燃气涡轮发动机中的具有在相邻收敛过渡管道之间的交接部处的接合部的过渡管道系统技术方案

公开了在燃烧涡轮发动机(118)中的一种过渡管道系统(110)，其用于将燃烧排出气体流从燃烧器(112)引导到涡轮区段(116)的第一级(114)，其中，系统(110)赋予周向向量到从系统(110)排出的燃烧排出气体，因此消除了对于常规第一排导叶组件的需要。过渡管道系统(110)可包括在系统(110)内的相邻过渡管道(122、124)之间的强健收敛流接合部，使得相邻过渡区段(116)可经由交接部(126)彼此连结，从而形成线性边缘(128)，其提供在相邻过渡区段(116)之间的坚固的强健交接部(126)。在至少一个实施例中，在交接部(126)处的线性边缘(128)可在10度内垂直于在交接部(126)处的过渡区段(116)的内部边缘(130)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】关于联邦政府资助的研发的声明本专利技术的开发，部分由美国能源部、先进涡轮开发项目、合约No.DE-FC26-05NT42644支持。因此，美国政府可在本专利技术中享有一定的权利。
本专利技术大体涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及用于将气体流从燃气涡轮发动机的燃烧器引导到涡轮区段的过渡管道。
技术介绍
在常规燃气涡轮发动机中，如在图1中所示，在燃烧器10内产生的燃烧气体经由多个过渡管道12传递到涡轮组件。在许多常规系统中，过渡管道12在没有沿周向方向的任何偏置的情况下纵向延伸。一排第一级导叶14用于在燃烧排出气体传递到第一排涡轮叶片16之前使其转向。在涡轮组件中使用第一级导叶14来沿周向方向使纵向燃烧器排出气体流加速和转向带来若干挑战。要求导叶14和关联的导叶支撑结构具有高强度特性，以经受在相对短的距离内以相当的角度改变极热的高压气体流的方向时所生成的力。气体流的温度和由该转向过程生成的热量还要求导叶冷却系统。所涉及的力和热量削弱了材料性质，从而导致裂缝发展，并以其他方式损害导叶和关联的支撑结构。为了适应这些操作状态且提供更强健的设计，如在图2-图9中所示，将燃烧气体从燃烧器22引导到涡轮组件24的过渡管道20周向偏斜，使得过渡管道20的出口26沿与以下方向相同的方向周向偏斜：第一排涡轮导叶原本将沿周向使燃烧排出气体偏斜的方向。由此，不再需要第一排涡轮导叶，因为从过渡管道20排放的排出气体已经包含正确的周向向量，因此消除了对于第一排涡轮导叶的需要。如在提交日为2008年8月12日、公告日为2012年2月14日的美国专利8,113,003中所示（该文献整体地并入本文中），每一个过渡管道的出口相对于每一个过渡管道的入口沿周向偏斜。虽然美国专利No.8,113,003的过渡管道系统已经消除了对于在涡轮组件内的第一排涡轮叶片上游的第一排涡轮导叶的需要，但是存在以下需要：通过消除高应力区域（其在图6-图9中示出）来增加被偏斜的过渡管道系统的使用寿命。
技术实现思路
公开了在燃烧涡轮发动机中的一种过渡管道系统，其用于将燃烧排出气体流从燃烧器引导到涡轮区段的第一级，其中，系统赋予周向向量到从系统排出的燃烧排出气体，因此消除了对于常规的第一排导叶组件的需要。过渡管道系统可包括在系统内的相邻过渡管道之间的强健收敛流接合部，使得相邻过渡区段可经由交接部彼此连结，从而形成线性边缘，其提供在相邻过渡区段之间的坚固的强健交接部。在至少一个实施例中，在交接部处的线性边缘可在10度内垂直于在交接部处的过渡区段的内部边缘。过渡管道系统不受限于一个或多个过渡管道主体的特定构造，但是可具有能够形成由线性边缘形成的强健交接部的任何适当的构造，该线性边缘在两个相邻过渡管道的侧壁之间的交接部处形成。由此，在入口和出口之间的过渡管道主体的构造可具有任何适当的构造，其仅由设计的优化目标限制，该设计的优化目标可包括但不限于：引导沿着过渡管道主体的点以在过渡管道主体内建立期望的喉部区域，控制在相邻管道之间的间隙，最小化沿着过渡管道主体的拐点，以及在过渡管道主体内实现平滑的流线状表面曲率。在至少一个实施例中，公开了用于在燃烧涡轮子系统中引导气体流的过渡管道系统，该燃烧涡轮子系统包括：第一级叶片阵列，其具有从转子组件沿径向方向延伸以用于沿周向方向旋转的多个叶片，所述周向方向具有切向方向分量，转子组件的轴线限定纵向方向；和至少一个燃烧器，其纵向定位在第一级叶片阵列的上游且径向定位在第一级叶片阵列的外侧。