渦輪機(jī)中帶有改進(jìn)的冷卻的過渡管道的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及渦輪機(jī)中帶有改進(jìn)的冷卻的過渡管道。提供了渦輪系統(tǒng)。在一個實(shí)施例中，一種渦輪系統(tǒng)包括過渡管道，該過渡管道包括入口、出口以及管道通路，該管道通路在入口和出口之間延伸并限定縱向軸線、徑向軸線和切向軸線。過渡管道的出口沿縱向軸線和切向軸線從入口偏置。管道通路包括從入口延伸的上游部分以及從出口延伸的下游部分。渦輪系統(tǒng)還包括從管道通路的外表面延伸的肋，該肋分隔上游部分和下游部分。
【專利說明】渦輪機(jī)中帶有改進(jìn)的冷卻的過渡管道
[0001] 本發(fā)明是在能源署頒發(fā)的合同編號DE-FC26-05NT42643下利用政府支持做出的。 政府在本發(fā)明中享有某些權(quán)利。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本文所公開的主題大體上涉及渦輪機(jī)，例如燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，并且更特定地涉及渦 輪機(jī)中具有改進(jìn)的冷卻特征的過渡管道。

【背景技術(shù)】
[0003] 渦輪系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用于諸如發(fā)電的領(lǐng)域中的渦輪機(jī)的一個示例。例如，傳統(tǒng)的燃 氣渦輪系統(tǒng)包括壓縮機(jī)部段、燃燒器部段以及至少一個渦輪部段。壓縮機(jī)部段配置成在空 氣流過壓縮機(jī)部段時壓縮空氣?？諝馊缓髲膲嚎s機(jī)部段流至燃燒器部段，其在那里與燃料 混合并燃燒，從而產(chǎn)生熱氣流。熱氣流被提供至渦輪部段，渦輪部段通過從它提取能量而利 用熱氣流驅(qū)動壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)和其它各種負(fù)載。
[0004] 渦輪系統(tǒng)的燃燒器部段通常包括管或管道以用于使熱燃燒氣體流動穿過其中到 一個或多個渦輪部段。最近，已引入燃燒器部段，其包括使熱氣流移位（例如通過使熱氣流 加速和轉(zhuǎn)向）的管道。例如，已引入用于燃燒器部段的管道，其在熱氣縱向地流動穿過其中 時另外使該流沿徑向或切向移位，使得該流具有各種角度分量。這些設(shè)計(jì)具有多個優(yōu)點(diǎn)，包 括從渦輪部段消除第一級噴嘴。第一級噴嘴之前設(shè)置成使熱氣流移位，并且由于這些管道 的設(shè)計(jì)而可能不被需要。第一級噴嘴的消除可減少相關(guān)聯(lián)的壓降并增加渦輪系統(tǒng)的效率和 功率輸出。
[0005] 各種設(shè)計(jì)和操作參數(shù)影響燃燒器部段的設(shè)計(jì)和操作。例如，較高的燃燒氣體溫度 通常提高燃燒器部段的熱力學(xué)效率。然而，這種增加的溫度需要各種渦輪系統(tǒng)構(gòu)件的改進(jìn) 的冷卻，以便防止或減少由于暴露于高溫而損壞構(gòu)件的風(fēng)險(xiǎn)。然而，多個問題與用于渦輪系 統(tǒng)的已知冷卻技術(shù)相關(guān)聯(lián)。例如，冷卻空氣的泄漏降低冷卻效率，并進(jìn)一步導(dǎo)致較少的空氣 被傳送用于燃燒。此外，用于冷卻各種構(gòu)件的已知設(shè)計(jì)不能有效地利用冷卻空氣，從而導(dǎo)致 更加低效。當(dāng)利用使熱氣流在其中移位的管道時，如上面所論述的那樣，由于管道中（并且 特別是在管道的下游部分）產(chǎn)生的高的溫度和傳熱系數(shù)，這些設(shè)計(jì)和操作參數(shù)是特別值得 關(guān)注的。
[0006] 因此，用于渦輪機(jī)（例如用于渦輪系統(tǒng)）的改進(jìn)的燃燒器部段將是本領(lǐng)域中所需 要的。特定而言，帶有改進(jìn)的冷卻設(shè)計(jì)的燃燒器部段將是有利的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將在以下描述中部分地闡述，或者可從該描述顯而易見，或 者可通過實(shí)施本發(fā)明而了解。
