专利名称：用于涡轮系统中的过渡导管的支撑组件的制作方法
技术领域：
本文所公开的主题大体上涉及涡轮系统，并且更具体而言涉及用于涡轮系统中的过渡导管的支撑组件。
背景技术：
涡轮系统在诸如发电的领域中被广泛使用。例如，常规的燃气涡轮系统包括压缩机段、燃烧器段和至少一个涡轮段。压缩机段被构造成当空气流过压缩机段时压缩空气。空气接着从压缩机段流至燃烧器段，在燃烧器段中空气与燃料混合并燃烧，生成热气体流。热气体流被提供到涡轮段，涡轮段通过从热气体流抽取能量而使用热气体流以为压缩机、发电机和其它各种负载提供动力。
涡轮系统的压缩机段通常包括用于使燃烧的热气体通过其中流至一个或多个涡轮段的管或导管。最近，已经提出包括使热气体流移位的管或导管的压缩机段。例如，已经提出用于压缩机段的导管，该导管在使热气体纵向流过其中的同时，另外地使气体流径向或切向地移位，使得该流具有各种角度分量。这些设计具有各种优点，包括从涡轮段中消除第一级喷嘴。第一级喷嘴此前设置用于使热气体流移位，并且由于这些导管的设计而可能不需要。第一级喷嘴的消除可消除相关的压降并增加涡轮系统的效率和功率输出。然而，这些导管到涡轮段的连接更让人关心。例如，由于导管不只是沿纵向轴线延伸，而是从导管的入口到导管的出口偏轴地移位，导管的热膨胀可以在导管中引起沿各种轴线或围绕各种轴线的不期望的移位。这些移位可以在导管内引起应力和应变，并且可引起导管失效。因此，本领域期望一种用于支撑涡轮系统中的过渡导管的改进的支撑组件。例如，允许导管的热增长的支撑组件将是有利的。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在下面的描述中陈述，或者可由该描述显而易见，或者可通过本发明的实践而了解。在一个实施例中，公开了用于涡轮系统的支撑组件。支撑组件包括在燃料喷嘴与涡轮段之间延伸的过渡导管。过渡导管具有入口、出口、以及在入口与出口之间延伸且限定纵向轴线、径向轴线和切向轴线的通道。过渡导管的出口沿纵向轴线相对于入口偏置。支撑组件还包括从过渡导管延伸的环形接触构件。接触构件被构造成允许过渡导管围绕至少一个轴线的移动。参考下面的描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。被合并于说明书中并组成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与该描述一起用来解释本发明的原理。
针对本领域技术人员的本发明的完全且充分的公开，包括最佳模式，在参考附图
的说明书中陈述，在附图中
图I是根据本公开的一个实施例的燃气涡轮系统的若干部分的截面视 图2是根据本公开的一个实施例的过渡导管的环形阵列的透视 图3是根据本公开的一个实施例的支撑组件的侧透视 图4是根据本公开的一个实施例的支撑结构的透视剖面 图5是根据本公开的一个实施例的包括支撑结构的支撑组件的侧透视图；以及 图6是根据本公开的一个实施例的包括支撑结构的支撑组件的截面视图。部件列表
10 燃气涡轮 12 压缩机段 14 燃烧器段 16 燃烧器 18 涡轮段 20 壳体 22 燃烧器衬里 24 燃烧区 26 过渡导管 30 流动套筒 32 流动路径 34 冲击套筒 36 流动路径 38 外环 40 燃料喷嘴 50 过渡导管 52 入口 54 出口 56 通道 90 纵向轴线 92 切向轴线 94 径向轴线 100 支撑组件 102 接触构件 104 支撑结构 106 头端 112 外表面 116 内表面 118 厚度 122 燃烧器壳体124 压缩机排出壳体 126 机械紧固件。
