专利名称：燃气轮机中使用的具有带排气口的线性流动路径的过渡件的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及将气流从燃气涡轮发动机的 燃烧器引导到涡轮部段的过渡管道。
背景技术：
参考图1，示出了通过燃气轮机10的一部分的横截面。涡轮的主要部件是压缩机 部段12、燃烧部段14和涡轮部段16。转子组件18居中设置且延伸通过这三个部段。压缩 机部段12可以包括圆筒20、22，所述圆筒20、22封套交替的成排的静止叶瓣M和旋转叶 片沈。静止叶瓣对可以被固定到圆筒20，而旋转叶片沈可以被安装到转子组件18以用 于随转子组件18旋转。燃烧部段14可以包括形成腔室30的壳体观。多个燃烧器，例如十六个燃烧器(这 里仅示出了其中一个燃烧器32)，可以被容纳在燃烧部段腔室30内并且围绕圆形以环形样 式分布。可以是液体或气态形式的燃料34 (例如石油或天然气)可以进入各燃烧器32并 且与从腔室30被引入到燃烧器32中的压缩空气(如围绕燃烧器32的未编号箭头所示)相 结合。结合的燃料/空气混合物可以在燃烧器32内燃烧，并且最终的热压缩气流36可以 被排放到附连于燃烧器32以用于布线到涡轮部段16的过渡管道38。涡轮部段16可以包括包含内圆筒42的圆筒形外壳40，其可以封套包括叶瓣44和 叶片46的静止叶瓣排和旋转叶片排。静止叶瓣44可以被固定到内圆筒42，并且旋转叶片 46可以被固定到形成转子组件18在涡轮部段16区域内的零件的盘。靠近涡轮部段16的 入口处的第一排叶瓣44和第一排叶片46分别通常被称为第一级叶瓣和第一级叶片。围绕涡轮部段16中的转子组件18的可以是一系列叶瓣平台48，该平台48与转子 盘50 —起共同限定了通过涡轮部段16的第一级的气流路径52的内边界。在燃烧部段14 中的每个过渡管道38可以被安装到涡轮部段外壳40和叶瓣平台48从而朝向第一级叶瓣 44和第一级叶片46排出气流30。操作时，压缩机部段12接收通过进气口(未示出)的空气并将其压缩。压缩空气进 入燃烧部段14中的腔室30并且被分配给燃烧器32中的每一个。在每个燃烧器32中，燃 料34和压缩空气混合并燃烧。之后，热的压缩气流30被引导通过过渡管道38到达涡轮部 段16。在涡轮部段16中，热的压缩气流被诸如第一级叶瓣44的叶瓣转向并且旋转诸如第 一级叶片52的叶片，该叶片继而驱动转子组件18。之后气流从涡轮部段16被排出。涡轮 系统10可以包括在涡轮部段16下游的附加排气结构(未示出)。因此被传给转子组件18 的动力可以不仅被用于旋转压缩机部段叶片26，而且可以被用于附加地旋转其他机械，例 如外部发电机或飞行器推进装置的风扇(未示出)。为了更好地理解本发明，坐标系可以被应用到例如涡轮系统从而有助于描述系统 中部件的相对位置以及系统中的运动。转子组件18的旋转轴线纵向延伸通过压缩机部段 12、燃烧部段14和涡轮部段16并且限定纵向方向。从通过各部段的常见操作流动样式的 立体图观察，涡轮部件可以被描述为在相对彼此在上游或下游被纵向定位。例如，压缩机部段12纵向位于燃烧部段14的上游，并且涡轮部段16纵向位于燃烧部段14的下游。各部 件离开中心转子轴线或其他纵轴线的位置可以沿径向方向被描述。因此，例如，叶片46从 转子盘50沿径向方向或径向地延伸。更远离纵轴线(例如中心转子轴线)的位置可以被描 述为相比于径向向内或内侧的较近位置而言径向向外或外侧。第三坐标方向(圆周方向)可以描述具体部件相对于围绕纵轴线(例如转子组件18 的中心轴线)的假想圆的位置。例如，向下游纵向观察涡轮发动机中的涡轮叶片阵列，可以 看到叶片中的每一个均类似于钟表上的指针沿几个径向方向径向向外延伸。各叶片的“钟 点”位置(也被称为角度位置)描述了其沿圆周方向的部位。