用于燃气涡轮机的过渡管道的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于燃气涡轮机的过渡管道。所述过渡管道大体上包括端框架，所述端框架具有径向外部部分、与所述径向外部部分相对的径向内部部分、在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间的第一侧部分，以及在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间与所述第一侧部分相对的第二侧部分。槽可位于所述端框架的所述径向外部部分、所述径向内部部分、所述第一侧部分或所述第二侧部分中的至少一者中。第一多个轴向延伸的通道可延伸穿过所述端框架并且与所述槽相交。所述端框架的终端可与所述槽以不间断方式相邻。
【专利说明】用于燃气涡轮机的过渡管道
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及一种用于燃气涡轮机的过渡管道。具体来说，本发明涉及一种具有端框架的过渡管道，所述端框架设置在所述过渡管道下游端。
【背景技术】
[0002]传统燃气涡轮机系统包括压缩机、一个或多个燃烧器以及涡轮机。在传统燃气涡轮机系统中，压缩机向一个或多个燃烧器提供压缩空气。空气进入一个或多个燃烧器以与燃料混合并且燃烧。热燃烧气从一个或多个燃烧器中的每个燃烧器流动穿过过渡管道，进入涡轮机以驱动燃气涡轮机系统并且进行发电。
[0003]在某些燃烧器设计中，端框架可以环绕过渡管道的后端。端框架可以大体上包括终端，所述终端大体上与涡轮机相邻。因此，端框架终端可以暴露于由从过渡管道流到涡轮机中的热气引起的极限热应力下。
[0004]用于降低热应力并且增加端框架机械寿命的各种技术大体上包括将冷却通道铣削成穿过端框架终端，以使冷却介质(例如来自压缩机的压缩空气)可以流动穿过所述通道来冷却所述端框架终端。需要一种允许通过减少和/或消除延伸穿过端框架终端的冷却通道来冷却所述端框架终端的至少一部分的过渡管道，这种过渡管道将会非常有用。
【发明内容】
[0005]本发明的方面和优点会在以下说明中进行阐述，或可以从说明书中清楚，也可以通过实践本发明来了解。
[0006]本发明的一项实施例是一种过渡管道，所述过渡管道具有端框架。所述端框架可以包括径向外部部分、与所述径向外部部分相对的径向内部部分、在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间的第一侧部分、在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间与所述第一侧部分相对的第二侧部分、以及在所述端框架的所述径向外部部分、所述径向内部部分、第一侧或第二侧中的至少一者中的槽。第一多个轴向延伸的通道延伸穿过所述端框架，并且可与所述槽相交。所述端框架的终端可与所述槽大体上连续相邻。
[0007]本发明的另一实施例是一种过渡管道，所述过渡管道大体上包括端框架，所述端框架具有径向外部部分、与所述径向外部部分相对的径向内部部分、在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间的第一侧部分、以及在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间与所述第一侧部分相对的第二侧部分。所述端框架还包括位于所述端框架的所述径向外部部分、所述径向内部部分、所述第一侧部分或所述第二侧部分中的至少一者中的径向通道。第一多个轴向通道延伸穿过所述端框架，并且端接(终止于)在所述径向通道处。所述端框架的终端大体上可在所述径向通道下游，并且连续耐热材料层可以设置在与所述径向通道相邻的所述终端上。
