包括进入亚环境空腔中的排气的燃气轮机外壳主动环境冷却

摘要

一种燃气轮机发动机包括外壳和排气通路，排气通路限定在外壳内，以引导来自所述燃气轮机发动机的涡轮部分的排气流。冷却通道与外壳的外表面相关联，冷却通道具有通道入口和通道出口。提供气管结构，其包括入口端和出口端，入口端与通道出口流体连通，出口端与相对于所述气管结构的入口端的减少的压力区域流体连通。出口空腔位于气管结构出口端，其中，出口空腔在出口端实现了减少的压力，以把空气从冷却通道抽吸进气管中。

权利要求

1.一种燃气轮机发动机，包括：

外壳，限定出中心纵向轴线，所述外壳的外表面绕所述中心纵向轴线周向地延伸；

排气通路，限定在所述外壳内，以引导来自所述燃气轮机发动机的涡轮部分的排气流；

冷却通道，与所述外壳的外表面相关联，所述冷却通道具有冷却入口和冷却出口；

气管结构，包括入口端和出口端，所述入口端与所述冷却通道的冷却出口流体连通，所述出口端与相对于所述气管结构的入口端的减少的压力区域流体连通；以及位于所述气管结构的出口端的出口空腔，所述出口空腔在所述出口端实现减少的压力，以将环境空气从所述冷却通道抽吸进所述气管结构，其中，所述冷却通道限定在外壳的外表面和支撑在所述外壳上的板结构之间，环境空气通过所述板结构，进入所述冷却通道。

2.如权利要求1所述的燃气轮机发动机，其中，所述气管结构包括一通路，所述通路从所述外壳的内表面延伸到所述出口空腔的位于所述排气通路的径向内部的位置。

3.如权利要求2所述的燃气轮机发动机，包括从所述外壳的内表面径向向内延伸的支柱，所述气管结构由辐射遮蔽件限定，所述辐射遮蔽件在所述支柱周围延伸，并附接到所述外壳的内表面。

4.如权利要求3所述的燃气轮机发动机，包括穿过所述外壳的开口，所述开口限定出冷却通道出口，以将环境空气从所述外壳的外表面引导至所述气管结构。

5.如权利要求4所述的燃气轮机发动机，其中，所述板结构包括位于间隔开的周向位置的多个板部分，所述多个板部分具有限定在相邻板部分之间的轴向延伸的间隙，所述间隙允许环境空气进入冷却通道。

6.如权利要求1所述的燃气轮机发动机，包括穿过所述外壳的开口，所述开口限定出冷却通道出口，以将环境空气从所述外壳的外表面引导到所述气管结构。

7.如权利要求1所述的燃气轮机发动机，包括用于控制外壳的温度的热障/冷却系统，所述热障/冷却系统包括：内部绝缘层，支撑在所述外壳的与所述外壳的外表面相对的内表面上，所述内部绝缘层沿所述外壳的内表面周向地延伸，并针对来自位于所述外壳径向内部的排气通路的辐射能量提供耐热性；以及所述冷却通道由所述板结构限定，所述板结构与所述外壳的外表面径向间隔开，并绕所述外壳的外表面的圆周延伸，所述冷却通道大致与所述内部绝缘层轴向对准，并形成用于冷却所述外壳的外表面的环境空气的流路。

8.如权利要求7所述的燃气轮机发动机，包括外部绝缘层，所述外部绝缘层支撑在所述板结构上，并覆盖所述板结构。

9.如权利要求7所述的燃气轮机发动机，其中，所述外壳包括涡轮排气壳体，并包括排气扩压器，所述排气扩压器在所述内部绝缘层的轴向位置处限定出所述排气通路。

10.一种包含排气部分的燃气轮机发动机，包括：

外壳，限定出中心纵向轴线，外壳外部表面绕所述中心纵向轴线周向地延伸；

排气管道，位于所述外壳内，并限定在外管壁和内管壁之间，所述排气管道限定出一通路，所述通路用于离开所述燃气轮机发动机的涡轮部分的热排气；

后轴承罩，位于所述内管壁的径向内部；

支柱，从所述外壳延伸到所述后轴承罩；

遮蔽结构，围绕所述支柱，以保护所述支柱免受排气的影响；

空气开口，穿过所述外壳外部表面形成，所述空气开口与在所述支柱和所述遮蔽结构的一部分之间延伸的径向通路流体连通；以及盘空腔，邻近涡轮部分级，并与所述径向通路流体连通，所述盘空腔处的压力小于所述燃气轮机发动机外部的环境空气压力，以使环境空气流过所述空气开口而进入所述盘空腔，其中，冷却通道限定在所述外壳外部表面和支撑在所述外壳上的板结构之间，进入所述空气开口的环境空气通过所述板结构，并进入所述冷却通道。