具体实施例方式现在将对本发明的实施例进行详细参考，在附图中示出了实施例的一个或多个示例。每个示例通过对本发明进行解释而不是对本发明进行限制的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出许多修改与变型。例如，作为一个实施例的部分而示出或描述的特征可与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，意图本发明涵盖这种落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改与变型。参照图1，示出了燃气涡轮系统10的一个实施例的若干部分的简图。应当理解，本公开的涡轮系统10未必是燃气涡轮系统10，而是可以为任何合适的涡轮系统10，例如蒸汽涡轮系统或其它合适的系统。 如图I所示的燃气涡轮系统10包括压缩机段12，压缩机段12用于加压如下文所讨论的流过系统10的工作流体。从压缩机段12排出的加压工作流体流入燃烧器段14中，燃烧器段14通常由设置在围绕系统10的轴线的环形阵列中的多个燃烧器16(图I仅示出其中一个)来表征。进入燃烧器段14的工作流体与诸如天然气或另一种合适的液体或气体的燃料混合并燃烧。热燃烧气体从每个燃烧器16流至涡轮段18以驱动系统10并发电。燃气涡轮10中的燃烧器16可包括用于混合并燃烧工作流体与燃料的多种部件。例如，燃烧器16可包括壳体20，例如，压缩机排出壳体20。可以是轴向延伸的环形套筒的多种套筒可以至少部分地设置在壳体20中。如图I所示，套筒沿大致纵向的轴线90轴向延伸，使得套筒的入口与出口纵向偏置且轴向对准。例如，燃烧器衬里22可在其中大体上限定燃烧区24。工作流体、燃料和可选的氧化剂的燃烧可大体上在燃烧区24中发生。所得的热燃烧气体可大致轴向地沿纵向轴线52向下游经燃烧衬里22流入过渡导管26中，并且然后大致轴向地沿纵向轴线90流过过渡件26并流入涡轮段18中。备选地，可以消除燃烧衬里22，并且热燃烧气体可以直接通过细长的过渡导管26流入涡轮段18中。燃烧器16还可包括燃料喷嘴40或多个燃料喷嘴40。燃料可通过一个或多个歧管(未示出)供应至燃料喷嘴40。如下文讨论地，燃料喷嘴40或多个燃料喷嘴40可将燃料和可选的工作流体供应至燃烧区24以用于燃烧。过渡导管可大体上在燃料喷嘴40与涡轮段18之间延伸。在备选的示例性实施例中，如图2、图3、图5和图6所示，根据本公开的燃烧器16可包括在燃料喷嘴40或多个燃料喷嘴40与涡轮段18之间延伸的过渡导管50。本公开的过渡导管50可以代替各种轴向延伸的套筒或过渡导管而设置。例如，过渡导管50可替代如图I所示的轴向延伸的燃烧器衬里22和过渡件26，并且如下文讨论的那样可提供超过用于使工作流体通过其并且流至涡轮段18的轴向延伸的燃烧器衬里22和过渡导管26的各种优点。如图所示，多个过渡导管50可围绕纵向轴线90设置成环形阵列。此外，每个过渡导管50可以在燃料喷嘴40或多个燃料喷嘴40与涡轮段18之间延伸。例如，每个过渡导管50可以从燃料喷嘴40延伸至过渡段18。因此，工作流体可以大体上从燃料喷嘴40经过渡导管50流至涡轮段18。在一些实施例中，过渡导管50可以有利地允许消除涡轮段中的第一级喷嘴，这可以消除任何相关的阻力和压降并增加系统10的效率和输出。每个过渡导管50可具有入口 52、出口 54和在其间的通道56。过渡导管50的入口 52和出口 54可具有大体上圆形或椭圆形截面、矩形截面、三角形截面或任何其它合适的多边形截面。此外，应当理解，过渡导管50的入口 52和出口 54未必具有类似形状的截面。例如，在一个实施例中，入口 52可具有大体上圆形的截面，而出口 54可具有大体上矩形的截面。此外，通道56可在入口 52与出口 54之间大体上渐缩。例如，在示例性实施例中，通道56的至少一部分可以是大体上圆锥形的。然而，另外或备选地，通道56或其任何部分可具有大体上矩形截面、三角形截面或任何其它合适的多边形截面。应当理解，当通道56从相对较大的入口 52向相对较小的出口 54渐缩时，通道56的截面形状可以贯穿通道56或其任何部分而变化。