[0008] 在一個實(shí)施例中，提供了一種渦輪系統(tǒng)。該渦輪系統(tǒng)包括過渡管道，該過渡管道包 括入口、出口以及管道通路，該管道通路在入口和出口之間延伸并限定縱向軸線、徑向軸線 和切向軸線。過渡管道的出口沿縱向軸線和切向軸線從入口偏置。管道通路包括從入口延 伸的上游部分以及從出口延伸的下游部分。渦輪系統(tǒng)還包括從管道通路的外表面延伸的 肋，該肋分隔上游部分和下游部分。
[0009] 在另一實(shí)施例中，提供了一種渦輪系統(tǒng)。該渦輪系統(tǒng)包括過渡管道，該過渡管道包 括入口、出口以及管道通路，該管道通路在入口和出口之間延伸并限定縱向軸線、徑向軸線 和切向軸線。過渡管道的出口沿縱向軸線和切向軸線從入口偏置。渦輪系統(tǒng)還包括大體上 圍繞過渡管道的流套筒，該流套筒包括上游出口、下游出口以及在上游出口和下游出口之 間延伸的套筒通路。渦輪系統(tǒng)還包括：限定于過渡管道和流套筒之間的腔，該腔包括上游腔 和下游腔；以及定位在過渡管道和流套筒之間的肋，該肋分隔上游腔和下游腔。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種渦輪系統(tǒng)，包括：過渡管道，其包括入口、出口和 管道通路，管道通路在入口和出口之間延伸并限定縱向軸線、徑向軸線和切向軸線，過渡管 道的出口沿縱向軸線和切向軸線從入口偏置，管道通路包括從入口延伸的上游部分以及從 出口延伸的下游部分；肋，其從管道通路的外表面延伸，肋分隔上游部分和下游部分。
[0011] 優(yōu)選地,該潤輪系統(tǒng)還包括大體上圍繞過渡管道的流套筒，流套筒包括上游出口、 下游出口以及在上游出口和下游出口之間延伸的套筒通路，套筒通路包括從上游出口延伸 的上游部分以及從下游出口延伸的下游部分，并且其中，肋進(jìn)一步分隔流套筒的上游部分 和流套筒的下游部分。
[0012] 優(yōu)選地，過渡管道的上游部分和流套筒在它們之間限定上游腔，其中過渡管道的 下游部分和流套筒在它們之間限定下游腔，并且其中，肋大體上使上游腔和下游腔彼此隔 離。
[0013] 優(yōu)選地，流套筒是沖擊套筒。
[0014] 優(yōu)選地，肋與通路成整體。
[0015] 優(yōu)選地，多個薄膜冷卻孔被限定在管道通路的下游部分中。
[0016] 優(yōu)選地，過渡管道的出口進(jìn)一步沿徑向軸線從入口偏置。
[0017] 優(yōu)選地，下游部分還包括多個內(nèi)部銷。
[0018] 優(yōu)選地，該渦輪系統(tǒng)還包括與過渡管道連通的渦輪部段，渦輪部段包括第一級動 葉組件。
[0019] 優(yōu)選地，沒有噴嘴布置在第一級動葉組件的上游。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了 一種渦輪系統(tǒng)，包括：過渡管道，其包括入口、出口 和管道通路，管道通路在入口和出口之間延伸并限定縱向軸線、徑向軸線和切向軸線，過渡 管道的出口沿縱向軸線和切向軸線從入口偏置；大體上圍繞過渡管道的流套筒，流套筒包 括上游出口、下游出口以及在上游出口和下游出口之間延伸的套筒通路；限定在過渡管道 和流套筒之間的腔，腔包括上游腔和下游腔；以及定位在過渡管道和流套筒之間的肋，肋分 隔上游腔和下游腔。
[0021] 優(yōu)選地，肋大體上使上游腔和下游腔彼此隔離。
[0022] 優(yōu)選地，肋從管道通路的外表面延伸。
[0023] 優(yōu)選地，流套筒是沖擊套筒。
[0024] 優(yōu)選地，多個薄膜冷卻孔被限定在管道通路的下游部分中。
[0025] 優(yōu)選地，過渡管道的出口進(jìn)一步沿徑向軸線從入口偏置。
[0026] 優(yōu)選地，該渦輪系統(tǒng)還包括與過渡管道連通的渦輪部段，渦輪部段包括第一級動 葉組件。
