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燃气 涡轮过渡导管

阅读：101发布：2021-06-12

专利汇可以提供燃气涡轮过渡导管专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种燃气涡轮过渡导管包括：内管状本体(10)，其限定过渡通道(12)且具有分别用于联接至燃气涡轮组件(1)的筒形燃烧器 (7)和涡轮区段(5)的第一上游端部(10a)和第一下游端部(10b)；外管状本体(11)，其围绕所述内管状本体(10)布置且具有在所述内管状本体(10)的所述第一上游端部(10a)处的第二上游端部(11a)和在所述内管状本体(10)的所述第一下游端部(10b)处的第二下游端部(11b)；其中，对流冷却通道(13)限定在所述内管状本体(10;110)和所述外管状本体(11)之间，所述对流冷却通道(13)具有在所述第一下游端部(10b)和所述第二下游端部(11b)之间的入口(13a)；且其中，所述外管状本体(11)在所述第二上游端部(11a)和所述第二下游端部(11b)之间是连续的。，下面是燃气涡轮过渡导管专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃气涡轮过渡导管，包括：
内管状本体(10; 110)，其限定过渡通道(12)且具有分别用于联接至燃气涡轮组件(1)的筒形燃烧器(7)和涡轮区段(5)的第一上游端部(10a)和第一下游端部 (10b)；
外管状本体(11; 111)，其围绕所述内管状本体(10; 110)布置且具有在所述内管状本体(10; 110)的所述第一上游端部(10a)处的第二上游端部(11a)和在所述内管状本体(10;
110)的所述第一下游端部(10b)处的第二下游端部(11b)；
其中，对流冷却通道(13)限定在所述内管状本体(10; 110)和所述外管状本体(11;
111)之间，所述对流冷却通道(13)具有在所述第一下游端部(10b)和所述第二下游端部(11b)之间的入口(13a)；
且其中，所述外管状本体(11; 111)在所述第二上游端部(11a)和所述第二下游端部(11b)之间是连续的。
2. 根据权利要求1所述的过渡导管，其特征在于，所述对流冷却通道(13)构造成沿所述内管状本体(10; 110)的外表面(10c)从所述第一下游端部(10b)和第二下游端部(11b)朝向所述第一上游端部(10a)和第二上游端部(11a)传送冷却流(CF)。
3. 根据权利要求2所述的过渡导管，其特征在于，所述对流冷却通道(13)在所述内管状本体(10; 110)整个周围延伸，在所述内管状本体(10; 110)的所有侧面处，所述入口(13a)限定横向于所述内管状本体(10; 110)的外表面(10c)的入口流方向，且所述入口(13a)构造成沿所述内管状本体(10; 110)的外表面引导所述冷却流(CF)。
4.根据权利要求2或3所述的过渡导管，其特征在于：
所述内管状本体(10; 110)具有在所述第一下游端部(10b)处的第一框架(15; 115)；
所述外管状本体(11; 111)具有在所述第二下游端部(11b)处的第二框架(22; 122)，所述第二框架(22; 122)布置成平行于所述第一框架(15; 115)并在距离所述第一框架的一定距离处；和
所述冷却通道(13)的所述入口(13a)限定在所述第一框架(15; 115)和所述第二框架(22; 122)之间。
5.根据权利要求4所述的过渡导管，其特征在于，在所述对流冷却通道(13)的所述入口(13a)中包括分流器(27)。
6.根据权利要求5所述的过渡导管，其特征在于，所述分流器(27)包括布置在所述第一框架(15)和所述第二框架(22)之间的第三框架。
7.根据权利要求5或6所述的过渡导管，其特征在于，所述分流器(27)具有边缘，其弯曲以沿所述内管状本体(10)的外表面(10c)引导所述冷却流(CF)。
8. 根据权利要求4-7中的任一项所述的过渡导管，其特征在于，在所述第一框架(15;
115)和所述第二框架 (22; 122)之间包括间隔件(23)，所述间隔件(23)跨越所述对流冷却通道(13)的所述入口(13a)安置。
9. 根据权利要求8所述的过渡导管，其特征在于，所述第二框架(22; 122)通过延伸通过相应的间隔件(23)的紧固件(18; 118)固定到所述第一框架(15; 115)。
10.一种燃气涡轮组件，包括：
沿主轴线(A)延伸的压缩机区段(2)；
围绕所述主轴线(A)周向布置的多个筒形燃烧器(7)；
涡轮区段(5)；
至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的过渡导管(8)。

