[发明专利]涡轮机基板、涡轮机系统及其制造方法

说明书

本发明公开了一种涡轮机基板、涡轮机系统及其制造方法。所述基板包括上金属板和下金属板。所述上金属板形成涡轮机支撑表面。所述基板还包括位于上金属板和下金属板之间并与其结合的中间层。框架围绕所述中间层周向地延伸。

技术领域

本公开涉及用于支撑涡轮机的基板结构。本发明公开的实施例具体涉及用于支撑燃气涡轮发动机的基板。本公开还涉及包括至少一个燃气涡轮发动机和支撑所述燃气涡轮发动机的基板的单元或系统，以及用于制造该基板的方法。

背景技术

燃气涡轮发动机广泛用作若干工业应用中的原动机。在发电应用中，燃气涡轮发动机例如用于驱动发电机以用于产生电力。在机械驱动应用中，燃气涡轮发动机用于驱动旋转负载，例如气体压缩机或一系列(a train of)气体压缩机。

燃气涡轮发动机通常安装在基板(base plate)上，基板应提供足够的负载能力、弯曲效率和扭转强度。这种涡轮机(turbomachine)基板通常由格栅结构构成，格栅结构由彼此焊接的多个梁形成。需要劳动密集的焊接工艺来将梁彼此连接。焊珠位于顶部上、底部上以及基板的整个厚度上，也位于难以到达的位置中。所有这些使得焊接过程特别耗时且昂贵。

旋转机器支撑在格栅结构的中间梁的凸缘上。因此，栅格结构的设计对于机器在基板上的可能定位提出了限制和约束。相反地，形成栅格结构的梁的位置，以及由此其机械性能，取决于必须放置旋转机器的位置。

形成栅格结构的所有梁必须被涂漆(painted)用于保护以防大气介质。栅格结构复杂性，形成栅格结构的大量梁和进入基板结构的内部的有限通路使得涂漆操作劳动强度大且耗时，增加了最终基板结构的总成本。

基板的上侧必须设置有封闭板，以封闭由栅格结构形成的开口。板受到由燃气涡轮发动机的操作引起的振动和/或安装在基板上的可能的其他旋转机器的振动。这产生噪声。在基板和燃气涡轮发动机外壳周围需要噪声阻尼设备。

在基板的垂直延伸部分内布置有多件辅助设备，以利用基板的顶表面和底表面之间的可用空间。难以接近该设备。

为了提供足够的弯曲和扭转强度，栅格结构的高度必须很大。例如，功率高达50MW的燃气涡轮发动机通常需要具有约600mm-700mm的垂直尺寸(即厚度)的基板。这使得基板笨重、难以运输且昂贵。基板结构的弯曲和扭转强度很大程度上取决于结构的垂直延伸(高度)。

因此，需要提供一种更有效的基板，用于支撑旋转涡轮机，例如特别是燃气涡轮发动机，以及可能的辅助设备或与其连接的旋转负载，其减轻或克服现有技术的基板结构的上述限制和缺点中的至少一个或一些。

发明内容

根据一个方面，公开了一种涡轮机基板，包括形成涡轮机支撑表面的上金属板和下金属板。由填充材料制成的中间层布置在上金属板和下金属板之间，并且结合到上金属板和下金属板的内表面以及围绕中间层周向地延伸的框架。

根据一些实施例，中间层由硬化的可流动材料制成。如本发明所理解的“可流动材料”是例如可以是流体、半流体或粉末形式的材料，并且通常是可以浇注到形成于框架与上部金属板和下部金属板之间的封闭容积内的材料。然后，使可流动材料硬化并使其粘附到上金属板和下金属板的内表面上，以及粘附到框架的向内定向的表面上。可流动材料可以是可膨胀材料，例如聚合物泡沫、或金属泡沫或陶瓷泡沫。泡沫材料的膨胀可以有效地填充位于上、下金属板与周围框架之间的基板结构的整个内部容积。

涡轮机基板可设置有锚固点，用于将基板锚固到支撑结构。锚固点可以沿框架设置或由框架形成。

上金属板和/或下金属板可具有在大约1mm至大约50mm范围内的厚度。

在一些实施方案中，中间层的厚度在大约100mm至大约1500mm的范围内。

根据另一方面，公开了一种涡轮机系统，包括安装在如上所述的涡轮机基板上的燃气涡轮发动机。