專利名稱：用于冷卻過渡連接件的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及對于壓縮機排出箱中的流的空氣動力學改進。更具體地說， 本主題發(fā)明涉及燃燒室過渡連接件(transition piece)的冷卻。
背景技術(shù)：
在許多燃氣渦輪系統(tǒng)中，檢查、維修和部件更換的相對高的頻率間隔由暴露于熱 氣路徑的苛刻條件的部件驅(qū)迫。這個路徑包括燃燒室及其下游的部件諸如噴嘴、襯墊和過 渡連接件。過渡連接件是通過壓縮機排出桶(discharge can)將熱的燃燒氣流從燃燒室傳 送到渦輪的管道部件。涼的壓縮機排出空氣進入壓縮機排出桶并且自然地流過過渡連接 件，從而在它從壓縮機到燃燒室的路途中冷卻過渡連接件。過渡連接件足夠的冷卻通過增 長過渡連接件的壽命而減少檢查、維修和部件更換成本。因此，過渡連接件改進的冷卻在本 領(lǐng)域?qū)⒈怀晒Φ亟邮堋?br>
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種壓縮機排出桶包括過渡連接件和定位在過渡連接件 周圍且在其間限定氣流空間的流轉(zhuǎn)向器，流轉(zhuǎn)向器構(gòu)造成減少氣流空間內(nèi)的流的再循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種壓縮機排出桶包括過渡連接件和定位在過渡連接件 周圍的流轉(zhuǎn)向器，氣流空間定位在流轉(zhuǎn)向器和過渡連接件之間，流轉(zhuǎn)向器構(gòu)造成減少氣流 空間內(nèi)的流的再循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種用于冷卻過渡連接件的方法包括以流轉(zhuǎn)向器增加流 過過渡連接件表面的流體的速度，以及以流轉(zhuǎn)向器減少經(jīng)過過渡連接件表面的流體的流的 再循環(huán)。
被認為是本發(fā)明的主題尤其在所附權(quán)利要求中指明并且清楚地要求保護。通過下 文中的具體介紹并結(jié)合附圖，可以清楚本發(fā)明的前述和其它特征和優(yōu)點，在附圖中圖1描繪根據(jù)本發(fā)明實施例的壓縮機排出桶的透視剖面圖；圖2描繪包括壓縮機排出箱(discharge casing)的圖1的多個壓縮機排出桶的 透視圖；圖3描繪根據(jù)本發(fā)明另一實施例的壓縮機排出桶的透視剖面圖；圖4描繪根據(jù)本發(fā)明又一實施例的壓縮機排出桶的透視剖面圖；以及圖5描繪根據(jù)本發(fā)明再一實施例的壓縮機排出桶的透視剖面圖。部件列表壓縮機排出桶 100壓縮機排出箱 105氣流110
氣流入口120
氣流出口130
燃燒氣流140
過渡連接件150
流轉(zhuǎn)向器170
表面180
再循環(huán)區(qū)190
氣流空間191
支柱192
套筒195
渦輪軸線199
沖擊套筒200
開口201
沖擊套筒的表面202
相反表面205
開口206
燃燒室側(cè)桶壁210
渦輪側(cè)桶壁220
外桶壁230
內(nèi)桶壁240
出口開口250
過渡連接件開口260
壓縮機排出箱270
側(cè)壁280
具體實施例方式在下文中介紹的公開的裝置和方法實施例的詳細描述在本文中參考附圖通過舉 例而非限制的方式提出。圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例壓縮機排出桶100的透視剖面圖。典型的燃氣 渦輪具有組成如圖2中所示的完全環(huán)形的壓縮機排出箱105的多個這些壓縮機排出桶100。 壓縮機排出桶100通過氣流入口 120接收壓縮機排出氣流110。氣流110自然地分散到壓 縮機排出桶100各處。氣流110在它到燃燒室(未示出)的路途中通過氣流出口 130離 開壓縮機排出桶100。燃燒室燃燒氣流110，并且將熱的燃燒氣流140噴到過渡連接件150 內(nèi)。過渡連接件150定位在壓縮機排出桶100內(nèi)，并且構(gòu)造成將熱的燃燒氣流140通過壓 縮機排出桶100輸送到渦輪(未示出)。燃燒氣流140從內(nèi)部加熱過渡連接件150的壁，同 時較涼的壓縮機排出氣流110從外部冷卻過渡連接件150。流轉(zhuǎn)向器170構(gòu)造成使壓縮機 排出桶100內(nèi)的氣流110改變方向。與在流轉(zhuǎn)向器170不存在的情況下經(jīng)過表面180的氣 流110的速度相比，流轉(zhuǎn)向器170增加經(jīng)過過渡連接件150外壁表面180的氣流110的速 度。經(jīng)過表面180的氣流110增加的速度通過增加該表面和氣流110之間的傳熱而降低表面180的溫度。另外，流轉(zhuǎn)向器170構(gòu)造成減少經(jīng)過過渡連接件150表面180的氣流110的再循 環(huán)。