[0027] 優(yōu)選地，沒有噴嘴布置在第一級動葉組件的上游。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種渦輪機(jī)，包括：入口部段；排氣部段；壓縮機(jī) 部段；燃燒器部段；以及與過渡管道連通的渦輪部段，渦輪部段包括第一級動葉組件，其 中，沒有噴嘴布置在第一級動葉組件的上游。燃燒器部段包括：過渡管道，其包括入口、出口 和管道通路，管道通路在入口和出口之間延伸并限定縱向軸線、徑向軸線和切向軸線，過渡 管道的出口沿縱向軸線和切向軸線從入口偏置；大體上圍繞過渡管道的流套筒，流套筒包 括上游出口、下游出口以及在上游出口和下游出口之間延伸的套筒通路；限定在過渡管道 和流套筒之間的腔，腔包括上游腔和下游腔；以及定位在過渡管道和流套筒之間的肋，肋分 隔上游腔和下游腔。
[0029] 優(yōu)選地，肋大體上使上游腔和下游腔彼此隔離。
[0030] 參照下面的描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得 更好理解。被包括在本說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與描 述一起用于說明本發(fā)明的原理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 在該說明書中闡述了本發(fā)明的完整且充分的公開，包括其對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員而言的最佳模式，說明書對附圖進(jìn)行了參考，其中： 圖1是根據(jù)本公開的一個實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的示意圖； 圖2是根據(jù)本公開的一個實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的若干部分的截面圖； 圖3是根據(jù)本公開的一個實(shí)施例的環(huán)形陣列的過渡管道和相關(guān)聯(lián)的沖擊套筒的透視 圖； 圖4是根據(jù)本公開的一個實(shí)施例的多個過渡管道和相關(guān)聯(lián)的沖擊套筒的頂部后視透 視圖； 圖5是根據(jù)本公開的另一實(shí)施例的多個過渡管道的頂部后視透視圖，其中相關(guān)聯(lián)的沖 擊套筒被移除； 圖6是根據(jù)本公開的一個實(shí)施例的過渡管道和相關(guān)聯(lián)的沖擊套筒的部分的截面圖； 圖7是根據(jù)本公開的另一實(shí)施例的過渡管道和相關(guān)聯(lián)的沖擊套筒的部分的截面圖；以 及 圖8是根據(jù)本公開的一個實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)的渦輪部段的截面圖。
[0032] 附圖標(biāo)記： 10 渦輪系統(tǒng) 12 壓縮機(jī)部段 14 燃燒器部段 15 燃燒器 16 渦輪部段 18 軸 19 入口部段 20 排氣部段 21 殼體 22 燃燒器襯套 24 燃燒區(qū) 26 過渡件 30 流套筒 32 流通道 34 沖擊套筒 36 流通道 38 外部環(huán)形空間 40 燃料噴嘴 50 過渡管道 52 人口 54 出口 56 通路 58 燃燒室 90 縱向軸線 92 切向軸線 94 徑向軸線 98 縱向軸線 102 護(hù)罩 104 熱氣通道 106 護(hù)罩塊 112 動葉 114 噴嘴 122 第一級動葉組件 123 第二級噴嘴組件 124 第二級動葉組件 125 第三級噴嘴組件 126 第三級動葉組件 140 流/沖擊套筒 142 腔 144 沖擊孔 146 工作流體 152 人口 154 出口 156 通路 160 肋 162 上游腔 164 下游腔 172 上游部分（過渡管道） 174 下游部分（過渡管道） 176 上游部分（流套筒） 178 下游部分（流套筒） 182 工作流體的一部分（上游） 184 工作流體的一部分（下游） 186 熱氣 190 薄膜冷卻通路 192 外表面（過渡管道） 194 內(nèi)表面（過渡管道） 196 薄膜冷卻部分（工作流體） 198 內(nèi)表面（流套筒） 200 銷 202 內(nèi)部 204 進(jìn)入孔 206 薄膜冷卻通路。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 現(xiàn)在將詳細(xì)地對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行參考，其一個或多個示例在附圖中示出。