CN102678334A - 用于对燃气涡轮发动机的排气部分进行冷却和清除的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于对燃气涡轮发动机的排气部分进行冷却和清除的系统，所述涡轮机排气支柱用于提供双向气流配置成。所述涡轮机排气支柱包括第一部分，所述第一部分具有第一流道，所述第一流道配置成使流体沿着第一方向在涡轮机排气部分的内排气壁与外排气壁之间流动；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体沿着第二方向在所述涡轮机排气部分的所述内排气壁与所述外排气壁之间流动。此外，所述第一方向与所述第二方向彼此相反。

Description

用于对燃气涡轮发动机的排气部分进行冷却和清除的系统
背景技术
本发明涉及燃气涡轮机技术，尤其涉及一种用于对燃气涡轮发动的机排气部分进行冷却和清除的系统。
背景技术
燃气涡轮发动机燃烧燃料与压缩空气的混合物，以产生热燃烧气体，从而驱动涡轮机叶片旋转。涡轮机叶片旋转造成由轴承支撑的轴旋转。轴旋转以及热燃烧气体通过涡轮机排气部分排出可使在轴承和其他排气部分零部件中产生大量的热。但不幸的是，在未对排气部分进行充分冷却的情况下，所产生的热可对涡轮机零部件造成损坏。
发明内容
本说明书概述了本发明的最初范围内的某些实施例。这些实施例的目的并不在于限制本发明的范围，而仅在于概述本发明的可能的形式。实际上，本发明可能包括与下述实施例的形式类似或不同的各种形式。
在第一实施例中，一种系统包括配置成提供双向气流的涡轮机排气支柱(turbine exhaust strut)。所述涡轮机排气支柱包括第一部分，其具有第一流道，所述第一流道配置成使流体沿着第一方向在涡轮机排气部分的内排气壁与外排气壁之间流动；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体沿着第二方向在所述涡轮机排气部分的所述内排气壁与所述外排气壁之间流动。此外，所述第一方向与所述第二方向彼此相反。
所述涡轮机排气支柱的所述第一部分包括具有所述第一流道的内部主体，且所述涡轮机排气支柱的所述第二部分包括具有所述第二流道的外部主体，其中所述外部主体围绕所述内部主体。所述第一流向为从所述外排气壁到所述内排气壁的方向，且所述第二流向为从所述内排气壁到所述外排气壁的方向；或者，所述第一流向为从所述内排气壁到所述外排气壁的方向，且所述第二流向为从所述外排气壁到所述内排气壁的方向。所述内部主体包括与所述第一流道分开的第三流道，且所述第三流道配置成使所述流体沿着所述第一方向或所述第二方向进行流动。所述外部主体包括与所述第二流道分开的第四流道，且所述第四流道配置成使所述流体沿着所述第一方向或所述第二方向进行流动。
所述内部主体包括承载结构支撑件，且所述外部主体不承受负载。所述第一流道配置成使所述流体流入设于所述内排气壁与旋转轴之间的第一腔，且所述第二流道配置成使所述流体从所述第一腔流到位于所述外排气壁与所述涡轮机排气部分的外壳之间的第二腔。所述系统包括所述涡轮机排气部分，所述涡轮机排气部分具有所述内排气壁、所述外排气壁，以及所述外壳。所述第一腔包括轴承组件、润滑通道，或以上两者的组合。所述内排气壁或所述外排气壁包括多个开口，所述开口配置成使所述流体流入所述排气流路。所述多个开口中的每个开口均包括可拆卸的插入物。所述系统包括单个鼓风机，其配置成使所述流体通过所述第一流道和所述第二流道进行循环。
在第二实施例中，一种系统包括涡轮机排气部分，所述涡轮机排气部分包括：排气流路；外部结构，其具有沿着排气流路设置的外排气壁；内部结构，其具有沿着排气流路设置的内排气壁；和设置于内排气壁与涡轮机旋转轴之间的内腔；轴承组件，其设置于内腔中；润滑道，其设置于内腔中；支柱，其在外部结构与内部结构之间延伸，其中所述支柱具有配置成使流体流过内腔的第一流道。
所述内腔包括沿着所述轴承组件设置的第一腔部分、沿着所述润滑通道设置的第二腔部分，及第三腔部分设置成沿着所述内部结构的下游端部分。所述系统包括设置于所述第一腔与所述第三腔之间的第一挡板，以及设置于所述第二腔与所述第三腔之间的第二挡板。所述外部结构包括外壳，以及设置于所述外排气壁与所述外壳之间的外腔，且所述支柱包括配置成使所述流体从所述内腔流到所述外腔的第二流道。
在第三实施例中，一种系统包括涡轮部分和连接到涡轮部分的排气部分。所述排气部分包括：排气流路；外部结构，其具有沿着排气流路设置的外排气壁，外壳，以及设置于外排气壁与外壳之间的外腔；内部结构，其具有沿着排气流道设置的内排气壁和设置于内排气壁与涡轮机旋转轴之间的内腔；第一流道，其配置成使流体流过内腔；以及第二流道，其配置成使所述流体从内腔流向外腔。