因此，在这种示例中从转子盘 竖直延伸的叶片可以被描述为位于沿圆周方向的“12点钟”位置，而从转子盘向右延伸的叶 片可以被描述为位于圆周方向的“3点钟”位置，并且这两个叶片可以被描述为沿圆周方向 分隔开。因此，径向方向可以描述参考圆的尺寸，并且圆周方向可以描述在参考圆上的角度 部位。大体而言，纵向方向、径向方向和圆周方向彼此正交。而且，方向没有暗示正或负。 例如，纵向方向可以是向上游和向下游两者，并且不需要与转子的中心轴线相符。径向方向 可以是向内和向外，并且不限于描述圆形物体或阵列。圆周方向可以是顺时针和逆时针，并 且类似于径向方向不需要被限于描述圆形物体或阵列。此外，根据上下文，两个部件相对彼此的相关位置可以参考坐标方向中的仅仅一 个方向被描述。例如燃烧器32可以被描述为在叶片46的径向外侧，因为燃烧器32相比于 叶片46径向更远离转子组件18的中心轴线，即使燃烧器32不处于叶片44的相同纵向平 面内，而是实际上纵向处于叶片44的上游并且可能没有圆周地对齐于具体叶片。坐标系也可以被参考用于描述运动。例如，示出了在过渡件38内的气流36沿箭 头36的方向流动。这个气流36从燃烧器32向下游纵向行进到涡轮部段16且从燃烧器32 径向向内行进到第一级叶瓣44和叶片46。在描述运动的上下文中，例如描述气流运动的上下文中，圆周方向也可以被称作 切线方向。当气体沿圆周方向流动时，流动方向的分量相切于圆形路径上的点。在圆形路 径上的任意给定点处，圆周流动可以具有相对较大的切向分量和相对较小的径向分量。因 为切向分量占主导，特别是对于较大直径路径而言，例如对于围绕涡轮发动机中的叶瓣和 叶片阵列的路径而言，所以圆周方向和切线方向可以被看作为基本相同。考虑这个坐标系且参考图2，单独示出过渡管道M，示出当从纵向下游观察时所 见。这个具体过渡管道讨被取向为12点钟圆周位置，并且应该理解的是涡轮发动机可以 具有沿环形阵列分隔开的附加过渡管道，例如总共十六个。过渡管道讨可以包括过渡管道主体56，该过渡管道主体56具有入口 58以接收由 相关燃烧器(未示出不过可参见图1)排出的气流。过渡管道主体56可以包括从入口 58到 出口 62的内部通路60，其中气流从出口 62朝向涡轮部段(未示出)被排出。因为燃烧器处 于涡轮部段的第一级的径向外侧(参见图1)，所以过渡管道讨从其入口 58向其出口 62径 向向内延伸。在图2中，这个径向方向由轴线64示出。过渡管道M包括在出口 62附近的 纵向弯曲部66以便主要纵向地排放气流。因为在过渡管道M内的气流被径向向内改向并 且之后纵向改向，所以过渡管道讨基本沿径向方向64转向。这个径向推力径向向外(图纸 的平面中向上)推动过渡管道M的出口区域。为了抵抗这种弯曲推力来支撑过渡管道M，过渡管道M可以在其端部由各支杆(未示出)径向支撑，如本领域公知的。可以看出，出口 62和入口 58沿圆周或切线方向(由轴线68示出)对齐。现在参考图3，图3关注于包括燃烧器72、过渡管道74以及第一级叶瓣76和叶片 78的涡轮子部段70。图3示意性地示出了从燃烧器72、过渡管道74以及少量第一级叶瓣 76和少量第一级叶片78上方观察的视图。应该理解，在涡轮中，可以存在圆周分隔开以形 成环形阵列的附加第一级叶瓣。类似地，可以存在圆周分隔开以形成围绕发动机中心线的 环形阵列的附加第一级叶片。这些附加叶瓣和叶片在图3中未示出以便有助于图释。涡轮 系统通常也可以包括附加燃烧器和过渡件，不过为了图释目的仅示意性示出了单个燃烧器 72和过渡件74。从这个俯视图，可以参考轴线80标示纵向方向。可以参考轴线82标示圆周或切 线方向。径向方向未示出，因为径向方向位于图纸内和图纸外，不过径向方向大体正交于纵 向方向和径向方向。