11.如权利要求10所述的燃气轮机发动机，其中，所述遮蔽结构包括围绕所述支柱的支柱遮蔽件以及位于所述支柱遮蔽件和所述支柱之间的辐射遮蔽件。

12.如权利要求11所述的燃气轮机发动机，其中，所述径向通路由所述辐射遮蔽件的内部表面和所述支柱的外部表面限定。

13.如权利要求12所述的燃气轮机发动机，其中，所述辐射遮蔽件延伸穿过限定在所述外管壁和所述外壳之间的环形空间。

14.如权利要求13所述的燃气轮机发动机，其中，所述辐射遮蔽件包括径向外端，所述径向外端附接到所述外壳的内部表面，并围绕所述空气开口。

15.如权利要求10所述的燃气轮机发动机，包括隧道空腔，所述隧道空腔限定在所述内管壁的径向内部，并位于所述盘空腔的下游，在所述环境空气进入所述盘空腔之前，所述隧道空腔接收所述环境空气。

16.如权利要求10所述的燃气轮机发动机，其中，所述冷却通道绕所述外壳周向地延伸，所述板结构包括位于间隔开的周向位置处的多个板部分，所述板部分具有限定在相邻板部分之间的轴向延伸的间隙，所述间隙允许环境空气进入冷却通道。

说明书

包括进入亚环境空腔中的排气的燃气轮机外壳主动环境冷却

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请是于2011年11月8日提交的美国专利申请No.13/314311的部分继续申请，并要求其优先权，该美国专利申请的全部内容作为引用并入本文。

技术领域

[0003] 本发明涉及燃气轮机发动机，更具体地说，涉及提供热防护以限制燃气轮机发动机的外壳的加热的结构。

背景技术

[0004] 燃气轮机发动机通常包括压缩器部分、燃烧器部分、涡轮部分和排气部分。在操作时，压缩器部分可接纳环境空气并压缩环境空气。来自压缩器部分的压缩空气进入燃烧器部分中的一个或多个燃烧器。压缩空气在燃烧器中与燃料混合，空气燃料混合物在燃烧器中燃烧以形成热工作气体。热工作气体传送到涡轮部分，在涡轮部分，热工作气体膨胀通过交替的静止翼面和旋转翼面排，并用于产生驱动转子的功率。然后，离开涡轮部分的膨胀气体经由排气部分从发动机排出。

[0005] 在典型的燃气轮机发动机中，包括从压缩器的一个或多个级获得的压缩空气的一部分的放气可充当冷却空气，以冷却涡轮部分的部件。额外的放气还可供应到排气部分的各部，以比如冷却排气部分的各部，并经由在发动机外壳内提供的强制对流气流维持涡轮排气壳体于预定温度。燃气轮机发动机技术的发展已导致增加的温度和由热膨胀引起的相关外壳变形。壳体变形可增加壳体和支撑在发动机壳体上的部件(比如轴承支撑柱)中的应力。额外应力(与低循环疲劳结合操作)可导致轴承支撑柱(安装到壳体以支撑排气端轴承罩)的裂纹、破裂或故障。

发明内容

[0006] 根据本发明的一方面，提供了一种燃气轮机发动机，包括限定出中心纵向轴线的外壳，外壳表面绕中心纵向轴线周向地延伸。排气通路限定在外壳内，以引导来自燃气轮机发动机的涡轮部分的排气流。冷却通道与外壳的外表面相关联，冷却通道具有通道入口和通道出口。提供了气管结构，其包括与通道出口流体连通的入口端和与相对于气管结构入口端为减少的压力区域流体连通的出口端。出口空腔位于气管结构出口端，其中，出口空腔在出口端处实现减少的压力，以将空气从冷却通道抽吸进气管中。

[0007] 气管结构可包括从外壳内表面延伸到出口空腔的位于排气通路径向内部的位置的通路。

[0008] 支柱可从外壳内表面径向向内延伸，气管结构可由辐射遮蔽件限定，辐射遮蔽件绕支柱延伸，并附接到外壳的内表面。

[0009] 穿过外壳的开口可限定出冷却通道出口，以将环境空气从外壳的外表面引导到气管结构。

[0010] 冷却通道可限定在外壳外部表面和支撑在外壳上的板结构之间，环境空气可穿过板结构，进入冷却通道。

[0011] 板结构可包括位于间隔的周向位置处的多个板部分，多个板部分具有限定在相邻板部分之间的轴向延伸间隙，其中，间隙允许环境空气进入通道部分中。

[0012] 开口可设置穿过外壳，以限定出冷却通道出口，以将环境空气从外壳的外表面引导至气管结构。

[0013] 可提供热障/冷却系统以控制外壳的温度，热障/冷却系统包括：

[0014] 内部绝缘层，支撑在外壳的与外壳外表面相对的内表面上，内部绝缘层沿外壳的内表面周向地延伸，并针对从位于外壳径向内部的排气通路辐射出的能量提供耐热性；以及