所述系统包括在所述内部结构与所述外部结构之间延伸的支柱，其中所述支柱包括所述第一流道和所述第二流道。所述系统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。
附图说明
参照附图来阅读以下具体实施方式后，可更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中：
图1是可采用排气部分冷却的燃气涡轮发动机的一项实施例的示意流程图；
图2是沿纵轴截得的图1燃气涡轮发动机的一项实施例的截面图，所示为多向冷却系统；
图3是沿线3-3截得的图2燃气涡轮发动机的一项实施例的截面图，所示为通过多向冷却系统进行的排气部分冷却；
图4是沿线4-4截得的图3支柱的一项实施例的截面图；
图5是沿线4-4截得的图3支柱的一项实施例的截面图；
图6是沿线4-4截得的图3支柱的一项实施例的截面图；
图7是沿线4-4截得的图3支柱的一项实施例的截面图；
图8是沿线8-8截得的图3支柱和外排气壁的截面图；
图9是沿线9-9截得的图8可插入外排气壁的孔中的可拆卸插入物的一项实施例的截面图；以及
图10是采用排气部分冷却的涡轮机排气部分的一项实施例的正视图。
具体实施方式
本说明书将介绍本发明的一项或多项实施例。为了简要介绍这些实施例，本说明书中可能不会介绍实际实施方案的所有特征。应了解，在任意工程或设计项目中开发任意此类实际实施方案时，均应当做出与实施方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的特定目标，例如，是否要遵守与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实施方案的不同而有所不同。此外，应了解，此类开发可能非常复杂耗时，但无论如何对受益于本揭示案的一般技术人员而言，此类开发仍是常规的设计、建造和制造操作。
在介绍本发明各种实施例的元件时，“一个”和“所述”旨在表示有一个或多个元件。“包括”、“囊括”以及“具有”旨在表示包括性含义，且表示除了所列元件外，可能还有其他元件。
如下文所述，所公开的实施例可对燃气涡轮发动机的排气部分中的各种零部件，例如，轴承、支柱、外部排气机构、内部结构等，进行冷却和清除。例如，某些实施例包括：支持双向气流的支柱，其使单个冷却空气鼓风机能够对轴承进行冷却；以及燃气涡轮发动机的其他排气部分零部件。例如，所述支柱可包括多个单独的流道。在某些实施例中，支柱的第一通道可使冷却流体(例如，空气)从外排气壁流到含有轴承的内部结构，而在冷却流体对轴承和其他排气部分零部件进行冷却之后，第二通道可使所述冷却流体从内部结构流到外排气壁。因此，第一通道和第二通道使冷却流体在相反方向上流动，同时对支柱、内部结构和具有外排气壁的外部结构中的热量进行控制。例如，冷却流体可转移内部结构的轴承、内排气壁和后部中的热量(例如，进行冷却)，同时通过将进入第一通道的相对低温的冷却流体和排出第二通道的相对高温的冷却流体相结合，调整外部结构(例如，外排气壁)的温度。在某些实施例中，冷却流体可从内部结构排到外部结构的排气流中。此外，各种插入物可选择性地安装于内部结构或外部结构的开口中，以对排放量进行控制。例如，所述插入物中的一些可完全阻塞气流，而其他的插入物可减少进入排气流的气流量。
图1为涡轮机系统10的一项实施例的示意流程图，涡轮机系统10具有可采用双向排气部分冷却的燃气涡轮发动机12。例如，系统10可包括位于排气部分支柱中、具有多个单独流率的多向冷却系统11。在某些实施例中，系统10可包括飞机、水运工具、机车、发电系统，或以上项的组合。所示燃气涡轮发动机12包括进气部分16、压缩机18、燃烧室部分20、涡轮机22，以及排气部分24。涡轮机22经由轴26连接到压缩机18。如箭头所示，空气经由进气部分16进入燃气涡轮发动机12，然后流入压缩机18中，在压缩机18中进行压缩后，进入燃烧室部分20。所示燃烧室部分20包括燃烧室外壳28，所述燃烧室外壳28以同心或成环形方式设置成围绕设于压缩机18和涡轮机22之间的轴26。压缩的空气从压缩机18进入燃烧室30中，在所述燃烧室30内，压缩的空气可与燃料混合并燃烧，从而驱动涡轮机22。热燃烧气体从燃烧室部分20流过涡轮机22，从而经由轴26驱动压缩机18。例如，燃烧气体可在涡轮机22内对涡轮机转子叶片施加动力，以使轴26旋转。流过涡轮机22后，热燃烧气体可通过排气部分24从燃气涡轮发动机12中排出。如下文所述，排气部分24可包括多个支柱，每个支柱均具有多向冷却系统11的多个流路。
