用于燃气涡轮筒形燃烧器的过渡管制造技术

一种用于针对发电厂的燃气涡轮组件的筒形燃烧器的过渡管；过渡管是管状组件，管状组件包括构造成用于联接到筒形燃烧器的燃烧室的第一端和构造成用于联接到燃气涡轮组件的涡轮的第二端；过渡管包括：内管状体，其具有与热气体接触的内表面，以及外表面；外管状体，其具有内表面，以及与冷却空气接触的外表面；其中在内管状体和外管状体之间存在间隙，以形成由内管状体的外表面和外管状体的内表面限定的冷却通道；其中外管状体设有多个孔，以允许冷却空气进入冷却通道；其中内管状体的外表面设有多个肋。设有多个肋。设有多个肋。

【技术实现步骤摘要】
用于燃气涡轮筒形燃烧器的过渡管
[0001]相关申请的交叉引用本专利申请请求享有2020年11月27日提交的欧洲专利申请号20210265.3的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。


[0002]本专利技术的
涉及用于发电厂的燃气涡轮组件领域。具体而言，本专利技术涉及燃气涡轮筒形燃烧器的过渡管，其中如本
的技术人员已知的，用语“过渡管”是指构造成用于朝布置在筒形燃烧器下游的涡轮组件引导热气体的筒形燃烧器的下游构件。在本
中，本专利技术涉及如何改进上面的过渡管的冷却以便允许提高热气体温度的技术问题。而且，本专利技术涉及一种设有上述过渡管的筒形燃烧器，并且涉及一种包括多个这种筒形燃烧器的用于发电厂的燃气涡轮。

技术介绍

[0003]众所周知，用于发电厂的燃气涡轮组件(在下文中仅是燃气涡轮)是包括转子的组件，转子设有上游压缩机、燃烧器组件和至少一个下游涡轮。用语“下游”和“上游”是指穿过燃气涡轮的主气流的方向。具体而言，压缩机包括供应有空气的入口，以及压缩通过的空气的多个叶片。离开压缩机的压缩空气流入仓室(plenum)，即封闭容积，并从那里流入燃烧器组件。在燃烧器组件内，压缩空气与至少一种燃料混合。燃料和压缩空气的混合物燃烧，并且产生的热气体离开燃烧器组件并在涡轮中膨胀，从而对转子做功。
[0004]根据称为筒形燃烧器燃气涡轮的特定类型的燃气涡轮，燃烧器组件以多个筒形燃烧器的形式实现，多个筒形燃烧器环形地或周向地布置为围绕涡轮轴线的环，并且由限定仓室的外壳支承。每个筒形燃烧器设有至少一个烧嘴、至少一个燃烧室，以及用于朝向涡轮引导热气体的由金属材料(例如高温金属合金)制成的过渡管。正如在前一节中已经提到的，过渡管是筒形燃烧器的下游构件(也称为“衬套”)，并且其以管状体的形式实现，该管状体具有连接到燃烧室出口的基本上带有圆形横截面的上游端，以及连接到涡轮入口的带有基本矩形或正方形横截面的下游端。过渡管的下游端也称为“画框件(picture frame)”。
[0005]如上所述，过渡管是构造成用于将热气体流从燃烧室出口引导至涡轮入口的构件，并因此暴露于极高的流动温度。事实上，例如，热气体的温度可能达到1800K或更高。与燃气涡轮发动机的其它构件的情况一样，鉴于这种高热气体温度，过渡管需要冷却以便避免由过热造成的损坏，并增加使用寿命。出于此冷却目的，过渡管包括以具有与热气体接触的内表面的内管状体形式的热壳，以及以围绕内管状体布置并具有与仓室中的压缩空气接触的外表面的外管状体形式的冷壳。内管状体和外管状体之间的空间限定用于取自仓室的冷却空气(即由压缩机输送的压缩空气)的冷却通道。为此，外管状体设有多个冷却空气入口，例如冲击冷却孔，从而实现可基本上垂直于内管状体的外表面引导的冷却空气流。
[0006]根据现有技术的惯例，内管状体，具体是面向冷却通道的内管状体的外表面，以具有一厚度的光滑表面的形式实现，该光滑表面构造成抵抗燃烧器内生成的压力负载。
[0007]为了改善冷却性能，期望减小内管状体的壁厚。然而，此厚度减少可能不利地影响该构件的结构强度。
[0008]因此，现今需要优化过渡管的设计，即最小化内管状体的壁厚，以在不影响该构件的结构强度的情况下改善冷却效果。确实改善的冷却性能允许提高热气体温度，并且因此提高燃气涡轮组件的效率和输出。