气流(例如可能具有一些有限液体内容物的热压缩气体)从燃烧器72排出并且通 过过渡管道74引导到第一级叶瓣76和叶片78。从过渡管道74的排气口或出口 86排放出 的气流大体沿纵向方向向下游(如箭头84所示)行进。由于在出口处的边缘条件86及其他 因素，可能对于排出气流而言存在一些偶然的小比例的径向和圆周流动分量，从而产生下 游尾流。下游尾流可以使得下游涡轮叶片产生振动。随着这种纵向气流84从过渡管道74的出口 86排放出，该流动经过第一级叶瓣 76。第一级叶瓣76的功能是使得主要纵向的流动沿圆周方向82加速并转向，以便离开叶瓣 76的后边缘的气流的主要流动方向相对于纵向方向沿圆周或切线方向成角度(例如由箭头 88示出)。这种转向流动88因此具有纵向分量和圆周分量。流动角度可以基本处于从纵轴 线80测得的在40度至85度的范围内。通过相对于纵向方向80沿圆周方向82使得气流 加速且成角度，最终气流88更有效率地将其能量传给第一排叶片78，第一排叶片78又旋转 相关转子组件(未示出)。使用第一级叶瓣使纵向气流沿圆周方向加速并转向具有多个挑战。叶瓣和相关叶 瓣支撑结构(参见图1)必须具有高强度特征来承受在相对短的距离内将极热的高压气流的 方向改变一实质性角度所产生的力。气流的温度和这种转向过程所产生的热还需要叶瓣冷 却系统。涉及的力和热减弱了材料特性，这可能产生裂纹并且以其他方式毁坏叶瓣和相关 支撑结构。为了解决这些各种需求和操作条件，第一级叶瓣以及相关支撑结构和冷却系统 已被研发成复杂系统，其可能对于制造、安装以及在毁坏、维修和更换的情况下是昂贵的。 因此，需要使气流加速且切向地转向以交付到第一级叶片阵列且不会导致复杂化和与第一 级叶瓣相关联的相关费用和毁坏风险。
发明内容
本发明涉及将气流从涡轮发动机的燃烧器引导到涡轮部段且消除在常规过渡件 和单排涡轮叶瓣之间产生的破坏应力的过渡管道。过渡管道可以具有大致与大体线性的流 动路径成线性关系的轴线，其结合了过渡件和单排涡轮叶瓣的功能。在这样的构造中，过渡 管道将气体从燃烧器筐体引导到下游涡轮叶片组件并且完成再次定向气体的任务，从而省 去了对于单排叶瓣的需要。过渡管道引导气体使其相对于发动机的纵轴线以相同入射角进入到涡轮组件内并且不包括在每个单排叶瓣中存在的任意前边缘或后边缘及与其有关的 固有问题。过渡管道被构造成相邻管道的相邻侧面是共平面的，这导致了气体从每个过渡 管道发射出且在相邻流动之间不存在减少的流体流动面积。在过渡管道的至少一个实施例 中，气体没有转向，具体而言气体没有径向或圆周转向。因此，在出口不存在周向压力梯度， 从而导致在单排叶片上的激励和应力减小。不存在气体转向也减小了安装件上的结构负载 并且消除了由于气流转向而导致的空气动力学损失。最终，因为没有无保障的转向，所以在 操作条件范围内产生更加均一的流动角度。过渡管道可以被构造成引导燃气轮机子系统中的气流，该燃气轮机子系统包括第 一级叶片阵列和至少一个燃烧器，其中所述第一级叶片阵列具有沿径向方向从转子组件延 伸的多个叶片以便沿圆周方向旋转，所述圆周方向具有切线方向分量，转子组件轴线限定 了纵向方向，并且所述至少一个燃烧器纵向地位于第一级叶片阵列的上游并且径向地位于 第一级叶片阵列的外侧。过渡管道可以由具有内部通路的过渡管道主体形成，该内部通路 在入口和出口之间延伸。出口可以沿纵向方向偏离于入口。过渡管道主体的轴线可以是大 体线性的，使得气体的流动路径是大体线性的。在至少一个实施例中，入口可以是大体圆筒形的并且管道的相邻中段可以大体是 圆锥形的。邻近中段的喉部具有的横截面可以具有大体一致的横截面面积。入口可以是大 体圆筒形的并且管道的相邻中段可以是大体圆锥形的。喉部可以被定位成邻近中段且其具 有的横截面可以具有大体一致的横截面面积。