在另一實施例中，流轉(zhuǎn)向器170構(gòu)造成增加經(jīng)過表面180的平均流速，流轉(zhuǎn)向器170定 位在表面180的周圍。流轉(zhuǎn)向器170進一步包括面對過渡連接件150的表面以及遠離過渡 連接件150的相反表面。流轉(zhuǎn)向器170構(gòu)造成將再循環(huán)區(qū)(recirculation zone) 190從相 鄰于表面180的位置移動到相鄰流轉(zhuǎn)向器170相反表面的位置。在這個位置，再循環(huán)區(qū)190 不會減少過渡連接件150和氣流110之間的傳熱，因為它不和過渡連接件150接觸。在另 一實施例中，流轉(zhuǎn)向器170構(gòu)造成減少經(jīng)過過渡連接件150外壁的氣流110的流速梯度。在一個實施例中，流轉(zhuǎn)向器170定位在表面180周圍。氣流空間191相鄰于位于 流轉(zhuǎn)向器170和過渡連接件150之間的表面180定位。在一個實施例中，流轉(zhuǎn)向器170和 過渡連接件150之間的偏移尺寸基本上是恒定的?；蛘撸瞥叽缈勺兓?。流轉(zhuǎn)向器170 顯示為相對于圖2中所示的渦輪的軸線199在過渡連接件150徑向向外定位。然而，流轉(zhuǎn) 向器170可定位在過渡連接件150周圍任何位置，并且可在過渡連接件150周圍延伸到360 度。在一個實施例中，氣流空間191內(nèi)的平均流速可大于經(jīng)過在直徑方面相對于過渡連接 件150的氣流空間191定位的相反表面205的平均流速。流轉(zhuǎn)向器170顯示為具有在過渡連接件150外壁周圍與其輪廓相合的形狀。在這 個實施例中，流轉(zhuǎn)向器170可具有與流轉(zhuǎn)向器170定位在其周圍的過渡連接件150基本相 似的形狀。在又一實施例中，流轉(zhuǎn)向器170包括至少一個開口 206，通過該開口 206有些流 可自然地進入。在一個實施例中，流轉(zhuǎn)向器170可附接到壓縮機排出桶100。在這個實施例中，流 轉(zhuǎn)向器170可附接壓縮機排出桶100的渦輪側(cè)桶壁220。流轉(zhuǎn)向器170可以焊接、用螺絲 擰緊、施加黏附，或者通過任何其它連接方式附接。另外，壓縮機排出桶100可特意包括在 壓縮機排出桶100制造過程中附接壓縮機排出桶100內(nèi)壁的流轉(zhuǎn)向器170。在其它實施例 中，流轉(zhuǎn)向器170附接到壓縮機排出桶100的一個以上的壁。在圖3中所示的另一實施例中，替代附接壓縮機排出桶100，流轉(zhuǎn)向器170可附接 過渡連接件150的外壁。在這個實施例中，流轉(zhuǎn)向器170通過允許氣流到達過渡連接件150 外表面的任何其它方式附接過渡連接件150。例如，一個或多個支柱192可連接到過渡連 接件150的外壁和流轉(zhuǎn)向器170。一個或多個支柱192保持流轉(zhuǎn)向器170遠離過渡連接件 150，并且還允許氣流到達過渡連接件150的外表面。在另一實施例中，過渡連接件150特 意包括在過渡連接件150制造過程中附接的流轉(zhuǎn)向器170。在圖4中所示的進一步的實施例中，流轉(zhuǎn)向器170可附接氣流出口 130的套筒 195。流轉(zhuǎn)向器170又可焊接、用螺絲擰緊、施加黏附或者通過任何其它連接方式附接套筒 195?；蛘?，流轉(zhuǎn)向器170可為在過渡連接件150周圍的套筒195的部分延伸。在還在圖4中描繪的另一個實施例中，沖擊套筒(impingementsleeve)200定位在 過渡連接件150和流轉(zhuǎn)向器170之間。沖擊套筒200具有多個孔201。沖擊套筒200包圍 過渡連接件150并且?guī)椭^渡連接件150的沖擊冷卻。在這個實施例中，流轉(zhuǎn)向器170增加 經(jīng)過沖擊套筒200表面202的氣流的速度。這個增加的速度以與在沒有沖擊套筒200的實 施例中由流轉(zhuǎn)向器170增加經(jīng)過過渡連接件150表面180的速度的方式相似的方式提供。 流轉(zhuǎn)向器170還可附接過渡連接件150的沖擊套筒200。
還應預期本發(fā)明的實施例包括多個流轉(zhuǎn)向器170以使壓縮機排出桶100中的流改 變方向，如圖5中所示。流轉(zhuǎn)向器170在這個實施例中顯示為傾斜于(0到180度)過渡連 接件150的軸線的兩件金屬片，備用數(shù)量的金屬片可任選。或者，流轉(zhuǎn)向器170可具有具有 曲線輪廓的半圓的勺形。進一步，如所示的，其中每個流轉(zhuǎn)向器170附接過渡連接件150 ； 然而，在備選實施例中，多個流轉(zhuǎn)向器170中的至少一個還可附接沖擊套筒200。在一個實施例中，流轉(zhuǎn)向器170由既包括黑色金屬諸如碳鋼或不銹鋼，又包括有 色金屬諸如銅、鋁、鈦和鎂的金屬材料制成?；蛘?，流轉(zhuǎn)向器170是可構(gòu)造成有效地使壓縮 機排出桶100內(nèi)的氣流改變方向的非金屬材料或任何其它材料。