[0008]本发明还可以包括一种过渡管道，所述过渡管道大体上包括:端框架，所述端框架具有径向外部部分、与所述径向外部部分相对的径向内部部分、在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间的第一侧部分、在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间与所述第一侧部分相对的第二侧部分、以及所述端框架的终端。所述过渡管道还包括用于冷却端框架终端的装置。
[0009]所属领域的普通技术人员在阅读说明书之后将更好地了解此类实施例的特征和方面以及其他内容。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]针对所属领域的技术人员，本说明书的其余部分参考附图完整并且可实现地详细公开了本发明，包括其最佳模式，在附图中:
[0011]图1示出示例性燃气涡轮机的局部截面图；
[0012]图2示出图1所示示例性燃烧器的侧视截面图；
[0013]图3示出根据本发明的至少一项实施例的图2所示示例性过渡管道的平面图；
[0014]图4示出根据本发明的至少一项实施例的图3所示沿线A-A截得的过渡管道的一部分的俯视截面图；
[0015]图5示出根据本发明的至少一项实施例的图3所示沿线B-B截得的过渡管道的一部分的侧视截面图；
[0016]图6示出根据本发明的至少一项实施例的图3所示沿线B-B截得的过渡管道的一部分的侧视截面图；
[0017]图7示出根据本发明的至少一项实施例的图3所示过渡管道的一部分的侧视图；
[0018]图8示出根据本发明的至少一项实施例的图3所示沿线A-A截得的过渡管道的一部分的俯视截面图；
[0019]图9示出根据本发明的至少一项实施例的图3所示沿线B-B截得的截面的一部分的侧视图；以及
[0020]图10示出根据本发明的至少一项实施例的图3所示沿线B-B截得的截面的一部分的侧视图。
【具体实施方式】
[0021]现将详细参考本发明的各项实施例，其中一个或多个实例会在附图中示出。【具体实施方式】使用数字和字母标识来指示附图中的特征。在附图和说明书中的相同或类似标识用于指示本发明的相同或类似部分。
[0022]在本说明书中所用术语“第一”、“第二”以及“第三”能够互换地用来区分各个部件，而并非意图表示单独部件的位置或重要程度。此外，术语“上游”和“下游”是指部件在流体通路中的相对位置。例如，如果流体是从部件A流到部件B，那么部件A就在部件B上游。相反，如果部件B从部件A接收流体流，那么部件B就在部件A下游。
[0023]各个实例用以解释本发明，而非限制本发明。实际上，所属领域的技术人员将清楚，本发明可以在不背离其范围或精神的情况下做出修改和变化。例如，作为一项实施例的一部分示出或描述的特征可以用于另一项实施例，以便产生又一项实施例。因此，本发明预期涵盖在所附权利要求书及其等效物的范围内的这些修改和变化。
[0024]本发明的各项实施例包括一种用于燃气涡轮机的燃烧器的过渡管道。所述过渡管道大体上包括环绕所述过渡管道的下游端的端框架。端框架包括终端，所述终端大体上设置成与燃气涡轮机的涡轮部分相邻。在具体实施例中，端框架可以包括一个或多个槽。所述一个或多个槽可以包括上游表面，所述上游表面与下游表面隔开，其中一个或多个槽下游表面大体上与端框架终端相邻。端框架还可以包括多个轴向延伸的通道，所述多个轴向延伸的通道延伸穿过所述端框架的一部分、并且与一个或多个槽相交。这样，压缩工作流体就可以流动穿过多个轴向延伸的通道的至少一部分、并且流入一个或多个槽中，以使所述压缩工作流体冲击在与端框架终端相邻的一个或多个槽下游表面上、和/或以使所述压缩工作流体在所述下游表面上流动。所述槽下游表面与端框架终端之间的空间可以在端框架与涡轮部分之间形成一体式防热护罩。因此，压缩工作流体可以冷却端框架终端，从而使得端框架上的热应力降低并且使得端框架和过渡管道机械寿命提高。