每 個示例以說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明的方式提供。實(shí)際上，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯 而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可在本發(fā)明中做出各種修改和變型。 例如，作為一個實(shí)施例的部分而示出或描述的特征可與另一實(shí)施例一起使用以產(chǎn)生更進(jìn)一 步的實(shí)施例。因此，本發(fā)明意圖包括這種落入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的修改和 變型。
[0034] 圖1是渦輪機(jī)的示意圖，該渦輪機(jī)在圖示的實(shí)施例中是燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10。應(yīng)當(dāng)理 解，本公開的渦輪系統(tǒng)10不必為燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10,而是可為任何合適的渦輪系統(tǒng)10,例如 蒸汽渦輪系統(tǒng)或其它合適的系統(tǒng)。此外，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本公開的渦輪機(jī)不必為渦輪系統(tǒng)， 而是可為任何合適的渦輪機(jī)。燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10可包括壓縮機(jī)部段12、燃燒器部段14以及 渦輪部段16,燃燒器部段14可包括多個燃燒器15,如下面所論述的那樣。壓縮機(jī)部段12 和渦輪部段16可通過軸18聯(lián)接。軸18可為單個軸或聯(lián)接在一起而形成軸18的多個軸 段。軸18還可聯(lián)接至發(fā)電機(jī)或其它合適的能量儲存裝置，或者可直接連接至例如電網(wǎng)。入 口部段19可提供空氣流至壓縮機(jī)部段12,并且排出氣體可從渦輪部段16排出穿過排氣部 段20,并在系統(tǒng)10或其它合適的系統(tǒng)中被耗盡和/或利用，排放到大氣中，或通過熱回收蒸 汽發(fā)生器回收。
[0035] 參考圖2,示出了燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)10的若干部分的簡化圖。圖2中所示的燃?xì)鉁u輪 系統(tǒng)10包括用于對工作流體加壓的壓縮機(jī)部段12,工作流體大體上是流動穿過系統(tǒng)10的 加壓空氣，但可為任何合適的流體。從壓縮機(jī)部段12排出的加壓工作流體流入燃燒器部段 14,其可包括圍繞系統(tǒng)10的軸線布置成環(huán)形陣列（其中只有一個在圖2中示出）的多個燃 燒器15。進(jìn)入燃燒器部段14的工作流體與燃料（例如天然氣或另一種合適的液體或氣體） 混合并燃燒。熱燃燒氣體從每個燃燒器15流至渦輪部段16以驅(qū)動系統(tǒng)10并產(chǎn)生功率。
[0036] 燃?xì)鉁u輪10中的燃燒器15可包括各種構(gòu)件以用于混合并燃燒工作流體和燃料。 例如，燃燒器15可包括殼體21，例如壓縮機(jī)排放殼體21。多個套筒可為沿軸向延伸的環(huán)形 套筒，可至少部分地布置在殼體21中。如圖2中所示，套筒沿大體縱向軸線98軸向地延伸， 使得套筒的入口與出口沿軸向?qū)?zhǔn)。例如，燃燒器襯套22可大體上在其中限定燃燒區(qū)24。 工作流體、燃料以及可選的氧化劑的燃燒通?？砂l(fā)生在燃燒區(qū)24中。燃燒所產(chǎn)生的熱氣可 大體上沿縱向軸線98向下游軸向地流動穿過燃燒襯套22到過渡件26中，并且然后沿縱向 軸線98大體上軸向地流動穿過過渡件26到渦輪部段16中。
[0037] 燃燒器15還可包括一個燃料噴嘴40或多個燃料噴嘴40。燃料可由一個或多個歧 管（未示出）供給至燃料噴嘴40。如下面論述的那樣，該燃料噴嘴40或多個燃料噴嘴40 可將燃料和可選地工作流體供給至燃燒區(qū)24以用于燃燒。