[0015] 冷却通道，由与外壳的外表面径向间隔开的板结构限定，并绕外壳的外表面的圆周延伸，对流冷却通道大致与内部绝缘层轴向对准，并形成用于冷却外壳的外表面的环境气流的流路。

[0016] 外部绝缘层可支撑在板结构上，并覆盖板结构。

[0017] 外壳可包括涡轮排气壳体，并可包含在内部绝缘层的轴向位置处限定出排气通路的排气扩压器。

[0018] 根据本发明的另一方面，提供一种燃气轮机发动机，其包括排气部分，排气部分包括限定出中心纵向轴线的外壳，外壳外部表面绕中心纵向轴线周向地延伸。排气管道位于外壳内，并限定在外管壁和内管壁之间，排气管道限定出用于离开燃气轮机发动机的涡轮部分的热排气的通路。后轴承罩位于内管壁的径向内部，支柱从外壳延伸到轴承罩，以支撑轴承罩。遮蔽结构围绕支柱以保护支柱免受排气影响。空气开口穿过外壳外部表面形成，空气开口与在支柱和遮蔽结构的一部分之间延伸的径向通路流体连通。盘空腔邻近涡轮部分级，并与径向通路流体连通。盘空腔所处的压力低于涡轮发动机外部的环境空气压力，以使环境气流穿过空气开口而进入盘空腔。

[0019] 遮蔽结构可包括围绕支柱的支柱遮蔽件以及位于支柱遮蔽件和支柱之间的辐射遮蔽件。

[0020] 径向通路可由辐射遮蔽件的内部表面和支柱的外部表面限定。

[0021] 辐射遮蔽件可延伸穿过在外管壁和外壳之间限定的环形空间。

[0022] 辐射遮蔽件可包括附接到外壳的内部表面的、围绕空气开口的径向外端。

[0023] 隧道空腔可限定在内管壁的径向内部，并位于盘空腔的下游，在环境空气进入盘空腔之前，隧道空腔接收环境空气。

[0024] 冷却通道可限定在外壳外部表面和支撑在外壳上的板结构之间，进入空气开口的环境空气穿过板结构而进入冷却通道。

[0025] 冷却通道可绕排气壳体周向地延伸，板结构可包括位于间隔开的周向处的多个板部分，多个板部分具有限定在相邻板部分之间的轴向延伸间隙，所述间隙允许环境空气进入通道部分中。

附图说明

[0026] 尽管说明书以特别指出并明确发明的权利要求书结束，但是应明白，结合附图，从下面的描述中会更好地理解本发明，在附图中，类似的标号表示类似的元件，附图中：

[0027] 图1是穿过包括示出本发明各方面的排气部分的燃气轮机发动机的一部分的前剖视图；

[0028] 图2是示出本发明各方面的排气部分的局部剖面透视图；

[0029] 图2A是图2所示结构的下部的透视图，示出主空气入口；

[0030] 图2B是图2所示结构的下侧的透视图，示出辅助空气入口；

[0031] 图3是排气部分的轴向剖视图，示意性示出在燃气轮机发动机的外壳周围提供的气流；

[0032] 图4是排气部分的邻近排气部分上止点的部分的剖面透视图；

[0033] 图5是示出根据本发明一方面的绝缘层区段的透视图；

[0034] 图6是穿过燃气轮机发动机的一部分的前剖视图，燃气轮机发动机包括示出本发明额外方面的排气部分；

[0035] 图7是示出图6所示本发明各方面的排气部分的局部剖面透视图；

[0036] 图8是图7所示支柱结构的放大剖视图；

[0037] 图9是支柱结构的一部分的放大剖面透视图，示出形成在支柱结构的辐射遮蔽件中的凹痕；

[0038] 图10是辐射遮蔽件的透视图；

[0039] 图11是用于排气部分的外壳的外表面的一部分的透视图，示出使环境空气进入壳体中的通孔；以及

[0040] 图12是具有绝缘件的板结构的透视图，示出在板结构的各部分之间形成间隙的突起。

具体实施方式

[0041] 在下面对优选实施例的详细描述中，参考形成本说明书一部分的附图，在附图中，仅以示例方式而不以限制方式示出可实施本发明的特定优选的实施例。应理解，可使用其它实施例，并可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对实施例进行改变。

