專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)中使用的具有帶排氣口的線性流動路徑的過渡件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，并且更具體地涉及將氣流從燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的 燃燒器引導(dǎo)到渦輪部段的過渡管道。
背景技術(shù)：
參考圖1，示出了通過燃?xì)廨啓C(jī)10的一部分的橫截面。渦輪的主要部件是壓縮機(jī) 部段12、燃燒部段14和渦輪部段16。轉(zhuǎn)子組件18居中設(shè)置且延伸通過這三個部段。壓縮 機(jī)部段12可以包括圓筒20、22，所述圓筒20、22封套交替的成排的靜止葉瓣M和旋轉(zhuǎn)葉 片沈。靜止葉瓣對可以被固定到圓筒20，而旋轉(zhuǎn)葉片沈可以被安裝到轉(zhuǎn)子組件18以用 于隨轉(zhuǎn)子組件18旋轉(zhuǎn)。燃燒部段14可以包括形成腔室30的殼體觀。多個燃燒器，例如十六個燃燒器(這 里僅示出了其中一個燃燒器32)，可以被容納在燃燒部段腔室30內(nèi)并且圍繞圓形以環(huán)形樣 式分布。可以是液體或氣態(tài)形式的燃料34 (例如石油或天然氣)可以進(jìn)入各燃燒器32并 且與從腔室30被引入到燃燒器32中的壓縮空氣(如圍繞燃燒器32的未編號箭頭所示)相 結(jié)合。結(jié)合的燃料/空氣混合物可以在燃燒器32內(nèi)燃燒，并且最終的熱壓縮氣流36可以 被排放到附連于燃燒器32以用于布線到渦輪部段16的過渡管道38。渦輪部段16可以包括包含內(nèi)圓筒42的圓筒形外殼40，其可以封套包括葉瓣44和 葉片46的靜止葉瓣排和旋轉(zhuǎn)葉片排。靜止葉瓣44可以被固定到內(nèi)圓筒42，并且旋轉(zhuǎn)葉片 46可以被固定到形成轉(zhuǎn)子組件18在渦輪部段16區(qū)域內(nèi)的零件的盤?？拷鼫u輪部段16的 入口處的第一排葉瓣44和第一排葉片46分別通常被稱為第一級葉瓣和第一級葉片。圍繞渦輪部段16中的轉(zhuǎn)子組件18的可以是一系列葉瓣平臺48，該平臺48與轉(zhuǎn)子 盤50 —起共同限定了通過渦輪部段16的第一級的氣流路徑52的內(nèi)邊界。在燃燒部段14 中的每個過渡管道38可以被安裝到渦輪部段外殼40和葉瓣平臺48從而朝向第一級葉瓣 44和第一級葉片46排出氣流30。操作時，壓縮機(jī)部段12接收通過進(jìn)氣口(未示出)的空氣并將其壓縮。壓縮空氣進(jìn) 入燃燒部段14中的腔室30并且被分配給燃燒器32中的每一個。在每個燃燒器32中，燃 料34和壓縮空氣混合并燃燒。之后，熱的壓縮氣流30被引導(dǎo)通過過渡管道38到達(dá)渦輪部 段16。在渦輪部段16中，熱的壓縮氣流被諸如第一級葉瓣44的葉瓣轉(zhuǎn)向并且旋轉(zhuǎn)諸如第 一級葉片52的葉片，該葉片繼而驅(qū)動轉(zhuǎn)子組件18。之后氣流從渦輪部段16被排出。渦輪 系統(tǒng)10可以包括在渦輪部段16下游的附加排氣結(jié)構(gòu)(未示出)。因此被傳給轉(zhuǎn)子組件18 的動力可以不僅被用于旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)部段葉片26，而且可以被用于附加地旋轉(zhuǎn)其他機(jī)械，例 如外部發(fā)電機(jī)或飛行器推進(jìn)裝置的風(fēng)扇(未示出)。為了更好地理解本發(fā)明，坐標(biāo)系可以被應(yīng)用到例如渦輪系統(tǒng)從而有助于描述系統(tǒng) 中部件的相對位置以及系統(tǒng)中的運(yùn)動。轉(zhuǎn)子組件18的旋轉(zhuǎn)軸線縱向延伸通過壓縮機(jī)部段 12、燃燒部段14和渦輪部段16并且限定縱向方向。從通過各部段的常見操作流動樣式的 立體圖觀察，渦輪部件可以被描述為在相對彼此在上游或下游被縱向定位。例如，壓縮機(jī)部段12縱向位于燃燒部段14的上游，并且渦輪部段16縱向位于燃燒部段14的下游。各部 件離開中心轉(zhuǎn)子軸線或其他縱軸線的位置可以沿徑向方向被描述。因此，例如，葉片46從 轉(zhuǎn)子盤50沿徑向方向或徑向地延伸。更遠(yuǎn)離縱軸線(例如中心轉(zhuǎn)子軸線)的位置可以被描 述為相比于徑向向內(nèi)或內(nèi)側(cè)的較近位置而言徑向向外或外側(cè)。第三坐標(biāo)方向(圓周方向)可以描述具體部件相對于圍繞縱軸線(例如轉(zhuǎn)子組件18 的中心軸線)的假想圓的位置。