说明书全文

燃气涡轮过渡导管

技术领域

[0001] 本发明涉及燃气涡轮过渡导管。

背景技术

[0002] 如所知的，筒形燃烧器燃气涡轮组件包括：压缩机区段；燃烧器组件，其包括围绕主轴线周向布置的多个筒形燃烧器；和涡轮区段，在此处，在燃烧器组件中产生的热排气膨胀以将热气流的热能和动能转化为机械能。筒形燃烧器通过相应的过渡导管流通地联接到涡轮区段，过渡导管大体上被提供为具有在相应的燃烧器筒的出口处的上游端部和在涡轮区段的入口处的下游端部的管状本体。过渡导管构造成将热气流从燃烧器出口引导至涡轮入口并因此暴露于非常高的温度。在一些种类的燃气涡轮中，例如，热气的温度可达到1800K。如燃气涡轮的其它构件那样，过渡导管因此也需要冷却以避免由过热引起的损坏并增加使用期限。

[0003] 为了冷却过渡导管的目的，通常从燃烧器组件周围的稳压室中的压缩机输出空气提取相对新的空气流。该冷却空气流以用于提供冷却的冲击空气射流的形式基本垂直地被引导向过渡导管的外表面。可通过在以一定距离包围过渡导管的壁中的孔供给冷却空气流而得到冲击空气射流。

[0004] 然而，冲击冷却并非没有限制。首先，通过经由包围壁将空气供给到导管的外表面上形成冲击射流会由于孔的流阻和由冲击形成的湍流而引起跨越冲击冷却孔的大的压降。因为相当多的空气流需要被从压缩机处理的全部空气流中提取出来以提供指定的冷却效果，因而压降导致燃气涡轮的效率损失。

[0005] 冲击冷却的另一限制在于充分冷却在与燃气涡轮发动机的涡轮区段的连接处的过渡导管的下游部分可能是困难的。一方面，因为大部分可用到的空气流在到达与涡轮区段的连接处之前流动通过冲击冷却孔，因此在过渡导管的下游端部处的剩余空气量可能相当小。另一方面，下游区段的几何结构和用于与涡轮连接的联接部件的几何结构可能相当复杂，因此引导冲击空气射流可能几乎不可行。

[0006] 另外，在过渡导管整个周围需要空气供应，以在过渡导管的侧面上也提供冲击空气射流。因此，相邻的过渡导管需要彼此周向地间隔开以在相应的包围壁之间提供足够的空气通道。这导致燃烧器组件相当大且更糟糕的是导致不均匀的热气流进入相邻的过渡导管之间的涡轮区段。

发明内容

[0007] 本发明的目的是，提供允许克服或至少削弱所描述的限制的燃气涡轮过渡导管。

[0008] 根据本发明，提供一种燃气涡轮过渡导管，其包括：内管状本体，其限定过渡通道并具有分别用于联接至筒形燃烧器和燃气涡轮组件的涡轮区段的第一上游端部和第一下游端部；
外管状本体，其围绕内管状本体布置并具有在内管状本体的第一上游端部处的第二上游端部和在内管状本体的第一下游端部处的第二下游端部；
其中，对流冷却通道被限定在内管状本体和外管状本体之间，对流冷却通道具有在第一下游端部和第二下游端部之间的入口；
并且，其中外管状本体在第二上游端部和第二下游端部之间是连续的。

[0009] 对流冷却流可被平滑地引导至限定在内管状本体和外管状本体之间的冷却通道中，而避开拐角并不形成湍流和流线的交叉。因此，也避免大的压降并增加燃气涡轮组件的效率。

[0010] 冷却流入口位于内管状本体和外管状本体的下游端部处，且不需要通过外管状本体的侧壁的冷却供给。因此，相比于过度地需要空间以适应外本体的热膨胀，在相邻的过渡导管之间不需要留有空间。这不仅有益于燃烧器组件的总尺寸，而且允许对燃气涡轮供应均衡的且均匀分布的热气流。事实上，过渡导管可设置有较宽的出口且相邻的过渡导管的出口之间的间隔减少，因此在边界处相比较而言减少流的变化。