图2为沿纵轴截得的图1燃气涡轮发动机12的一项实施例的截面图，所示为多向冷却系统11的一项实施例。如上文参考图1所述，空气可通过进气部分16进入燃气涡轮发动机12，并可由压缩机18进行压缩。接着，压缩的空气从压缩机18引入燃烧室部分20，在燃烧室部分20中，压缩的空气可与燃料混合。燃烧部分20包括一个或多个燃烧室30。在某些实施例中，燃气涡轮发动机12可包括设置成环形配置的多个燃烧室30。此外，每个燃烧室30均可包括多个燃料喷嘴32，燃料喷嘴32连接到环形或其他构形中的每个燃烧室30的头端或在所述头端附近。运行时，燃料喷嘴32可将燃料空气混合物以合适的比率注入燃烧室30，从而进行最佳的燃烧、排放、燃料消耗和电力输出。
在燃烧部分20中，燃料空气混合物可燃烧，以产生热的加压燃烧气体。燃烧之后，热的加压燃烧气体可排出燃烧室部分20，接着流过过渡件34、进入涡轮机22。在涡轮机22中，在通过排气部分24作为废气排出之前，加压燃烧气体可使在涡轮机22内径向延伸的叶片36转动，从而使轴26旋转。
排气部分24可包括内部结构38、至少一个支柱40，以及外部结构42。支柱40在外部结构42与内部结构38之间提供支撑。当热燃烧气体排出涡轮机22且轴26旋转时，排气部分24中的零部件会经受高温条件。具体而言，高温条件可对支柱40、内部结构38和外部结构42造成热应力、磨损和/或损坏。因此，多向冷却系统11包括连接到控制器46的鼓风机44，控制器46对通过内部结构38、支柱40和外部结构42的冷却气流进行控制，从而减少对设置于其中的这些零部件和部分所造成的热应力和磨损。
在所述实施例中，支柱40设有外部主体48和内部主体50。如图所示，内部主体50设有第一流道52(例如，内流道)，外部主体48设有多向冷却系统11的第二流道53(例如，外流道)。如下所述，流道52和53彼此分开，从而使冷却流体(例如，空气)的双向流通过支柱40。尽管所示支柱40仅包括两个分开的通道52和53，但支柱40可包括任意数目的分开通道，从而按特定路线将冷却流体(例如，空气)运送到内部结构38、外部结构42以及支柱40中的各种部件，并从所述各种部件中运出所述冷却流体。如图所示，在控制器46的控制下，鼓风机44使冷却空气58吹过外部结构42、通过支柱40(即，内部主体50的通道52)，最终进入内部结构38。冷却空气58在内部结构38中循环，接着通过支柱40的外部主体48排出。通过支柱40流到内部结构38并从内部结构38中流出之后，冷却空气58流入外部结构42，从而排出到排气流路56中。如下详细所述，多向冷却系统11使单个鼓风机44对支柱40进行冷却，同时清除内部结构38中的热量。
此外，在某些实施例中，支柱40的内部主体50为承载结构支撑件，其配置成承受排气部分24的内部结构38与外部结构42之间的大量机械负载，而支柱40的外部主体48并非承载结构支撑件。例如，外部主体48可通过阻止热量进入内部主体50来保护内部主体50。具体而言，外部主体48可用于使冷却空气向外地沿着内部主体50流动，从而使内部主体50与排气部分24的热燃烧气体之间形成热障(thermal barrier)。而且与内部主体50相比，外部主体48对热燃烧气体的热阻可更大。例如，内部主体50的温度界限可比外部主体48低。在某些实施例中，内部主体50的温度界限可比热燃烧气体低，而外部主体48的温度界限实质上可高于热燃烧气体的温度。因此，外部主体48对内部主体50进行热保护，这样，内部主体50能够有效承受排气部分24的内部结构38与外部结构42之间的机械负载。
图3为沿线3-3截得的图2燃气涡轮发动机12的一项实施例的截面图，所示为通过多向冷却系统11进行的排气部分冷却。支柱40的设计使单个鼓风机44可对支柱40和内部结构38进行冷却。如图所示，内部结构38设有内排气壁80、轴承腔82、轴承组件84、润滑剂(例如，油)道86、挡板(例如，套管)88、挡板(例如，圆盘)90、轴承支撑壁92，以及后轴转子腔94。如上所述，鼓风机44使冷却空气吹过支柱40的内部主体50。所述冷却空气以对流方式对内部主体50中的通道52进行冷却，从而可能减少与支柱40中的热应力相关的损坏。
经过支柱40之后，冷却空气58便进入内部结构38。具体而言，冷却空气58经过轴承支撑壁92，然后进入轴承腔82，在轴承腔82中，冷却空气对轴承组件84进行冷却。当轴承组件84的轴承在轴26旋转期间自转时，轴承组件84会产生大量的热。因此，冷却气流以对流方式对轴承组件84进行冷却，从而减少由热造成的过早磨损或损坏。