例如，向下游縱向觀察渦輪發(fā)動機(jī)中的渦輪葉片陣列，可以 看到葉片中的每一個均類似于鐘表上的指針沿幾個徑向方向徑向向外延伸。各葉片的“鐘 點(diǎn)”位置(也被稱為角度位置)描述了其沿圓周方向的部位。因此，在這種示例中從轉(zhuǎn)子盤 豎直延伸的葉片可以被描述為位于沿圓周方向的“12點(diǎn)鐘”位置，而從轉(zhuǎn)子盤向右延伸的葉 片可以被描述為位于圓周方向的“3點(diǎn)鐘”位置，并且這兩個葉片可以被描述為沿圓周方向 分隔開。因此，徑向方向可以描述參考圓的尺寸，并且圓周方向可以描述在參考圓上的角度 部位。大體而言，縱向方向、徑向方向和圓周方向彼此正交。而且，方向沒有暗示正或負(fù)。 例如，縱向方向可以是向上游和向下游兩者，并且不需要與轉(zhuǎn)子的中心軸線相符。徑向方向 可以是向內(nèi)和向外，并且不限于描述圓形物體或陣列。圓周方向可以是順時針和逆時針，并 且類似于徑向方向不需要被限于描述圓形物體或陣列。此外，根據(jù)上下文，兩個部件相對彼此的相關(guān)位置可以參考坐標(biāo)方向中的僅僅一 個方向被描述。例如燃燒器32可以被描述為在葉片46的徑向外側(cè)，因?yàn)槿紵?2相比于 葉片46徑向更遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子組件18的中心軸線，即使燃燒器32不處于葉片44的相同縱向平 面內(nèi)，而是實(shí)際上縱向處于葉片44的上游并且可能沒有圓周地對齊于具體葉片。坐標(biāo)系也可以被參考用于描述運(yùn)動。例如，示出了在過渡件38內(nèi)的氣流36沿箭 頭36的方向流動。這個氣流36從燃燒器32向下游縱向行進(jìn)到渦輪部段16且從燃燒器32 徑向向內(nèi)行進(jìn)到第一級葉瓣44和葉片46。在描述運(yùn)動的上下文中，例如描述氣流運(yùn)動的上下文中，圓周方向也可以被稱作 切線方向。當(dāng)氣體沿圓周方向流動時，流動方向的分量相切于圓形路徑上的點(diǎn)。在圓形路 徑上的任意給定點(diǎn)處，圓周流動可以具有相對較大的切向分量和相對較小的徑向分量。因 為切向分量占主導(dǎo)，特別是對于較大直徑路徑而言，例如對于圍繞渦輪發(fā)動機(jī)中的葉瓣和 葉片陣列的路徑而言，所以圓周方向和切線方向可以被看作為基本相同?？紤]這個坐標(biāo)系且參考圖2，單獨(dú)示出過渡管道M，示出當(dāng)從縱向下游觀察時所 見。這個具體過渡管道討被取向?yàn)?2點(diǎn)鐘圓周位置，并且應(yīng)該理解的是渦輪發(fā)動機(jī)可以 具有沿環(huán)形陣列分隔開的附加過渡管道，例如總共十六個。過渡管道討可以包括過渡管道主體56，該過渡管道主體56具有入口 58以接收由 相關(guān)燃燒器(未示出不過可參見圖1)排出的氣流。過渡管道主體56可以包括從入口 58到 出口 62的內(nèi)部通路60，其中氣流從出口 62朝向渦輪部段(未示出)被排出。因?yàn)槿紵魈?于渦輪部段的第一級的徑向外側(cè)(參見圖1)，所以過渡管道討從其入口 58向其出口 62徑 向向內(nèi)延伸。在圖2中，這個徑向方向由軸線64示出。過渡管道M包括在出口 62附近的 縱向彎曲部66以便主要縱向地排放氣流。因?yàn)樵谶^渡管道M內(nèi)的氣流被徑向向內(nèi)改向并 且之后縱向改向，所以過渡管道討基本沿徑向方向64轉(zhuǎn)向。這個徑向推力徑向向外(圖紙 的平面中向上)推動過渡管道M的出口區(qū)域。為了抵抗這種彎曲推力來支撐過渡管道M，過渡管道M可以在其端部由各支桿(未示出)徑向支撐，如本領(lǐng)域公知的?？梢钥闯?，出口 62和入口 58沿圓周或切線方向(由軸線68示出)對齊。現(xiàn)在參考圖3，圖3關(guān)注于包括燃燒器72、過渡管道74以及第一級葉瓣76和葉片 78的渦輪子部段70。圖3示意性地示出了從燃燒器72、過渡管道74以及少量第一級葉瓣 76和少量第一級葉片78上方觀察的視圖。應(yīng)該理解，在渦輪中，可以存在圓周分隔開以形 成環(huán)形陣列的附加第一級葉瓣。類似地，可以存在圓周分隔開以形成圍繞發(fā)動機(jī)中心線的 環(huán)形陣列的附加第一級葉片。這些附加葉瓣和葉片在圖3中未示出以便有助于圖釋。渦輪 系統(tǒng)通常也可以包括附加燃燒器和過渡件，不過為了圖釋目的僅示意性示出了單個燃燒器 72和過渡件74。從這個俯視圖，可以參考軸線80標(biāo)示縱向方向?？梢詤⒖驾S線82標(biāo)示圓周或切 線方向。徑向方向未示出，因?yàn)閺较蚍较蛭挥趫D紙內(nèi)和圖紙外，不過徑向方向大體正交于縱 向方向和徑向方向。氣流(例如可能具有一些有限液體內(nèi)容物的熱壓縮氣體)從燃燒器72排出并且通 過過渡管道74引導(dǎo)到第一級葉瓣76和葉片78。