[發明專利]具有過渡管道的燃氣渦輪發動機和相應的制造過渡管道的方法

有效

• 申請號: 201580034427.6
• 申請日: 2015-06-01
• 公開（公告）號: CN106661950B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: S·布雷威爾;G·布拉特;R·帕克
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: F01D9/02
• 分類號: F01D9/02;F01D25/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

燃氣渦輪發動機(10)具有燃燒器(16)、渦輪(18)和過渡管道(17)，過渡管道(17)位于燃燒器(16)與渦輪(18)之間以將來自燃燒器(16)的熱氣體(34)沿通道引導至渦輪(18)。過渡管道(17)具有內表面(54，55，56，57)，熱氣體(34)沖擊在內表面上引起在內表面(54，55，56，57)上的變化的溫度分布。熱障涂層(100)位于內表面(54，55，56，57)上且包括至少第一熱障涂層補片(72P)和第二熱障涂層補片(74P)。第一熱障涂層補片(72P)在內表面(54，55，56，57)上并且在經受比內表面(54，55，56，57)的未涂覆部分高的溫度且由第一預定溫度的第一等溫線(73)劃界的第一區域(72A)內具有第一預定厚度(72T)。第二熱障涂層補片(74P)在內表面(54，55，56，57)上并且在經受比內表面(54，55，56，57)的未涂覆部分高的溫度且由第二預定溫度的第二等溫線(75)劃界的第二區域(74A)內具有第二預定厚度(74T)。第二預定溫度比第一預定溫度高且第二預定厚度(74T)比第一預定厚度(72T)厚。還提供了相應的制造過渡管道的方法。

技術領域

本發明涉及位于燃氣輪機的燃燒器與渦輪部之間的過渡管道。此外本發明涉及包括至少一個過渡管道的燃氣輪機和制造過渡管道的方法。

背景技術

燃氣渦輪發動機包括按照流動序列并大體圍繞轉動軸線布置的壓氣機、燃燒器和渦輪。在操作期間，壓氣機將壓縮空氣供給至燃燒器并且該壓縮空氣與氣體或液體燃料混合。空氣/燃料混合物接著并燃燒并且燃燒氣體經由過渡管道被沿通道引導至渦輪部。燃燒氣體迫使渦輪的轉動，這進而經由互連的軸驅動壓氣機。對于具有筒狀燃燒器布置的燃氣渦輪發動機，該筒狀燃燒器布置是各具有至少一個噴燃器和燃燒室的燃燒器筒的環形陣列，過渡管道典型地具有與燃燒器室接口的圓形入口和呈環形段形式的出口。過渡管道出口的環形陣列形成用于將燃燒氣體沿通道引導至渦輪的環體(annulus)。

過渡管道由片材金屬壁制造或者可以是具有相對大的表面面積的鑄件。這些大表面招致顯著的熱膨脹和收縮，這會引起壁內的應力。這些熱應力在存在有顯著的熱梯度的情況下增加。另外，從圓形入口過渡至環形段并且燃燒器與渦輪之間接口的過渡管道的固有幾何結構在經受來自燃燒器的熱工作氣體時產生獨特的應力狀態。

過渡管道的服務壽命部分地由其經歷的絕對溫度和橫跨組成部件的溫度分布或梯度確定。為保護組成部件材料免于過熱，傳統上，在熱氣體暴露區域并且往往是在部件的整個熱側(在該情況中是過渡管道的內表面上)施加熱障涂層(TBC)。在這里流出燃燒器的燃燒氣體流動的溫度分布不均勻并因此TBC的施加和均勻厚度由所經歷的最大溫度和材料的熱能力確定。橫跨過渡管道的內表面的溫度差可能在700℃的范圍內。因為TBC被施加至過渡管道的整個內表面，TBC的故障普遍發生在TBC的邊緣或間斷處。故障通常是TBC材料從過渡管道的表面的脫粘或者是TBC的龜裂。為此原因，對過渡管道的整個內表面施加傳統的TBC，過渡管道包括形成為復雜幾何形狀的入口環和出口凸緣。

傳統的TBC的施加處于均勻的厚度并且是對過渡管道的整個內表面施加，這在降低片材金屬壁材料所經歷的溫度上是令人滿意的。然而，仍然存在有橫跨過渡管道的相當大的熱梯度并且在服務經歷中發現歸因于熱應力的TBC的脫粘和龜裂。

發明內容

為解決上面描述的已知過渡管道的問題和為了實現下面描述的優點，提供有一種燃氣渦輪發動機，具有燃燒器、渦輪和過渡管道，過渡管道位于燃燒器與渦輪之間以將來自燃燒器的熱氣體沿通道引導至渦輪，過渡管道具有內表面，熱氣體沖擊在內表面上引起在內表面上的變化的溫度分布，熱障涂層位于內表面上并且包括至少第一熱障涂層補片和第二熱障涂層補片，第一熱障涂層補片在內表面上并且在第一區域內具有第一預定厚度，第一區域經受比內表面的未涂覆部分高的溫度且由第一預定溫度的第一等溫線劃界，第二熱障涂層補片在內表面上并且在第二區域內具有第二預定厚度，第二區域經受比內表面的未涂覆部分高的溫度且由第二預定溫度的第二等溫線劃界，其中第二預定溫度比第一預定溫度高并且第二預定厚度比第一預定厚度厚。