專利名稱：：用以增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的過渡導(dǎo)管冷卻的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，且更具體地講涉及用以增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的過渡導(dǎo)管冷卻的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：至少一些已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)燃燃燒器中的燃料_空氣混合物，以產(chǎn)生通過熱氣流徑引導(dǎo)到渦輪的燃燒氣體流。壓縮空氣從壓縮機(jī)引導(dǎo)到燃燒器。已知的燃燒器組件大體使用將燃料和空氣引導(dǎo)到燃燒器的燃燒區(qū)的燃料噴嘴。渦輪機(jī)將燃燒氣體流的熱能轉(zhuǎn)化成使渦輪軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能?？墒褂脺u輪機(jī)的輸出來(lái)為機(jī)器(例如發(fā)電機(jī)或泵)提供動(dòng)力。至少一些已知的燃燒器組件包括朝向渦輪組件引導(dǎo)來(lái)自燃燒器組件的燃燒氣體的過渡導(dǎo)管或過渡件。至少一些已知的過渡導(dǎo)管包括有孔的冷卻套管，該冷卻套管包圍過渡件，以引導(dǎo)用于冷卻過渡件的冷卻空氣。但是，已知的冷卻套管可能會(huì)導(dǎo)致過渡件的不均勻冷卻，這會(huì)使溫度梯度增大，溫度梯度增大可使燃燒器硬件的運(yùn)行壽命降低。因此，可能需要比在更均勻地冷卻過渡件的情況下更加頻繁地更換燃燒器的部分。為了補(bǔ)償較高的溫度和/或熱梯度，一些已知的燃燒器包括由較耐熱應(yīng)力和/或磨損的材料制造的構(gòu)件。但是，與具有不包括這樣的構(gòu)件的燃燒器的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，這樣的構(gòu)件會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)增加成本和/或重量。其它已知的燃燒器組件包括用于過渡導(dǎo)管的、包括空心冷卻套管的冷卻系統(tǒng)。已知的冷卻套管包括多個(gè)槽道和形成于其中的精細(xì)的冷卻通道，冷卻通道在過渡件周圍引導(dǎo)冷卻流，以有利于冷卻過渡件。但是，這樣的冷卻套管通常難以制造，且會(huì)增加燃燒器組件的制造成本。另外，如果冷卻通道中的任何一個(gè)被污染物阻礙或堵塞，則包括在這樣的套管內(nèi)的復(fù)雜的冷卻回路就會(huì)降低冷卻性能。降低的冷卻效果可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行溫度升高，熱梯度增大，以及/或者過渡件中的熱應(yīng)力增加。為了適應(yīng)較高的溫度和/或熱梯度，至少一些已知的燃燒器包括由較耐熱疲勞的材料制造的構(gòu)件。但是，與在沒有這樣的材料的情況下制造的構(gòu)件相比，其它的這樣的構(gòu)件制造起來(lái)可能更昂貴。
發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)方面中，提供了一種用于組裝燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。該方法包括將包括第一端和相對(duì)的第二端的冷卻套管聯(lián)接到燃燒器組件的內(nèi)壁上，從而使得環(huán)形通道限定在內(nèi)壁和冷卻套管之間。在第一端的附近形成環(huán)形入口，且在第二端的附近形成環(huán)形出口。在另一個(gè)方面中，提供了一種過渡件。該過渡件包括冷卻套管，冷卻套管包括第一端和相對(duì)的第二端。冷卻套管聯(lián)接到過渡件的內(nèi)壁的外表面上，從而使得環(huán)形通道限定在內(nèi)壁和冷卻套管之間。第一端限定環(huán)形入口，且第二端限定環(huán)形出口。在又一個(gè)方面中，提供了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)和聯(lián)接成與壓縮機(jī)成流動(dòng)連通的燃燒器。燃燒器包括至少一個(gè)過渡件，該過渡件進(jìn)一步包括內(nèi)壁和冷卻套管。冷卻套管包括第一端和相對(duì)的第二端，冷卻套管聯(lián)接到內(nèi)壁上，從而使得環(huán)形通道限定在內(nèi)壁和冷卻套管之間。第一端限定環(huán)形入口，且第二端限定環(huán)形出口。