多个过渡导管50中的每一个的出口 54可以相对于相应过渡导管50的入口 52偏置。如本文所用地，术语“偏置”表示沿所确定的坐标方向间隔开。多个过渡导管50中的每一个的出口 54可以相对于相应过渡导管50的入口 52纵向偏置，例如，沿纵向轴线90偏置。另外，在示例性实施例中，多个过渡导管50中的每一个的出口 54可以相对于相应过渡导管50的入口 52切向偏置，例如，沿切向轴线92偏置。由于多个过渡导管50中的每一个的出口 54相对于相应过渡导管50的入口 52切向偏置，所以过渡导管50可以有利地使用通过过渡导管30的工作流体流的切向分量来消除对涡轮段18中的第一级喷嘴(未示出)的需要。此外，在示例性实施例中，多个过渡导管50中的每一个的出口 54可以相对于相应过渡导管50的入口 52径向偏置，例如，沿径向轴线94偏置。由于多个过渡导管50中的每一个的出口 54相对于相应过渡导管50的入口 52径向偏置，所以过渡导管50可以有利地使用通过过渡导管30的工作流体流的径向分量来进一步消除对涡轮段18中的第一级喷嘴(未示出)的需要。应当理解，切向轴线92和径向轴线94相对于由过渡导管50的环形阵列限定的周边对于每个过渡导管50单独地被限定，如图2所示，并且根据设置在围绕纵向轴线90的环形阵列中的过渡导管50的数量，轴线92和94对于围绕周边的每个过渡导管50来说不同。根据本公开的过渡导管26和50必须支撑在燃烧器段14内并且总体地在系统10内。因此，本公开还涉及用于涡轮系统10的支撑组件100。支撑组件100通常可支撑在燃烧器段14内和总体地在系统10内的过渡导管26或50，并且在示例性实施例中可允许过渡导管26或50围绕至少一个轴线的移动。支撑组件100包括过渡导管26或50，如上文所讨论地。此外，如图3、图5和图6所示，支撑组件100包括环形接触构件102。接触构件102被构造成允许过渡导管环绕至少一个轴线的移动，如下文所讨论地。在另外的示例性实施例中，如图4至图6所示，支撑组件100包括支撑结构，例如支撑结构104。支撑结构接触接触构件102且被构造成将过渡导管26或50定位在涡轮系统内。如上文所讨论地，支撑组件100中的过渡导管可以是轴向过渡导管26，如图I所示，或偏置的过渡导管50，如图2、图3、图5和图6所示。因此，虽然本公开在偏置过渡导管50的背景下讨论了支撑组件100，但应当理解，这样的公开在轴向过渡导管26的背景下同样适用。图3示出了本公开的支撑组件100的一个实施例。如图所示，环形接触构件102从过渡导管50延伸。在示例性实施例中，接触构件102从过渡导管50的头端106延伸。过渡导管50的头端106相对于通过过渡导管的热气体流为过渡导管50的上游端，并且邻近入口 52。要注意的是，头端106可仅仅是过渡导管50的上游部分，并且可以与过渡导管50一体化，或者可以是例如通过焊接或机械紧固安装到过渡导管50的与过渡导管50分开的部件。此外，接触构件102可与过渡导管50 —体化，或者可以是例如通过焊接或机械紧固安装到过渡导管50的与过渡导管50分开的部件。因此，在示例性实施例中，接触构件102为头端106。此外，应当理解，本公开不限于以上公开的接触构件102的定位。而是，具有相对于过渡导管的任何合适定位的接触构件102都在本公开的范围和精神内。图3和图6示出了环形接触构件102的示例性实施例。如图所示，在这些示例性·以是弯曲的，使得接触构件102具有大体上弓形的截面轮廓。弓形截面轮廓可以沿纵向轴线90延伸。然而，应当理解，本公开不限于以上公开的接触构件102的形状。而是，接触构件102可具有允许过渡导管50围绕至少一个轴线移动的曲线、线性或其它的任何合适的形状。本公开的支撑组件100还可包括支撑结构。支撑结构大体上环绕并接触接触构件102，并且被构造成将过渡导管50支撑和定位在燃烧器段14内并总体地在系统10内。例如，图4至图6示出支撑结构104。支撑结构104可以是中空柱体或环，其在其中接纳过渡导管50，使得接触构件102与支撑结构104的内表面接触。然而，备选地，支撑结构104可具有任何合适形状，其被构造成在其中接纳过渡导管50，使得接触构件102与支撑结构104的内表面116接触。图6是支撑组件100的一个实施例的截面视图。如图所示，支撑结构104与燃烧器壳体122 —体化。燃烧器壳体122大体上环绕并包封(encase)燃烧器16的各种部件。燃烧器壳体122可以安装到压缩机排出壳体124，压缩机排出壳体124也可以大体上环绕并包封燃烧器16的各种部件。