出口可以由大体上与径向内侧面相对的径向外侧面形成，并且径向内侧面和外侧 面可以与对置的第一和第二侧壁联接在一起。径向内侧面可以被径向向外地设置于相等于 相邻涡轮叶片的内直径的位置的距离处，并且径向外侧面可以被径向向外地设置于相等于 相邻涡轮叶片的外直径的位置的距离处。在一些实施例中，过渡管道主体可以是大体线性的并且被定位在涡轮发动机内部 以使得单排叶瓣是不必要的。具体而言，出口可以沿切线方向偏离于入口并且被定位成使 得当过渡管道主体位于燃烧器和第一级叶片阵列之间来接收从燃烧器通过入口进入内部 通路内的气流及朝向第一级叶片阵列排出气流时，气体在纵向方向和切线方向之间以一定 角度从出口排出。过渡管道可以包括第一排气口，其位于侧壁内并且从过渡管道主体的下游端朝向 喉部延伸，其中第一排气口的底边缘可以与形成过渡管道主体的第一侧壁的内表面基本共 面。过渡管道也可以包括第二排气口，其位于形成第一过渡管道的第二侧壁内并且从过渡 管道主体的下游端朝向喉部延伸，其中第二排气口的上边缘与形成过渡管道主体的第二侧 壁的内表面基本共面。过渡管道可以包括附连系统以用于将过渡管道固定到相邻过渡管道和涡轮发动 机。附连系统可以包括接近第一和第二排气口中的每一个的密封凸缘。附连系统可以包括 任意适当连接器以用于可拆卸地将过渡管道附连在一起且附连于涡轮发动机。在操作期间，热的燃烧器气体从燃烧器流动到过渡件的入口内。气体被引导通过 内部通路。过渡管道的位置使得气体被引导通过入口、进入到流动被加速的圆锥形中段中、 通过相邻喉部并且从出口被排出。气体相对于涡轮叶片以适当取向被排出，使得气体以正 确取向被引导到涡轮叶片内而不需要单排涡轮叶瓣来改变气体流动。因此，不会因为使用单排涡轮叶瓣而损失能量。在具有线性流动路径的过渡管道中，气体通过出口被排放。本发明的优点在于过渡管道具有大体线性轴线，其使得气体相对于单排涡轮叶片 以适当对齐方式从管道发出，从而不必须具有单排涡轮叶瓣并且消除了与单排涡轮叶瓣相 关的效率低下问题。本发明的另一优点在于过渡管道消除了在常规过渡件和涡轮叶瓣之间存在的泄 漏，因为这种连接是不存在的。本发明的又一优点在于过渡管道消除了离开框架处相邻涡轮叶瓣之间的泄漏，因 为过渡管道消除了对于单排涡轮叶瓣的需要。本发明的另一优点在于，过渡管道所处的入射角消除了离开过渡件的气体的无保 障转向，从而使得在操作动力水平的范围内的流动更稳定并且使得能够从涡轮第一级汲取 更多动力。本发明的又一优点在于过渡管道的构造使得相比于常规管道可以使用更大的入 射角，这导致效率增大，因为不需要或不使用单排涡轮叶瓣，并且因而使用过渡管道时不再 存在由单排涡轮叶片导致的效率低下问题。本发明的另一优点在于过渡件的一致圆周压力梯度减小了由过渡件内产生的压 力梯度所导致的对下游涡轮叶片的影响。过渡件消除了其他过渡设计的径向对齐过渡侧面 的急剧压力变化。消除急剧压力变化消除了当叶片绕旋转轴线旋转且当每次回转时遇到 十六个这样的压力变化时由涡轮叶片上的这些变化而产生的振动。本发明的又一优点在于，过渡件消除了对于单排涡轮叶瓣的需要并且因而消除了 前边缘和后边缘以及相关问题，包括冷却前边缘和后边缘的困难以及由于存在单排涡轮叶 瓣而导致的气体阻隔。本发明的另一优点在于，在过渡管道的组件中，其中过渡管道定位成彼此邻近并 且围绕涡轮发动机的中心线径向向外延伸，在这种组件中过渡管道的流动路径在各管道内 的喉部的下游平行并且偏离成使得来自各过渡管道的流动相切于过渡件的圆形构造。本发明的又一优点在于排气口使得从相邻涡轮管道排放的气流平行流动从而消 除了到单排涡轮叶片的不一致流动样式。本发明的另一优点在于附连系统几何形状使得单个过渡管道可以从过渡管道阵 列移除且不需要移除相邻过渡管道。这些和其他实施例在下面被更详细地描述。