圖1是一個(gè)示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；圖2是可與圖1所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的一個(gè)示例性燃燒器的截面示意圖；圖3是包括可與圖2所示的燃燒器一起使用的冷卻套管的一個(gè)示例性過渡件的放大的截面示意圖；圖4是可與圖1所示的燃燒器一起使用的一個(gè)示例性冷卻套管的透視組裝視圖5是可與圖1所示的燃燒器一起使用的一個(gè)示例性冷卻套管的局部剖視圖6是可與圖1所示的燃燒器一起使用的一個(gè)示例性的波紋狀的冷卻套管的透視組裝視圖；以及圖7是包括備選的冷卻空氣入口的一個(gè)示例性冷卻套管的透視組裝視圖。部件列表100燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)102壓縮機(jī)組件104燃燒器組件108渦輪組件110壓縮機(jī)/渦輪軸112擴(kuò)散器114壓縮機(jī)排放腔室220立而蓋222燃料噴嘴組件224燃燒器殼體226燃燒器襯套228燃燒室229燃燒室冷卻通道<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>具體實(shí)施例方式圖1是一個(gè)示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)100包括壓縮機(jī)102和燃燒器組件104。發(fā)動(dòng)機(jī)100還包括渦輪108和共同的壓縮機(jī)/渦輪軸110(有時(shí)稱為轉(zhuǎn)子)。在運(yùn)行時(shí)，空氣流過壓縮機(jī)102，從而使得壓縮空氣供應(yīng)到燃?xì)馄鹘M件104。燃料被引導(dǎo)到限定在燃燒器組件104內(nèi)的燃燒區(qū)(未示出)，在燃燒區(qū)中，使燃料與空氣混合，且點(diǎn)燃混合物。所產(chǎn)生的燃燒氣體被引導(dǎo)到渦輪108，其中熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械旋轉(zhuǎn)能。渦輪108可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到軸110上。圖2是燃燒器組件104的一部分的截面示意圖。燃燒器組件104聯(lián)接成與渦輪組件108以及與壓縮機(jī)組件102成流動(dòng)連通。壓縮機(jī)組件102包括聯(lián)接成彼此成流動(dòng)連通的擴(kuò)散器112和壓縮機(jī)排放腔室(plenum)114。在該示例性實(shí)施例中，燃燒器組件104包括對(duì)多個(gè)燃料噴嘴222提供結(jié)構(gòu)支承的端蓋220。端蓋220用保持硬件(圖2中未顯示)聯(lián)接到燃燒器殼體224上。燃燒器襯套226自殼體224徑向向內(nèi)地聯(lián)接，從而使得襯套226限定燃燒室228。環(huán)形燃燒室冷卻通道229在燃燒器殼體224和燃燒器襯套226之間延伸。過渡導(dǎo)管或過渡件230聯(lián)接到燃燒室228上，以朝渦輪噴嘴232引導(dǎo)在室228中產(chǎn)生的燃燒氣體。在該示例性實(shí)施例中，過渡件230被制造成包括外壁236和徑向內(nèi)壁240的雙壁式導(dǎo)管。過渡件230還包括限定在內(nèi)壁240和外壁236之間的環(huán)形通道238。內(nèi)壁240還限定用于燃燒氣體的引導(dǎo)腔體242。更具體地，在該示例性實(shí)施例中，過渡件230在各個(gè)燃燒室228的燃燒室出口端235和渦輪噴嘴232的入口端233之間延伸，以將燃燒氣體引導(dǎo)到渦輪108中。在運(yùn)行時(shí)，渦輪組件108通過軸110(如圖1所示)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組件102。當(dāng)壓縮機(jī)組件102旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮空氣被排入擴(kuò)散器112中，如圖2中用箭頭所顯示。在該示例性實(shí)施例中，通過壓縮機(jī)排放腔室114朝燃燒器組件104引導(dǎo)從壓縮機(jī)組件102中排出的空氣的大部分，且向下游引導(dǎo)壓縮空氣的剩余部分，以用于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)100構(gòu)件。更具體地，通過通道238將在腔室114內(nèi)的加壓的壓縮空氣引導(dǎo)到過渡件230中。然后在將空氣從通道229排入燃料噴嘴222中之前，將空氣從過渡件環(huán)形通道238引導(dǎo)到燃燒室冷卻通道229中。在燃燒室228內(nèi)混合及點(diǎn)燃燃料和空氣。殼體224有利于使燃燒室228與外部環(huán)境(例如周圍的渦輪機(jī)構(gòu)件)隔離。