從過渡管道74的排氣口或出口 86排放出 的氣流大體沿縱向方向向下游(如箭頭84所示)行進(jìn)。由于在出口處的邊緣條件86及其他 因素，可能對于排出氣流而言存在一些偶然的小比例的徑向和圓周流動分量，從而產(chǎn)生下 游尾流。下游尾流可以使得下游渦輪葉片產(chǎn)生振動。隨著這種縱向氣流84從過渡管道74的出口 86排放出，該流動經(jīng)過第一級葉瓣 76。第一級葉瓣76的功能是使得主要縱向的流動沿圓周方向82加速并轉(zhuǎn)向，以便離開葉瓣 76的后邊緣的氣流的主要流動方向相對于縱向方向沿圓周或切線方向成角度(例如由箭頭 88示出)。這種轉(zhuǎn)向流動88因此具有縱向分量和圓周分量。流動角度可以基本處于從縱軸 線80測得的在40度至85度的范圍內(nèi)。通過相對于縱向方向80沿圓周方向82使得氣流 加速且成角度，最終氣流88更有效率地將其能量傳給第一排葉片78，第一排葉片78又旋轉(zhuǎn) 相關(guān)轉(zhuǎn)子組件(未示出)。使用第一級葉瓣使縱向氣流沿圓周方向加速并轉(zhuǎn)向具有多個挑戰(zhàn)。葉瓣和相關(guān)葉 瓣支撐結(jié)構(gòu)(參見圖1)必須具有高強(qiáng)度特征來承受在相對短的距離內(nèi)將極熱的高壓氣流的 方向改變一實(shí)質(zhì)性角度所產(chǎn)生的力。氣流的溫度和這種轉(zhuǎn)向過程所產(chǎn)生的熱還需要葉瓣冷 卻系統(tǒng)。涉及的力和熱減弱了材料特性，這可能產(chǎn)生裂紋并且以其他方式毀壞葉瓣和相關(guān) 支撐結(jié)構(gòu)。為了解決這些各種需求和操作條件，第一級葉瓣以及相關(guān)支撐結(jié)構(gòu)和冷卻系統(tǒng) 已被研發(fā)成復(fù)雜系統(tǒng)，其可能對于制造、安裝以及在毀壞、維修和更換的情況下是昂貴的。 因此，需要使氣流加速且切向地轉(zhuǎn)向以交付到第一級葉片陣列且不會導(dǎo)致復(fù)雜化和與第一 級葉瓣相關(guān)聯(lián)的相關(guān)費(fèi)用和毀壞風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及將氣流從渦輪發(fā)動機(jī)的燃燒器引導(dǎo)到渦輪部段且消除在常規(guī)過渡件 和單排渦輪葉瓣之間產(chǎn)生的破壞應(yīng)力的過渡管道。過渡管道可以具有大致與大體線性的流 動路徑成線性關(guān)系的軸線，其結(jié)合了過渡件和單排渦輪葉瓣的功能。在這樣的構(gòu)造中，過渡 管道將氣體從燃燒器筐體引導(dǎo)到下游渦輪葉片組件并且完成再次定向氣體的任務(wù)，從而省 去了對于單排葉瓣的需要。過渡管道引導(dǎo)氣體使其相對于發(fā)動機(jī)的縱軸線以相同入射角進(jìn)入到渦輪組件內(nèi)并且不包括在每個單排葉瓣中存在的任意前邊緣或后邊緣及與其有關(guān)的 固有問題。過渡管道被構(gòu)造成相鄰管道的相鄰側(cè)面是共平面的，這導(dǎo)致了氣體從每個過渡 管道發(fā)射出且在相鄰流動之間不存在減少的流體流動面積。在過渡管道的至少一個實(shí)施例 中，氣體沒有轉(zhuǎn)向，具體而言氣體沒有徑向或圓周轉(zhuǎn)向。因此，在出口不存在周向壓力梯度， 從而導(dǎo)致在單排葉片上的激勵和應(yīng)力減小。不存在氣體轉(zhuǎn)向也減小了安裝件上的結(jié)構(gòu)負(fù)載 并且消除了由于氣流轉(zhuǎn)向而導(dǎo)致的空氣動力學(xué)損失。最終，因?yàn)闆]有無保障的轉(zhuǎn)向，所以在 操作條件范圍內(nèi)產(chǎn)生更加均一的流動角度。過渡管道可以被構(gòu)造成引導(dǎo)燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)中的氣流，該燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)包括第 一級葉片陣列和至少一個燃燒器，其中所述第一級葉片陣列具有沿徑向方向從轉(zhuǎn)子組件延 伸的多個葉片以便沿圓周方向旋轉(zhuǎn)，所述圓周方向具有切線方向分量，轉(zhuǎn)子組件軸線限定 了縱向方向，并且所述至少一個燃燒器縱向地位于第一級葉片陣列的上游并且徑向地位于 第一級葉片陣列的外側(cè)。過渡管道可以由具有內(nèi)部通路的過渡管道主體形成，該內(nèi)部通路 在入口和出口之間延伸。出口可以沿縱向方向偏離于入口。過渡管道主體的軸線可以是大 體線性的，使得氣體的流動路徑是大體線性的。在至少一個實(shí)施例中，入口可以是大體圓筒形的并且管道的相鄰中段可以大體是 圓錐形的。