[0011] 本发明的另一优势在于内管状本体和外管状本体的下游端部也可均衡且有效地被冷却，因而大大减少构件过热的风险并增加使用期限。

[0012] 可精确地控制冷却通道的截面和入口的几何结构。

[0013] 根据本发明的一个方面，冷却通道构造成沿内管状本体的外表面从第一下游端部和第二下游端部朝第一上游端部和第二上游端部传送冷却流。

[0014] 在使用中，通过在燃烧器中燃烧空气-燃料混合物产生的热气从上游端部流动通过过渡导管到达内管状本体的下游端部，而冷却介质流沿内管状本体的外表面处于相反的方向。因此，产生非常有效地冷却并减少损失的逆流热交换。

[0015] 根据本发明的一个方面，冷却通道在内管状本体的整个周围延伸，在内管状本体的所有侧面处，入口限定横向于内管状本体的外表面的入口流方向，且入口构造成沿内管状本体的外表面引导冷却流。

[0016] 可相当容易地实现将流体流平滑地引导通过某个角度(从横向于内管状本体的外表面到平行于内管状本体的外表面)。因此，在内管状本体的所有侧面处的横向的入口为冷却通道提供足够的冷却流体供应，而不引起压力的任何大的损失。

[0017] 根据本发明的一个方面，内管状本体具有在第一下游端部处的第一框架；外管状本体具有在第二下游端部处的第二框架，第二框架布置成平行于第一框架且在距离第一框架的一定距离处；且对流冷却通道的入口限定在第一框架和第二框架之间。

[0018] 在连接到涡轮区段的内管状本体和外管状本体的下游端部处的框架之间的入口，促进甚至是过渡导管的末端部分的有效冷却。

[0019] 根据本发明的一个方面，过渡导管包括对流冷却通道的入口中的分流器。

[0020] 分流器帮助引导冷却流体，从而进一步减少压力的损失。

[0021] 根据本发明的一个方面，分流器包括布置在第一框架和第二框架之间的第三框架。

[0022] 根据本发明的一个方面，分流器具有边缘，其弯曲以沿着内管状本体的外表面引导冷却流。

[0023] 因而提供简单而有效结构的分离器。根据需要，可提供不止一个分流器。

[0024] 根据本发明的一个方面，过渡导管对应地包括在第一框架和第二框架之间的间隔件，跨越对流冷却通道的入口安置间隔件。

[0025] 间隔件允许精确地限定第一框架和第二框架的相对位置，并因此也精确地限定冷却通道的入口的几何结构。因为跨越冷却通道安置间隔件，所以间隔件也从冷却作用中受益从而得到过热保护。

[0026] 根据本发明的一个方面，第二框架通过延伸通过相应的间隔件的紧固件被固定到第一框架。

[0027] 以这种方式，紧固件也被有效地冷却。

[0028] 根据本发明的另一方面，提供一种燃气涡轮组件，其包括：沿主轴线延伸的压缩机区段；
围绕主轴线周向布置的多个筒形燃烧器；
涡轮区段；
至少一个如以上限定的过渡导管。
附图说明

[0029] 现在将参照附图描述本发明，附图示出本发明的一些非限制性的实施例，其中：- 图1是燃气涡轮组件的沿轴向的、纵向的平面剖开的侧视图；
- 图2是根据本发明的一个实施例的过渡导管的透视图；
- 图3是图2的过渡导管的细节的放大比例的透视图；
- 图4是图2的过渡导管的沿轴向的、纵向的平面剖开的侧视图；
- 图5是图2的过渡导管的沿图4的平面V-V截取的正视截面图；以及
- 图6是根据本发明的另一实施例的过渡导管的沿轴向的、纵向的平面剖开的侧视图。

具体实施方式

[0030] 图1示出整体用标号1表示的燃气涡轮组件的简化图。燃气涡轮组件1包括压缩机区段2、燃烧器组件3和涡轮区段5。压缩机区段2和涡轮区段5沿主轴线A延伸。燃烧器组件3可以是单级燃烧器组件或连续燃烧器组件。在一个实施例中，燃烧器组件3包括多个围绕主轴线A周向布置的单级筒形燃烧器7。

[0031] 燃气涡轮组件1的压缩机区段3提供压缩的空气流，压缩的空气流在筒形燃烧器7中被添加燃料并燃烧。由压缩机区段2输送的空气流被供应至燃烧器组件3和涡轮区段5，用于冷却的目的。

[0032] 在燃烧器组件3中，筒形燃烧器7通过相应的过度导管8联接到涡轮区段5。

[0033] 如在图2-5中所示出的，根据本发明的一个实施例的过渡导管8包括内管状本体10和外管状本体11。

[0034] 内管状本体10限定将热气流从相应的筒形燃烧器7(上游)传送到涡轮区段5(下游)的过渡通道12。更确切地说，内管状本体10具有联接到相应的筒形燃烧器7的上游端部10a和联接到燃气涡轮组件1的涡轮区段5的下游端部10b。