技术实现思路

[0009]因此，本专利技术的主要目的是提供一种适用于克服现有技术实践中的缺陷的用于燃气涡轮筒形燃烧器的过渡管。具体而言，本专利技术的范围是提供一种用于燃气涡轮筒形燃烧器的过渡管，其具有这样的设计：该设计依据由于改进的冷却特征引起的更大结构抗力而允许更高的点火温度和更长的使用寿命。
[0010]为了实现上文提及目的，本专利技术提供了一种用于针对发电厂的燃气涡轮组件的筒形燃烧器的过渡管，其中众所周知，过渡管以管状组件的形式实现，该管状组件包括构造成联接到筒形燃烧器的燃烧室的第一端(优选地具有圆形横截面)和构造成联接/面向燃气涡轮组件的涡轮的第二端(优选地具有矩形或正方形横截面)。在这种构造中，过渡管包括：
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内管状体(或热壳)，其具有与离开燃烧室的热气体接触的内表面，以及外表面，以及
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外管状体(或冷壳)，其具有面向内管状体的外表面的内表面，以及与在燃气涡轮组件的仓室(即压缩机出口与筒形燃烧器入口之间的封闭容积)中流动的冷却空气接触的外表面。
[0011]众所周知，为了冷却目的，在内管状体和外管状体之间存在间隙，从而形成由内管状体的外表面和外管状体的内表面限定的冷却通道。外管状体设有多个空气入口(例如，冲击冷却孔)，允许部分冷却空气从仓室进入冷却通道。
[0012]根据本专利技术的主要特征，内管状体的外表面不是如根据现有技术那样的光滑表面或板状表面，而是设有多个肋。这些肋改善了结构强度，并提供了该构件结构强度的更好分布。事实上，根据本专利技术，过渡管可具有取决于肋的存在而随位置变化的结构强度，使得该构件可根据需要局部地更硬或更弱。这种可变的结构强度有助于平衡过渡管中的应力分布，允许更好的循环寿命和蠕变寿命性能。因此，有可能在不影响安全结构强度的情况下降低内管状体的厚度，并从而改善该构件的冷却。内管状体的较高冷却效率允许提高燃气涡轮的热气体温度，并因此提高燃气涡轮组件的效率和功率输出。
[0013]根据本专利技术的实施例，提供了多个第一肋，其中这些肋彼此平行并且在内管状体的外表面上沿第一方向延伸，第一方向优选地是轴向方向，即平行于主热气体流的方向。
[0014]根据本专利技术的实施例，提供了多个第二肋，其中这些肋彼此平行并且在内管状体的外表面上沿第二方向延伸，第二方向优选地正交于上文提及的第一方向。
[0015]如所引用的，多个第一肋允许在内管状体和外管状体之间的间隙中限定多个平行通道(优选轴向通道)。在此情况下，优选地，在外管状体中获得的孔布置成面向这些平行通道的多个平行排。
[0016]优选地，多个第一肋(优选轴向肋)中的肋具有大于多个第二肋中的肋的高度。
[0017]例如，肋构造成在内管状体的外表面上形成矩阵图案或多个六边形
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六边形图案
或多个菱形
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菱形图案。
[0018]优选地，过渡管(至少内管状体)通过增材制造技术制造，例如SLM(选择性激光熔化)。
[0019]本专利技术还涉及一种用于针对发电厂的燃气涡轮组件的筒形燃烧器。该筒形燃烧器包括至少一个烧嘴、至少一个燃烧室，以及如所要求保护的用于将热气体从燃烧室朝向燃气涡轮组件的涡轮引导的过渡管。然而，总的来说，本专利技术适用于具有过渡管的任何燃气涡轮，即单级燃烧器、两级燃烧器和轴向分级燃烧器。
[0020]优选地，筒形燃烧器构造成涉及两个燃烧级。在此情况下，筒形燃烧器包括串联的第一烧嘴、燃烧室、第二烧嘴、第二燃烧室和所要求保护的过渡管。
[0021]本专利技术还涉及一种用于发电厂的燃气涡轮组件。该燃气涡轮具有轴线，并且包括：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于针对发电厂的燃气涡轮组件(1)的筒形燃烧器(5)的过渡管(8)；所述过渡管(8)是管状组件，所述管状组件包括构造成用于联接到所述筒形燃烧器(5)的燃烧室的第一端(22)和构造成用于联接到所述燃气涡轮组件(1)的涡轮(4)的第二端；所述过渡管(8)包括：
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内管状体(20)，其具有与热气体(M)接触的内表面(18)，以及外表面(27)；
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外管状体(21)，其具有内表面(26)，以及与冷却空气(C)接触的外表面(17)；其中，在所述内管状体(20)和所述外管状体(21)之间存在间隙，形成由所述内管状体(20)的外表面(27)和所述外管状体(21)的内表面(26)限定的冷却通道(24)；其中，所述外管状体(21)设有多个孔(25)，允许冷却空气(C)进入所述冷却通道(24)；其中，所述内管状体(20)的外表面(27)设有多个肋(28)。2.根据权利要求1所述的过渡管，其中，提供多个第一肋(28)，这些肋平行于彼此并在所述内管状体(20)的外表面(27)上沿第一方向延伸。3.根据权利要求2所述的过渡管，其中，提供多个第二肋(29)，这些肋平行于彼此并在所述内管状体(20)的外表面(27)上沿第二方向延伸。4.根据权利要求2或权利要求3所述的过渡管，其中，所述多个第一肋(28)中的肋为平行于所述热气体方向(M)的轴向肋，从而在所述冷却通道(24)中形成多个轴向通道。5.根据权利要求4所述的过渡管，其中，所述外管状体(21)的孔(25)布置成面向所述轴向通道的多个轴向排。6.根据前述权利要求3至权利要求5中任一项所述的过渡管，其中，所述多个第二肋(29)中的肋正交于所述多个第一肋(28)中的肋。7.根据前述权利要求3至权利要求6中任一项所述的过渡管，其中，所述多个第一肋(28)中的肋具有大于所述多个第二肋(29)中的肋的高度。8.根据前述权利要求3至权利要求7中任一项所述的过渡管，其中，所述肋...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：安萨尔多能源瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：