CN103321692A

CN103321692A - 隔热装置

Info

Publication number: CN103321692A
Application number: CN2013100906007A
Authority: CN
Inventors: D.E.弗洛伊德; D.M.约翰逊
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co PLC
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-20
Also published as: JP2013194737A; US9121301B2; EP2642082B1; CN103321692B; JP6087182B2; RU2013112114A; EP2642082A1; US20130251515A1

Abstract

本发明公开一种隔热装置。所述隔热装置包括：环形外壳，所述环形外壳围绕着涡轮机桨叶级并且在其朝内表面上设有环形凹口；环形护罩，所述环形护罩设置在所述外壳内，以围绕所述涡轮机桨叶级的旋转桨叶尖提供预定间隙，所述护罩包括环形主部件和环形法兰，所述环形法兰从所述主部件的朝外表面延伸并且尺寸适合安装在所述凹口内；以及由多孔材料形成的热障，所述热障插在所述外壳与所述凹口内所述法兰的相对表面之间。

Description

隔热装置

背景技术

本发明涉及隔热装置。

技术领域

在燃气涡轮发动机中，工作流体被引导到涡轮机中，在该涡轮机中，工作流体的能量转化为机械能以用于发电。该过程可以这样实现：让工作流体气动地与涡轮机各级中的可旋转涡轮桨叶相互作用，使得每一级中的涡轮桨叶围绕着连接到发电机的转子旋转。通常，旋转的桨叶封装在具有护罩的涡轮机外壳中，该护罩围绕着旋转的桨叶尖端形成间隙。由于工作流体通常处于高温并且外壳和护罩暴露在工作流体中，因此在涡轮机操作过程中外壳和护罩通常发生热膨胀。该膨胀会导致损坏和效率下降。因此，控制外壳与护罩之间的热流通常是很重要的。

先前，此控制要求对护罩进行机械加工，这是一个耗时的过程，而且不能确保均匀的热边界条件并且通常不能提高护罩对加热和冷却的灵敏度。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种隔热装置，其包括：环形外壳，所述环形外壳围绕着涡轮机桨叶级并且在其朝内表面上设有环形凹口；环形护罩，所述环形护罩设置在所述外壳内，以围绕着涡轮机桨叶级中旋转的桨叶尖端形成预定间隙，所述护罩包括环形主部件和环形法兰，所述环形法兰从所述主部件的朝外表面延伸出去并且经尺寸设计以适合容纳在所述凹口内；以及由多孔材料形成的热障，所述热障插入所述外壳与所述凹口内法兰两者的相对表面之间。

根据本发明的另一方面，提供一种隔热装置，其包括：环形外壳，所述环形外壳围绕着涡轮机桨叶级并且在其朝内表面上设有环形凹口；环形护罩，所述环形护罩设置在所述外壳内，以围绕着涡轮机桨叶级中旋转的桨叶尖端形成预定间隙，所述护罩包括环形主部件和环形法兰，所述环形法兰从所述主部件的朝外表面延伸出去并且经尺寸设计以适合容纳在所述凹口内；以及由多孔材料形成的离散热障阵列（array of discrete thermal barriers），所述离散热障阵列中的每一者都连接到所述法兰，从而插入所述外壳与所述凹口内法兰两者的相对表面之间。

根据本发明的又一方面，提供一种隔热装置，其包括：环形外壳，所述环形外壳围绕着涡轮机桨叶级并且在其朝内表面上设有环形凹口；环形护罩，所述环形护罩设置在所述外壳内，以围绕着涡轮机桨叶级中旋转的桨叶尖端形成预定间隙，所述护罩包括环形主部件和环形法兰，所述环形法兰从所述主部件的朝外表面延伸出去并且经尺寸设计以适合容纳在所述凹口内；以及由多孔材料形成的第一热障环和第二热障环，所述热障环各自连接到所述外壳，从而插入所述外壳与所述凹口内法兰两者的相对表面之间。

通过以下结合附图进行的说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。

附图说明

本说明书中的权利要求书详细指出并明确主张了本发明。通过以下结合附图进行的详细说明可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中：

图1是根据实施例的隔热装置的透视图；

图2是图1中的隔热装置的护罩的透视图；

图3是根据替代性实施例的隔热装置的透视图；以及

图4是图3中的隔热装置的外壳的透视图。

具体实施方式参考附图并通过实例来介绍本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

参考图1到图4，本发明提供一种隔热装置10，其包括环形外壳20、环形护罩30以及热障（thermal barrier）40。外壳20可以经设置以围绕着例如燃气涡轮发动机的涡轮部分中的涡轮机桨叶级，并且在其朝内表面22上形成环形凹口21。护罩30可以设置在外壳20内，以围绕着涡轮机桨叶级中旋转的桨叶尖端形成预定间隙，所述护罩包括：具有朝外表面32的环形主部件31；以及环形法兰33。法兰33从主部件31的朝外表面32径向向外延伸，并且经尺寸设计以适合容纳在凹口21内。热障40由多孔材料形成并且可以插入外壳20与凹口21内法兰33两者的相对表面之间。

