附接到外壳。

在冷状态下，即当涡轮机停止时，设置在管T中的空气出口开口与外壳C的外表面(或“外壳表皮”PC)之间的空气间隙E大约为5mm至6mm。

在热状态下，即在涡轮机运行期间，金属外壳C趋于径向膨胀，但是特别是纵向膨胀。但是上游凸缘BAM和下游凸缘BAV仍然较冷，并且不像外壳表皮PC一样膨胀。从而，冷却歧管R在某些地方有更靠近甚至接触外壳表皮PC的趋势。尽管在冷状态下空气间隙E很大，但在热状态下证明这是不足的。

外壳表皮PC相对于上游凸缘和下游凸缘的膨胀是很难预计的。事实上，为了使通过空气射流的冲击进行的冷却有效，歧管必须位于非常靠近外壳表皮PC的位置，并因此保持恒定的空气间隙E。因此歧管在热状态下的定位不正确，并且在涡轮机运行期间，坡面可能要么太远离要么太接近(或甚至接触)外壳表皮。因此有必要找到不管温度如何都能够保持恒定的空气间隙的附接器件。

根据文献US 2014/0030066已知一种用于使用空气射流来冷却燃气涡轮机的外壳的壁的装置。该装置包括安装在空气分配器上的多个冷却歧管，空气分配器将多个冷却歧管彼此间隔开。该空气分配器本身连接到外壳，但是是通过附接到外壳的端部的凸缘300、302连接的，使得位于外壳的中间部分的坡面在外壳膨胀的情况下可能更靠近外壳。

发明内容

因此，本发明的目的是解决现有技术的上述缺点。

特别地，本发明的目的在于提供一种用于附接使用空气射流来冷却涡轮发动机的涡轮机的外壳的歧管的装置，即使在热状态下，即在使用涡轮机期间，该装置避免了所述歧管与外壳的外壁之间的空气间隙的变化。

为此，本发明涉及一种用于附接歧管的装置，所述歧管用于使用空气射流来冷却涡轮发动机的涡轮机的外壳，所述涡轮机优选地为低压涡轮机，所述装置包括所述歧管的支撑件和所述歧管支撑件的多个支撑元件，所述支撑件成形为将所述歧管保持成彼此间隔开，每个支撑元件附接到所述外壳并且通过连接器件连接到所述歧管支撑件。

根据本发明，所述装置包括N个冷却歧管和N-1个支撑元件，每个支撑元件设置在两个相邻的冷却歧管之间。

由于本发明的这些特征，歧管和外壳的外壁之间的空气间隙保持恒定，即使在热状态下使用期间也是如此。实际上，与歧管支撑件一体化的支撑元件设置在相邻的冷却歧管之间，并将歧管与外壳的表皮保持在恒定的距离。另外，这些支撑元件附接到外壳，它们受到与外壳相同的温度变化并且跟随外壳的变形而膨胀。

空气间隙保持恒定，涡轮机的外壳的冷却得到改善并且其寿命增加。

根据本发明的单独或组合的其它有利和非限制性的特征：

-所述歧管支撑件包括所谓的“内叶片”和“外叶片”的两个叶片，每个叶片包括一系列由平面区域分隔开的平行凹槽，每个凹槽成形为围绕所述歧管中的一个的圆周的一部分，优选地围绕圆周的一半，所述内叶片和所述外叶片组装在所述冷却歧管的两侧，使得所述内叶片和所述外叶片各自的凹槽彼此面对并围绕所述歧管；

-所述连接器件中的至少一些是所谓的“固定”器件，所述“固定”器件不允许所述歧管支撑件和支撑元件之间的相对运动；

-所述连接器件中的至少一些是所谓的“移动”器件，所述“移动”器件允许所述歧管支撑件和支撑元件之间的相对运动；

-所述支撑元件被穿有圆形开口，所述歧管支撑件的叶片的平面区域被穿有圆形开口，并且所述支撑元件和两个叶片通过穿过两个圆形开口并与螺母配合的螺钉被组装，所述圆形开口、所述螺钉和所述螺母构成所述固定连接器件；

-所述支撑元件被穿有圆形开口，所述歧管支撑件的叶片的平面区域被穿有椭圆形开口，并且所述支撑元件和两个叶片通过穿过圆形开口和两个椭圆形开口并与垫圈配合的肩销被组装，组装被实现为允许所述叶片在所述椭圆形开口处相对于所述肩销的轴向滑动，从而实现移动连接；