合并到说明书中并形成说明书一部分的附图示出了当前公开的发明的实施例，并 且与说明书一同公开了本发明的原理。图1是现有技术涡轮发动机的一部分的横截面图。图2是现有技术过渡管道的上游纵向视图。图3是现有技术涡轮发动机的燃烧器、过渡管道以及第一级叶瓣和叶片的径向示 意图。图4是体现本发明方面的过渡管道圆形阵列的纵向上游视图。图5是体现本发明方面的过渡管道圆形阵列的上游纵向视图。
图6是过渡管道的侧视图。图7是过渡管道圆形阵列的俯视图。图8是图6的过渡管道的端视图。图9是两个过渡管道的部分立体图。图10是附连于彼此的两个过渡管道的部分立体图。图11是附连于彼此的两个过渡管道的部分立体图。图12是附连于彼此的两个过渡管道的部分立体图。
具体实施例方式如图4-12所示，本发明涉及将气流从涡轮发动机的燃烧器引导到涡轮部段的过 渡管道94。过渡管道94可以具有大体线性的轴线130。在这种构造中，过渡管道94将气 体从燃烧器筐体通导到下游涡轮叶片组件，并且完成引导气体的任务，该任务通常是由单 排叶瓣完成的。因此，过渡管道94消除了对于单排叶瓣的需要。过渡管道94也可以被构 造成包括具有侧表面112、114的出口 100，该出口 100被构造成减少下游尾流从而导致下游 涡轮叶瓣中的振动减小。这样，出口 100减少了由于离开过渡管道94的燃烧器气体所导致 的低效问题。如图4、图5和图7所示，过渡管道94可以如所示被定位成环形阵列90且不围绕 在从涡轮中纵向下游观察的高度内的涡轮部件。各过渡管道94可以包括过渡主体96，该过 渡主体96具有入口 98和出口 100以及在入口 98和出口 100之间的内部通路102以用于 引导气流从入口 98通过过渡管道92到达出口 100。示出的阵列90图示了在具有16个燃 烧器(未示出)的燃气涡轮发动机中使用的设置。不过，过渡管道94的数量及其环形设置可 以被改变以用于更多或更少的燃烧器。如图4-6所示，过渡管道94可以包括出口 100，其由大体与径向内侧110相对的径 向外侧108形成并且被构造成匹配单排叶片环。径向外侧108可以位于径向向外等于相邻 单排涡轮叶片的外直径的距离处。径向内侧110可以位于径向向外等于相邻单排涡轮叶片 的内直径的距离处。径向外侧108和径向内侧110可以与对置的第一和第二侧壁112、114 联接在一起。出口 100可以沿纵向方向偏离于入口 98。这里和权利要求中使用的术语“偏 离”意味着沿标示出的一个(多个)坐标方向测量时出口与入口间隔开。出口 100也可以沿 切线方向106偏离于入口 98，如图4所示。出口 100也可以被构造成使得出口 100大体正 交于涡轮发动机的纵轴线136以便过渡管道94不会干涉单排涡轮叶片，如图7所示。过渡管道94可以被构造成沿过渡轴线130沿大体线性流体路径引导气体。在一 个实施例中，过渡管道94可以具有与圆锥形中段132相邻的大体圆筒形入口 98。圆锥形中 段132可以包括不断减小的横截面面积直到圆锥形中段132结合相邻的喉部134。在气体 被导入单排涡轮叶片141之前圆锥形中段132加速气体流动，如图6所示。在气体撞击单 排涡轮叶片之前加速气体流动增大了涡轮发动机的效率。喉部134可以具有任意适当横截 面。在至少一个实施例中，如图8所示，喉部134可以具有带两个相对的大体线性侧面和两 个相对的非线性侧面的横截面。喉部134的横截面面积可以小于圆锥形中段132的横截面 面积并且小于过渡管道94的所有其他方面。如图9所示，过渡管道94可以由相对的第一和第二侧壁112、114形成。第一过渡