[0025]图1示出示例性燃气涡轮机以及燃气涡轮机的一部分的截面，图2示出图1所示燃气涡轮机的燃烧器的截面图。如图1所示，燃气涡轮机10大体上包括压缩机12、位于所述压缩机12下游的一个或多个燃烧器14，以及位于多个燃烧器14下游的涡轮部分16。如图所示，多个燃烧器14可以围绕燃气涡轮机10的轴向中线布置成环状阵列。涡轮部分16可以大体上包括固定轮叶18和旋转叶片20的交替级。旋转叶片20可以连接到轴22，所述轴延伸穿过涡轮部分16。如图2所示，多个燃烧器14各自可以在一端上包括端盖24，并且在另一端上包括过渡管道26。一个或多个燃料喷嘴28可以在端盖24下游大体上延伸。燃烧内衬30可以至少部分环绕一个或多个燃料喷嘴28，并且从这些燃料喷嘴下游延伸。过渡管道26可以在燃烧内衬30下游延伸，并且可以端接在(terminated)第一级固定轮叶18相邻位置。在替代设计中，过渡管道26可以在一个或多个燃料喷嘴28下游延伸。如图1和2所示，壳32可以大体上环绕一个或多个燃烧器14以形成腔室34。腔室34至少部分环绕燃烧内衬30、和/或过渡管道26。
[0026]在运行过程中，如图1所示，工作流体36例如环境空气进入压缩机12，然后流动穿过所述压缩机12进入腔室34成为压缩工作流体38。如图2所示，在倒转方向之前，压缩工作流体38的一部分跨过过渡管道26流动、并且流向端盖24。压缩工作流体38与来自一个或多个燃料喷嘴28的燃料混合以在燃烧室40内形成可燃混合物，所述燃烧室40可以至少部分界定在燃烧内衬30内部。可燃混合物燃烧以产生快速膨胀的热气42。如果存在燃烧内衬30，那么热气42大体上从所述燃烧内衬流动穿过过渡管道26、并且进入涡轮部分16，在所述涡轮部分中，来自热气42的能量传递给附接到轴22的各级旋转叶片20，以使轴22旋转并做机械功。所做机械功可以驱动压缩机12或其他外部负载发电，其中所述外部负载如发电机(未示出)。来自腔室34的压缩工作流体38的另一部分可以主要用来冷却多个燃烧器14内、和/或涡轮部分16内的各种部件。
[0027]图3提供根据本发明的至少一项实施例的如图2所示示例性过渡管道26的平面图。如图2和3所示，过渡管道26大体上包括管状主体44，所述管状主体具有前端46以及在所述前端46下游的后端48。前端46可以是大体上环状的，并且可以经配置用于接合燃烧内衬30。在具体实施例中，过渡管道26可以包括端框架50，所述端框架至少部分周向环绕管状主体44的后端48。在某些实施例中，端框架50可以浇铸和/或加工成管状主体44后端48的一体式部分。在其他实施例中，端框架50可以是连接到管状主体44后端48的单独部分。例如(但不限于)，端框架50能够以焊接方式连接到后端48。[0028]如图2和3所示，端框架50大体上包括上游端52和终端54，所述终端与所述上游端轴向隔开。如图2所示，端框架50的终端54可以大体上设置成与涡轮部分16的第一级固定轮叶18相邻。如图3所示，端框架50的终端54可以是大体上扁平的。在具体实施例中，终端的至少一部分可以是连续的。在本说明书中所用术语“连续的(continuous)”是指大体上没有通孔或通路的固体不间断表面(solid uninterrupted surface)。
[0029]如图3所示，端框架50大体上可以包括:径向外部部分56，其设置在所述端框架50的轴向中线径向向外位置/方向；以及径向内部部分58，其设置在所述径向外部部分56径向向内位置/方向。端框架50可以进一步包括一对侧部分60。该对侧部分60中的每个侧部分在径向外部部分56与径向内部部分58之间大体上径向延伸。在具体实施例中，径向内部部分58、径向外部部分56以及该对侧部分60大体上可与端框架50终端54相邻。