接触轴承组件84之后，冷却空气58便分成轴向相反的两股气流100和102，如箭头96和98所示。沿轴向96行进的气流100接触挡板(例如，圆盘)90，而挡板90朝向挡板(例如，套筒)88径向引导气流100。套筒88按特定路线沿着润滑通道86轴向运送气流100。如图所示，挡板88和90使气流100沿着润滑通道86进行集中，并对气流100进行限制(例如，进行运送)，从而增强对润滑通道86的对流冷却。排出套筒88之后，气流100沿着位于内部结构38的下游端部分81的内排气壁80流动，从而对下游端部分81进行冷却。同样地，挡板88和90可迫使气流沿着内排气壁80流动，从而增强对壁80的对流冷却。到达支柱40之后，气流100接着穿过外部主体48的通道53，然后进入外部结构42。
不同于气流100，气流102沿着箭头98所示的相反轴向行进。沿着箭头98的方向行进时，气流102经过轴承组件84，接着进入涡轮机后轮空间94。接着，气流102朝向内排气壁80行进，在内排气壁80中，气流102的一部分通过间隙104排到排气路径56中。剩余的气流102返回到支柱40，在支柱40中，气流进入外部主体48，然后在通道53中行进到外部结构42。
外部结构42包括外排气壁106和外壳108，从而在这两者中间形成外腔110(例如，环形空间)。空气100和102排出支柱40后，在排到排气流路56中之前便进入外腔110，以对外部结构42的温度进行控制。例如，空气100和102通过外排气壁106中的孔112排到排气流路56中。在某些实施例中，内排气壁80也可包括孔112，用于将气流排到排气流路56中。如图所示，外部结构42包括冷气流58以及热气流100和102，所述冷气流与热气流彼此分开。这两种气流可经调整以对外部结构42中的温度进行控制。例如，这两种气流的比率可通过以下方式进行调整：改变通道52和53的大小、改变内排气壁80和外排气壁106中的孔112的数目和大小，等等。
图4为沿线4-4截得的图3支柱40的一项实施例的截面图。如上文所述，支柱40包括设置成围绕内部主体50的外部主体48。如图所示，外部主体48设有通道53、前缘54以及后缘55，而内部主体48包括通道52。在此实施例中，外部主体48具有椭圆形状(例如，机翼形)，而内部主体50具有矩形形状。在其他实施例中，内部主体48和外部主体50可具有其他形状，例如，矩形套矩形、机翼形套机翼形、椭圆形套椭圆形等等。除了形状之外，内部主体48和外部主体50设置成一个在另一个的内部，这样，通道52和53以一个在另一个内部的方式(例如，同轴)隔离。两个通道52和54可为内部结构38与外部结构42之间提供双向气流。例如，通道52可将气流从外部结构42向内引导到内部结构38，而通道53将气流从内部结构38引导到外部结构42，反之亦然。然而，在以下一项实施例中：通道52中为较冷气流且通道53中为较热气流，从而可减小支柱40的外部主体48与排气部分56中的废气之间的温差，从而减少支柱40中的热应力。在某些实施例中，通道52和53各自可配置成按特定路线将空气运送到内部结构38中的特定区。在任一项实施例中，支柱40中的通道52和53均使单个鼓风机44对支柱40、内部结构38和外部结构42进行冷却。内部结构38中，气流可在排到排气机构之前引导到各个区域，从而增强对流冷却。
图5为沿线4-4截得的图3支柱40的一项实施例的截面图。支柱40设有设置成围绕内部主体142的外部主体140(例如，同轴)。外部主体140设有通道143、前缘144和后缘145。外部主体140可形成为任意数目种形状，例如，椭圆形、机翼形、泪珠形、矩形、正方形、圆形或通常为长条形。外部主体140收纳内部主体142，内部主体142的大小比外部主体140小，从而形成一个通道143。如图所示，通道143由壁150进行分隔，以形成通道146和148。在其他实施例中，通道143可进一步由壁150进行分隔，以形成任意数目个通道(例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多通道)。类似于外部主体140，内部主体142可形成为任意数目种形状，例如，椭圆形、机翼形、泪珠形、矩形、正方形、圆形或通常为长条形。尽管所示内部主体142包括单个通道152，但内部主体142可包括任意数目个通道(例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多通道)。如上所述，通道146、148和152均使单个鼓风机44吹出冷却空气，以对支柱40和内部结构38进行冷却，同时清除内部结构38中的热空气。此外，多个通道可使专用冷却剂流(例如，气流)流到排气部分24的内部结构38的特定区、和/或从所述特定区流出。例如，专用气流可按特定路线运送到轴承组件84、内部结构38的下游端部分81，或涡轮机后轴空间94/从前述机构中运送出。