鄰近中段的喉部具有的橫截面可以具有大體一致的橫截面面積。入口可以是大 體圓筒形的并且管道的相鄰中段可以是大體圓錐形的。喉部可以被定位成鄰近中段且其具 有的橫截面可以具有大體一致的橫截面面積。出口可以由大體上與徑向內(nèi)側(cè)面相對的徑向外側(cè)面形成，并且徑向內(nèi)側(cè)面和外側(cè) 面可以與對置的第一和第二側(cè)壁聯(lián)接在一起。徑向內(nèi)側(cè)面可以被徑向向外地設(shè)置于相等于 相鄰渦輪葉片的內(nèi)直徑的位置的距離處，并且徑向外側(cè)面可以被徑向向外地設(shè)置于相等于 相鄰渦輪葉片的外直徑的位置的距離處。在一些實(shí)施例中，過渡管道主體可以是大體線性的并且被定位在渦輪發(fā)動機(jī)內(nèi)部 以使得單排葉瓣是不必要的。具體而言，出口可以沿切線方向偏離于入口并且被定位成使 得當(dāng)過渡管道主體位于燃燒器和第一級葉片陣列之間來接收從燃燒器通過入口進(jìn)入內(nèi)部 通路內(nèi)的氣流及朝向第一級葉片陣列排出氣流時，氣體在縱向方向和切線方向之間以一定 角度從出口排出。過渡管道可以包括第一排氣口，其位于側(cè)壁內(nèi)并且從過渡管道主體的下游端朝向 喉部延伸，其中第一排氣口的底邊緣可以與形成過渡管道主體的第一側(cè)壁的內(nèi)表面基本共 面。過渡管道也可以包括第二排氣口，其位于形成第一過渡管道的第二側(cè)壁內(nèi)并且從過渡 管道主體的下游端朝向喉部延伸，其中第二排氣口的上邊緣與形成過渡管道主體的第二側(cè) 壁的內(nèi)表面基本共面。過渡管道可以包括附連系統(tǒng)以用于將過渡管道固定到相鄰過渡管道和渦輪發(fā)動 機(jī)。附連系統(tǒng)可以包括接近第一和第二排氣口中的每一個的密封凸緣。附連系統(tǒng)可以包括 任意適當(dāng)連接器以用于可拆卸地將過渡管道附連在一起且附連于渦輪發(fā)動機(jī)。在操作期間，熱的燃燒器氣體從燃燒器流動到過渡件的入口內(nèi)。氣體被引導(dǎo)通過 內(nèi)部通路。過渡管道的位置使得氣體被引導(dǎo)通過入口、進(jìn)入到流動被加速的圓錐形中段中、 通過相鄰喉部并且從出口被排出。氣體相對于渦輪葉片以適當(dāng)取向被排出，使得氣體以正 確取向被引導(dǎo)到渦輪葉片內(nèi)而不需要單排渦輪葉瓣來改變氣體流動。因此，不會因?yàn)槭褂脝闻艤u輪葉瓣而損失能量。在具有線性流動路徑的過渡管道中，氣體通過出口被排放。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于過渡管道具有大體線性軸線，其使得氣體相對于單排渦輪葉片 以適當(dāng)對齊方式從管道發(fā)出，從而不必須具有單排渦輪葉瓣并且消除了與單排渦輪葉瓣相 關(guān)的效率低下問題。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于過渡管道消除了在常規(guī)過渡件和渦輪葉瓣之間存在的泄 漏，因?yàn)檫@種連接是不存在的。本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)在于過渡管道消除了離開框架處相鄰渦輪葉瓣之間的泄漏，因 為過渡管道消除了對于單排渦輪葉瓣的需要。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，過渡管道所處的入射角消除了離開過渡件的氣體的無保 障轉(zhuǎn)向，從而使得在操作動力水平的范圍內(nèi)的流動更穩(wěn)定并且使得能夠從渦輪第一級汲取 更多動力。本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)在于過渡管道的構(gòu)造使得相比于常規(guī)管道可以使用更大的入 射角，這導(dǎo)致效率增大，因?yàn)椴恍枰虿皇褂脝闻艤u輪葉瓣，并且因而使用過渡管道時不再 存在由單排渦輪葉片導(dǎo)致的效率低下問題。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于過渡件的一致圓周壓力梯度減小了由過渡件內(nèi)產(chǎn)生的壓 力梯度所導(dǎo)致的對下游渦輪葉片的影響。過渡件消除了其他過渡設(shè)計(jì)的徑向?qū)R過渡側(cè)面 的急劇壓力變化。消除急劇壓力變化消除了當(dāng)葉片繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)且當(dāng)每次回轉(zhuǎn)時遇到 十六個這樣的壓力變化時由渦輪葉片上的這些變化而產(chǎn)生的振動。