过渡管道系统可包括第一过渡管道主体，其具有在入口和出口之间延伸的内部通路。出口可从入口沿纵向方向和切向方向偏置。出口可由与径向内侧大体相对的径向外侧形成，且径向外侧和内侧可与相对的第一和第二侧壁联接在一起。第二过渡管道主体可具有在入口和出口之间延伸的内部通路。出口可从入口沿纵向方向和切向方向偏置。出口可由与径向内侧大体相对的径向外侧形成，且径向外侧和内侧可与相对的第一和第二侧壁联接在一起。第一过渡管道主体的第一侧壁可在与第二过渡管道主体的第二侧壁的交接部处终止，其中，交接部形成线性边缘，当沿着限定纵向方向的转子组件的轴线向上游观察时，所述线性边缘可与从限定纵向方向的转子组件的轴线径向朝外延伸的线偏置小于35度。在另一实施例中，在第一过渡管道主体的第一侧壁和第二过渡管道主体的第二侧壁之间的交接部形成线性边缘，当沿着限定纵向方向的转子组件的轴线向上游观察时，所述线性边缘可与从限定纵向方向的转子组件的轴线径向朝外延伸的线偏置小于10度。在又一实施例中，在第一过渡管道主体的第一侧壁和第二过渡管道主体的第二侧壁之间的交接部形成线性边缘，所述线性边缘可与从限定纵向方向的转子组件的轴线径向朝外延伸的线对齐。在第一过渡管道主体的第一侧壁和第二过渡管道主体的第二侧壁之间的交接部可形成线性边缘，其从在第一过渡管道主体的第一侧壁和第一过渡管道主体的径向内侧之间形成的交接部径向朝外垂直地延伸。在又一实施例中，第一过渡管道主体的第一侧壁和第二过渡管道主体的第二侧壁可在第一过渡管道主体的第一侧壁和第二过渡管道主体的第二侧壁之间的交接部处形成的线性边缘处共平面。过渡管道系统还可构造成使得当径向朝内且垂直于限定纵向方向的转子组件的轴线观察时，第一过渡管道主体的第一侧壁和第二过渡管道主体的第二侧壁可彼此偏置小于15度。在另一实施例中，当径向朝内且垂直于限定纵向方向的转子组件的轴线观察时，第一过渡管道主体的第一侧壁和第二过渡管道主体的第二侧壁可彼此偏置小于5度。第一过渡管道主体的径向内侧可与第二过渡管道主体的径向内侧在第一过渡管道主体的第一侧壁和第二过渡管道主体的第二侧壁之间的交接部处的线性边缘处相交。过渡管道系统不受限于一个或多个过渡管道主体的特定构造，但是可具有能够在两个相邻过渡管道的侧壁之间的交接部处形成线性边缘的任何适当的构造。由此，第一过渡管道主体的入口可为柱形，并且其中，第一过渡管道主体从大体柱形的入口过渡到四侧边的出口。第一过渡管道主体的出口可由弯曲的径向内侧、弯曲的径向外侧、径向延伸的线性第一侧壁和径向延伸的线性第二侧壁形成。第一过渡管道主体的出口可不垂直且不平行于入口。第一过渡管道主体的径向内侧可在入口和出口之间改变定向。第一过渡管道主体的径向外侧可在入口和出口之间改变定向。第二过渡管道主体可类似地或不同地构造。过渡管道系统的优点在于，从出口赋予周向向量到向下游流动的燃烧气体的相邻过渡管道之间的交接部由在相邻过渡管道之间的交接部处的线性边缘形成，这增加了交接部的强健性，因此增加了在相邻过渡管道之间的收敛流接合部的强度。过渡管道系统的另一优点在于，在入口和出口之间的相邻过渡管道主体的构造不受限于特定构造、形状和排列，除了用于提供足够的流动能力的横截面流动面积需求。由此，在入口和出口之间的过渡管道主体可具有弯曲的外侧、可改变围绕纵向轴线的定向、可增加尺寸、可减少尺寸等，以最佳地适应在相邻过渡管道之间的交接部处的线性边缘，并且在燃烧排出气体流中产生效率。过渡管道系统的又一优点在于，过渡管道从出口赋予周向向量到向下游流动的燃烧气体，因此消除了对于第一排涡轮导叶的需要和与第一排涡轮导叶关联的低效率。过渡管道系统的另一优点在于，该过渡消除了对于第一排涡轮导叶的需要，且因此消除了前缘和后缘，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在燃烧涡轮子系统中引导气体流的过渡管道系统(110)，所述燃烧涡轮子系统包括：第一级叶片阵列(114)，其具有从转子组件(135)沿径向方向延伸以用于沿周向方向(134)旋转的多个叶片(132)，所述周向方向(134)具有切向方向分量(136)，所述转子组件(135)的轴线(138)限定纵向方向(146)；和至少一个燃烧器(112)，其纵向定位在所述第一级叶片阵列(114)的上游，且径向定位在所述第一级叶片阵列(114)的外侧，所述过渡管道系统(110)，其特征在于：第一过渡管道主体(122)，其具有在入口(142)和出口(144)之间延伸的内部通路(140)；其中，所述出口(144)沿所述