[0038] 如圖3至圖6中所示，根據(jù)本公開的燃燒器15可包括一個或多個過渡管道50。本 公開的過渡管道50可設(shè)置為替代其它燃燒器的各種軸向延伸的套筒。例如，過渡管道50 可代替沿軸向延伸的過渡件26以及可選地燃燒器15的燃燒器襯套22。因此，過渡管道可 從燃料噴嘴40或從燃燒器襯套22延伸。如下面所論述的那樣，過渡管道50可提供優(yōu)于沿 軸向延伸的燃燒器襯套22和過渡件26的多個優(yōu)點(diǎn)，以用于使工作流體流動穿過其中并到 渦輪部段16。
[0039] 如圖所示，多個過渡管道50可圍繞縱向軸線90布置成環(huán)形陣列。此外，每個過渡 管道50可在一個燃料噴嘴40或多個燃料噴嘴40與渦輪部段16之間延伸。例如，每個過渡 管道50可從燃料噴嘴40延伸至渦輪部段16。因此，工作流體可大體上從燃料噴嘴40流動 穿過過渡管道50到渦輪部段16。在一些實(shí)施例中，過渡管道50可有利地允許消除渦輪部 段中的第一級噴嘴，這可減少或消除任何相關(guān)聯(lián)的壓力損失并增加系統(tǒng)10的效率和輸出。
[0040] 每個過渡管道50可具有入口 52、出口 54和介于其間的通路56。通路56在其中 限定燃燒室58,熱燃燒氣體流過該燃燒室58。過渡管道50的入口 52和出口 54可具有大 體上圓形或橢圓形的橫截面、矩形橫截面、三角形橫截面或任何其它合適的多邊形橫截面。 此外，應(yīng)當(dāng)理解，過渡管道50的入口 52和出口 54不必具有相似形狀的截面。例如，在一個 實(shí)施例中，入口 52可具有大體上圓形的橫截面，而出口 54可具有大體上矩形的橫截面。
[0041] 此外，通路56可在入口 52和出口 54之間大體上漸縮。例如，在示例性實(shí)施例中， 通路56的至少一部分可大體上呈圓錐形的形狀。然而，另外或備選地，通路56或其任何部 分可具有大體上矩形的橫截面、三角形的橫截面或任何其它合適的多邊形橫截面。應(yīng)當(dāng)理 解，隨著通路56從相對較大的入口 52漸縮到相對較小的出口 54,通路56的截面形狀可在 整個通路56或其任何部分中改變。
[0042] 多個過渡管道50中每一個的出口 54可從相應(yīng)過渡管道50的入口 52偏置。如本 文使用的那樣，術(shù)語"偏置"意指沿所標(biāo)識的坐標(biāo)方向間隔開。多個過渡管道50中每一個 的出口 54可從相應(yīng)過渡管道50的入口 52縱向地偏置，例如沿縱向軸線90偏置。
[0043] 此外，在示例性實(shí)施例中，多個過渡管道50中每一個的出口 54可從相應(yīng)過渡管道 50的入口 52切向地偏置，例如沿切向軸線92偏置。因?yàn)槎鄠€過渡管道50中每一個的出 口 54從相應(yīng)過渡管道50的入口 52切向地偏置，所以過渡管道50可有利地利用工作流體 穿過過渡管道50的流的切向分量來消除對渦輪部段16中第一級噴嘴的需要，如下面論述 的那樣。
[0044] 此外，在示例性實(shí)施例中，多個過渡管道50中每一個的出口 54可從相應(yīng)過渡管道 50的入口 52徑向地偏置，例如沿徑向軸線94偏置。因?yàn)槎鄠€過渡管道50中每一個的出 口 54從相應(yīng)過渡管道50的入口 52徑向地偏置，所以過渡管道50可有利地利用工作流體 穿過過渡管道50的流的徑向分量來進(jìn)一步消除對渦輪部段16中第一級噴嘴的需要，如下 面論述的那樣。
[0045] 應(yīng)當(dāng)理解，切向軸線92和徑向軸線94相對于由環(huán)形陣列的過渡管道50限定的圓 周對于每個過渡管道50單獨(dú)限定，如圖3中所示，并且軸線92和軸線94基于圍繞縱向軸 線90布置成環(huán)形陣列的過渡管道50的數(shù)量繞圓周對于每個過渡管道50不同。
[0046] 如所論述的那樣，在熱燃燒氣體流動穿過過渡管道50之后，它們可從過渡管道50 流到渦輪部段16中。如圖8中所示，根據(jù)本公開的渦輪部段16可包括護(hù)罩102,其可限定 熱氣通道104。護(hù)罩102可由多個護(hù)罩塊106形成。護(hù)罩塊106可布置成一個或多個環(huán)形 陣列，其中每一個可在其中限定熱氣通道104的一部分。