本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)在于，過渡件消除了對于單排渦輪葉瓣的需要并且因而消除了 前邊緣和后邊緣以及相關(guān)問題，包括冷卻前邊緣和后邊緣的困難以及由于存在單排渦輪葉 瓣而導(dǎo)致的氣體阻隔。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，在過渡管道的組件中，其中過渡管道定位成彼此鄰近并 且圍繞渦輪發(fā)動機(jī)的中心線徑向向外延伸，在這種組件中過渡管道的流動路徑在各管道內(nèi) 的喉部的下游平行并且偏離成使得來自各過渡管道的流動相切于過渡件的圓形構(gòu)造。本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)在于排氣口使得從相鄰渦輪管道排放的氣流平行流動從而消 除了到單排渦輪葉片的不一致流動樣式。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于附連系統(tǒng)幾何形狀使得單個過渡管道可以從過渡管道陣 列移除且不需要移除相鄰過渡管道。這些和其他實(shí)施例在下面被更詳細(xì)地描述。


合并到說明書中并形成說明書一部分的附圖示出了當(dāng)前公開的發(fā)明的實(shí)施例，并 且與說明書一同公開了本發(fā)明的原理。圖1是現(xiàn)有技術(shù)渦輪發(fā)動機(jī)的一部分的橫截面圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)過渡管道的上游縱向視圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)渦輪發(fā)動機(jī)的燃燒器、過渡管道以及第一級葉瓣和葉片的徑向示 意圖。圖4是體現(xiàn)本發(fā)明方面的過渡管道圓形陣列的縱向上游視圖。圖5是體現(xiàn)本發(fā)明方面的過渡管道圓形陣列的上游縱向視圖。
圖6是過渡管道的側(cè)視圖。圖7是過渡管道圓形陣列的俯視圖。圖8是圖6的過渡管道的端視圖。圖9是兩個過渡管道的部分立體圖。圖10是附連于彼此的兩個過渡管道的部分立體圖。圖11是附連于彼此的兩個過渡管道的部分立體圖。圖12是附連于彼此的兩個過渡管道的部分立體圖。
具體實(shí)施例方式如圖4-12所示，本發(fā)明涉及將氣流從渦輪發(fā)動機(jī)的燃燒器引導(dǎo)到渦輪部段的過 渡管道94。過渡管道94可以具有大體線性的軸線130。在這種構(gòu)造中，過渡管道94將氣 體從燃燒器筐體通導(dǎo)到下游渦輪葉片組件，并且完成引導(dǎo)氣體的任務(wù)，該任務(wù)通常是由單 排葉瓣完成的。因此，過渡管道94消除了對于單排葉瓣的需要。過渡管道94也可以被構(gòu) 造成包括具有側(cè)表面112、114的出口 100，該出口 100被構(gòu)造成減少下游尾流從而導(dǎo)致下游 渦輪葉瓣中的振動減小。這樣，出口 100減少了由于離開過渡管道94的燃燒器氣體所導(dǎo)致 的低效問題。如圖4、圖5和圖7所示，過渡管道94可以如所示被定位成環(huán)形陣列90且不圍繞 在從渦輪中縱向下游觀察的高度內(nèi)的渦輪部件。各過渡管道94可以包括過渡主體96，該過 渡主體96具有入口 98和出口 100以及在入口 98和出口 100之間的內(nèi)部通路102以用于 引導(dǎo)氣流從入口 98通過過渡管道92到達(dá)出口 100。示出的陣列90圖示了在具有16個燃 燒器(未示出)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中使用的設(shè)置。不過，過渡管道94的數(shù)量及其環(huán)形設(shè)置可 以被改變以用于更多或更少的燃燒器。如圖4-6所示，過渡管道94可以包括出口 100，其由大體與徑向內(nèi)側(cè)110相對的徑 向外側(cè)108形成并且被構(gòu)造成匹配單排葉片環(huán)。徑向外側(cè)108可以位于徑向向外等于相鄰 單排渦輪葉片的外直徑的距離處。徑向內(nèi)側(cè)110可以位于徑向向外等于相鄰單排渦輪葉片 的內(nèi)直徑的距離處。徑向外側(cè)108和徑向內(nèi)側(cè)110可以與對置的第一和第二側(cè)壁112、114 聯(lián)接在一起。出口 100可以沿縱向方向偏離于入口 98。這里和權(quán)利要求中使用的術(shù)語“偏 離”意味著沿標(biāo)示出的一個(多個)坐標(biāo)方向測量時出口與入口間隔開。出口 100也可以沿 切線方向106偏離于入口 98，如圖4所示。出口 100也可以被構(gòu)造成使得出口 100大體正 交于渦輪發(fā)動機(jī)的縱軸線136以便過渡管道94不會干涉單排渦輪葉片，如圖7所示。