图6为沿线4-4截得的图3支柱40的一项实施例的截面图。支柱40设有设置成围绕内部主体172的外部主体170。外部主体170设有通道173、前缘174和后缘175。外部主体170可形成为任意数目种形状，包括椭圆形、机翼形、泪珠形、矩形、正方形、圆形或通常为长条形，且外部主体170包括通道173。外部主体170将内部主体172收纳于通道173内。如图所示，内部主体172设有由壁180分开的两个通道176和178。在其他实施例中，更多的壁180可在内部主体172中形成额外的通道(例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多通道)。类似于外部主体170，内部主体172可形成为任意数目种形状，例如，椭圆形、机翼形、泪珠形、矩形、正方形、圆形或通常为长条形。如上所述，通道174、176和178均使单个鼓风机吹出冷却空气，以对支柱40和内部结构38进行冷却，同时清除内部结构38中的热空气。此外，多个通道可使专用冷却剂流(例如，气流)流到排气部分24的内部结构38的特定区和/或从所述特定区流出。例如，专用气流可按特定路线运送到轴承组件84、内部结构38的下游端部分81，或涡轮机后轴空间94/从所述机构中运送出。
图7为沿线4-4截得的图3支柱40的一项实施例的截面图。支柱40包括外部主体190、空心内部191和内部支撑梁192(例如，I形梁)。外部主体190可形成为任意数目种形状，例如，椭圆形、机翼形、泪珠形、矩形、正方形、圆形或通常为长条形。支撑梁192将外部主体190分成两个通道194和196。在其他实施例中，多个支撑梁192可将外部主体190分成任意数目个通道(例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或更多通道)。外部主体190还可包括前缘198和后缘200。通道194和196均使单个鼓风机44吹出冷却空气，以对支柱40和内部结构38进行冷却，同时清除内部结构38中的热空气。具体而言，冷却空气可经过通道194或196进入内部结构38，从而对支柱40和内部结构38进行冷却。对内部结构38进行冷却之后，所述空气接着可通过相对的通道194或196清除。在某些实施例中，冷却供应气流可沿着前缘198通过通道194，而热返回(清除)气流可沿着后缘200通过通道196。这样，较冷供应气流可集中于支柱140的较热的前缘198上，从而改进支柱40中的冷却分布和温度分布。
图8为沿线8-8截得的图3支柱40和外排气壁106的截面图，所示为排放孔112。如上所述，将冷却空气从内部结构38中清除，在内部结构38中，冷却空气流过支柱40中的通道53、流到具有壁106的外部结构42。在外部结构42中，气流穿过外腔110，接着经由孔112排到排气流路56中。如图所示，孔112为圆形且布置成行。在其他实施例中，孔112可形成不同形状(例如，正方形、三角形、矩形、椭圆形、长条形、多边形，或十字形)，且可布置成其他图案(例如，交错式图案、圆形图案、矩形图案，或随机图案)。此外，孔112的大小可根据其位置而变化。例如，孔112的直径可随着离开支柱40的距离而逐渐变化(例如，增加或减少)。在某些实施例中，孔112可布置成组(例如，1个到100个孔112)，所述组彼此隔开。此外，孔112可相对于涡轮发动机12的旋转轴布置成约0度到180度。例如，孔112可相对于所述轴成以下度数的角：15度、30度、45度、60度、75度、90度、105度、120度、135度、150度或165度。
图9为可拆卸插入物202、204和206的截面图，所述可拆卸插入物可插入图8中如线9-9所示的一个或多个孔112。如图所示，每个孔112可选择性地收纳多种插入物，例如，插入物202、204和206。插入物202、204和206可有助于对通过外排气壁106的孔112进入图3排气流路56的空气的量进行控制。例如，每个孔对孔112的限制可不同。因此，多种不同的插入物可连接到孔112，以对通过壁106的流分布进行控制，从而对壁106中的温度分布进行控制。