燃烧器壳体122和压缩机排出壳体124可以例如通过焊接或机械紧固安装到一起。如图所示，例如，机械紧固件126可以将燃烧器壳体122和压缩机排出壳体124安装到一起，机械紧固件126可以是螺母-螺栓组合、铆钉、螺钉、钉子、或其它合适的机械紧固装置。备选地，支撑结构104可与压缩机排出壳体124—体化，或者可以是安装到燃烧器壳体122和压缩机排出壳体124中的一个或两个的分开的部件。此外，应当理解，本公开不限于以上公开的构造，而是，支撑结构104、过渡导管26和接触表面102的任何合适的构造都在本公开的范围和精神内。如图4至图6所示，支撑结构104的内表面116可以在其中接纳接触构件102。因此，接触构件102的外表面112可以接触支撑结构104的内表面114。在示例性实施例中，支撑结构104的内表面116可以是大体上曲线的。此外，支撑结构104可具有厚度118。在示例性实施例中，厚度118可以沿纵向轴线90朝过渡导管50的出口 54增加。然而，应当理解，本公开不限于以上公开的支撑结构104的形状。而是，支撑结构104可具有允许过渡导管50围绕至少一个轴线移动的曲线、线性或其它的任何合适的形状。如上文所讨论地，接触构件102可被构造成允许过渡导管围绕至少一个轴线的移动。此外，在示例性实施例中，接触构件102可被构造成允许过渡导管50围绕两个轴线的移动。在一些实施例中，接触构件102可允许过渡导管50围绕切向轴线92的移动。例如，如上文所讨论地，在示例性实施例中，接触构件102可具有曲线和/或弓形的上表面112。在系统10的操作期间，过渡导管50可能经受热膨胀或可能引起过渡导管50例如过渡导管50的头端106移动的其它各种效应。上表面112可允许过渡导管50围绕切向轴线92旋转，从而防止过渡导管50中的应力。在一些实施例中，接触构件102可允许过渡导管50围绕切向轴线92的这种旋转达到大约5度的最大旋转度、或达到2度的最大旋转度。然而，应当理解，本公开不限于以上公开的旋转度，而是，过渡导管50的任何合适的旋转都在本公开的范围和精神内。另外或备选地，在一些实施例中，接触构件102可允许过渡导管50围绕纵向轴线90的移动。例如，如上文所讨论地，在示例性实施例中，接触构件102可以是大体上环形的。 在系统10的操作期间，过渡导管50可能经受热膨胀或可能引起过渡导管50例如过渡导管50的头端106移动的其它各种效应。环形接触构件102可允许过渡导管50围绕纵向轴线旋转，从而防止过渡导管50中的应力。在一些实施例中，接触构件102可允许过渡导管50围绕纵向轴线90的这种旋转达到大约5度的最大旋转度、或达到2度的最大旋转度。然而，应当理解，本公开不限于以上公开的旋转度，而是，过渡导管50的任何合适的旋转都在本公开的范围和精神内。在示例性实施例中，接触构件102还允许过渡导管50沿纵向轴线90的移动。例如，虽然从过渡导管50延伸，但接触构件102不安装或附连到接触接触构件102的任何其它表面，例如，支撑结构104的表面。因此，在例如由于热膨胀或可能引起过渡导管50例如过渡导管50的头端106移动的其它各种效应而使过渡导管50沿纵向轴线90移动时，接触构件102可沿纵向轴线90滑动。该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这种其它示例包括与所附权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于涡轮系统(10)的支撑组件(100)，所述支撑组件(100)包括 过渡导管(50)，所述过渡导管(50)在燃料喷嘴(40)与涡轮段(18)之间延伸，所述过渡导管(50)具有入口(52)、出口(54)、以及在所述入口(52)与所述出口(54)之间延伸且限定纵向轴线(90)、径向轴线(94)和切向轴线(92)的通道(56)，所述过渡导管(50)的出口(54)沿所述纵向轴线(90)相对于所述入口(52)偏置；和 环形接触构件(102)，所述环形接触构件(102)从所述过渡导管(50)延伸，所述接触构件(102)被构造成允许所述过渡导管(50)围绕至少一个轴线的移动。