[0030]图4提供图3所示沿线A-A截得的端框架50的一对侧部分60中的一个侧部分的截面。图5和6提供图3所示沿线B-B截得的端框架50的径向内部部分58与径向外部部分56的截面。如图4至6所示，在具体实施例中，端框架50可以包括多个轴向延伸的通道62，所述多个轴向延伸的通道大体上轴向延伸穿过所述端框架50的至少一部分、并且穿过所述端框架50的终端54。所述多个轴向延伸的通道62可以具有任何尺寸、具有任何截面形状、或者以任何方式布置，以便促使流穿过所述多个轴向延伸的通道62。这样，压缩工作流体38的至少一部分就可以从燃烧器14腔室34流出、并且穿过轴向延伸的通道62，从而部分冷却端框架50的至少一部分。
[0031]如图4至6所示，在具体实施例中，端框架50终端54的至少一部分可以涂布有耐热材料64。例如(但不限于)，热障涂层。在具体实施例中，多个轴向延伸的通道62的至少一部分可以延伸穿过端框架50终端54、并且穿过耐热材料64。这样，耐热材料64就可以在端框架50的终端54与从过渡管道26流入涡轮部分16的热气42之间形成热障。此外，压缩工作流体38可以冷却端框架50，尤其是可以冷却端框架50终端54。因此，可以增加端框架的机械寿命。
[0032]图7提供图3所示端框架50的侧视图，图8提供图3所示沿线A-A截得的端框架50的一对侧部分60中的一个侧部分的截面，图9提供图3所示沿线B-B截得的端框架50的径向外部部分56的截面，并且图10提供图3所示沿线B-B截得的端框架50的径向内部部分58的截面。如图7至10所示，本发明的各项实施例可以包括用于冷却端框架50终端54的装置。在具体实施例中，用于冷却端框架50终端54的结构可以包括槽66，所述槽位于以下之一中:端框架50径向外部部分56，如图9所示；径向内部部分58，如图8所示；或一对侧部分60，如图8所示。如图3以及图7至10共同所示，在具体实施例中，槽66可以围绕端框架50大体上不间断地周向延伸。如图7至10所示，槽66可以经过定形，从而界定上游表面68和下游表面70，所述下游表面70与所述上游表面68大体上轴向隔开。例如(但不限于)，槽66可以是大体上“U”形的。如图7至10所示，在具体实施例中，槽66可以经过设置以使槽下游表面70与端框架50的终端54大体上相邻。如图7至10所示，在具体实施例中，槽66的下游表面70可与端框架50的终端54大体上连续相邻。如图7至10所示，在具体实施例中，槽66下游表面70与端框架50的终端54之间的端框架空间可以至少部分界定与端框架50 —体形成的防热护罩71，以在从过渡管道26流入涡轮部分中的热气42之间形成保护屏障。[0033]如图7至10所示，用于冷却端框架50终端54的装置可以包括径向通道72，所述径向通道至少部分界定在槽66的上游表面68与下游表面70之间。如图所示，可以存在多个径向通道72，所述径向通道由端框架50中的多个槽66界定。如图7和8所示，径向通道72可由端框架50的一对侧部分60中的槽66界定。如图7、10和11所示，作为附加或替代，径向通道72可以界定在端框架50的径向外部部分56和/或径向内部部分58中。
[0034]用于冷却端框架50终端54的装置可以进一步包括多个轴向延伸的通道74，所述多个轴向延伸的通道延伸穿过端框架50的至少一部分、并且与槽66相交。所述多个轴向延伸的通道74可以具有任何尺寸、具有任何截面形状或以任何方式布置，以便促使流穿过多个轴向延伸的通道74。如图7至10所示，在具体实施例中，轴向延伸的通道74的至少一部分可以从与端框架50的上游端52相邻的点延伸。如图8所示，在具体实施例中，所述多个轴向延伸的通道74的至少一部分可以与端框架50的一对侧部分60中的一个侧部分中的槽66相交。作为附加或替代，分别如图9和10所示，所述多个轴向延伸的通道74的至少一部分可以与端框架50的径向外部部分56或径向内部部分58中的至少一者中的槽66相交。