[0042] 参见图1，示出燃气轮机发动机的位于涡轮部分12的轴向下游的排气部分10的一部分，以示出本发明的各方面。排气部分10通常包括柱形结构，柱形结构包括绕大致水平中心纵向轴线AC周向延伸的外壳11，排气部分形成燃气轮机发动机的外壳的下游延伸部。排气部分10的外壳11包括排气筒或涡轮排气壳体14以及位于排气壳体14下游的排气阀芯结构16。

[0043] 排气壳体14包括从排气壳体14下游端径向向外延伸的下游排气壳体凸缘18，滑芯结构16包括上游滑芯结构凸缘20，其从滑芯结构16径向向外延伸。下游排气壳体凸缘18和上游滑芯结构凸缘20在接头处22彼此抵接，并可以常规方式保持在一起，比如通过螺柱(未示出)。此外，上游排气壳体凸缘21从排气壳体14的上游端径向向外延伸，并可栓接到涡轮部分12的径向延伸凸缘23，以将排气壳体14支撑到涡轮部分12。

[0044] 排气壳体14包括形成结构构件或框架的相对厚壁，以支撑排气端轴承罩24，并支撑排气扩压器26的一部分。排气端轴承罩24用于支撑用于燃气轮机发动机的转子25的端部。

[0045] 扩压器26包括限定出环形通路以运送来自涡轮部分12的热排气31的内壁28和外壁30。轴承罩24由多个柱结构32支撑。每个柱结构32包括从排气壳体14上的连接件36延伸穿过扩压器26而到达轴承罩24上的连接件38的柱34，以支撑和维持轴承罩24位于排气罩24内的居中位置。柱结构32还可包括围绕柱34的柱遮蔽件或整流件40，以使柱34与穿过扩压器26的热排气31隔离，还见图3。

[0046] 由于热排气31穿过扩压器26，所以扩压器26的外壁30朝向排气壳体14的内壳体表面42径向向外辐射热量。如上所讨论的，用于冷却涡轮排气部分的常规设计可提供从发动机的压缩器部分供应到排气部分的放气，以在扩压器和排气壳体之间提供冷却气流，从而经由强制对流控制或降低排气壳体的温度。根据本发明的一方面，提供热障/冷却系统44以减少和/或消除对压缩器放气的使用，以控制排气壳体14和滑芯结构16的温度。

[0047] 参见图2和3，热障/冷却系统44通常包括内部绝缘层46和对流冷却通道48。内部绝缘层46支撑在内壳体表面42上，并周向延伸，以基本上覆盖整个内壳体表面42。内部绝缘层46在扩压器26和排气壳体14之间形成热障，以针对从扩压器26的外壁30辐射出的能量提供耐热性。

[0048] 内部绝缘层46优选地由多个绝缘层区段46a形成(图5)，多个绝缘层区段通常彼此并排安置，并具有约等于排气壳体14的轴向长度的纵向或轴向延伸部，以基本上在排气壳体14的整个内壳体表面42上提供热障。因此，防止从扩压器26辐射出的热量的明显部分到达排气壳体14，从而使排气壳体14的壁与容纳在排气壳体14内的热负荷隔离。

[0049] 还参见图5，绝缘层区段46a可包括具有前缘50、后缘52和相对侧边缘54、56的矩形区段构件。绝缘层区段46a具有比排气壳体14的壁低的导热系数。绝缘层区段46a的导热系数可具有约0.15W/mK的最大值，优选地具有约0.005W/mK的导热系数值，以抵抗热量从扩压器传递到发动机壳体14。绝缘层区段46a可定位在排气壳体14的内壳体表面42上，一个绝缘层区段46a的侧边缘54、56与相邻绝缘层区段46a的侧边缘54、56紧密相邻或接合。

[0050] 绝缘层区段46a的构造可包括一对相对的片状金属层58、60和位于片状金属层58、60之间的保温层(thermal blanket layer)62，保温层的导热系数明显低于片状金属层58、
60。多个金属套管64可在绝缘层区段46a的安装点处延伸穿过片状金属层58、60和保温层
62。特别地，每个金属套管64包括在片状金属层58、60之间限定出预定间隔的刚性结构，并适于接收紧固件结构，比如支架66(图4)，以将每个绝缘层区段46a附接到排气壳体14。支架
66可构造成允许绝缘层区段46a相对于内壳体表面42的有限移动，以比如提供用于内部绝缘层46和排气壳体14之间的任何热失配。例如，支架66可均包括立柱67，立柱具有固定在内壳体表面42的径向外端，并具有接收螺母69以保留绝缘层区段46a位于螺母和内壳体表面
42之间的螺纹径向内端。