過渡管道94可以被構(gòu)造成沿過渡軸線130沿大體線性流體路徑引導(dǎo)氣體。在一 個實(shí)施例中，過渡管道94可以具有與圓錐形中段132相鄰的大體圓筒形入口 98。圓錐形中 段132可以包括不斷減小的橫截面面積直到圓錐形中段132結(jié)合相鄰的喉部134。在氣體 被導(dǎo)入單排渦輪葉片141之前圓錐形中段132加速氣體流動，如圖6所示。在氣體撞擊單 排渦輪葉片之前加速氣體流動增大了渦輪發(fā)動機(jī)的效率。喉部134可以具有任意適當(dāng)橫截 面。在至少一個實(shí)施例中，如圖8所示，喉部134可以具有帶兩個相對的大體線性側(cè)面和兩 個相對的非線性側(cè)面的橫截面。喉部134的橫截面面積可以小于圓錐形中段132的橫截面 面積并且小于過渡管道94的所有其他方面。如圖9所示，過渡管道94可以由相對的第一和第二側(cè)壁112、114形成。第一過渡
9管道94的第一側(cè)壁112可以被定位成使得第一側(cè)壁的內(nèi)表面與相鄰過渡管道94的第二側(cè) 壁114的內(nèi)表面共面。這樣，在相鄰流動之間的流體流動面積不減小的情況下，通過各過渡 管道94的氣流大體彼此平行且彼此緊鄰。替代的是，從各過渡管道94發(fā)出的氣流彼此平 行并接觸。在至少一個實(shí)施例中，過渡管道94可以包括第一排氣口 140，其位于第一側(cè)壁112 內(nèi)并且從過渡管道主體144的下游端142朝向喉部134延伸。第一排氣口 140可以被構(gòu)造 成使得氣體可以沿與相鄰氣流對齊的方向被排出。第一排氣口 140的底邊緣146可以與形 成過渡管道主體144的第一側(cè)壁112的內(nèi)表面148基本共面。處于這樣的位置時，氣體可以 從內(nèi)部通路102被排出以使得氣體緊鄰于來自相鄰過渡管道94的相鄰氣流，從而消除了到 單排渦輪葉片的不一致流動樣式。第一排氣口 140的底邊緣146可以大體齊平于形成內(nèi)部 通路102的底部的內(nèi)表面150。第一排氣口 140的上邊緣152可以相對于第一排氣口 140 的底邊緣146以銳角被定位，使得底邊緣146匹配相鄰的第二過渡管道154的邊緣。過渡管道94的出口 100也可以被構(gòu)造成使得當(dāng)在第三過渡管道156(其大體與第 二過渡管道1 相對)的旁邊組裝時第一過渡管道84的出口 100的第二側(cè)壁114可以與第 三過渡管道156的第一側(cè)壁112共面。在至少一個實(shí)施例中，出口 100可以包括第二排氣 口 158，其位于形成第一過渡管道94的第二側(cè)壁114內(nèi)并且從過渡管道主體144的下游端 142朝向喉部134延伸。第二排氣口 158的上邊緣160可以與形成過渡管道主體144的第 二側(cè)壁114的內(nèi)表面162基本共面。處于這樣的位置時，氣體可以從內(nèi)部通路102排出以 使得氣體緊鄰于來自相鄰過渡管道94的相鄰氣流，從而消除到單排渦輪葉片的不一致流 動樣式。此外，第二排氣口 158的上邊緣160可以大體齊平于形成過渡管道主體144的內(nèi) 部通路102的內(nèi)表面166。第二排氣口 158的下邊緣168可以相對于第二排氣口 158的上 邊緣160以銳角被定位，使得下邊緣168匹配第三過渡管道156的內(nèi)部下表面170。在此位 置，當(dāng)繞管道94的環(huán)形陣列運(yùn)動時不會發(fā)生對從過渡管道94的環(huán)形陣列流出的氣體的擾 動。過渡管道94可以包括附連系統(tǒng)172以用于將過渡管道94附連于彼此和渦輪發(fā)動 機(jī)。在至少一個實(shí)施例中，過渡管道94可以包括密封凸緣174，其從第一側(cè)壁112的外表 面向外延伸并且對齊于形成第一排氣口 140的上邊緣152。密封凸緣174可以偏離于第一 排氣口 140以使得第一側(cè)壁112的外表面的一部分176暴露在第一排氣口 140和密封凸緣 174之間。過渡管道94也可以包括密封凸緣178，其從過渡管道主體144的底表面150向 外延伸且對齊于形成第一排氣口 140的下邊緣146。密封凸緣174、178可以被形成為匹配 從相鄰過渡管道延伸的密封凸緣。可以使用例如但不限于諸如螺母和螺栓的機(jī)械連接器的 裝置將密封凸緣174、178可釋放地聯(lián)接在一起。密封凸緣174、178可以包括孔或以其他方 式被構(gòu)造成結(jié)合于密封凸緣174、178。附連系統(tǒng)172可以包括密封凸緣180，其從第二側(cè)壁114的外表面向外延伸且對齊 于形成第二排氣口 158的下邊緣168。密封凸緣180可以偏離于第二排氣口 158以使得第 二側(cè)壁114的外表面的一部分182暴露在第二排氣口 158和密封凸緣180之間。