[0047] 渦輪部段16還可包括多個動葉112和多個噴嘴114。多個動葉112和噴嘴114中 的每一個可至少部分地布置在熱氣通道104中。此外，多個動葉112和多個噴嘴114可布 置成一個或多個環(huán)形陣列，其中每一個可限定熱氣通道104的一部分。
[0048] 渦輪部段16可包括多個渦輪級。每個級可包括布置成環(huán)形陣列的多個動葉112 以及布置成環(huán)形陣列的多個噴嘴114。例如，在一個實(shí)施例中，渦輪部段16可具有三個級， 如圖8中所示。例如，渦輪部段16的第一級可包括第一級噴嘴組件（未示出）和第一級動 葉組件122。噴嘴組件可包括多個噴嘴114,它們圍繞軸18沿周向布置和固定。動葉組件 122可包括多個動葉112,它們圍繞軸18沿周向布置并聯(lián)接至軸18。然而，在其中渦輪部段 聯(lián)接至包括多個過渡管道50的燃燒器部段14的示例性實(shí)施例中，可消除第一級噴嘴組件， 使得沒有噴嘴布置在第一級動葉組件122的上游。上游可相對于熱燃燒氣體穿過熱氣通道 104的流而定義。
[0049] 渦輪部段16的第二級可包括第二級噴嘴組件123和第二級動葉組件124。包括 在噴嘴組件123中的噴嘴114可圍繞軸18沿周向布置和固定。包括在動葉組件124中的 動葉112可圍繞軸18沿周向布置并聯(lián)接至軸18。因此，第二級噴嘴組件123沿著熱氣通 道104定位在第一級動葉組件122和第二級動葉組件124之間。渦輪部段16的第三級可 包括第三級噴嘴組件125和第三級動葉組件126。包括在噴嘴組件125中的噴嘴114可圍 繞軸18沿周向布置和固定。包括在動葉組件126中的動葉112可圍繞軸18沿周向布置并 聯(lián)接至軸18。因此，第三級噴嘴組件125沿著熱氣通道104定位在第二級動葉組件124和 第三級動葉組件126之間。
[0050] 應(yīng)當(dāng)理解，渦輪部段16并不限于三個級，而是任何數(shù)量的級都處于本公開的范圍 和精神內(nèi)。
[0051] 如圖4、圖6和圖7中所示，在示例性實(shí)施例中，流套筒140可大體上圍繞（例如 以大體上周向的方式）過渡管道50。沿周向圍繞過渡管道50的流套筒140可在其間限定 腔142。來自殼體21的壓縮工作流體146可流過腔142以向過渡管道50提供對流冷卻。 此外，在一些實(shí)施例中，流套筒140可為沖擊套筒。在這些實(shí)施例中，沖擊孔144可限定在 套筒140中，如圖所示。來自殼體21的壓縮工作流體146可在流過腔142之前流過沖擊孔 144并沖擊在過渡管道50上，從而提供過渡管道的額外沖擊冷卻。
[0052] 每個流套筒140可具有上游出口 152、下游出口 154和介于其間的通路156。每個 流套筒140可在一個燃料噴嘴40或多個燃料噴嘴40與渦輪部段16之間延伸，從而圍繞相 關(guān)聯(lián)的過渡管道50的至少一部分。因此，類似于過渡管道50,如上面所論述的那樣，多個 流套筒140中每一個的下游出口 154可從相應(yīng)流套筒140的上游出口 152沿縱向、徑向和 /或切向偏置。
[0053] 如所論述的那樣，工作流體146可流過限定于過渡管道50和流套筒140之間的腔 142。該工作流體146可在渦輪機(jī)的操作期間冷卻過渡管道50。如上面所論述的那樣，期望 工作流體146被有效地利用以冷卻過渡管道50。因此，在示例性實(shí)施例中，肋160可被包括 在一個或多個過渡管道50以及相關(guān)聯(lián)的流套筒140的腔142中。肋160可定位在過渡管 道50和流套筒140之間，并且可將腔142分成上游腔162和下游腔164。因此，過渡管道 50 (例如其通路56)可被肋160分為上游部分172和下游部分174,并且流套筒140可類似 地被肋160分為上游部分176和下游部分178。