[0051] 绝缘层区段46a可具有从后缘52延伸到套管64的后排的槽65，以便于将绝缘层区段46a组装到排气壳体14。特别地，在组装期间，通过允许套管64的后排到位于排气壳体14后部的对应立柱67排的轴向移动度，槽65便于绝缘层区段46a移动到立柱67上，在排气壳体14的后部，在排气壳体14和扩压器26之间有最小间隙。

[0052] 应注意，有限间隙可在内壳体表面42周围的特定位置处设置在相邻绝缘层区段46a之间。例如，在连接件36的位置处(柱34从内壳体表面42向内延伸)，间隙或空隙可设置在邻近每个柱34的两侧的相邻绝缘层区段46a之间。类似地，有限空隙可存在于直接相邻形成水平接头92的结构的绝缘层区段46a之间。应注意，可提供绝缘层区段46a的替代构造，以减小这些位置处的空隙。例如，绝缘层区段46a可构造成包括绕柱34紧密延伸的部分，从而减小使内壳体表面42暴露于辐射热的空隙区域。

[0053] 提供多个绝缘层区段46a便于将内部绝缘层46组装到发动机壳体14，并还使得能够维护内部绝缘层46的选择部分。例如，在损坏内部绝缘层46的一部分的情形下，内部绝缘层46的构造允许移除和更换绝缘层区段46a的受到损坏的单独几个，而不需要更换整个内部绝缘层46。

[0054] 应理解，尽管描述了绝缘层区段46a的特定构造，但是可提供用于绝缘层区段46a的其它材料和构造。例如，绝缘层区段46a可由已知陶瓷绝缘材料形成，构造成给诸如内壳体表面42的表面提供耐热性。

[0055] 参见图1，对流冷却通道48绕排气壳体14的外壳体表面68周向地延伸，并通常轴向地安置成从上游排气壳体凸缘21延伸到至少下游排气壳体凸缘18，优选地延伸到下游滑芯结构凸缘70(从滑芯结构16的下游端径向向外延伸)。对流冷却通道48由从上游位置74延伸到下游位置76的板结构72限定，在上游位置，其在上游排气壳体凸缘21处固定到排气部分10，在下游位置，其在下游滑芯凸缘70处固定到排气部分10。板结构72与外壳体表面68径向间隔开，以限定出对流冷却通道48的第一冷却通道部分78，即上游排气壳体凸缘21和下游排气壳体凸缘18之间的凹陷区域。板结构72还与滑芯结构16的外表面80径向间隔开，以限定出对流冷却通道48的第二冷却通道部分82，即上游滑芯结构凸缘20和下游滑芯结构凸缘
70之间的凹陷区域。第一和第二冷却通道部分78、82在排气部分10周围限定出周向平行的流路，并可在凸缘18、20的径向外端上彼此流体连通。

[0056] 参见图2和3，对流冷却通道48包括位于第一周向位置的主冷却空气供应入口84，用于给对流冷却通道48提供环境空气的供应。对流冷却通道48还包括位于第二周向位置的排气出口86，第二周向位置与第一周向位置径向相对。根据优选的实施例，主空气供应入口84(图2A)位于排气部分10的外壳11的下止点位置，排气出口86位于排气部分10的外壳11的上止点位置。

[0057] 如图2可看出，排气部分10可由在水平接头92处连接在一起的两个半部形成，即上半部88和下半部90。根据本发明的一方面，板结构72包括形成为盒部的放大侧部94，其在水平接头92上从水平接头92上方和下方的位置延伸。侧部94构造成给水平接头92周围的气流提供额外孔隙，并还构造成给对流冷却通道48提供额外气流，如下面讨论的。

[0058] 板结构72包括单独板部分72a，其可由片状金属形成，即与外壳11相比比较薄。板部分72a弯曲成匹配外壳11的曲率，并从侧部94朝向主空气入口84向下延伸，从侧部94朝向空气出口86向上延伸。板部分72a形成为在排气部分10上的上游和下游位置74、76之间延伸的大致矩形部分，优选地彼此接合或抵接，以及沿板部分72a的轴向延伸边缘在搭接处98接合侧部94。板部分72a和侧部94可通过任何常规装置附接到排气部分外壳11，并优选地通过紧固件(比如螺栓或螺钉)附接为可移除部件。应理解，尽管放大侧部94显示为盒部，但是板结构72的该部分不必限于特定形状，可以是任何构造，以便于气流流过水平接头92，水平接头通常包括排气部分外壳11的放大的和径向向外延伸的凸缘部分。另外，应注意，主空气入口84和空气出口86可在板结构72周围的相应下止点位置和上止点位置处结合进相应板部分72a中。