附連系統(tǒng) 172也可以包括密封凸緣184，其從過渡管道主體144的上表面166向外延伸且對齊于形成 第二排氣口 158的上邊緣160。密封凸緣180、184可以被形成為匹配從相鄰過渡管道延伸 的密封凸緣?？梢允褂美绲幌抻谥T如螺母和螺栓的機(jī)械連接器的裝置將密封凸緣180、184可釋放地聯(lián)接在一起。密封凸緣180、184可以包括孔或以其他方式被構(gòu)造成結(jié)合于密 封凸緣180、184。附連系統(tǒng)172也可以包括頂部凸緣186和底部凸緣188以用于將過渡管道94固 定到渦輪發(fā)動機(jī)?？梢允褂每舍尫叛b置(例如但不限于諸如螺母和螺栓的機(jī)械連接器)將頂 部凸緣和底部凸緣186、188固定到渦輪發(fā)動機(jī)。當(dāng)過渡管道94被組裝以形成如圖5和圖7 所示的環(huán)形陣列時，頂部凸緣和底部凸緣186、188形成匹配下游單排渦輪葉片的內(nèi)直徑和 外直徑的環(huán)形環(huán)。因此，過渡管道94的出口 100的尺寸被制成匹配下游單排葉片，使得在 不浪費(fèi)的前提下從出口 100排出的氣體被引導(dǎo)以接觸下游單排渦輪葉片。頂部凸緣和底部 凸緣186、188可以相對于過渡管道的縱軸線130以等于圖7的入射角142的角度被定位。 頂部凸緣和底部凸緣186、188可以被定位成大體正交于渦輪發(fā)動機(jī)的縱軸線136。附連系統(tǒng)172的構(gòu)造使得在不必須移除附加過渡管道94的情況下單個過渡管道 94能夠從圖5和圖7所示的過渡管道94的環(huán)形陣列移除。僅需要移除將特定過渡管道94 保持就位的連接器來從環(huán)形陣列移除過渡管道94以便更換或維護(hù)過渡管道94?？梢酝ㄟ^ 使得過渡管道大體沿過渡管道94的縱軸線130滑動離開環(huán)形陣列來移除過渡管道。這樣 容易地移除過渡管道94可以通過減少更換過渡管道94所涉及的時間來顯著提高維護(hù)渦輪 發(fā)動機(jī)的效率。在出口 100中包括第一和第二側(cè)面112、114有助于增加入射角142，該入射角142 是圖7所示的處于與縱軸線136正交的軸線和過渡件94的出口 100處的線性流動路徑之 間的角。較大的入射角(是排出氣體流動路徑從與縱軸線136對齊的位置進(jìn)一步運(yùn)動的角) 有助于以向下游渦輪葉片排放燃燒器氣體的改良角度來定位過渡管道94。在操作期間，熱燃燒器氣體從燃燒器流入到過渡件94的入口 98中。氣體被引導(dǎo)通 過內(nèi)部通路102。過渡管道94的位置使得氣體被引導(dǎo)通過入口 98、圓錐形中段132以及相 鄰的喉部134并且從出口 100被排出。氣體相對于渦輪葉片以適當(dāng)取向被排出，使得在不 需要單排渦輪葉瓣來改變氣體流動的情況下氣體以正確取向被引導(dǎo)到渦輪葉瓣中。因此， 沒有因?yàn)槭褂脝闻艤u輪葉瓣而損失能量。在具有線性流動路徑的過渡管道94中，氣體通過 出口 100被排出。上述僅被提供用于描繪、解釋和描述本發(fā)明實(shí)施例的目的。在不背離本發(fā)明的范 圍或精神的情況下本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見到且可以做出對于這些實(shí)施例的改型和 改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于引導(dǎo)燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)中的氣流的過渡管道(94)，所述燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)包 括具有沿徑向方向從轉(zhuǎn)子組件延伸以沿圓周方向旋轉(zhuǎn)的多個葉片(141)的第一級葉片陣列 以及至少一個燃燒器，所述圓周方向具有切線方向分量，所述轉(zhuǎn)子組件的軸線限定縱向方 向，所述燃燒器縱向地位于所述第一級葉片陣列的上游并且徑向地位于所述第一級葉片陣 列的外側(cè)，所述過渡管道(94)的特征在于過渡管道主體(144 )，其具有在入口( 98 )和出口( 100 )之間延伸的內(nèi)部通路(102 )；喉部(134)，其具有的橫截面面積小于所述過渡管道主體(144)的其他方面；其中所述出口(100)沿所述縱向方向偏離于所述入口(98)；其中所述過渡管道主體(144)的軸線(130)是大體線性的；以及其中所述出口(100)被構(gòu)造成使得當(dāng)在第二過渡管道(154)旁邊組裝時，第一過渡管 道(94)的出口(100)的第一側(cè)(112)與第二過渡管道(巧4)的第二側(cè)(114)共面。