如图所示，插入物202包括主体部分208、边缘部分210和孔212。主体部分208配合于孔112中，而边缘部分210放置在外排气壁106的内表面214或外表面216上。主体部分208可通过(过盈配合、螺纹、焊接件、螺栓或另一紧固件)连接到壁106。如图所示，孔212具有比孔112的直径220小的直径218。因此，插入后，插入物202将减少孔112的大小，从而限制进入排气流路56中的气流。类似于插入物202，插入物204包括主体部分222和边缘部分224。主体部分222配合于孔220中，而边缘部分224接触外排气壁106的内表面214或外表面216。如图所示，插入物204不包括孔，因此可填充整个孔112，从而阻止冷却空气排到排气流路56中。同样地，插入物206包括主体部分226、边缘部分228和孔230。主体部分226配合于孔112中，而边缘228放置在外排气壁106的内表面214或外表面216上。如图所示，孔230具有直径232，直径232比孔112的直径220小但比插入物202的直径218大。因此，插入后，插入物206将减少孔112的大小，从而限制进入排气流路56中的气流，所限制的气流量少于插入物202所限制的气流量。
尽管所述实施例仅包括三个插入物202、204和206，但涡轮发动机12中可采用任意数目具有不同限制孔的插入物。这些插入物202、204和206对通过壁106并进入排气流路56的气流的量和分布进行控制。例如，插入物202、204和206可用于不同孔112中，从而以更均匀的方式对外部结构42的冷却进行控制。因此，选择性地使用这些插入物202、204和206可减少外部结构42中的温度梯度和热应力。
图10为燃气涡轮发动机12中具有冷却支柱252和254的排气部分250的截面正视图。排气部分250包括冷却支柱252和254、外壳256、外排气壁258、鼓风机260、控制器262、内部结构264、轴承组件266，以及线268。如图所示，控制器262对鼓风机260进行控制，以将冷却空气270吹过支柱252。当冷却空气270朝向内部结构264流动时，冷却空气270对支柱252进行冷却。在内部结构264中，冷却空气270对轴承组件266进行冷却。例如，冷却空气270可流过轴承外壳272，以对轴承274进行冷却。对轴承274进行冷却之后，空气270接着通过支柱254排出内部结构264。支柱254按特定路线将空气270运送到外壳256与外排气壁258之间的外腔276中。
当空气270流过外腔276时，空气270可对外排气壁258的温度进行控制(例如，对其进行冷却)，并经由孔278排到排气流路280中。如上所述，插入物可放置于孔278内，以对排出外腔276并进入排气流路280的气流的量和分布进行控制。因此，排气部分250使单个鼓风机262对内部轴承274以及支柱252和254进行冷却。
本发明的技术效果包括能够使用单个鼓风机对涡轮机排气部分的多个零部件进行冷却。具体而言，所公开的各实施例能够使用单个鼓风机对涡轮机排气部分的内部结构的支柱、轴承和其他部分进行冷却。例如，支柱可经配置成具有一个或多个通道，以将气流引导到内部结构并从内部结构中引出，从而同时对支柱、轴承等进行冷却。在一项实施例中，每个支柱包括至少两个通道，以在相反方向上将气流引导到内部结构并从内部结构中引出。在另一项实施例中，一个支柱可包括至少一个通道，以按特定路线将空气运送到内部结构，而另一个支柱可包括至少一个通道，以将空气从内部结构中引出。
本说明书使用了各种实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统、并实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种系统，其包括：
配置成提供双向气流的涡轮机排气支柱，其中所述涡轮机排气支柱包括：
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体沿着第一方向在涡轮机排气部分的内排气壁与外排气壁之间流动；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体沿着第二方向在所述涡轮机排气部分的所述内排气壁与所述外排气壁之间流动，其中所述第一方向与所述第二方向彼此相反。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述涡轮机排气支柱的所述第一部分包括具有所述第一流道的内部主体，且所述涡轮机排气支柱的所述第二部分包括具有所述第二流道的外部主体，其中所述外部主体围绕所述内部主体。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一流向为从所述外排气壁到所述内排气壁的方向，且所述第二流向为从所述内排气壁到所述外排气壁的方向。