[0059] 参见图2和2B，侧部94可形成有下部100，下部在水平接头92下方延伸，并终止于向下面向的辅助空气入口结构102。辅助空气入口结构102可包括并排安置的第一和第二辅助空气入口开口104、106，每个辅助空气入口开口显示为板结构72中的向下面向开口。第一和第二辅助空气入口开口104、106可以分别在第一和第二通道部分78、82上轴向对准。辅助空气入口开口104、106显示为具有相应覆盖面板或板108、110，其可利用紧固件112(比如螺栓或螺钉)可移除地附接在开口上。覆盖板108、110中的一个或两个可从辅助空气入口开口104、106移位或移除，以允许额外或辅助环境空气116经由辅助空气入口结构102进入对流冷却通道48，如图3进一步示出。

[0060] 根据本发明的一方面，对流冷却通道48经由主空气供应入口84接收非强制性环境空气。即，可给对流冷却通道48提供空气，而在空气入口84处不需要驱动力或压力将对流主空气供应流114中的空气从燃气轮机发动机外部的位置传送通过主空气供应入口84。主空气供应入口84的直径大小可以做成在第一和第二通道部分78、82的每个的至少一部分上延伸，使得主供应空气流114的一部分可直接引导进通道部分78、82中。

[0061] 进入对流冷却通道48的环境气流在排气部分10的圆周周围提供减少的热梯度，以降低或最小化在排气部分10周围的非均匀温度分布时发生的热应力。特别地，与排气壳体14的不同热膨胀相关并被传送到柱34的应力可以通过增加冷却流的均匀性(通过对流冷却通道48提供)而减小。另外，排气壳体14的操作温度可以维持在材料蠕变极限以下，以避免导致柱应力增加的相关壳体蠕变变形。

[0062] 通过移位或移除辅助空气入口结构102的覆盖板108、110中的一个或多个以增加对流冷却空气供应位置的数量，可以给对流冷却通道48提供多端口冷却构造。因此，可以对位于现场的涡轮发动机调节提供给通道部分78、82的冷却量，以通过移除或更换覆盖板108、110增加或减小冷却。例如，取决于环境空气温度的增加或减小，期望的是，通过移除覆盖板108、110的一个或多个来增加冷却气流，或者期望的是，通过更换覆盖板108、110的一个或多个来防止或减少辅助空气流116而提供减少的气流。另外，可使用覆盖板108、110优化排气壳体14和滑芯结构16的温度，以使相邻硬件和部件之间的任何热失调最小。

[0063] 排气出口86位于对流冷却通道48的顶部，使得加热的排气118可通过对流出对流冷却通道48而流动。排气出口86的直径大小可做成在第一和第二通道部分78、82的每个的至少一部分上延伸，使得从对流冷却通道48排出的加热空气可直接从每个通道部分78、82传送到排气出口86。随后，流出排气出口86的加热空气可排出当前提供给现有燃气轮机发动机单元的现有散热孔结构(未示出)。

[0064] 应理解，穿过对流冷却通道48的对流气流包括基本上由沿外壳体表面68和滑芯结构16的外表面80加热的空气产生的对流力驱动的冷却气流。对流冷却通道48内的加热空气通过自然对流升高，并朝向排气出口86引导。当空气在对流冷却通道48内升高时，其经由主冷却空气供应入口84将环境空气抽吸进通道48中，从而有效地给外壳11的外表面周围向上的冷却空气连续流提供驱动力。类似地，当板结构72各侧的辅助空气入口开口104、106之一或两个打开时，自然对流会把通道48周围的空气向上抽吸通过辅助空气入口结构102，到达排气出口86。

[0065] 应注意，当冷却空气作为对流气流48向上流动时，会在对流冷却通道48内产生比对流冷却通道48外部的环境空气压力低的压力。因此，板接头98处或接头97、99(图2)(板区段72a的边缘在上游和下游位置74、76处安装到排气部分10)处的任何泄漏会向内进入对流冷却通道48。在这方面，应理解，不必在板区段72a的周界边缘和侧部94处提供防泄漏密封件，进入对流冷却通道48的泄漏可被看作便于热障/冷却系统44的冷却功能的优点。

[0066] 可选地，如图3示意性示出，可提供连接到排气出口86的风扇单元120。风扇单元120可提供来自排气出口86的额外气流，以增加对流冷却通道48的冷却能力。替代地或另外地，可给主冷却空气供应入口84提供入口风扇单元(未示出)，以提供增加的环境气流进入通道48。应理解，即使在提供风扇单元(即出口86处的风扇单元120和/或入口84处的风扇单元120)以便于流过对流冷却通道48的情况下，流过通道48的气流的移动会可在通道48内产生降低的压力(相对于外壳11外部周围的环境区域)。