9管道94的第一侧壁112可以被定位成使得第一侧壁的内表面与相邻过渡管道94的第二侧 壁114的内表面共面。这样，在相邻流动之间的流体流动面积不减小的情况下，通过各过渡 管道94的气流大体彼此平行且彼此紧邻。替代的是，从各过渡管道94发出的气流彼此平 行并接触。在至少一个实施例中，过渡管道94可以包括第一排气口 140，其位于第一侧壁112 内并且从过渡管道主体144的下游端142朝向喉部134延伸。第一排气口 140可以被构造 成使得气体可以沿与相邻气流对齐的方向被排出。第一排气口 140的底边缘146可以与形 成过渡管道主体144的第一侧壁112的内表面148基本共面。处于这样的位置时，气体可以 从内部通路102被排出以使得气体紧邻于来自相邻过渡管道94的相邻气流，从而消除了到 单排涡轮叶片的不一致流动样式。第一排气口 140的底边缘146可以大体齐平于形成内部 通路102的底部的内表面150。第一排气口 140的上边缘152可以相对于第一排气口 140 的底边缘146以锐角被定位，使得底边缘146匹配相邻的第二过渡管道154的边缘。过渡管道94的出口 100也可以被构造成使得当在第三过渡管道156(其大体与第 二过渡管道1 相对)的旁边组装时第一过渡管道84的出口 100的第二侧壁114可以与第 三过渡管道156的第一侧壁112共面。在至少一个实施例中，出口 100可以包括第二排气 口 158，其位于形成第一过渡管道94的第二侧壁114内并且从过渡管道主体144的下游端 142朝向喉部134延伸。第二排气口 158的上边缘160可以与形成过渡管道主体144的第 二侧壁114的内表面162基本共面。处于这样的位置时，气体可以从内部通路102排出以 使得气体紧邻于来自相邻过渡管道94的相邻气流，从而消除到单排涡轮叶片的不一致流 动样式。此外，第二排气口 158的上边缘160可以大体齐平于形成过渡管道主体144的内 部通路102的内表面166。第二排气口 158的下边缘168可以相对于第二排气口 158的上 边缘160以锐角被定位，使得下边缘168匹配第三过渡管道156的内部下表面170。在此位 置，当绕管道94的环形阵列运动时不会发生对从过渡管道94的环形阵列流出的气体的扰 动。过渡管道94可以包括附连系统172以用于将过渡管道94附连于彼此和涡轮发动 机。在至少一个实施例中，过渡管道94可以包括密封凸缘174，其从第一侧壁112的外表 面向外延伸并且对齐于形成第一排气口 140的上边缘152。密封凸缘174可以偏离于第一 排气口 140以使得第一侧壁112的外表面的一部分176暴露在第一排气口 140和密封凸缘 174之间。过渡管道94也可以包括密封凸缘178，其从过渡管道主体144的底表面150向 外延伸且对齐于形成第一排气口 140的下边缘146。密封凸缘174、178可以被形成为匹配 从相邻过渡管道延伸的密封凸缘。可以使用例如但不限于诸如螺母和螺栓的机械连接器的 装置将密封凸缘174、178可释放地联接在一起。密封凸缘174、178可以包括孔或以其他方 式被构造成结合于密封凸缘174、178。附连系统172可以包括密封凸缘180，其从第二侧壁114的外表面向外延伸且对齐 于形成第二排气口 158的下边缘168。密封凸缘180可以偏离于第二排气口 158以使得第 二侧壁114的外表面的一部分182暴露在第二排气口 158和密封凸缘180之间。附连系统 172也可以包括密封凸缘184，其从过渡管道主体144的上表面166向外延伸且对齐于形成 第二排气口 158的上边缘160。密封凸缘180、184可以被形成为匹配从相邻过渡管道延伸 的密封凸缘。可以使用例如但不限于诸如螺母和螺栓的机械连接器的装置将密封凸缘180、184可释放地联接在一起。密封凸缘180、184可以包括孔或以其他方式被构造成结合于密 封凸缘180、184。