通過過渡件引導(dǎo)腔體242將所產(chǎn)生的燃燒氣體自室228朝向渦輪噴嘴232引導(dǎo)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，燃料噴嘴組件222通過燃料噴嘴凸緣244聯(lián)接到端蓋220上。圖3是包括冷卻套管300的過渡件230的放大的截面圖。冷卻套管300大小設(shè)置成以便圍繞過渡件230的內(nèi)壁240，從而使得環(huán)形通道238限定在其間。或者，環(huán)形通道238可根據(jù)具體的冷卻應(yīng)用的要求限定其它空間間隙。在該示例性實(shí)施例中，冷卻套管300自前架302延伸到后架304。在其它實(shí)施例中，可根據(jù)本文所述的冷卻套管300來(lái)使用各種構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的后架(未示出)。環(huán)形通道入口237限定在后架304的附近。入口237外接于環(huán)形通道238。對(duì)應(yīng)的環(huán)形通道出口306限定在前架302的附近。冷卻套管300在構(gòu)造上基本為實(shí)體的，且沿著其長(zhǎng)度和周邊大體沒有孔口。在該示例性實(shí)施例中，圓形入口管308設(shè)置在通道入口237的附近，以對(duì)入口237提供結(jié)構(gòu)支承，并且有利于將冷卻空氣流引導(dǎo)到通道238中。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，冷卻套管300可制造成組裝在過渡件內(nèi)壁240周圍的多件式組件。在這種實(shí)施例中，冷卻套管300包括第一部件400和相對(duì)的第二部件402。更具體地，在該示例性實(shí)施例中，第二部件402是第一部件400的鏡像構(gòu)件。如圖4所示，第一部件400在過渡件230的大約一半周圍延伸，且第二部件402在過渡件230的第二半部周圍延伸。當(dāng)聯(lián)接在一起時(shí)，第一和第二部件(400和402)兩者形成基本沿著過渡件230的中心軸線延伸的接縫404。第一部件400和第二部件402可在接縫404處由一種或多種機(jī)械緊固方法連接，例如但不限于栓接、縫焊、金屬成形(壓接)，或者它們的任意組合。在其它實(shí)施例中，接縫404可相對(duì)于過渡件230形成于其它位置處。例如，冷卻套管300可包括在過渡件230的周圍沿周邊延伸且對(duì)過渡件230提供結(jié)構(gòu)支承的多個(gè)環(huán)形部件(未示出)。圖5示出了可與圖l所示的燃燒器一起使用的一個(gè)示例性冷卻套管的局部剖面圖。在該示例性實(shí)施例中，套管300包括設(shè)置在環(huán)形通道238內(nèi)以對(duì)冷卻套管300提供結(jié)構(gòu)支承的多個(gè)軸向肋條500。軸向肋條500可聯(lián)接到過渡件230的外表面502上，或者備選地，軸向肋條500可聯(lián)接到冷卻套管300的內(nèi)表面504上?；诰唧w的冷卻要求、壓降要求和結(jié)構(gòu)要求來(lái)可變地選擇軸向肋條500的數(shù)量、高度和間隔。冷卻要求定義為(但不限于)產(chǎn)生所需的材料絕對(duì)溫度和溫度梯度所需的流體屬性、質(zhì)量流率、流速和所得的熱傳遞特性。壓降要求定義為(但不限于)為了滿足系統(tǒng)性能要求而所需的入口和出口壓力之間的差。結(jié)構(gòu)要求定義為(但不限于)絕對(duì)材料溫度能力、熱梯度疲勞能力、熱偏轉(zhuǎn)、振動(dòng)偏轉(zhuǎn)和振動(dòng)疲勞能力。在另一個(gè)實(shí)施例中，周向肋條506可與冷卻套管300整體地形成。例如，周向肋條506可自冷卻套管300的外表面508向外延伸，且外接于該外表面508?；蛘?，周向肋條506可自環(huán)形通道238內(nèi)的冷卻套管內(nèi)表面504延伸?；诰唧w的冷卻要求、壓降要求和結(jié)構(gòu)要求來(lái)可變地選擇肋條506的數(shù)量、高度和間隔。圖6示出了可與圖1所示的燃燒器一起使用的一個(gè)示例性的波紋狀冷卻套管的透視組裝視圖。在該示例性實(shí)施例中，冷卻套管300是波紋狀的，且包括形成有交替的波峰600和波谷602的波浪形外表面。冷卻通道604形成于波峰600和波谷602之間，從而使得多個(gè)折皺606圍繞冷卻套管300沿周邊隔開?；诰唧w的冷卻要求、壓降要求和結(jié)構(gòu)要求來(lái)可變地選擇折皺606的數(shù)量、高度和間隔。圖7是包括備選的冷卻空氣入口的一個(gè)示例性冷卻套管的透視組裝視圖。在該示例性實(shí)施例中，冷卻套管300形成為使得通道237包括限定在其中的多個(gè)孔口700?？卓?00限定在后架304的附近。在該示例性實(shí)施例中，冷卻套管300延伸到形成于后架304中的保持槽口702中?？