[0067] 对流冷却通道48还可具有外部绝缘层122，如图1、3和4看出(图2中未示出)。外部绝缘层可基本覆盖板结构72的由板区段72a和侧部94限定的整个外部表面，并具有低导热系数，以总体上给在排气部分10附近工作或经过的人员提供热防护。

[0068] 参见图4，可给滑芯结构16提供可选的另一或第二内部绝缘层124，其绕内滑芯区段表面126周向延伸，并从设置用于支撑扩压器26的Z板或弹簧板结构128径向向外延伸。第二内部绝缘层124可包括具有与内部绝缘层46所述的类似的构造和导热系数的分离的绝缘层区段。另外，第二内部绝缘层124可以与针对内部绝缘层46的绝缘层区段46a所述的方式类似的方式安装到内滑芯区段表面126。可提供第二内部绝缘层124以限制或最小化从扩压器26传递到滑芯结构16的辐射热量。因此，通过包含第二内部绝缘层124可降低对流过对流冷却通道48的第二部分82的空气的对流气流要求。

[0069] 如上所述，热障/冷却系统44提供了一系统，其中，内部绝缘层46基本上减少了传递到排气部分10的外壳11的热量，从而降低了对维持外壳11的材料低于其蠕变极限的冷却要求。因此，由对流冷却通道48提供的外部冷却构造以对流气流给外壳11提供了恰当的冷却，伴随着减少或消除给外壳11内部提供强制空气冷却的需求。消除到外壳11内部的强制空气冷却，即通过维持冷却空气在外壳11外部的供应和排出，避免了与外壳11内的部件之间的热失调或热梯度相关的问题。

[0070] 另外，由于冷却外壳11的空气供应不会吸收压缩器放气或者直接取决于来自燃气轮机发动机的空气供应，所以本热障/冷却系统44不会降低涡轮功率，比如抽吸压缩器放气的系统的情况下会发生的，本系统的冷却效率基本上独立于发动机操作条件而操作。因此，本发明可在不吸收燃气轮机发动机的二次冷却空气的情况下实施，并可降低对使用二次冷却空气的需要以及增加燃气轮机发动机操作时的总体效率。

[0071] 根据本发明的替代方面，穿过冷却通道48的流量可通过使用发动机10内的亚环境压力源主动地形成。根据该方面，参见图6-10，柱结构32还包括遮蔽结构，遮蔽结构包括围绕每个支柱34的辐射遮蔽件35，其位于支柱34和支柱遮蔽件或整流件40之间。辐射遮蔽件35和支柱遮蔽件或整流件40限定出给支柱34提供热防护的遮蔽结构。小的支柱遮蔽间隙37由辐射遮蔽件35限定，并包括位于支柱34的外表面和遮蔽件35的内表面之间的环形空间。
辐射遮蔽件35可形成有凹痕39(图9和10)，凹痕朝向支柱34向内延伸，以将遮蔽件安置成与支柱34相距预定间隔，并避免在遮蔽件35中形成振动模式。根据本发明的一方面，辐射遮蔽件35保护支柱34免受辐射热能的影响，支柱遮蔽间隔37限定出冷却空气流路。

[0072] 特别地，支柱遮蔽间隔37形成气管结构，气管结构限定出从内壳表面42处的入口端沿支柱34和辐射遮蔽件35径向向内延伸到遮蔽内端47处的出口(与出口空腔流体连通)的冷却空气路径或通路，出口空腔由发动机10内的减少的压力区域限定。根据本发明的一方面，由支柱遮蔽间隙37限定的空气路径包括与发动机内部的亚环境压力连通的气流路径，以将环境气流抽吸进通道48中。如图7、8和10中可看出，辐射遮蔽件35形成有向外展开的径向外端，向外展开的径向外端由向外展开的壁部35a、35b形成，向外展开的壁部在相反的周向方向上延伸，并延伸穿过限定在管道26的外壁30和外壳11之间的环形空间。另外，向外展开的部分35a、35b通过轴向间隔的端壁35c和35d连接起来，以在外壁30和外壳11之间形成闭合流路，闭合流路延伸到辐射遮蔽件35的内端47。

[0073] 如图8中可看出，辐射遮蔽件35附接到外壳11，比如通过将向外展开的部分35a、35b附接到内壳表面42的多个紧固件41，从而基本上密封辐射遮蔽件的径向外端到内壳表面42。多个壳体槽43(即，通孔)穿过壳体11形成(图12)，从外壳表面68延伸到内壳表面42，位于由辐射遮蔽件35的外端密封的区域中。壳体槽43限定出空气开口，空气开口提供冷却通道48和支柱遮蔽间隙37之间的流体连通。