附连系统172也可以包括顶部凸缘186和底部凸缘188以用于将过渡管道94固 定到涡轮发动机。可以使用可释放装置(例如但不限于诸如螺母和螺栓的机械连接器)将顶 部凸缘和底部凸缘186、188固定到涡轮发动机。当过渡管道94被组装以形成如图5和图7 所示的环形阵列时，顶部凸缘和底部凸缘186、188形成匹配下游单排涡轮叶片的内直径和 外直径的环形环。因此，过渡管道94的出口 100的尺寸被制成匹配下游单排叶片，使得在 不浪费的前提下从出口 100排出的气体被引导以接触下游单排涡轮叶片。顶部凸缘和底部 凸缘186、188可以相对于过渡管道的纵轴线130以等于图7的入射角142的角度被定位。 顶部凸缘和底部凸缘186、188可以被定位成大体正交于涡轮发动机的纵轴线136。附连系统172的构造使得在不必须移除附加过渡管道94的情况下单个过渡管道 94能够从图5和图7所示的过渡管道94的环形阵列移除。仅需要移除将特定过渡管道94 保持就位的连接器来从环形阵列移除过渡管道94以便更换或维护过渡管道94。可以通过 使得过渡管道大体沿过渡管道94的纵轴线130滑动离开环形阵列来移除过渡管道。这样 容易地移除过渡管道94可以通过减少更换过渡管道94所涉及的时间来显著提高维护涡轮 发动机的效率。在出口 100中包括第一和第二侧面112、114有助于增加入射角142，该入射角142 是图7所示的处于与纵轴线136正交的轴线和过渡件94的出口 100处的线性流动路径之 间的角。较大的入射角(是排出气体流动路径从与纵轴线136对齐的位置进一步运动的角) 有助于以向下游涡轮叶片排放燃烧器气体的改良角度来定位过渡管道94。在操作期间，热燃烧器气体从燃烧器流入到过渡件94的入口 98中。气体被引导通 过内部通路102。过渡管道94的位置使得气体被引导通过入口 98、圆锥形中段132以及相 邻的喉部134并且从出口 100被排出。气体相对于涡轮叶片以适当取向被排出，使得在不 需要单排涡轮叶瓣来改变气体流动的情况下气体以正确取向被引导到涡轮叶瓣中。因此， 没有因为使用单排涡轮叶瓣而损失能量。在具有线性流动路径的过渡管道94中，气体通过 出口 100被排出。上述仅被提供用于描绘、解释和描述本发明实施例的目的。在不背离本发明的范 围或精神的情况下本领域的技术人员将显而易见到且可以做出对于这些实施例的改型和 改进。
权利要求
1.一种用于引导燃气轮机子系统中的气流的过渡管道(94)，所述燃气轮机子系统包 括具有沿径向方向从转子组件延伸以沿圆周方向旋转的多个叶片(141)的第一级叶片阵列 以及至少一个燃烧器，所述圆周方向具有切线方向分量，所述转子组件的轴线限定纵向方 向，所述燃烧器纵向地位于所述第一级叶片阵列的上游并且径向地位于所述第一级叶片阵 列的外侧，所述过渡管道(94)的特征在于过渡管道主体(144 )，其具有在入口( 98 )和出口( 100 )之间延伸的内部通路(102 )；喉部(134)，其具有的横截面面积小于所述过渡管道主体(144)的其他方面；其中所述出口(100)沿所述纵向方向偏离于所述入口(98)；其中所述过渡管道主体(144)的轴线(130)是大体线性的；以及其中所述出口(100)被构造成使得当在第二过渡管道(154)旁边组装时，第一过渡管 道(94)的出口(100)的第一侧(112)与第二过渡管道(巧4)的第二侧(114)共面。
2.如权利要求1所述的过渡管道(94)，进一步特征在于第一排气口(140)，该第一排气 口(140)位于侧壁(112)内并且从所述过渡管道主体(144)的下游端(142)朝向所述喉部 (134)延伸，其中所述第一排气口( 140)的底边缘(146)与形成所述过渡管道主体(144)的 第一侧壁(112)的内表面(148)基本共面。