2.根据权利要求I所述的支撑组件(100)，其特征在于，所述过渡导管(50)的所述出口(54)还沿所述切向轴线(92)和所述径向轴线(94)相对于所述入口(52)偏置。
3.根据权利要求I至2中的任一项所述的支撑组件(100)，其特征在于，所述接触构件(102)从所述过渡导管(50)的头端(106)延伸。
4.根据权利要求I至3中的任一项所述的支撑组件(100)，其特征在于，所述接触构件(102)被构造成允许所述过渡导管(50)围绕两个轴线的移动。
5.根据权利要求I至4中的任一项所述的支撑组件(100)，其特征在于，所述接触构件(102)被构造成允许所述过渡导管(50)围绕所述切向轴线(92)的移动。
6.根据权利要求I至5中的任一项所述的支撑组件(100)，其特征在于，所述接触构件(102)被构造成允许所述过渡导管(50)围绕所述纵向轴线(90)的移动。
7.根据权利要求I至6中的任一项所述的支撑组件(100)，其特征在于，所述接触构件(102)具有大体上曲线的外表面(112)。
8.根据权利要求I至7中的任一项所述的支撑组件(100)，其特征在于，所述接触构件(102)具有大体上弓形的截面轮廓。
9.根据权利要求8所述的支撑组件(100)，其特征在于，所述大体上弓形的截面轮廓沿所述纵向轴线(90)延伸。
10.根据权利要求I至9中的任一项所述的支撑组件(100)，其特征在于，还包括支撑结构(104)，所述支撑结构(104)接触所述接触构件(102)且被构造成将所述过渡导管(50)定位在所述涡轮系统(10)内。
11.根据权利要求10所述的支撑组件(100)，其特征在于，所述支撑结构(104)具有大体上曲线的内表面(116)。
12.根据权利要求10至11中的任一项所述的支撑组件(100)，其特征在于，所述支撑结构(104)具有厚度(118)，并且其中，所述厚度(118)沿所述纵向轴线(90)朝所述出口(54)增加。
13.一种润轮系统(10)，包括 燃料喷嘴(40)； 涡轮段(18)； 过渡导管(50)，所述过渡导管(50)在所述燃料喷嘴(40)与所述涡轮段(18)之间延伸，所述过渡导管(50)具有入口(52)、出口(54)、以及在所述入口(52)与所述出口(54)之间延伸且限定纵向轴线(90)、径向轴线(94)和切向轴线(92)的通道(56)，所述过渡导管(50)的出口(54)沿所述纵向轴线(90)相对于所述入口(54)偏置；和 环形接触构件(102)，所述环形接触构件(102)从所述过渡导管(50)延伸，所述接触构件(102)被构造成允许所述过渡导管(50)围绕至少一个轴线的移动。
14.根据权利要求13所述的涡轮系统(10)，其特征在于，所述接触构件(102)被构造成允许所述过渡导管(50)围绕两个轴线的移动。
15.根据权利要求13至14中的任一项所述的涡轮系统(10)，其特征在于，还包括支撑结构(104)，所述支撑结构(104)接触所述接触构件(102)且被构造成将所述过渡导管(50)定位在所述涡轮系统(10)内。
全文摘要
本发明涉及用于涡轮系统中的过渡导管的支撑组件。更具体而言，本发明公开了一种用于涡轮系统(10)的支撑组件(100)。支撑组件(100)包括在燃料喷嘴(40)与涡轮段(18)之间延伸的过渡导管(50)。该过渡导管具有入口(52)、出口(54)、以及在入口(52)与出口(54)之间延伸且限定纵向轴线(90)、径向轴线(94)和切向轴线(92)的通道(56)。过渡导管(50)的出口(54)沿纵向轴线(90)相对于入口(52)偏置。支撑组件(100)还包括从过渡导管(50)延伸的环形接触构件(102)。接触构件(102)被构造成允许过渡导管(50)围绕至少一个轴线的移动。
文档编号F01D25/28GK102865110SQ20121023071
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者J.S.勒贝格, K.W.麦马罕, R.R.彭特科斯特, J.S.弗拉纳根 申请人:通用电气公司