专利名称：用于冷却过渡喷嘴的方法和系统的制作方法
技术领域：
本公开大体涉及涡轮系统，并且更特定地涉及可以用于涡轮系统的过渡喷嘴。
背景技术：
至少一些已知的燃气涡轮系统包括与涡轮不同且分开的燃烧器。在运行期间，一些此类涡轮系统可能在燃烧器与涡轮之间发生泄漏，这种泄漏可能影响燃烧器的排放能力(即NOx)且/或可能降低涡轮系统的性能和/或效率。为了减少此类泄漏，至少一些已知的涡轮系统在燃烧器与涡轮之间包括多个密封件。然而，随着时间推移，在升高的温度下运行可能使燃烧器与涡轮之间的密封件变弱。维护此类密封件可能是繁琐、耗时和/或成本不划算的。 此外或备选地，为了提高排放能力，至少一些已知的涡轮系统提高了燃烧器的运行温度。例如，一些已知的燃烧器内的火焰温度可能提高到超过约3900° F的温度。然而，提高的运行温度可能不利地限制燃烧器和/或涡轮系统的使用寿命。
发明内容
在一方面，提供了一种用于装配涡轮组件的方法。该方法包括一体地形成包括过渡部和喷嘴部的过渡喷嘴。该过渡喷嘴包括定向成引导空气以便于冷却过渡部和/或喷嘴部的多个开口。过渡部定向成将燃烧气体引向喷嘴部。在另一方面，提供了一种用于涡轮组件的过渡喷嘴。该过渡喷嘴为过渡部和与过渡部一体地形成的喷嘴部。该过渡喷嘴包括定向成引导空气以便于冷却过渡部和/或喷嘴部的多个开口。过渡部定向成将燃烧气体引向喷嘴部。在又一方面，提供了一种涡轮组件。该涡轮组件包括构造成将燃料与空气混合而形成燃料和空气混合物的燃料喷嘴以及定向成从燃料喷嘴接收燃料和空气混合物的过渡喷嘴。该过渡喷嘴包括过渡部和与过渡部一体地形成的喷嘴部。该过渡喷嘴包括定向成引导空气以便于冷却过渡部和/或喷嘴部的多个开口。过渡部定向成将燃烧气体引向喷嘴部。文中所述的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例中独立地实现，或者可以结合在其它实施例中，其进一步的细节可以参见以下描述和附图。
图I是示例性润轮组件的示意图；以及
图2是可以用于图I所示的涡轮组件的示例性过渡喷嘴的截面图。附图标记
100 涡轮组件 104 压缩机
106 燃烧器组件108涡轮
110转子轴
112负载
200过渡喷嘴
202衬套部 204 过渡部
206喷嘴部
208燃烧室
210燃料喷嘴
212燃料喷射器 214 开口。
具体实施例方式本文公开的主题大体涉及涡轮组件，并且更特定地涉及可以用于涡轮组件的过渡喷嘴。在一个实施例中，过渡喷嘴是包括衬套部、过渡部和喷嘴部的整体构件。在这种实施例中，过渡喷嘴包括定向成引导相对冷的空气以便于冷却过渡喷嘴的多个开口。因此，过渡喷嘴使用整体越过该过渡喷嘴的泻流冷却和/或薄膜冷却，使得燃烧器可以以提高的运行温度运行，从而以提高的排放能力运行。如文中所用，术语“轴向”和“轴向地”是指大致平行于燃烧器的纵向轴线延伸的方向和定向。如文中所用，以单数叙述并且前接用词“一”或“一个”的元件或步骤应该理解为不排除多个元件或步骤，除非清楚地叙述了这种排除。此外，对本发明的“一个实施例”或“示例性实施例”的谈及并不意图被解释为排除也结合了所叙述的特征的另外的实施例的存在。图I是示例性润轮组件100的示意图。在该示例性实施例中，润轮组件100包括以串联流动布置联接的压缩机104、燃烧器组件106以及经由转子轴110可旋转地联接到压缩机104的润轮108。在该示例性实施例中，在运行期间，环境空气通过空气入口(未示出)被引向压缩机104。环境空气在它被引向燃烧器组件106之前由压缩机104压缩。在该示例性实施例中，压缩空气与燃料混合，并且得到的燃料-空气混合物在燃烧器组件106内被点燃而产生被引向涡轮108的燃烧气体。此外，在该示例性实施例中，涡轮108从燃烧气体提取旋转能并且使转子轴110旋转以驱动压缩机104。此外，在该示例性实施例中，涡轮组件100驱动联接到转子轴110的负载112，诸如发电机。在该示例性实施例中，负载112位于涡轮组件100的下游。备选地，负载112可以位于涡轮组件100的上游。