3.如权利要求2所述的过渡管道(94)，进一步特征在于从所述第一侧壁(112)的外表 面向外延伸且对齐于形成所述第一排气口( 140)的上边缘(152)的密封凸缘(174)。
4.如权利要求3所述的过渡管道(94)，进一步特征在于所述密封凸缘(174)偏离于所 述第一排气口(140)，使得所述第一侧壁(112)的所述外表面的一部分暴露在所述第一排 气口(140)和所述密封凸缘(174)之间。
5.如权利要求2所述的过渡管道(94)，进一步特征在于从所述过渡管道主体(114)的 底表面(150)向外延伸且对齐于形成所述第一排气口(140)的下边缘(146)的密封凸缘 (178)。
6.如权利要求2所述的过渡管道(94)，特征在于所述出口(100)被构造成使得当在大 体上与第二过渡管道(154)相对的第三过渡管道(156)旁边组装时，所述第一过渡管道的 出口( 100)的第二侧(114)与第三过渡管道(156)的第一侧(112)共面。
7.如权利要求6所述的过渡管道(94)，进一步特征在于第二排气口(158)，该第二排气 口(158)位于形成所述第一过渡管道(94)的第二侧壁(114)内并且从所述过渡管道主体 (144)的下游端(142)朝向所述喉部(134)延伸，其中所述第二排气口( 158)的上边缘(160) 与形成所述过渡管道主体(144)的所述第二侧壁(114)的内表面(162)基本共面。
8.如权利要求7所述的过渡管道(94)，进一步特征在于从所述第二侧壁(114)的外表 面向外延伸且对齐于形成所述第二排气口(158)的下边缘(168)的密封凸缘(180)。
9.如权利要求8所述的过渡管道(94)，进一步特征在于所述密封凸缘(180)偏离于所 述第二排气口(158)，使得所述第二侧壁(114)的所述外表面的一部分暴露在所述第二排 气口(158)和所述密封凸缘(180)之间。
10.如权利要求6所述的过渡管道(94)，进一步特征在于从所述过渡管道主体(144) 的上表面(166)向外延伸且对齐于形成所述第二排气口(158)的上边缘(160)的密封凸缘 (184)。
11.如权利要求7所述的过渡管道(94)，进一步特征在于所述第一排气口(140)的所述底边缘(146)大体齐平于形成所述过渡管道主体(144)的所述内部通路(102)的内 表面(166)，所述第二排气口( 158)的所述上边缘(160)大体齐平于形成所述过渡管道主 体(144)的所述内部通路(102)的所述内表面(166)，所述第一排气口(140)的所述上边 缘(152)相对于所述第一排气口(140)的所述底边缘(146)以锐角定位，使得所述底边缘 (146)匹配所述第二过渡管道(154)的边缘，并且所述第二排气口( 158)的下边缘(168)相 对于所述第二排气口( 158)的所述上边缘(160)以锐角定位，使得所述下边缘(168)匹配所 述第三过渡管道(156)的内部下表面。
全文摘要
公开了用于将气流从燃气轮机中的燃烧器引导到第一级涡轮部段的过渡管道(94)。所述过渡管道(94)可以具有在入口(98)和出口(100)之间延伸的内部通路(102)。过渡管道主体(144)的轴线(130)可以是大体线性的以便从所述过渡管道主体(144)排出的气体沿适当方向流入到下游涡轮叶片(141)中。线性过渡管道(94)可以包括具有排气口(140)的出口(100)，所述排气口被构造成使得过渡管道(94)的侧面与相邻过渡管道(94)共面，从而消除了相邻线性过渡管道(94)之间的破坏性湍流。
文档编号F02C7/20GK102119268SQ200980131242
公开日2011年7月6日 申请日期2009年2月18日 优先权日2008年8月12日
发明者G·斯奈德, R·查伦 申请人:西门子能源公司