热分离式环管型过渡件 技术领域 本文所公开的主题涉及涡轮机领域， 且更具体地涉及包括热分离式环管型过渡件 的涡轮机。
背景技术 一般而言， 燃气涡轮发动机燃烧燃料 / 空气混合物， 其释放出热能以形成高温气 流。高温气流经由热气通路引导至涡轮。涡轮将来自于高温气流的热能转换成使涡轮轴旋 转的机械能。涡轮可用于多种应用场合， 例如向泵或发电机提供动力。
许多燃气轮机包括环形燃烧器， 在该环形燃烧器中形成产生高温气流的燃烧气 体。其它涡轮机采用布置成环管型阵列的多个燃烧器。在此类涡轮机中， 燃烧气体在该多 个燃烧器的各者内形成， 并经由过渡件输送至涡轮。 除了提供通向涡轮的通道， 过渡件提供 了用以增强燃烧的附加机会。一些涡轮机采用布置在过渡件中的一系列稀释通道。一部分 压缩机空气沿着过渡件传送， 穿过稀释通道， 并进入燃烧空气流。这部分压缩机空气， 或稀 释气体， 用来增强燃烧气体的分布 / 模式系数 (profile/pattern factor)。
发明内容 根据本发明的一个方面， 一种涡轮机包括 ： 布置成环管型阵列的多个喷射喷嘴 ； 以及过渡件， 其包括限定燃烧流动通道的至少一个壁。稀释孔口形成在该过渡件的至少一 个壁中。稀释孔口引导稀释气体通向燃烧流动通道。热防护部件在燃烧流动通道中安装到 该过渡件的至少一个壁上。热防护部件包括具有第一表面和相对的第二表面的本体， 稀释 通道延伸穿过该本体。稀释通道与稀释孔口相偏离。热防护部件与过渡件的至少一个壁间 隔开， 在该至少一个壁和第二表面之间限定了流动区域。
根据本发明的另一方面， 使过渡件与涡轮机中的燃烧气体热分离的方法包括 ： 在 涡轮机的压缩机部分中产生冷却气体， 在布置成环管型阵列的多个燃烧室中生成燃烧气 体， 将燃烧气体引导到涡轮机的流动空腔 (cavity) 中。流动空腔将环管型阵列的燃烧室与 涡轮的第一级流体地相连接。 该方法还包括利用至少一个热防护部件防护过渡件的内部表 面免受燃烧气体。该至少一个热防护部件与过渡件的内部表面间隔开以形成流动空腔。冷 却空气流传送经过形成在过渡件中的至少一个稀释孔口。 该稀释孔口流体地连接到流动空 腔上。最后， 该方法包括引导冷却空气流穿过形成在该至少一个热防护部件中的至少一个 稀释通道。该至少一个稀释通道与该至少一个稀释孔口相偏离， 以便产生传送经过该至少 一个热防护部件的表面的流出空气流， 用以使过渡件的内壁与燃烧气体热分离。
根据以下描述并结合附图， 这些及其它的优点和特征将会变得更为清楚。
附图说明 在权利要求书中具体地指出和清楚地主张了视作为本发明的主题。 根据以下详细 描述并结合附图， 本发明的前述及其它的特征和优点变得清楚， 在附图中 ：
图 1 是包括根据示例性实施例的热分离式过渡件的涡轮机的局部截面图 ； 图 2 是图 1 的涡轮机的燃烧器部分的局部截面图 ； 图 3 是根据示例性实施例的第一方面的热防护部件的详细视图 ； 图 4 是根据示例性实施例的第二方面的热防护部件的详细视图 ； 以及 图 5 是根据示例性实施例的又一方面的热防护部件的详细视图。 具体实施方式参照附图以举例的方式阐述了本发明的实施例以及优点和特征。 