[0035]如图7和8所示，在某些实施例中，多个轴向延伸的通道74中的至少一者可与槽66上游表面68垂直相交。这样，流入槽76中的压缩工作流体38就可以冲击在槽76的下游表面80上，从而针对下游表面70实现冲击冷却，由此冷却端框架50终端54。作为附加或替代，如图7、9和10所示，所述轴向延伸的通道74的至少一部分可与槽66以相对于端框架50的轴向中线的一定锐角相交。这样，流入槽66中的压缩工作流体38仍就可以至少部分冲击在槽66的下游表面70上，从而针对下游表面70实现冲击冷却，由此冲击冷却端框架50的终端54。此外，压缩工作流体可以在槽66下游表面70上流动，从而针对槽66下游表面70和端框架50的终端54提供对流冷却、和/或传导冷却。
[0036]如图7至10所示，在各项实施例中，可将流入槽66中的压缩工作流体38引导通过径向通道72，并且引入涡轮部分16中。因此，压缩工作流体38可以冷却槽66上游和下游表面68、70，从而冷却端框架50和终端54。此外，压缩工作流体38可以冷却涡轮部分16的第一级固定轮叶18。
[0037]如图8至10所示，用于冷却端框架下游端的装置还可以包括耐热材料76。如图8至10所示，在具体实施例中，耐热材料76可以设置在端框架50终端54的、与槽66下游表面70相邻的至少一部分上。如图8至10所示，在具体实施例中，耐热材料76可以沿端框架50的终端54的、与槽66下游表面70相邻的一部分涂覆成连续的层。这样，耐热材料76就可以使得端框架50的终端54至少部分避开从过渡管道26流入涡轮部分16中的热气42。这样，耐热材料76就可以与流入槽66中的压缩工作流体38对槽66下游表面70的冲击、对流、和/或传导冷却组合，以用于降低端框架50终端54上的热应力。因此，可以提高端框架的寿命，从而增加燃烧器14的整体机械性能。
[0038]在具体实施例中，除了用于冷却端框架终端的装置之外，端框架终端可以包括所述多个轴向延伸的通道62的一部分，所述多个轴向延伸的通道延伸穿过所述终端的一部分。例如，所述多个轴向延伸的通道62可以延伸穿过端框架50的、与所述端框架50的径向内部和/或径向外部部分相邻的终端54，如图5和6所示，同时一对侧部分60可以包括槽66和轴向延伸的冷却通道74，如图8所示。[0039]在替代实施例中，多个轴向延伸的通道62可以延伸穿过端框架50的终端54，所述终端54与所述端框架50的一对侧部分60相邻,如图4所不，同时径向外部部分56和径向内部部分58可以包括槽66和轴向延伸的冷却通道74，如图9至10所示。这样就可以选择性地控制热应力，方法是相对于延伸穿过端框架50终端54的轴向延伸的通道62的放置位置来设置槽66和轴向延伸的冷却通道74。
[0040]本说明书使用实例来公开本发明，其中包括最佳模式，并且还使得所属领域的任何技术人员能够实践本发明，其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何所涵盖的方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。
【权利要求】
1.一种过渡管道，其包括: a.端框架，其具有径向外部部分、与所述径向外部部分相对的径向内部部分、在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间的第一侧部分、以及在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间与所述第一侧部分相对的第二侧部分； b.槽，其位于所述端框架的所述径向外部部分、所述径向内部部分、所述第一侧部分、或所述第二侧部分中的至少一者中； c.第一多个轴向延伸的通道，其延伸穿过所述端框架并且与所述槽相交；以及 d.所述端框架的终端，其中所述端框架的所述终端与所述槽连续相邻。
2.如权利要求1所述的过渡管道，其中所述槽延伸穿过端框架所述径向外部部分。
3.如权利要求1所述的过渡管道，其中所述槽延伸穿过端框架所述径向内部部分。
