专利名称：用于冷却燃烧透平组件的供冷歧管装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种气体透平，更具体地说，本发明涉及歧管装置，该歧管装置用于气体透平的闭环冷却系统。
背景技术：
燃烧透平包括容纳压缩机部、燃烧器部和透平部的壳体。压缩机部包括一入口端和一出口端。燃烧器部包括一入口端和一燃烧器过渡部。该燃烧器过渡部邻近于燃烧器部的排出端，包括一侧壁，该侧壁限定了流体通道，该流体通道引导工作流体进入透平的入口端。
提供的空气在压缩机部被压缩，并被引导至燃烧器部。被压缩的空气进入燃烧入口，并与燃料混合。然后，空气/燃料混合物被燃烧，产生了高温和高压气体。然后，该气体被排放并途经燃烧器过渡部，并且注入透平部，以使透平运转。
正如本领域的技术人员所熟知的，气体透平的最大功率输出取决于对气体的加热程度，使流动途经燃烧器部的气体的温度尽可能地高。然而，该热气体加热了其流通透平时途经的各透平元件。
相应地，提高燃烧点火温度的能力受到了透平元件承受高温的能力的限制。因此，已经研制了用于透平的热零件的各种冷却方法。这些方法包括开环空气冷却技术和闭环冷却系统。
传统的开环空气冷却技术把空气从压缩机部引导至燃烧器过渡部，以冷却燃烧器过渡部。在燃烧器过渡部的表面上设有一系列冷却流体通道，以容纳冷却流体，从而冷却燃烧器过渡部。冷却流体从燃烧器过渡部的侧壁上吸取热量，然后，流动到内部的流动通道，与流动至透平部的工作流体混合。开环冷却系统的一个缺点是，需要从压缩机部分离出大量的空气，即需要大量的空气流以保持压缩机的火焰温度低。燃烧器过渡部的开环冷却的另外一个缺点是NOx辐射。因此，需要提供一种冷却系统，其不从压缩机分离出空气，并且能控制NOx辐射。
传统的透平闭环冷却装置通常包括一歧管；应力释放装置，如活塞环或波纹管；和冷却流体源，其位于透平的外侧。歧管通常包括一外壳。应力释放装置用于把歧管外壳连接至必须冷却的元件附近。
闭环冷却歧管容纳来自透平外侧的冷却流体，沿透平外壳的周向分配冷却流体。和开环冷却系统不一样的是，闭环冷却流体保持与在过渡部的流动通道内流动的工作流体相分离。相反，闭环冷却流体被引导至透平外侧的一个位置。
然而，传统的闭环冷却系统采用了比较复杂的歧管安装组件。这些歧管安装组件又增加了维护燃烧透平的总的费用。传统的歧管安装组件必须精确设计，以使其充分地连接至透平的外壳上。因此，需要提供一种更简单和经济的歧管安装结构。
发明概述本发明提供了一种用于冷却燃烧透平元件的冷却歧管装置。该歧管装置包括至少一第一和第二连接盒。第一和第二连接盒都包括一壳体。流体供应管和回流管牢固地连接在壳体上。流体供应管适合于与冷却热的透平零件的冷却流体连通。回流管适合于与已经从热的透平零件上吸取了热量的冷却流体连通。
本发明提供了一种用于向第一和第二连接盒提供冷却流体的冷却流体供应管。该流体供应管包括一侧壁，该侧壁限定了冷却剂流动通道，该流动通道在第一端具有第一开口，在第二端具有第二开口。流体供应管的第一端以流体连通的方式与第一连接盒的流体供应管机械地连接。冷却流体供应管的第二端以流体连通的方式与至少一个第二连接盒的流体供应管机械地连接。
本发明提供了一种引导已经从热的透平零件上吸取了热量的冷却流体的流体回流管。该流体回流管包括一侧壁，该侧壁限定了回流通道，该回流通道在第一端具有第一开口，在第二端具有第二开口。流体回流管的第一端以流体连通的方式与第一连接盒的流体回流管机械地连接。流体回流管的第二端以流体连通的方式与至少一个第二连接盒的流体回流管机械地连接。在该方式下，数个连接盒可以串联在一起，以冷却热的透平零件的需要冷却的部分。
对附图的简要说明
图1是根据本发明的冷却歧管装置的横截面图，该冷却歧管装置机械地连接在燃烧透平的一部分内。
图2是如图1所示的冷却歧管装置的分解图。