零件清单 2 涡轮机 4 压缩机 5 压缩机组件 6 压缩机 8 喷射喷嘴组件壳体 10 涡轮 12 压缩机 / 涡轮轴 22 扩散器 24 压缩机排放仓室 (plenum) 30 端帽 37 预混和 / 喷射喷嘴 38 预混和 / 喷射喷嘴 39 预混和 / 喷射喷嘴 40 环管型阵列 46 压缩机壳体 47 压缩机衬套 48 燃烧室 49 冷却通道 55 过渡件 62 第一级涡轮喷嘴 64 内壁 65 外壁 66 开口 67 稀释孔口 68 环形流动通道 72 压缩机流动通道 80 热防护部件 81 热防护部件 82 热防护部件 83 热防护部件 84 热防护部件 85 热防护部件90 92 94 96 97 98 100 101 104 105 108 109 111 112 114 115 120 121 124 125 126 127 130 131 134 135 136 137 140 141 142 144 145 146 151 152 153 157 158本体 (80) 第一表面 第二表面 稀释通道 第一端区段 第二端区段 流动区域 表面增强部分 (enhancement)/ 突起 安装部件 安装部件 挂钩部件 挂钩部件 第一端 第一端 第二端 第二端 安装元件 安装元件 挂钩元件 挂钩元件 第一端 第一端 第二端 第二端 热防护部件 本体 第一表面 第二表面 稀释通道 稀释通道 稀释通道 第一端区段 第二端区段 倾斜的中间区段 第一端区段 第二端区段 倾斜的中间区段 第一端区段 第二端区段159 161 162 164 165 170 171 172 173 179 180 181 182 185 186 187 190 191 192 195 196 197 200 201 202 209 211 215 218 226 227 233 238 240倾斜的中间区段 挂钩部件 挂钩部件 挂钩元件 挂钩元件 热防护部件 本体 第一表面 第二表面 稀释通道 稀释通道 稀释通道 稀释通道 第一端区段 第二端区段 倾斜的中间区段 第一端区段 第二端区段 倾斜的中间区段 第一端区段 第二端区段 倾斜的中间区段 第一端区段 第二端区段 倾斜的中间区段 安装部件 开口 安装元件 突出体 / 柱桩 第一端部分 第二端部分 螺纹区段 紧固元件 紧固元件具体实施方式
参看图 1， 根据示例性实施例所构成的涡轮机总体上以 2 表示。涡轮机 2 包括压 缩机 4 和具有至少一个燃烧器 6 的燃烧器组件 5， 其中， 燃烧器 6 设置有喷射喷嘴组件壳体 8。涡轮机 2 还包括涡轮 10 和公共的压缩机 / 涡轮轴 12。注意的是， 本发明不限于任意一种具体的发动机并且可结合其它涡轮机一起使用。
如图 2 中最佳所示， 燃烧器 6 与压缩机 4 和涡轮 10 联接成流动连通。压缩机 4 包 括相互联接成流动连通的扩散器 22 和压缩机排放仓室 24。燃烧器 6 还包括定位在其第一 端的端盖 30， 以及帽盖部件 34。燃烧器 6 还包括多个预混合器或喷射喷嘴， 其中的两个以 37 和 38 表示。喷射喷嘴 37 和 38 布置在中央喷嘴 39 周围， 形成环管型阵列 40。尽管仅示 出了三个喷射喷嘴， 但将应理解的是， 在环管型阵列 40 中所采用的喷射喷嘴的数目可有所 变化。此外， 燃烧器 6 包括燃烧器外壳 46 和燃烧器衬套 47。如图所示， 燃烧器衬套 47 定位 成从燃烧器外壳 46 沿径向向内以便限定燃烧室 48。 环形燃烧室冷却通道 49 限定在燃烧器 外壳 46 和燃烧器衬套 47 之间。