根据某些实施例，如图1和图3中所示，凹口21可以具有内径向部分210和外径向部分211，所述内径向部分具有第一轴向长度，所述外径向部分具有第二径向长度，所述第二径向长度大于第一径向长度。类似地，如图2和图4所示，法兰33可以具有T形截面，所述T形截面经尺寸设计和经成形以适合容纳在凹口21内。在该配置中，可以放置热障40的相对表面包括：外壳20和罩壳30中法角（normalangles）沿着径向尺寸定向的相对表面、以及外壳20和罩壳30中法角沿着轴向尺寸定向的相对表面。

应理解，除了本说明书中描述的仅作为实例的形状和大小，凹口21和法兰33还可以具有其他形状和大小。例如，法兰33可以是笔直的部件或L形部件，而凹口21具有相应的形状。在一些实施例中，凹口21的形状可以与法兰33不同。例如，凹口21的形状在几何学上可以比法兰33的形状更为复杂。

如下文将描述，热障40可以连接到，更确切地说，用钎焊（braze）连接到护罩30和外壳20中的一者。在任一情况下，热障40的材料的热膨胀系数（CTE）都可能基本上类似于护罩30和外壳20中一者的材料的。根据某些实施例，热障40的材料可以是镍基超合金和陶瓷以及/或者其他类似材料中的一者或多者。

参考图1和图2，热障40可以包括离散热障60的阵列50。每个离散热障60由多孔材料形成并且连接到（即，用钎焊连接到）法兰33，使得每个离散热障60因此插入外壳20与凹口21内法兰33两者的相对表面之间。如上文提及，凹口21可以具有内径向部分210和外径向部分211，法兰33可以具有T形截面。在图1和图2所示的实施例中，离散热障60的阵列50包括第一组61、第二组62、第三组63和第四组64离散热障60。第一组61的离散热障60经布置以沿着法兰33中径向面向外的前翼面331具有基本上均匀的间隔。第二组62的离散热障60经布置以沿着法兰33中径向面向内的前翼面332具有基本上均匀的间隔。第三组63的离散热障60经布置以沿着法兰33中径向面向外的后翼面333具有基本上均匀的间隔。第四组64的离散热障60经布置以沿着法兰33中径向面向内的后翼面334具有基本上均匀的间隔。第一组61和第三组63的离散热障60可以分别关于第二组62和第四组64的离散热障在周向上交错排列，以促进交界表面（interfacing surfaces）的机械接触。上述配置在离散热障60之间形成间隙。这些间隙增加了流动面积，从而减少隔热装置10的总传热系数。

外壳20可以进一步在内径向部分210处沿着外壳20中的径向定位壁形成凹槽70。这样，环71可以在内径向部分210处沿着钎焊凹槽70连接到外壳20。环71可以由多孔材料形成，该材料可以在内径向部分210处沿着铜焊凹槽70用铜焊连接到外壳20。或者，环71可以由任何密封材料形成，并且无需用钎焊连接到外壳20。在该配置中，离散热障60在径向上阻碍从护罩30到外壳20的热流以及从外壳20到护罩30的热流，而环71在轴向上阻碍从护罩30到外壳20的热流以及从外壳20到护罩30的热流，从而实现基本上均匀的热边界条件。

参考图3和图4，隔热装置10可以提供在替代性实施例中，这将在下文中详细描述。这些替代性实施例包括类似于上文详细描述的图1和图2中特征的若干特征。这些特征无需再次描述。

如图3和图4所示，所提供的热障40是一对环形环80，所述环形环包括第一热障环90和第二热障环91。第一热障环90环形地延伸通过外壳20并且设置在凹口21的环形前部分中，使得第一热障环90围绕法兰33的前翼335。类似地，第二热障环91环形地延伸通过外壳20并且设置在凹口21的环形后部分中，使得第二热障环91围绕法兰33的后翼336。第一热障环90和第二热障环91均由多孔材料形成，并且可以各自连接到（即，用钎焊连接到）外壳20。因此，该对环形环80插入外壳20与凹口21内法兰33两者的相对表面之间。在该配置中，该对环形环80可以经配置以在径向和轴向上阻碍从护罩30到外壳20的热流以及从外壳20到护罩30的热流，从而实现基本上均匀的热边界条件。

