[發明專利]在相鄰過渡導管主體之間的交匯部的匯合流連接部插入件系統

在審

• 申請號: 201480080150.6
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN106661948A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: D.J.維貝;A.卡爾森;K.C.斯托克
• 申請（專利權）人: 西門子能源公司
• 主分類號: F01D9/02
• 分類號: F01D9/02;F02C3/14;F23R3/42
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 李晨,傅永霄

關于聯邦政府資助的研究或開發的聲明

本發明的開發部分地得到美國能源部“高級渦輪開發計劃”（合同號DE-FC26-05NT42644）的支持。因此，美國政府在本發明中可具有某些權利。

技術領域

本發明總體上涉及燃氣渦輪發動機，更具體地涉及用于將氣流從燃氣渦輪發動機的燃燒器引導至渦輪段的過渡導管。

背景技術

在傳統的燃氣渦輪發動機中，如圖1中所示，在燃燒器10內部所產生的燃燒氣體經由多個過渡導管12被轉移至渦輪組件。在許多傳統的系統中，過渡導管12縱向地延伸并且沒有在周向方向上的任何偏置。在燃燒排氣被傳遞至第一排的渦輪導葉16之前，利用一排的第一級導葉14使燃燒排氣旋轉。在渦輪組件中使用第一級導葉14以使縱向燃燒器排氣流加速并使其在周向方向上旋轉，這帶來了若干挑戰。要求導葉14和相關的導葉支撐結構具有高強度特性，以承受在以大角度且在相對短的距離中改變非常熱的高壓氣流的方向時所產生的力。該氣流的溫度和由此旋轉過程所產生的熱也要求具備導葉冷卻系統。與力和熱有關的材料性能降低會導致形成裂縫，或者損壞導葉和相關的支撐結構。

為了適應這些操作條件并提供更加穩健的設計，如圖2-圖10中所示，使用于將燃燒氣體從燃燒器22引導至渦輪組件24的過渡導管20周向地偏斜，使得過渡導管20的出口26在與第一排渦輪導葉相同的方向上周向地偏斜，這將會使燃燒排氣在周向方向上偏斜。因此，不再需要第一排渦輪導葉，因為從過渡導管20中排放出的排氣已具有正確的周向矢量，由此排除了對第一排渦輪導葉的需要。如提交日期為2008年8月12日、授權日期為2012年2月14日的美國專利8,113,003（該專利的全部內容并入本文中）中所揭示，使各過渡導管的出口相對于各過渡導管的進口在周向方向上偏斜。雖然美國專利第8,113,003號的過渡導管系統已排除了對在渦輪組件內部在第一排渦輪導葉上游的第一排渦輪導葉的需要，但存在通過除去圖6-圖10中所示的高應力區域而延長偏斜過渡導管系統的使用壽命的需要。

發明內容

本發明公開了一種用于在燃氣輪機發動機中將氣流從燃燒器引導至渦輪段的第一級的過渡導管系統，其中該過渡導管系統包括在相鄰的過渡導管之間的交匯部處形成后緣的一個或多個匯合流連接部插入件。該過渡導管系統可包括具有在進口與出口之間延伸的內部通道的過渡導管，并且可利用切向分量將氣體排出進入第一級渦輪。匯合流連接部插入件可容納于匯合流連接部插入件接收器的內部，并且與位于匯合流連接部插入件旁邊的過渡導管主體分離。處于分離狀態消除了在匯合流連接部插入件內部的應力形成，由此延長該插入件的使用壽命。匯合流連接部插入件可以是可拆卸的，以便一旦磨損超過設計極限便可以將該插入件加以更換。

為了更好地理解本發明，可以將坐標系統應用于這種渦輪系統，以協助對各部件在該系統中的相對位置和在該系統內部的運動的描述。轉子組件的旋轉軸線縱向地延伸經過壓縮機段、燃燒段和渦輪段，并且限定縱向方向。從經過各段的總體操作流型的觀點來看，各渦輪段件可以被描述為縱向地位于相對于彼此的上游或下游。例如，壓縮機段縱向地位于燃燒段的上游，渦輪段縱向地位于燃燒段的下游。各種部件的遠離中心轉子軸線或其它縱向軸線的位置可以被描述為在徑向方向上。因此，例如葉片從轉子盤在徑向方向上或徑向地延伸。進一步遠離例如中心轉子軸線的縱向軸線的位置可以被描述為與徑向地向內或向內側的較近位置相比較的徑向地向外或向外側。

第三坐標方向（周向方向）可以描述參考在例如轉子組件的中心軸線的縱向軸線附近的假想圓的特定部件的位置。例如，當在渦輪發動機中的渦輪葉片的陣列處向縱向下游看時，將會看到每個葉片在若干徑向方向上徑向地向外延伸。因此，徑向方向可以描述參考圓的大小，并且周向方向可以描述在參考圓上的角度位置。