图3是如图1所示的连接盒的剖视图。
图4是燃烧器过渡部的透视图，当采用如图1所示的冷却歧管装置时，该燃烧器过渡部可以被冷却。
对推荐实施例的详细说明图1在总体上示出了安装在燃烧透平4内的冷却歧管装置10。冷却歧管装置10机械地安装在燃烧部18和透平部16之间，以冷却燃烧器过渡部20。可以注意到，冷却歧管装置可用于冷却透平环部、固定叶片、或其它可沿周向重复的固定燃烧透平元件。作为应用实例，下面说明用于冷却燃烧器过渡部20的冷却歧管装置10。
燃烧器18具有入口端24、燃烧器过渡部20、燃烧器过渡部20的出口端26和凸缘38。透平部16的第一段具有入口端28，以容纳来自燃烧器过渡部20的工作流体。冷却歧管装置10具有至少一个连接盒80，以使冷却歧管装置10的各组件与燃烧透平4连接。
具有出口端6的喷嘴8机械地与燃烧器的入口端24连接。燃烧器过渡部的出口端26与透平部的入口端28连接。冷却歧管装置10在连接盒80和燃烧器过渡部的凸缘38的连接处与燃烧器过渡部20机械地连接。另外，冷却歧管装置10与燃烧透平4外侧的冷却流体供应源(未示出)流体连通。设置冷却流体供应源的目的是向歧管装置4提供冷却流体，以冷却透平中的热部，特别是燃烧器过渡部20。
图2是冷却歧管装置10的推荐实施例的分解图。冷却歧管装置10包括数个供应管60、数个回流管70和至少一个第一和第二连接盒80。图中示出了用于冷却八个燃烧器过渡部的八个连接盒80。特别是，每个供应管60和回流管70具有总体上呈弧形的纵截面。
托环22用于把每个连接盒80固定定位在接近燃烧器过渡部20处。托环22包括外表面94、内表面96、和内外表面之间的侧缘98。另外，托环22具有凸缘102。该托环沿周向延伸大约180度。
每个连接盒80包括壳体81、供应管82和回流管84。特别是，壳体81限定了六个表面86、88、92、104、106和108，并且容纳供应管82和回流管84。第一表面86适合于以流体连通的方式与供应管60和回流管70机械地连接。第二表面88适合于以流体连通的方式与将在燃烧透平的操作过程中冷却的透平元件机械地连接。
当燃烧器过渡部20将被冷却时，第二表面88适合于由螺栓固定在燃烧器过渡部的凸缘38上，而第三壳体表面92适合于固定连接在托环22上。下面说明供应管60和回流管70与各表面相连接的方法。
每个供应管60具有侧壁62。侧壁62限定了冷却剂流动通道61。冷却剂流动通道61具有第一端63和第二端65，第一端63具有第一开口64，而第二端65具有第二开口66。供应管60的第一端63适合于与一连接盒80的第一表面86以流体连通的方式机械地连接，而同一供应管60的第二端65适合于与一相邻的连接盒80的第一表面86以流体连通的方式机械地连接。供应管60可由焊接方法固定，或由在现有技术中熟知的任何其它可接受的连接方法固定。
每个回流管70具有侧壁72，该侧壁72限定了回流通道71。该回流通道71具有第一端73和第二端75，第一端73具有第一开口74，而第二端75具有第二开口76。回流管70的第一端73适合于与一连接盒80的第一表面86以流体连通的方式机械地连接，而同一回流管70的第二端75适合于与一相邻的连接盒80的第一表面86以流体连通的方式机械地连接。回流管70可以与供应管60相同的方式机械地连接至各相应的元件上。
图3更详细地示出了连接盒80。连接盒的壳体81容纳供应管82和回流管84。壳体81的第一表面86、第二表面88和第三表面92都进行了局部剖视，以说明供应管82和回流管84在壳体81内的推荐位置。