尽管仅结合了有限数目的实施例来详细描述本发明，但容易理解，本发明并不限于所揭示的此类实施例。相反，本发明可以经修改以涵盖之前并未描述、但与本发明的精神和范围相符合的任意数目的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可以仅包括所述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应视为受前述说明的限制，而是仅受所附权利要求书的范围的限制。

Claims

1.一种隔热装置，其包括：

环形外壳，所述环形外壳围绕涡轮机桨叶级、并且在其朝内表面上设有环形凹口；

环形护罩，所述环形护罩设置在所述外壳内，以围绕所述涡轮机桨叶级的旋转桨叶尖提供预定间隙，所述护罩包括环形主部件和环形法兰，所述环形法兰从所述主部件的朝外表面延伸、并且其尺寸适合安装在所述凹口内；以及

由多孔材料形成的热障，所述热障插在所述外壳与所述凹口内所述法兰的相对表面之间。

2.根据权利要求1所述的隔热装置，其中所述凹口具有内径向部分和外径向部分，所述内径向部分具有第一轴向长度，所述外径向部分具有第二径向长度，所述第二径向长度大于所述第一径向长度。

3.根据权利要求2所述的隔热装置，其中所述法兰具有T形截面。

4.根据权利要求1所述的隔热装置，其中所述相对表面包括：

所述外壳和所述罩壳的、法角沿着径向尺寸定向的表面；以及

所述外壳和所述罩壳的、法角沿着轴向尺寸定向的表面。

5.根据权利要求1所述的隔热装置，其中所述热障连接到所述护罩和所述外壳中的一者。

6.根据权利要求5所述的隔热装置，其中所述热障的材料的热膨胀系数（CTE）基本上等于所述护罩和所述外壳中一者的材料的热膨胀系数。

7.根据权利要求5所述的隔热装置，其中所述热障的材料用钎焊连接到所述护罩和所述外壳中的所述一者。

8.根据权利要求1所述的隔热装置，其中所述热障的材料包括镍基超合金和陶瓷中的一者。

9.一种隔热装置，其包括：

由多孔材料形成的离散热障阵列，所述离散热障阵列中的每一者都连接到所述法兰，从而插在所述外壳与所述凹口内所述法兰的相对表面之间。

10.根据权利要求9所述的隔热装置，其中所述凹口具有内径向部分和外径向部分，所述内径向部分具有第一轴向长度，所述外径向部分具有第二径向长度，所述第二径向长度大于所述第一径向长度。

11.根据权利要求10所述的隔热装置，其中所述法兰具有T形截面。

12.根据权利要求10所述的隔热装置，其中所述离散热障阵列包括：

第一组离散热障，所述第一组离散热障经布置以沿着所述法兰的径向朝外前翼面具有基本上均匀的间隔；

第二组离散热障，所述第二组离散热障经布置以沿着所述法兰的径向朝内前翼面具有基本上均匀的间隔；

第三组离散热障，所述第三组离散热障经布置以沿着所述法兰的径向朝外后翼面具有基本上均匀的间隔；以及

第四组离散热障，所述第四组离散热障经布置以沿着所述法兰的径向朝内后翼面具有基本上均匀的间隔。

13.根据权利要求12所述的隔热装置，其中所述第一组和第三组离散热障分别相对于所述第二组和第四组离散热障在周向上交错排列。

14.根据权利要求12所述的隔热装置，进一步包括在所述内径向部分处连接到所述外壳的环。

15.根据权利要求9所述的隔热装置，其中离散热障材料包括镍基超合金和陶瓷中的一者。

16.一种隔热装置，其包括：

环形外壳，所述环形外壳围绕涡轮机桨叶级并且在其朝内表面上设有环形凹口；

由多孔材料形成的第一热障环和第二热障环，所述热障环各自连接到所述外壳，从而插在所述外壳与所述凹口内所述法兰的相对表面之间。

17.根据权利要求16所述的隔热装置，其中所述凹口具有内径向部分和外径向部分，所述内径向部分具有第一轴向长度，所述外径向部分具有第二径向长度，所述第二径向长度大于所述一径向长度。

18.根据权利要求17所述的隔热装置，其中所述法兰具有T形截面。

19.根据权利要求17所述的隔热装置，其中所述第一热障环包括可设置成围绕所述法兰的前翼的环部件，并且所述第二热障环包括可设置成围绕所述法兰的后翼的环部件。

20.根据权利要求16所述的隔热装置，其中所述第一热障环和所述第二热障环的材料包括镍基超合金和陶瓷中的一者。