[0054] 通過分隔腔162和相關(guān)聯(lián)的過渡管道50和流套筒142,肋160可允許上游腔162 中工作流體146的一部分182提供該腔所需的有利的流和冷卻特性，同時允許下游腔164 中工作流體146的一部分184提供該腔所需的單獨(dú)的有利的流和冷卻特性。例如，如圖6和 圖7中所示，下游腔164中的部分184可大體上向下游流動，從而有利地冷卻通路56的下 游部分174。應(yīng)注意，由于過渡管道50和其通路56的設(shè)計(jì)，熱燃燒氣體穿過下游部分174 的流186可具有相對較高的馬赫數(shù)，并且下游部分172中的傳熱系數(shù)可相對較大。根據(jù)本 公開的肋160的使用可有利地提供下游部分174的針對性冷卻。此外，在示例性實(shí)施例中， 通路56的下游部分174可包括限定在其中的延伸于通路56的外表面192和內(nèi)表面194之 間的多個薄膜冷卻通路190。每個薄膜冷卻通路190可使工作流體146的下游部分184的 薄膜冷卻部分196與過渡管道50的燃燒室58連通。該薄膜冷卻部分196可沿通路56的 內(nèi)表面194大體上向下游流動，從而向下游部分174提供進(jìn)一步的冷卻。
[0055] 如圖6和圖7中進(jìn)一步所示，上游腔162中的部分182可大體上向上游流動，從而 有利地冷卻通路56的上游部分172。這種流可冷卻上游部分172,同時另外將該部分182 供給至燃料噴嘴40以用于與燃料混合及其燃燒。根據(jù)本公開的肋160的使用可因此有利 地提供上游部分172的針對性冷卻，同時有效地提供工作流體146的一部分182以用于燃 燒。
[0056] 在示例性實(shí)施例中，肋160可大體上使上游腔162和下游腔164(及其各個部分） 彼此隔離。在這些實(shí)施例中，肋160有效地密封上游腔162和下游腔164避免彼此，使得沒 有或很少工作流體146的部分182可從上游腔162經(jīng)過肋160流入下游腔164中，并且沒 有或很少工作流體146的部分184可從下游腔164經(jīng)過肋160流入上游腔162中。通過隔 離腔162、164,工作流體146的冷卻和利用的效率提高。
[0057] 根據(jù)本公開的肋160圍繞過渡管道50的周邊大體上沿周邊延伸，從而將過渡管道 50分成上游部分172和下游部分174并將流套筒140分成上游部分176和下游部分178。 肋160可為定位于過渡管道50和流套筒140之間以提供這種劃分的單個構(gòu)件或多個構(gòu)件。 在示例性實(shí)施例中，肋160從通路56的外表面192延伸。肋160可與通路56成整體，如圖 6中所示。例如，肋160和通路56可被鑄成單個構(gòu)件。備選地，肋160可被安裝至通路56， 例如通過焊接、釬焊、螺栓連接等。另外或備選地，肋160可從流套筒140的內(nèi)表面198延 伸，并且可與流套筒140成整體或被安裝至流套筒140。
[0058] 根據(jù)本公開的肋160的使用可因此向過渡管道50和利用過渡管道50的渦輪機(jī)提 供改進(jìn)的冷卻。這樣的冷卻尤其可如上所述致力于高效地冷卻過渡管道50,同時減少泄漏 并提供足夠的工作流體146以用于燃燒。
[0059] 如圖7中進(jìn)一步示出的，根據(jù)本公開的過渡管道50可包括多個進(jìn)一步促進(jìn)其冷卻 的內(nèi)部銷200。在這些實(shí)施例中，通路56或其一部分可為大體上中空的，在外表面192和 內(nèi)表面194之間限定內(nèi)部202。銷200可布置在內(nèi)部202中，在一些實(shí)施例中布置成一個 或多個大體上周向的排，其大體上在外表面192和內(nèi)表面194之間延伸。進(jìn)入孔204可被 限定在外表面192中，使得工作流體146或其一部分（例如部分184)流過進(jìn)入孔204到內(nèi) 部202中。在示例性實(shí)施例中，進(jìn)入孔204可位于銷200的上游。該工作流體146或其部 分然后可流過銷200,從而大體上冷卻銷200和過渡管道50。薄膜冷卻通路206或其它合 適的排氣孔可限定在內(nèi)表面194中，使得工作流體146或其部分然后可從內(nèi)部202排出到 過渡管道50的燃燒室58以大體上向下游流動，例如在燃燒室58內(nèi)沿著通路56的內(nèi)表面 194,從而對通路56提供進(jìn)一步的冷卻。在示例性實(shí)施例中，薄膜冷卻通路206或其它合適 的排氣孔可布置在銷200的下游。
[0060] 在如圖所示的示例性實(shí)施例中，銷200可僅僅設(shè)置在過渡管道50的下游部分174 中。然而，另外或備選地，銷200可被包括在上游部分172中。此外，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本公開 的銷200的使用并不限于其中過渡管道50利用肋160的實(shí)施例，而是可用于任何合適的過 渡管道50中。