图2是可以用于涡轮组件100的示例性过渡喷嘴200的截面图。在该示例性实施例中，过渡喷嘴200具有基本上线性的中心轴线。备选地，过渡喷嘴200可以具有倾斜的(canted)中心轴线。过渡喷嘴200可以具有适于使过渡喷嘴200能够发挥如文中所述的作用的任何尺寸、形状和/或定向。在该示例性实施例中，过渡喷嘴200包括串联流动布置的燃烧衬套部202、过渡部204和涡轮喷嘴部206。在该示例性实施例中，至少过渡部204和喷嘴部206 —体成型为单个或整体构件。更特定而言，在该示例性实施例中，衬套部202、过渡部204和喷嘴部206 —体成型为单个或整体构件。例如，在一个实施例中，过渡喷嘴200被铸造和/或锻造为单件。在该示例性实施例中，衬套部202在其中限定有燃烧室208。更具体而言，在该示例性实施例中，衬套部202定向成在沿衬套部202的轴向长度隔开的多个不同位置(未示出)接收燃料和/或空气，以使燃料流动能够针对燃烧器组件106的各个燃烧器(未示出)被局部地控制。因此，各个燃烧器的局部控制便于燃烧器组件106以燃烧室208内基本上一致的燃料-空气比运行。例如，在该示例性实施例中，衬套部202从至少一个燃料喷嘴210接收燃料和空气混合物并且从位于燃料喷嘴210下游的第二级燃料喷射器212接收燃料。在另一实施例中，多个可单独控制的喷嘴沿衬套部202的轴向长度隔开。备选地，燃料与空气可以在腔室208内混合。
在该示例性实施例中，燃料和空气混合物在腔室208内被点燃而产生热燃烧气体。在该示例性实施例中，过渡部204定向成将下游的热燃烧气体引向喷嘴部206，或者更特定而言引向一级喷嘴206。在一个实施例中，过渡部204包括定向成以期望角度将热燃烧气体引向一级润轮叶片(未示出)的节流端(throttled end)。在这种实施例中,节流端起到一级喷嘴的作用。此外或备选地，过渡部204可以包括扩展的外罩(未示出)，其在使该扩展的外罩和一级喷嘴能够以期望角度将热燃烧气体引向一级涡轮叶片的定向上基本上包围一级喷嘴。在该示例性实施例中，过渡喷嘴200包括多个开口 214，所述多个开口定向成引导空气通过其以便于冷却衬套部202、过渡部204和/或喷嘴部206。更具体而言，在该示例性实施例中，开口 214通过供应越过衬套202的内表面、越过过渡部204的内表面其/或越过喷嘴部206的内表面的冷却空气膜而向过渡喷嘴200提供薄膜冷却和/或泻流冷却。在该示例性实施例中，开口 214延伸穿过衬套部202的侧壁、穿过过渡部204的侧壁且/或穿过喷嘴部206的侧壁。在该示例性实施例中，开口 214通常是引导空气以向衬套部202的侧壁内部、过渡部204和/或喷嘴部206中提供一层冷却空气的小的、紧密地隔开的开口。例如，在一个实施例中，压缩空气、氮气和/或任何其它合适的气体可以被引导通过开口 214，以使喷嘴200能够如文中所述被冷却。开口 214的尺寸、形状、定向和/或密度(即相对间距)可以例如根据燃烧器组件106的运行温度和/或基于所需的期望冷却量而变化，以维持特定的运行温度。可以使用各种工艺形成开口 214，包括钻孔技术，诸如放电加工(EDM)、静止撞击(stationary percussion)激光加工、喷水和/或撞击飞行(percussion on-the-fly)激光钻孔。备选地，可以使用复杂的铸造技术和/或任何其它制造工艺来提供开口 214。在该示例性实施例中，在运行期间，燃料和空气混合物在燃烧室208内燃烧而产生随后被引向喷嘴部206的燃烧气体。空气被引导通过开口 214，以便于冷却衬套部202、过渡部204或喷嘴部206。更特定而言，在该示例性实施例中，冷却空气被引导成沿限定腔室208的侧壁形成缓冲层。缓冲层便于屏蔽侧壁免于高温燃烧气体。此外，当冷却空气流动通过开口 214时，冷却空气以对流的方式冷却衬套部侧壁、过渡部侧壁和/或喷嘴部侧壁。文中所述的实施例便于减少完成加热和/或节流所需的构件的数量。例如，文中所述的实施例使得热量能够选择性地集中在涡轮系统内，从而便于减小腔室之间的变化。