供应管82包括侧壁44，带有第一开口端46、第二开口端47和第三开口端48。该侧壁44从第一开口端46延伸至第二开口端47，然后，以相对向下的方向延伸至第三开口端48。第一开口端46适合于与供应管60的第一端63以流体连通的方式机械地连接。第二开口端48适合于与另外一供应管60的第二端65以流体连通的方式机械地连接。第三开口端48适合于与必须在透平操作过程中冷却的一透平元件以流体连通的方式机械地连接。特别是，当冷却燃烧器过渡部20时，第三开口端48适合于与燃烧器过渡部20的凸缘38连接。
回流管84包括侧壁54，带有第一开口端56、第二开口端57和第三开口端58。该侧壁54从第一开口端56延伸至第二开口端57，然后，以相对向下的方向延伸至第三开口端58。第一开口端56适合于与回流管70的第一端73以流体连通的方式机械地连接。第二开口端57适合于与另外一供应管70的第二端75以流体连通的方式机械地连接。第三开口端58适合于与必须在透平操作过程中冷却的透平元件以流体连通的方式机械地连接。特别是，当冷却燃烧器过渡部20时，第三开口端58适合于与燃烧器过渡部20的凸缘38连接。
特别是，壳体81的第一表面86适合于容纳供应管的第一开口端46和第二开口端47。壳体81的第一表面86还适合于容纳回流管的第一开口端56和第二开口端57。壳体的第二表面88适合于容纳供应管82的第三开口端48和回流管84的第三开口端58。壳体81的第三开口端48适合于与燃烧器过渡部20的凸缘38连接。
图4示出了可用于冷却歧管装置10的燃烧器过渡部20。该燃烧器过渡部20包括外壁14，该外壁14限定了工作流体的流动通道12。该燃烧器过渡部20进一步包括入口端25、出口端26、冷却通道32、流体供应管42、流体回流管52和凸缘38。流体管42和52与冷却通道32和燃烧器过渡部的凸缘38以流体连通的方式机械地连接。凸缘38适合于与连接盒80以流体连通的方式机械地连接。
下面结合如图4所示的燃烧器过渡部20对本发明的操作过程进行说明。首先，燃烧透平4启动。压缩空气被注入燃烧器部18，并与燃料混合，以形成工作流体。然后，工作流体被注入透平部16，以使透平运转。
随着工作流体的产生，来自燃烧透平外部的冷却流体被提供给歧管装置10。冷却流体至少可以是空气或蒸汽。冷却流体通过每个弧形的供应管60流动，并且流入相应的连接盒80。一旦进入连接盒80，冷却流体通过流体供应管82流动，进入流体供应管42，并且又进入冷却通道32。
随着冷却流体通过冷却通道32流动，冷却流体从燃烧器过渡部20吸取热量，从而冷却燃烧器过渡部的热零件和靠近热零件的区域。然后，冷却流体流动至流体回流管52，并且进入同一连接盒80的流体回流管84，冷却流体最初从该连接盒80内流出。随着冷却流体从流体回流管84流出，冷却流体被弧形的回流管70接收。然后，冷却流体从燃烧透平内排出。
供应管60和回流管70的纵截面总体上呈弧形或半圆形，这使得冷却歧管装置容易安装和拆卸，这又使本发明更经济。另外，弧形管的设计使歧管装置10承受由冷却剂供应源40和冷却剂回流元件50所产生的热膨胀，从而使供应管60或回流管70内不产生不可接受的应力。
另外，由于弧形的管60和70都是独立的元件，都与托环22和透平壳体36相分离，弧形的管60和70可吸收由热膨胀产生的应力，不用应力释放装置就可吸收由热膨胀产生的应力。
应该理解，虽然上文结合本发明的结构和功能的细节说明了本发明的数个特征和优点，这样的公开仅仅是说明性的，在细节上可以进行修改，特别是，在本发明的原理范围内，可对形状、尺寸和零件的设置进行修改，修改完全可以达到所附权利要求中由术语的广泛的上位概念确定的程度。
权利要求