-所述支撑元件是鞍形座，所述鞍形座在其两个端部处附接到所述外壳，并且所述鞍形座的突出中心部分连接到所述歧管支撑件。

本发明还涉及一种涡轮发动机，该涡轮发动机包括如前所述的用于附接所述冷却歧管的装置。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从现在将参考附图所给出的描述中显现，附图以指示而非限制的方式表示其两个可能的实施例。

在这些附图中：

-图1是配备有根据现有技术的冷却歧管的涡轮发动机的涡轮机的外壳的一部分的透视图，

-图2是根据现有技术的空气供应壳体和冷却歧管的透视图，

-图3至图6是示出构成根据本发明的冷却歧管的附接装置的不同元件的两个实施例的透视图，

-图7是示出了两个实施例的根据本发明的装置的横截面视图，

-图8和图9是图7中标记为VIII和IX的区域的细节视图。

具体实施方式

现在将结合图3至图7描述根据本发明的用于附接冷却歧管的装置。

该装置能够将冷却歧管1附接到涡轮发动机的涡轮机(优选地为低压涡轮机)的外壳2。冷却歧管1和外壳2具有与先前结合图1和图2所描述的现有技术相同的形状和结构。

换句话说，冷却坡面1由具有优选为圆形横截面并且具有弯曲成符合外壳2的外部形状的圆弧形状的管形成。外壳具有喇叭形形状并且包括外表面21、上游端部22和下游端部23。

附接装置具有通用附图标记3。附接装置包括用于所述坡面1的支撑件4和所述支撑件4的多个支撑元件5。

现在将描述歧管支撑件4的一个可能的实施例。

该支撑件4包括两个叶片，分别称为内叶片41和外叶片42。

如在图4中可以更好地看到的，内叶片41被设计成靠近外壳的外表面21设置；内叶片包括一系列垂直于叶片并通过中间平面区域412彼此分隔开的平行凹槽411。

每个凹槽411形成为围绕所述歧管1中的一个的圆周的至少一部分。换句话说，在冷却歧管的管具有圆形横截面的情况下，凹槽411的内半径基本上对应于冷却歧管1的外半径。优选地，每个凹槽围绕歧管的圆周的一半。

类似地，被设计为布置在歧管1的外部的外叶片42也具有一系列通过平面区域422彼此分隔开的平行凹槽421(参见图1)。

内叶片41和外叶片42在冷却歧管1的两侧上组装，使得它们各自的凹槽411、412彼此面对且围绕所述歧管，如在图6和图7中可以看到的。

因此歧管支撑件4使得歧管1能够在外壳2的轴向方向上彼此间隔开。

根据一个可能的实施例，支撑元件5具有鞍形座的形状，如在图3中可以看到的。每个鞍形座包括两个端部51和突出的中心部分52。

端部51附接到外壳2，更确切地说附接到外壳的外表面21(也称为“外壳的表皮”)上，更确切地说附接到外表面21的在上游端部22和下游端部23之间延伸的那部分上。这种附接可以通过任何适当的方式完成，例如通过焊接、钎焊、胶合、铆接或螺栓连接完成。

因此，这些支撑元件5在径向平面和轴向平面中均跟随外壳2的由于其膨胀而引起的变形。

在文献US 2014/0030066中描述的现有技术中情况并非如此，其中支撑冷却歧管的空气分配器通过凸缘附接，凸缘本身又附接到外壳的两个端部，因此附接在与外壳的中心部分中相比膨胀更小的区域中。

每个支撑元件5通过所谓的“固定”器件6或“移动”器件6’的连接器件连接到支撑件4，即连接到两个叶片41和42。

鞍形座的中心部分52被穿有圆形开口53。

构成附件装置3的不同元件的组装以如下方式完成。

如图3所示，不同的支撑元件5被附接到外壳2。内叶片41被附接到这些支撑元件5，使得其平面区域412被定位成面对鞍形座5的中心平坦突出部分52(见图4)。

之后，如图5所示，歧管1被设置在凹槽411中。

最后，如在图6中可以看到的，外叶片42被定位在歧管1上，使得凹槽421围绕歧管1并且平面区域422被定位成面对内叶片41的平面区域412。

根据本发明，并且例如如图4所示，如果冷却歧管1的数量为N，则根据本发明的支撑元件5的数量为N-1并且设置在每对歧管的两个冷却歧管1之间。

因此，每个冷却歧管1与外壳2的外表面之间的空气间隙保持恒定。

至少在歧管支撑件4的两个端部中的一个端部处可以进一步设置至少一个附加的支撑元件5。

连接器件6被称为是“固定的”，因为它们不允许歧管支撑件4和支撑元件5之间的任何相对运动。该方案在图8中以及在图4至图7的左下角中示出。

在这种情况下，叶片41和42的相应的平面区域412、422分别被穿有圆形开口413和423。

两个叶片41和42以及鞍形座5使用穿过所述开口53、413和423的螺钉7以及拧在螺钉上的螺母8被组装。螺钉7同样是圆形的并且具有与开口413和423相同的直径，所以不存在支撑件4的叶片相对于该支撑件的元件5的相对运动的可能性。