[0061] 另外，在其中利用銷200的一些實(shí)施例中，可能不需要流套筒140的各個部分。例 如，如圖7中所示，由于在過渡管道50的下游部分174中使用銷200,因而流套筒140可僅 僅包括上游部分176,而不包括下游部分178。然而備選地，可包括下游部分174。此外，當(dāng) 利用銷200時，可包括或可不包括流套筒140的任何合適部分。
[〇〇62] 該書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人 員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包括在內(nèi)的方法。本發(fā) 明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如 果這種其它示例包括與權(quán)利要求的字面語言沒有差別的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán) 利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)要素，那么這種其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍 內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種渦輪系統(tǒng)，包括： 過渡管道，其包括入口、出口和管道通路，所述管道通路在所述入口和所述出口之間延 伸并限定縱向軸線、徑向軸線和切向軸線，所述過渡管道的出口沿所述縱向軸線和所述切 向軸線從所述入口偏置，所述管道通路包括從所述入口延伸的上游部分以及從所述出口延 伸的下游部分； 肋，其從所述管道通路的外表面延伸，所述肋分隔所述上游部分和所述下游部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，還包括大體上圍繞所述過渡管道的 流套筒，所述流套筒包括上游出口、下游出口以及在所述上游出口和所述下游出口之間延 伸的套筒通路，所述套筒通路包括從所述上游出口延伸的上游部分以及從所述下游出口延 伸的下游部分，并且其中，所述肋進(jìn)一步分隔所述流套筒的上游部分和所述流套筒的下游 部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述過渡管道的上游部分和所述流 套筒在它們之間限定上游腔，其中所述過渡管道的下游部分和所述流套筒在它們之間限定 下游腔，并且其中，所述肋大體上使所述上游腔和所述下游腔彼此隔離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述流套筒是沖擊套筒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述肋與所述通路成整體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，多個薄膜冷卻孔被限定在所述管道 通路的下游部分中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述過渡管道的出口進(jìn)一步沿所述 徑向軸線從所述入口偏置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，所述下游部分還包括多個內(nèi)部銷。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述過渡管道連通的渦輪 部段，所述渦輪部段包括第一級動葉組件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪系統(tǒng)，其特征在于，沒有噴嘴布置在所述第一級動葉組 件的上游。
【文檔編號】F23R3/00GK104061594SQ201410026641
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月21日
【發(fā)明者】K.W.麥克馬漢, J.S.勒貝格, J.J.馬爾多納多, D.J.迪拉德, J.S.弗拉納根 申請人:通用電氣公司