减少构件的数量使得燃烧器和/或涡轮的长度能够缩短并且便于降低成本和/或停机时间。此外，泻流冷却和/或薄膜冷却使燃烧器能够以升高的运行温度并因此以提高的排放能力运行。示例性系统和方法并不局限于文中所述的具体实施例，相反，各个系统的构件和/或各个方法的步骤可以与文中所述的其它构件和/或方法步骤独立且分开地利用。各个构件和各个方法步骤也可以与其它构件和/或方法步骤结合使用。该书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明的某些实施例，并且还使本领域的任何技术人员能够实施那些特定实施例，包括制造和利用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的可专利范围由权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想 到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性区别的等同结构元件，那么这种其它示例意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于涡轮组件(100)的过渡喷嘴(200)，所述过渡喷嘴包括过渡部(204)；以及喷嘴部(206)，与所述过渡部一体地形成，其中，所述过渡喷嘴包括定向成引导空气以便于冷却所述过渡部和所述喷嘴部中的至少一个的多个开口(214)，其中，所述过渡部定向成将燃烧气体引向所述喷嘴部。
2.根据权利要求I所述的过渡喷嘴，其特征在于，还包括与所述过渡部和所述喷嘴部一体地形成而形成整体构件的衬套部(202)，其中，所述过渡部定向成引导来自所述衬套部的燃烧气体。
3.根据权利要求2所述的过渡喷嘴，其特征在于，所述衬套部构造成在沿所述衬套部的轴向长度的多个位置接收燃料和空气混合物。
4.根据权利要求2所述的过渡喷嘴，其特征在于，所述多个开口包括延伸穿过所述衬 套部的侧壁的第一开口、延伸穿过所述过渡部的侧壁的第二开口以及延伸穿过所述喷嘴部的侧壁的第三开口。
5.根据权利要求2所述的过渡喷嘴，其特征在于，所述多个开口中的至少一个延伸穿过所述衬套部的侧壁。
6.根据权利要求I所述的过渡喷嘴，其特征在于，所述多个开口中的至少一个延伸穿过所述过渡部的侧壁。
7.根据权利要求I所述的过渡喷嘴，其特征在于，所述多个开口中的至少一个延伸穿过所述喷嘴部的侧壁。
8.一种涡轮组件(100)，包括燃料喷嘴(210)，构造成将燃料与空气混合而形成燃料和空气混合物；以及过渡喷嘴(200)，定向成从所述燃料喷嘴接收所述燃料和空气混合物，所述过渡喷嘴包括过渡部(204)和与所述过渡部一体地形成的喷嘴部(206)，其中，所述过渡喷嘴包括定向成引导空气以便于冷却所述过渡部和所述喷嘴部中的至少一个的多个开口(214)，其中，所述过渡部定向成将燃烧气体引向所述喷嘴部。
9.根据权利要求8所述的涡轮组件，其特征在于，所述过渡喷嘴还包括与所述过渡部和所述喷嘴部一体地形成而形成整体构件的衬套部(202)，其中，所述过渡部定向成引导来自所述衬套部的燃烧气体。
10.根据权利要求9所述的涡轮组件，其特征在于，所述衬套部构造成在沿所述衬套部的轴向长度的多个位置接收所述燃料和空气混合物。
全文摘要
本发明涉及用于冷却过渡喷嘴的方法和系统。涡轮组件(100)包括构造成将燃料与空气混合的燃料喷嘴(210)和定向成从燃料喷嘴接收燃料和空气混合物的过渡喷嘴(200)。过渡喷嘴包括过渡部(204)和与过渡部一体地形成的喷嘴部(206)。过渡喷嘴包括定向成引导空气以便于冷却过渡部和/或喷嘴部的多个开口(214)。过渡部定向成将燃烧气体引向喷嘴部。
文档编号F23R3/28GK102853451SQ20121020710
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者K.W.麦马罕, R.J.基拉, D.R.约翰斯 申请人:通用电气公司