然而，这种固定连接允许支撑元件5跟随外壳的径向膨胀运动。

连接器件6’被称为是“移动”器件，因为它们允许歧管支撑件4的叶片41、42与支撑元件5之间的相对运动。在这种情况下，如在图4至图7的右侧中上部分以及图9中示出的，设置在叶片41和42中的开口是椭圆形的并且分别标记为413’和423’。

安装用肩销7’和垫圈8’来完成。然而，在这种情况下，叶片41和42可以相对于肩销7’轴向滑动，使得叶片41和42可以跟随外壳2的膨胀运动，特别是跟随外壳2的轴向膨胀运动。

应该注意到，优选地，固定连接器件6被用在外壳的上游端部附近，并且移动连接器件6’被用在中央以及外壳的下游端部附近。

然而，可以仅使用所述连接器件中的一个或另一个。

Claims (8)

1.一种用于附接歧管(1)的装置(3)，所述歧管用于使用空气射流来冷却涡轮发动机的涡轮机的外壳(2)，所述涡轮机优选地为低压涡轮机，所述装置包括所述歧管的支撑件(4)和所述歧管支撑件(4)的多个支撑元件(5)，所述支撑件成形为将所述歧管保持成彼此间隔开，每个支撑元件(5)附接到所述外壳(2)并且通过连接器件(6，6’)连接到所述歧管支撑件(4)，其特征在于，所述装置包括N个冷却歧管(1)和N-1个支撑元件(5)，每个支撑元件(5)设置在两个相邻的冷却歧管之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述歧管支撑件(4)包括所谓的“内叶片”(41)和“外叶片”(42)的两个叶片，每个叶片包括一系列由平面区域(412，422)分隔开的平行凹槽(411，421)，每个凹槽(411，421)成形为围绕所述歧管(1)中的一个的圆周的一部分，优选地围绕圆周的一半，所述内叶片(41)和所述外叶片(42)组装在所述冷却歧管(1)的两侧，使得所述内叶片和所述外叶片各自的凹槽(411，421)彼此面对并围绕所述歧管。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述连接器件(6)中的至少一些是所谓的“固定”器件(53，413，423，7，8)，所述“固定”器件不允许所述歧管支撑件(4)和支撑元件(5)之间的相对运动。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述连接器件(6’)中的至少一些是所谓的“移动”器件(53，413’，423’，7，8)，所述“移动”器件允许所述歧管支撑件(4)和支撑元件(5)之间的相对运动。

5.根据权利要求2和3所述的装置，其特征在于，所述支撑元件(5)被穿有圆形开口(53)，所述歧管支撑件的叶片(41，42)的平面区域(412，422)被穿有圆形开口(413，423)，并且所述支撑元件(5)和两个叶片(41，42)通过穿过两个圆形开口并与螺母(8)配合的螺钉(7)被组装，所述圆形开口、所述螺钉和所述螺母构成所述固定连接器件(6)。

6.根据权利要求2和4所述的装置，其特征在于，所述支撑元件(5)被穿有圆形开口(53)，所述歧管支撑件的叶片(41，42)的平面区域(412，422)被穿有椭圆形开口(413’，423’)，并且所述支撑元件(5)和两个叶片(41，42)通过穿过圆形开口和两个椭圆形开口并与垫圈(8’)配合的肩销(7’)被组装，组装被实现为允许所述叶片(41，42)在所述椭圆形开口处相对于所述肩销的轴向滑动，从而实现移动连接(6’)。

7.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，所述支撑元件(5)是鞍形座，所述鞍形座在其两个端部(51)处附接到所述外壳(2)，并且所述鞍形座的突出中心部分(52)连接到所述歧管支撑件(4)。

8.一种涡轮发动机，包括由外壳(2)围绕的涡轮机，所述涡轮机特别是低压涡轮机，所述外壳配备有使用空气射流的冷却歧管(1)，其特征在于，所述涡轮发动机包括根据前述权利要求中任一项所述的用于附接所述冷却歧管(1)的装置(3)。