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一流向为从所述内排气壁到所述外排气壁的方向，且所述第二流向为从所述外排气壁到所述内排气壁的方向。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述内部主体包括与所述第一流道分开的第三流道，且所述第三流道配置成使所述流体沿着所述第一方向或所述第二方向进行流动。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述外部主体包括与所述第二流道分开的第四流道，且所述第四流道配置成使所述流体沿着所述第一方向或所述第二方向进行流动。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述内部主体包括承载结构支撑件，且所述外部主体不承受负载。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一流道配置成使所述流体流入设于所述内排气壁与旋转轴之间的第一腔，且所述第二流道配置成使所述流体从所述第一腔流到位于所述外排气壁与所述涡轮机排气部分的外壳之间的第二腔。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述涡轮机排气部分，所述涡轮机排气部分具有所述内排气壁、所述外排气壁，以及所述外壳。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一腔包括轴承组件、润滑通道，或以上两者的组合。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述内排气壁或所述外排气壁包括多个开口，所述开口配置成使所述流体流入所述排气流路。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述多个开口中的每个开口均包括可拆卸的插入物。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统包括单个鼓风机，其配置成使所述流体通过所述第一流道和所述第二流道进行循环。
14.一种系统，其包括：
涡轮机排气部分，其包括：
排气流路；
外部结构，其包括沿着所述外排气流路设置的外排气壁；
内部结构，其包括沿着所述排气流路设置的内排气壁，以及设置于所述内排气壁与涡轮机的旋转轴之间的内腔；
轴承组件，其设置于所述内腔中；
润滑通道，其设置于所述内腔中；以及
支柱，其在所述外部结构与所述内部结构之间延伸，其中所述支柱包括配置成使流体流过所述内腔的第一流道。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述内腔包括沿着所述轴承组件设置的第一腔部分、沿着所述润滑通道设置的第二腔部分，及第三腔部分设置成沿着所述内部结构的下游端部分。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述系统包括设置于所述第一腔与所述第三腔之间的第一挡板，以及设置于所述第二腔与所述第三腔之间的第二挡板。
17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述外部结构包括外壳，以及设置于所述外排气壁与所述外壳之间的外腔，且所述支柱包括配置成使所述流体从所述内腔流到所述外腔的第二流道。
18.一种系统，其包括：
涡轮部分，以及连接到所述涡轮部分的排气部分，所述排气部分包括：
排气流路；
外部结构，其包括沿着所述排气流路设置的外排气壁、外壳，以及设置于所述外排气壁与所述外壳之间的外腔；
内部结构，其包括沿着所述排气流路设置的内排气壁，以及设置于所述内排气壁与涡轮机的旋转轴之间的内腔；
第一流道，其配置成使流体通过所述内腔；以及
第二流道，其配置成使所述流体从所述内腔流到所述外腔。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统包括在所述内部结构与所述外部结构之间延伸的支柱，其中所述支柱包括所述第一流道和所述第二流道。
20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统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。
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