[0074] 辐射遮蔽件35在支柱34和整流件40之间径向向内延伸，并包括遮蔽内端47，遮蔽内端可位于扩压器26的内壁38的径向内部。遮蔽内端47将环境冷却空气49排入出口空腔中，出口空腔包括内径或隧道空腔51，在隧道空腔，环境冷却空气49朝向后盘空腔57向前流动，后盘空腔位于涡轮部分12的最后级盘结构59和排气部分10的上游端之间的接合处。特别地，后盘空腔57限定在盘结构59的轴向后方，径向密封结构或隔壁61的轴向前方，径向密封结构或隔壁从轴承罩24径向延伸到管道26的内壁28。应理解，隔壁61可由在发动机10内周向延伸的并排安置的多个区段形成，形成隔壁61的区段的外端可均包括指状密封件61a，比如可具有弹性或弹簧状特性，以接合扩压器26的内壁28上的径向特征61b。盘空腔57的内边界限定在转子25和轴承罩24之间的内密封接合处63，盘空腔57的外边界由扩压器26的内壁28的轴向前部限定，向上延伸到最后级盘结构59的叶片平台59a。

[0075] 形成隔壁61的区段定位成其间形成非流体密封间隙，包括在相邻的指状密封件61a之间，使得流体流可从隧道空腔51到达后盘空腔57。由于盘结构59的旋转，排气流31经过接合处65，空气从后盘空腔57提取出，从而在后盘空腔57内产生减少的亚环境压力。后盘空腔57内的亚环境压力从支柱遮蔽间隙37朝向后盘空腔57驱动(即抽吸或驱使)环境气流
49。即，后盘空腔57处的亚环境压力产生从冷却通道48穿过壳体11中的壳体槽43，朝向遮蔽内端47径向向内穿过支柱遮蔽间隙37的环境气流49。环境空气49流过隔壁61，即穿过隔壁
61中的间隙进入后盘空腔57。

[0076] 应理解，发动机内的任何亚环境压力源(例如，空腔)可用于本发明，以致于没有在损坏涡轮功率的情况下提供亚环境压力源。另外，描述的用于连接辐射遮蔽件35的环境空气路径(即，包括穿过隔壁61的路径)的通路以示例性目的大致描述，并可包括将亚环境压力连通至辐射遮蔽件35的内端47的任何路径或通路。

[0077] 当环境空气49径向向内流过每个柱结构32的支柱遮蔽间隙37时，环境冷却空气朝向壳体槽43沿壳体11的外表面68、80被抽吸通过冷却通道48。为了给冷却通道提供环境气流，间隙可形成在形成冷却通道48的外边界的面板和/或绝缘结构中。特别地，如图11所示，板结构72的径向延伸的边缘部分72b可位于相邻板部分72a之间的接合处130。边缘部分用于提供定位绝缘层122的各部分的边缘的止动件，以在放置在板部分72a上的绝缘层122的相邻部分之间维持使环境空气通过的轴向延伸的开口或间隙。形成在板部分72a之间的接合处130的间隙允许环境空气流进冷却通道48，以沿壳体11的外表面68、80流入壳体槽43。板部分72a和相关接合处130的位置可选择成，在必要时，接合处130位于柱结构32的位置之间的周向中间处，使得经由接合处130进入冷却通道48的环境空气会沿外表面68、80的显著部分流动，以在空气流到壳体槽43时冷却壳体11。随后，环境空气径向向内流到后盘空腔
57，如上所述。因此，对于冷却通道48的各区段，接合处130的间隙限定出冷却通道入口，壳体槽43限定出冷却通道出口，其中，多个冷却通道区段形成位于壳体11的外周周围的连续通道48。

[0078] 除了提供环境气流以冷却壳体11的外表面68、80之外，进入支柱遮蔽通路37的环境空气在支柱34周围形成冷却空气屏障，以给支柱34提供额外的热防护。因此，空腔37中的亚环境压力用于主动地驱动环境气流，以冷却壳体11以及给支柱结构34提供保护冷却流，而不会从发动机提取能量来驱动气流(比如使用压缩器放气会发生的)。

[0079] 应理解，利用亚环境压力来将环境空气抽吸通过冷却通道48和沿支柱34径向向内抽吸环境空气的本发明的各方面可与上面描述的外部绝缘层122和内部绝缘层46、124的任一方面一起使用。

[0080] 尽管示出和描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员应明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它改变和修改。因此，意在于所附权利要求中涵盖位于本发明范围内的所有这些改变和修改。