2.如權(quán)利要求1所述的過渡管道(94)，進(jìn)一步特征在于第一排氣口(140)，該第一排氣 口(140)位于側(cè)壁(112)內(nèi)并且從所述過渡管道主體(144)的下游端(142)朝向所述喉部 (134)延伸，其中所述第一排氣口( 140)的底邊緣(146)與形成所述過渡管道主體(144)的 第一側(cè)壁(112)的內(nèi)表面(148)基本共面。
3.如權(quán)利要求2所述的過渡管道(94)，進(jìn)一步特征在于從所述第一側(cè)壁(112)的外表 面向外延伸且對齊于形成所述第一排氣口( 140)的上邊緣(152)的密封凸緣(174)。
4.如權(quán)利要求3所述的過渡管道(94)，進(jìn)一步特征在于所述密封凸緣(174)偏離于所 述第一排氣口(140)，使得所述第一側(cè)壁(112)的所述外表面的一部分暴露在所述第一排 氣口(140)和所述密封凸緣(174)之間。
5.如權(quán)利要求2所述的過渡管道(94)，進(jìn)一步特征在于從所述過渡管道主體(114)的 底表面(150)向外延伸且對齊于形成所述第一排氣口(140)的下邊緣(146)的密封凸緣 (178)。
6.如權(quán)利要求2所述的過渡管道(94)，特征在于所述出口(100)被構(gòu)造成使得當(dāng)在大 體上與第二過渡管道(154)相對的第三過渡管道(156)旁邊組裝時，所述第一過渡管道的 出口( 100)的第二側(cè)(114)與第三過渡管道(156)的第一側(cè)(112)共面。
7.如權(quán)利要求6所述的過渡管道(94)，進(jìn)一步特征在于第二排氣口(158)，該第二排氣 口(158)位于形成所述第一過渡管道(94)的第二側(cè)壁(114)內(nèi)并且從所述過渡管道主體 (144)的下游端(142)朝向所述喉部(134)延伸，其中所述第二排氣口( 158)的上邊緣(160) 與形成所述過渡管道主體(144)的所述第二側(cè)壁(114)的內(nèi)表面(162)基本共面。
8.如權(quán)利要求7所述的過渡管道(94)，進(jìn)一步特征在于從所述第二側(cè)壁(114)的外表 面向外延伸且對齊于形成所述第二排氣口(158)的下邊緣(168)的密封凸緣(180)。
9.如權(quán)利要求8所述的過渡管道(94)，進(jìn)一步特征在于所述密封凸緣(180)偏離于所 述第二排氣口(158)，使得所述第二側(cè)壁(114)的所述外表面的一部分暴露在所述第二排 氣口(158)和所述密封凸緣(180)之間。
10.如權(quán)利要求6所述的過渡管道(94)，進(jìn)一步特征在于從所述過渡管道主體(144) 的上表面(166)向外延伸且對齊于形成所述第二排氣口(158)的上邊緣(160)的密封凸緣 (184)。
11.如權(quán)利要求7所述的過渡管道(94)，進(jìn)一步特征在于所述第一排氣口(140)的所述底邊緣(146)大體齊平于形成所述過渡管道主體(144)的所述內(nèi)部通路(102)的內(nèi) 表面(166)，所述第二排氣口( 158)的所述上邊緣(160)大體齊平于形成所述過渡管道主 體(144)的所述內(nèi)部通路(102)的所述內(nèi)表面(166)，所述第一排氣口(140)的所述上邊 緣(152)相對于所述第一排氣口(140)的所述底邊緣(146)以銳角定位，使得所述底邊緣 (146)匹配所述第二過渡管道(154)的邊緣，并且所述第二排氣口( 158)的下邊緣(168)相 對于所述第二排氣口( 158)的所述上邊緣(160)以銳角定位，使得所述下邊緣(168)匹配所 述第三過渡管道(156)的內(nèi)部下表面。
全文摘要
公開了用于將氣流從燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒器引導(dǎo)到第一級渦輪部段的過渡管道(94)。所述過渡管道(94)可以具有在入口(98)和出口(100)之間延伸的內(nèi)部通路(102)。過渡管道主體(144)的軸線(130)可以是大體線性的以便從所述過渡管道主體(144)排出的氣體沿適當(dāng)方向流入到下游渦輪葉片(141)中。線性過渡管道(94)可以包括具有排氣口(140)的出口(100)，所述排氣口被構(gòu)造成使得過渡管道(94)的側(cè)面與相鄰過渡管道(94)共面，從而消除了相鄰線性過渡管道(94)之間的破壞性湍流。
文檔編號F02C7/20GK102119268SQ200980131242
公開日2011年7月6日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者G·斯奈德, R·查倫 申請人:西門子能源公司