卓?00圍繞冷卻套管300沿周邊隔開，且鄰近后架304。各個(gè)孔口700延伸穿過冷卻套管300，且延伸到環(huán)形通道238中?；谔坠?00的具體的冷卻要求、壓降要求和結(jié)構(gòu)要求來(lái)可變地選擇孔口700的數(shù)量、形狀和間隔。在運(yùn)行期間，冷卻套管300提供環(huán)形通道238，以冷卻流過其中的流體。在該示例性實(shí)施例中，冷卻流體通過環(huán)形入口237和/或孔口700從壓縮機(jī)排放腔室114(圖1中示出)流入通道238中。然后冷卻流體流過通道238，以有利于在過渡導(dǎo)管230和冷卻流體之間進(jìn)行對(duì)流熱傳遞。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置在環(huán)形通道內(nèi)的軸向肋條500提供冷卻套管300的結(jié)構(gòu)加固，且有利于增強(qiáng)冷卻流體和過渡導(dǎo)管之間的熱傳遞。在運(yùn)行時(shí)，孔口700使得能夠?qū)⒗鋮s流體流引導(dǎo)到環(huán)形通道238中。周向肋條506為冷卻套管300提供結(jié)構(gòu)支承。在運(yùn)行期間，當(dāng)肋條506設(shè)置在通道238內(nèi)時(shí)，形成改變通道238內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)流動(dòng)且增強(qiáng)其中的熱傳遞的空氣動(dòng)力學(xué)行程。本文所述的發(fā)明提供了優(yōu)于已知的過渡導(dǎo)管冷卻套管的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，熱應(yīng)力由于冷卻套管的簡(jiǎn)單性提高而得以降低。此外，因?yàn)樵诃h(huán)形通道內(nèi)有均勻的冷卻流體流，所以本文所述的冷卻套管具有增大的平均熱傳遞和更均勻的冷卻。另外，起到有利的作用而降低了由應(yīng)力集中和/或不均勻的冷卻造成的高循環(huán)疲勞。此外，通過在冷卻套管和過渡導(dǎo)管之間提供簡(jiǎn)單的導(dǎo)管流，起到有利的作用而降低了整體燃燒器系統(tǒng)壓降。另外，因?yàn)樵龃蟮暮透鶆虻臒醾鬟f冷卻流體流，所以冷卻套管有利于更加可控制的和更加可計(jì)量的熱傳遞率。以上詳細(xì)地描述了用以增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的過渡導(dǎo)管冷卻的方法和系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。該方法和系統(tǒng)不限于本文所述的具體實(shí)施例，而是相反，可與本文所述的其它構(gòu)件和/或步驟獨(dú)立地及分開地使用系統(tǒng)的構(gòu)件和/或方法的步驟。例如，方法也可與其它冷卻系統(tǒng)和方法結(jié)合起來(lái)使用，且不限于僅僅利用在本文中描述的過渡導(dǎo)管冷卻系統(tǒng)和方法進(jìn)行的實(shí)踐。相反，可與許多其它冷卻應(yīng)用結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)和使用示例性實(shí)施例。盡管本發(fā)明的各實(shí)施例的具體特征可能顯示在一些附圖中，而沒有顯示在其它附圖中，但這僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，附圖的任何特征都可結(jié)合任何其它附圖的任何特征來(lái)參照和/或要求保護(hù)。本書面描述使用實(shí)例來(lái)公開本發(fā)明，包括最佳模式，且還使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝備或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這樣的其它實(shí)例具有無(wú)異于權(quán)利要求書的字面語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果它們包括與權(quán)利要求書的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這樣的其它實(shí)例意圖處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。雖然已經(jīng)關(guān)于各種具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可利用在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的修改來(lái)實(shí)踐本發(fā)明。