4.如权利要求1所述的过渡管道，其中所述槽包括第一槽，并且进一步包括第二槽，其中所述第一槽延伸穿过所述端框架第一侧部分，并且所述第二槽延伸穿过所述端框架第二侧部分。
5.如权利要求1所述的过渡管道，其进一步包括穿过所述端框架的、第二多个轴向延伸的通道，其中所述第二多个轴向延伸的通道穿过所述端框架终端。
6.如权利要求1所述的过渡管道，其中至少一些所述第一轴向延伸的通道大体上垂直于所述槽。
7.如权利要求1所述的过渡管道，其中至少一些所述第一轴向延伸的通道相对所述端框架的轴向中线与所述槽以锐角相交。
8.如权利要求1所述的过渡管道，其进一步包括连续耐热材料层，所述连续耐热材料层位于与所述槽相邻的所述端框架终端上。
9.一种过渡管道，其包括: a.端框架，其具有径向外部部分、与所述径向外部部分相对的径向内部部分、位于所述径向外部部分与所述径向内部部分之间的第一侧部分、以及在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间与所述第一侧部分相对的第二侧部分； b.径向通道，其位于所述端框架的所述径向外部部分、所述径向内部部分、所述第一侧部分、或所述第二侧部分中的至少一者中； c.第一多个轴向通道，其穿过所述端框架端接在所述径向通道处；以及 d.所述端框架的终端，其位于所述径向通道的下游；以及 e.连续耐热材料层，其位于所述端框架的、与所述径向通道相邻的所述终端上。
10.如权利要求9所述的过渡管道，其中所述径向通道延伸穿过端框架径向外部部分。
11.如权利要求9所述的过渡管道，其中所述径向通道延伸穿过端框架径向内部部分。
12.如权利要求9所述的过渡管道，其中所述径向通道包括第一径向通道，并且进一步包括第二径向通道，其中所述第一径向通道延伸穿过端框架第一侧部分，并且所述第二径向通道延伸穿过端框架第二侧部分。
13.如权利要求9所述的过渡管道，其进一步包括穿过所述端框架的第二多个轴向延伸的通道，其中所述第二多个轴向延伸的通道穿过所述端框架终端。
14.如权利要求9所述的过渡管道，其中至少一些所述第一轴向延伸的通道大体上垂直于所述径向通道。
15.如权利要求9所述的过渡管道，其中至少一些所述第一轴向延伸的通道与所述径向通道以锐角相交。
16.一种过渡管道,其包括: a.端框架，其具有径向外部部分、与所述径向外部部分相对的径向内部部分、在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间的第一侧部分、以及在所述径向外部部分与所述径向内部部分之间与所述第一侧部分相对的第二侧部分； b.所述端框架的终端；以及 c.用于冷却端框架终端的装置。
17.如权利要求16所述的过渡管道，其中所述用于冷却所述端框架终端的装置包括槽，所述槽位于所述端框架的所述径向外部部分、所述径向内部部分、所述第一侧部分、或所述第二侧部分中的至少一者中。
18.如权利要求16所述的过渡管道，其中所述用于冷却所述端框架终端的装置包括:槽，其位于所述端框架的所述径向外部部分、所述径向内部部分、所述第一侧部分、或所述第二侧部分中的至少一者中；以及第一多个轴向延伸的通道，其穿过所述端框架与所述槽相交。
19.如权利要求16所述的过渡管道，其中所述装置包括:槽，其位于所述端框架的所述径向外部部分、所述径向内部部分、所述第一侧部分、或所述第二侧部分中的至少一者中；以及连续耐热材料层，其位于所述端框架的与所述槽相邻的所述终端上。
20.如权利要求19所述的过渡管道，其进一步包括多个轴向通道，所述多个轴向通道延伸穿过所述端框架的、与所述连续耐热材料层相邻的所述终端。
【文档编号】F02C7/00GK103527321SQ201310265516
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】P.B.梅尔顿 申请人:通用电气公司