流轉(zhuǎn)向器170還可由任何 上述材料的組合制成。返回參考圖1，壓縮機排出桶100進一步包括燃燒室側(cè)桶壁210和渦輪側(cè)桶壁 220，外桶壁230和內(nèi)桶壁240。燃燒室側(cè)桶壁210具有出口開口 250。出口開口 250成形 為僅允許氣流通過出口 130泄出壓縮機排出桶100。渦輪的燃燒室部分(未示出)鄰近燃 燒室側(cè)桶壁210定位。渦輪側(cè)桶壁220具有過渡連接件開口 260。過渡連接件開口 260密 封于渦輪側(cè)桶壁220以便不允許氣流在其之間泄出。渦輪側(cè)桶壁220鄰近燃燒室部分(未 示出)定位。雖然已經(jīng)連同僅有限數(shù)量的實施例詳細介紹了本發(fā)明，但應當容易地理解本發(fā)明 不限于這些公開的實施例。相反地，本發(fā)明可改進為合并直到此時未介紹，但與本發(fā)明的精 神和范圍相稱的任何數(shù)量的變型、變更、替換或等效設置。另外，雖然已經(jīng)介紹了本發(fā)明的 各種實施例，但應當理解本發(fā)明的方面可僅包括所介紹實施例的一些。因此，本發(fā)明不視為 由前述介紹限制，而僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
一種壓縮機排出桶(100)，包括過渡連接件(150)；以及定位在所述過渡連接件(150)周圍且在其間限定氣流空間(191)的流轉(zhuǎn)向器(170)，所述流轉(zhuǎn)向器(170)構(gòu)造成減少所述氣流空間(191)內(nèi)的流的再循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機排出桶(100)，其特征在于，沖擊套筒(200)定位在所 述過渡連接件(150)和所述流轉(zhuǎn)向器(170)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓縮機排出桶(100)，其特征在于，所述流轉(zhuǎn)向器(170)附接 到所述沖擊套筒(202)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機排出桶(100)，其特征在于，所述過渡連接件(150)和 所述流轉(zhuǎn)向器(170)的鄰近表面(180)之間的偏移尺寸是一致的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機排出桶(100)，其特征在于，所述流轉(zhuǎn)向器(170)相對 于所述過渡連接件(150)關(guān)于燃燒室的軸線(199)徑向向外定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機排出桶(100)，其特征在于，所述流轉(zhuǎn)向器(170)構(gòu)造 成增加所述氣流空間(191)內(nèi)的流速。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機排出桶(100)，其特征在于，所述氣流空間(191)內(nèi)的 流流過所述過渡連接件(150)的表面(180)，經(jīng)過所述表面(180)的平均流速大于經(jīng)過所述 過渡連接件(150)的相反表面(205)的平均流速。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機排出桶(100)，其特征在于，所述流轉(zhuǎn)向器(170)定位 在所述過渡連接件(150)的熱區(qū)(190)周圍。
9.一種壓縮機排出桶(100)，包括 過渡連接件(150)；以及定位在所述過渡連接件(150)周圍的流轉(zhuǎn)向器(170)，氣流空間(191)定位在所述流轉(zhuǎn) 向器(170)和所述過渡連接件(150)之間，所述流轉(zhuǎn)向器(170)構(gòu)造成增加所述氣流空間 (191)內(nèi)的流速。
10.一種用于冷卻過渡連接件(150)的方法，包括以流轉(zhuǎn)向器(170)增加流過過渡連接件(150)表面(180)的流體的速度；以及 以所述流轉(zhuǎn)向器(170)減少經(jīng)過所述過渡連接件(150)表面(180)的所述流體的流的再循環(huán)。
全文摘要
本申請涉及一種用于冷卻過渡連接件的方法和裝置。所公開的一種壓縮機排出桶(100)包括過渡連接件(150)以及定位在過渡連接件(150)周圍且在其間限定氣流空間(191)的流轉(zhuǎn)向器(105)，流轉(zhuǎn)向器(105)構(gòu)造成減少氣流空間(191)內(nèi)的流的再循環(huán)。
文檔編號F15D1/00GK101799029SQ201010003818
公開日2010年8月11日 申請日期2010年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者M·巴蒂納, R·辛赫 申請人:通用電氣公司