權(quán)利要求一種用于與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)一起使用的過渡件(230)，所述過渡件包括燃燒器組件(104)的內(nèi)壁(240)；以及包括第一端(233)和相對(duì)的第二端(235)的冷卻套管(300)，所述冷卻套管聯(lián)接到所述內(nèi)壁上，從而使得環(huán)形通道(238)限定在所述內(nèi)壁與所述冷卻套管之間，所述第一端限定環(huán)形入口(237)，所述第二端限定環(huán)形出口(306)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過渡件(230)，其特征在于，所述冷卻套管(300)包括各自沿著至少一個(gè)接縫(404)在所述內(nèi)壁(240)的周圍基本沿周邊聯(lián)接的第一部件(400)和第二部件(402)，所述第一部件使用機(jī)械緊固件、壓接過程和焊接過程中的至少一種聯(lián)接到所述第二部件上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過渡件(230)，其特征在于，所述環(huán)形通道(238)包括自至少一個(gè)壁至少部分地延伸到所述環(huán)形通道中的至少一個(gè)軸向肋條(500)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過渡件(230)，其特征在于，所述環(huán)形通道(238)包括沿周邊延伸通過所述環(huán)形通道的限定在所述環(huán)形通道中的至少一個(gè)肋條(500)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過渡件(230)，其特征在于，所述冷卻套管(300)包括與所述冷卻套管整體地形成的至少一個(gè)肋條(500)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過渡件(230)，其特征在于，所述至少一個(gè)肋條(500)有利于增強(qiáng)所述內(nèi)壁和所述冷卻套管之間的熱傳遞。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過渡件(230)，其特征在于，所述環(huán)形通道入口(237)包括聯(lián)接到所述環(huán)形通道入口上的入口管(308)，所述入口管將冷卻流體流引導(dǎo)到所述環(huán)形通道(238)中。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過渡件(230)，其特征在于，所述冷卻套管(300)由波紋狀的表面限定，所述波紋狀的表面有利于提高所述冷卻套管的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過渡件(230)，其特征在于，所述環(huán)形通道入口(237)包括限定在其中的至少一個(gè)孔口(700)，所述至少一個(gè)孔口有利于將冷卻流體流引導(dǎo)到所述環(huán)形通道(238)中。10.—種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件(IOO)，包括壓縮機(jī)(102);禾口聯(lián)接成與所述壓縮機(jī)成流動(dòng)連通的燃燒器(104)，所述燃燒器包括至少一個(gè)過渡件(230)，所述過渡件包括內(nèi)壁(240);禾口包括第一端(233)和相對(duì)的第二端(235)的冷卻套管(300)，所述冷卻套管聯(lián)接到所述內(nèi)壁上，從而使得環(huán)形通道限定在所述內(nèi)壁與所述冷卻套管之間，所述第一端限定環(huán)形入口(237)，所述第二端限定環(huán)形出口(306)。全文摘要本發(fā)明涉及用以增強(qiáng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的過渡導(dǎo)管冷卻的方法和裝置。提供了一種用于與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)一起使用的過渡件(230)。過渡件包括燃燒器組件(104)的內(nèi)壁(240)，以及包括第一端(233)和相對(duì)的第二端(235)的冷卻套管(300)，冷卻套管聯(lián)接到內(nèi)壁上，從而使得環(huán)形通道(238)限定在內(nèi)壁冷卻套管之間，第一端限定環(huán)形入口(237)，且第二端限定環(huán)形出口(306)。文檔編號(hào)F02C7/12GK101776013SQ20101000396公開日2010年7月14日申請(qǐng)日期2010年1月7日優(yōu)先權(quán)日2009年1月7日發(fā)明者M(jìn)·B·赫夫曼申請(qǐng)人:通用電氣公司