[0035] 外管状本体11围绕内管状本体10布置且具有在内管状本体10的上游端部附近的上游端部11a和在内管状本体10的下游端部10b附近的第二下游端部11b。外管状本体11在距离内管状本体10一定距离处包围内管状本体10。

[0036] 在一个实施例中，外管状本体11由从上游端部11a到下游端部11b延伸的连续的壁限定，且空气被阻止穿过连续的壁。

[0037] 因此对流冷却通道13限定在内管状本体10和外管状本体11之间。对流冷却通道13具有在内管状本体10的下游端部10b和外管状本体11的下游端部11b之间的入口13a，而出口限定在相对的上游端部10a、11a处。对流冷却通道13围绕整个内管状本体10延伸，且构造成沿内管状本体10的外表面10c从下游端部10b、11b朝向内管状本体10和外管状本体11的第一上游端部10a、11a传送冷却流(见图1中的虚线箭头CF，其以简化的方式示出由燃气涡轮组件1的压缩机区段2输送的冷却流)。

[0038] 内管状本体10在其下游端部10b处具有第一框架15用于机械地联接到涡轮区段5。第一框架15基本垂直于内管状本体10的下游端部10b，且设置有突缘17，用于接收紧固件
18，诸如但不限于螺母和螺栓(见图4)。在一个实施例中，第一框架15是配合到内管状本体
10的下游端部10b的单独构件，在其和下游端部10b之间插入密封件20。第一框架1靠着围绕内管状本体10的外表面10c延伸的肋安置。肋21具有靠着第一框架15的平坦面和与平坦面相对的弯曲的凹面(见图4)。

[0039] 外管状本体11在其下游端部11b处具有第二框架22。更确切地说，第二框架22与外管状本体11成整体且布置成与第一框架15平行并在距离第一框架15的一定距离处。在一个实施例中，间隔件23安置在第一框架15和第二框架22之间，以精确地限定它们之间的距离。间隔件23可与内管状本体10成整体。第二框架22通过延伸通过相应的间隔件23并接合第一框架15的相应的突缘17的紧固件18固定到第一框架15。

[0040] 对流冷却通道13的入口13a限定在第一框架15和第二框架22之间。因此，间隔件23和紧固件18跨越对流冷却通道13的入口13a安置，且被浸入在进入冷却通道13的冷却流CF中。

[0041] 如在图4中所示出的，入口13a限定在过渡导管8整个周围，使得从所有的侧面供应足够的冷却流CF至对流冷却通道13。不需要冷却流供应通过限定外管状本体11的连续的壁，特别是从面向相邻的过渡导管8的侧面。因此，相邻的过渡导管8可彼此以非常近的间隔布置。

[0042] 对于冷却流CF，冷却通道13的入口13a限定横向于外表面10c的入口流方向，并构造成沿内管状本体10的外表面10c导引冷却流CF。通过肋21的弯曲的凹面促进冷却流CF的平滑导引，肋21的弯曲的凹面限定冷却通道13的入口13a的部分，并形成没有拐角的转弯。

[0043] 在一个实施例中，过渡导管1包括对流冷却通道13的入口13a中的分流器27。分流器27可以为布置在第一框架15和第二框架22之间的第三框架的形式，并具有内边缘27a，其弯曲以沿内管状本体10的外表面从入口方向导引冷却流CF。

[0044] 在一些未示出的实施例中，过渡导管可在冷却通道的入口中包括两个或更多个分流器。

[0045] 然而，可不存在分流器，如在图6的实施例中所示的。在这种情况下，过渡导管108包括内管状本体110和外管状本体111，外管状本体111围绕内管状本体110且在距离内管状本体110的一定距离处布置，以形成对流冷却通道113。对流冷却通道113的入口113a限定在第一框架115和第二框架122之间的过渡导管108的下游端部处，第一框架115配合到内管状本体110的下游端部，且第二框架122与外管状本体111成整体并布置成与第一框架115平行且在距离第一框架115的一定距离处。在这种情况下，除了在它们相应的位置安置并固定在第一框架115和第二框架122的间隔件123和紧固件118，对流冷却通道113的入口113a是自由的。

[0046] 最后，明显的是，所描述的过渡导管可经历更改和变化，而不脱离在所附权利要求中限定的本发明的范围。

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