纵向方向(146)和所述切向方向(136)从所述入口(142)偏置；其中，所述出口(144)由与径向内侧(150)大体相对的径向外侧(148)形成，且所述径向外侧和内侧(148、150)与相对的第一和第二侧壁(152、154)联接在一起；第二过渡管道主体(124)，其具有在入口(158)和出口(160)之间延伸的内部通路(156)；其中，所述出口(160)沿所述纵向方向(146)和所述切向方向(136)从所述入口(158)偏置；其中，所述出口(160)由与径向内侧(164)大体相对的径向外侧(162)形成，且所述径向外侧和内侧(162、164)与相对的第一和第二侧壁(166、168)联接在一起；以及其中，所述第一过渡管道主体(122)的所述第一侧壁(152)在与所述第二过渡管道主体(124)的所述第二侧壁(168)的交接部(126)处终止，其中，所述交接部(126)形成线性边缘(128)，当沿着限定纵向方向(146)的转子组件(135)的所述轴线(138)向上游观察时，所述线性边缘(128)从线(171)偏置小于35度，所述线(171)从限定纵向方向(146)的所述转子组件(135)的所述轴线(138)径向朝外延伸。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在燃烧涡轮子系统中引导气体流的过渡管道系统(110)，所述燃烧涡轮子系统包括：第一级叶片阵列(114)，其具有从转子组件(135)沿径向方向延伸以用于沿周向方向(134)旋转的多个叶片(132)，所述周向方向(134)具有切向方向分量(136)，所述转子组件(135)的轴线(138)限定纵向方向(146)；和至少一个燃烧器(112)，其纵向定位在所述第一级叶片阵列(114)的上游，且径向定位在所述第一级叶片阵列(114)的外侧，所述过渡管道系统(110)，其特征在于：第一过渡管道主体(122)，其具有在入口(142)和出口(144)之间延伸的内部通路(140)；其中，所述出口(144)沿所述纵向方向(146)和所述切向方向(136)从所述入口(142)偏置；其中，所述出口(144)由与径向内侧(150)大体相对的径向外侧(148)形成，且所述径向外侧和内侧(148、150)与相对的第一和第二侧壁(152、154)联接在一起；第二过渡管道主体(124)，其具有在入口(158)和出口(160)之间延伸的内部通路(156)；其中，所述出口(160)沿所述纵向方向(146)和所述切向方向(136)从所述入口(158)偏置；其中，所述出口(160)由与径向内侧(164)大体相对的径向外侧(162)形成，且所述径向外侧和内侧(162、164)与相对的第一和第二侧壁(166、168)联接在一起；以及其中，所述第一过渡管道主体(122)的所述第一侧壁(152)在与所述第二过渡管道主体(124)的所述第二侧壁(168)的交接部(126)处终止，其中，所述交接部(126)形成线性边缘(128)，当沿着限定纵向方向(146)的转子组件(135)的所述轴线(138)向上游观察时，所述线性边缘(128)从线(171)偏置小于35度，所述线(171)从限定纵向方向(146)的所述转子组件(135)的所述轴线(138)径向朝外延伸。2.根据权利要求1所述的过渡管道系统(110)，其特征在于，在所述第一过渡管道主体(122)的所述第一侧壁(152)和所述第二过渡管道主体(124)的所述第二侧壁(168)之间的所述交接部(126)形成所述线性边缘(128)，当沿着限定纵向方向(146)的所述转子组件(135)的所述轴线(138)向上游观察时，所述线性边缘(128)从所述线(171)偏置小于10度，所述线(171)从限定纵向方向(146)的所述转子组件(135)的所述轴线(138)径向朝外延伸。3.根据权利要求1所述的过渡管道系统(110)，其特征在于，在所述第一过渡管道主体(122)的所述第一侧壁(152)和所述第二过渡管道主体(124)的所述第二侧壁(168)之间的所述交接部(126)形成所述线性边缘(128)，其与所述线(171)对齐，所述线(171)从限定纵向方向(146)的所述转子组件(135)的所述轴线(138)径向朝外延伸。4.根据权利要求1所述的过渡管道系统(110)，其特征在于，在所述第一过...

【专利技术属性】
技术研发人员：JW哈德斯，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US