1.一种用于冷却燃烧透平元件的冷却歧管装置，该歧管装置包括至少一第一和第二连接盒，所述第一和第二连接盒都包括一壳体，流体供应管和回流管容纳在所述壳体内，所述流体供应管适合于与冷却热的透平零件的冷却流体连通，所述回流管适合于与已经从热的透平零件上吸取了热量的冷却流体连通；用于向所述第一和第二连接盒提供冷却流体的冷却流体供应管，所述流体供应管包括一侧壁，所述侧壁限定了冷却剂流动通道，该流动通道在第一端具有第一开口，在第二端具有第二开口，所述流体供应管的所述第一端以流体连通的方式与第一连接盒的流体供应管机械地连接，所述冷却流体供应管的所述第二端以流体连通的方式与所述至少一个第二连接盒的流体供应管机械地连接；和用于引导已经从热的透平零件上吸取了热量的冷却流体排出燃烧透平的流体回流管，所述流体回流管包括一侧壁，该侧壁限定了一回流通道，该回流通道在第一端具有第一开口，在第二端具有第二开口，所述流体回流管的所述第一端以流体连通的方式与第一连接盒的流体回流管机械地连接，所述流体回流管的所述第二端以流体连通的方式与所述至少一个第二连接盒的流体回流管机械地连接。
2.燃烧透平，所述燃烧透平包括冷却流体源，用于冷却燃烧透平；压缩机，用于压缩空气；喷嘴，与所述压缩机流体连通，所述喷嘴适合于把气体和空气混合燃料注入燃烧器；燃烧器，与喷嘴流体连通，以由气体和空气混合燃料产生工作流体，所述燃烧器包括燃烧器过渡部，以把所述工作流体引导至透平部，所述燃烧器过渡部具有一凸缘端，该凸缘端适合于以流体连通的方式与冷却流体供应管和流体回流管机械地连接；透平部，其适合于以流体连通的方式与所述燃烧器过渡部机械地连接，以接收工作流体，从而使透平运转；至少一第一和第二连接盒，其以流体连通的方式与燃烧器过渡部的凸缘端机械地连接；所述第一和第二连接盒都包括一壳体，流体供应管和回流管容纳在所述壳体内，所述流体供应管适合于以流体连通的方式与冷却靠近燃烧器过渡部的区域的冷却流体连通，所述回流管适合于以流体连通的方式与已经从靠近燃烧器过渡部的区域上吸取了热量的冷却流体连通；用于向所述第一和第二连接盒提供冷却流体的冷却流体供应管，所述冷却供应管与所述冷却流体源流体连通，所述流体供应管包括一侧壁，所述侧壁限定了冷却剂流动通道，该流动通道具有第一开口和第二开口，所述流体供应管的所述第一端以流体连通的方式与第一连接盒的流体供应管机械地连接，所述冷却流体供应管的所述第二端以流体连通的方式与所述至少一个第二连接盒的流体供应管机械地连接；和用于引导已经从靠近燃烧器过渡部的区域上吸取了热量的冷却流体的流体回流管，所述回流管包括一侧壁，该侧壁限定了一回流通道，该回流通道在第一端具有第一开口，在第二端具有第二开口，所述流体回流管的所述第一端以流体连通的方式与第一连接盒的流体回流管机械地连接，所述流体回流管的所述第二端以流体连通的方式与所述至少一个第二连接盒的流体回流管机械地连接。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述冷却流体包括空气或蒸汽。
全文摘要
提供一种用于冷却燃烧透平(4)的元件的冷却歧管装置(10)。该歧管装置(10)包括至少一第一和第二连接盒(80)。第一和第二连接盒都包括一壳体(81)。流体供应管(82)和回流管(84)牢固地连接在壳体(81)上。流体供应管(80)适合于与冷却热的透平零件的冷却流体连通。回流管(84)适合于与已经从热的透平零件上吸取了热量的冷却流体连通。提供一种向第一和第二连接盒提供冷却流体的冷却流体供应管(60)。供应管(60)的两端包括两个开口。流体供应管(60)的第一端与第一连接盒(80)连接,供应管的第二端与至少一个第二连接盒(80)连接提供一种用于引导已经从热的透平零件上吸取了热量的冷却流体的流体回流管(70)。流体回流管(70)的两端包括两个开口。流体回流管(70)的第一端与第一连接盒(80)连接,流体回流管的第二端与所述至少一个第二连接盒(80)连接。
文档编号F23R3/42GK1250504SQ98803351
公开日2000年4月12日 申请日期1998年3月3日 优先权日1997年3月14日
发明者格雷戈里·R·高尔, 勒鲁瓦·D·麦克劳林 申请人:西门子西屋动力公司