燃烧器 6 通过过渡件 55 联接至涡轮机 2。过渡件 55 将来自燃烧室 48 的燃烧气体 向下游引向第一级涡轮喷嘴 62。为此， 过渡件 55 包括内壁 64 和外壁或冲击套筒 65。外壁 65 包括多个开口 66， 它们通向限定在内壁 64 和外壁 65 之间的环形流动通道 68。通过这种 布置， 外壁 65 经由环形流动通道 68 内的压差来控制冷却空气的流动 ( 和热交换 )。类似的 是， 内壁 64 包括多个稀释孔口 67， 它们从环形流动通道 68 引入至延伸在燃烧室 48 和涡轮 10 之间的燃烧流动通道 72 中。流动通道 72 包括空间曲率 (compound curvature)， 其构建 成以下文将更为全面地描述的方式将燃烧气体输送至第一涡轮级 62。 在工作期间， 空气流经压缩机 4， 进行压缩， 并传送至燃烧器 6， 且更具体而言传送 至喷射喷嘴 37-39。同时， 燃料传送至喷射喷嘴 37-39， 用以与压缩空气相混合来形成可燃 混合物， 该可燃混合物从环管型阵列 40 传送至燃烧室 48 并经点燃以形成燃烧气体。然后， 经由过渡件 55 将燃烧气体引导至涡轮 10。来自燃烧气体的热能转换成用来驱动压缩机 / 涡轮轴 12 的机械旋转能。
更具体而言， 涡轮 10 经由压缩机 / 涡轮轴 12 驱动压缩机 4( 图 1 中所示 )。随着 压缩机 4 旋转， 压缩空气如由相关箭头所示排放到扩散器 22 中。在该示例性实施例中， 从 压缩机 4 所排放的大部分压缩空气经过压缩机排放仓室 24 引向燃烧器 6。 任何剩余的压缩 空气经引导用于冷却发动机构件。排放仓室 24 内的压缩空气经由外壁开口 66 引入过渡件 55 并进入环形流动通道 68 中。在不采用环形流动通道的构造中， 无需由外壁 65 所产生的 压差， 压缩机排放空气传送经过开口 66。然而， 在所示的示例性实施例， 压缩空气的第一或 稀释部分经引导从环形流动通道 68 经过稀释孔口 67 进入流动通道 72。 压缩空气的第二部 分经引导经过环形燃烧室冷却通道 49 并到达喷射喷嘴 37-39。 燃料和空气相混合以形成可 燃混合物。可燃混合物经点燃以在燃烧室 48 内形成燃烧气体。燃烧器外壳 46 有助于防护 燃烧室 48 及其相关联的燃烧过程免受举例来说例如包绕涡轮构件的外部环境。燃烧气体 经引导从燃烧室 48 经过引导空腔 72 并朝向涡轮喷嘴 62。冲击第一级涡轮喷嘴 62 的热气 体产生旋转力， 其最终产生来自涡轮机 2 的功。对此而言应当理解的是， 上述构成代表了对 示例性实施例更为完全的理解。 此外， 应当理解的是， 尽管上述示例性实施例采用了冲击套 筒， 但其它示例性实施例既可采用也可不采用冲击套筒。
为了保护内壁 64 免受热燃烧气体的影响， 过渡件 55 包括多个热防护部件 80-85。 由于各个热防护部件 80-85 均包括类似结构， 故接下来将参考图 3 详细描述根据第一示例 性实施例所构建的热防护部件 80， 同时理解的是， 热防护部件 81-85 基本上也类似地形成。 如图所示， 热防护部件 80 包括稀释通道 96 延伸穿过其的本体 90， 该本体 90 具有相对于相
对的第二表面 94 延伸的第一表面 92。 本体 90 由例如镍合金或陶瓷形成并且其形状形成为 与过渡件 55 的空间曲率相一致。此外， 本体 90 可包括施加到第一表面 92 和 / 或第二表面 94 上的热障涂层。稀释通道 96 包括延伸至第二端区段 98 的第一端区段 97。根据所示的 示例性实施例， 稀释通道 96 偏离稀释孔口 67， 以便促使流动沿着第二表面 94。此外， 热防 护部件 80 与过渡件 55 的内壁 64 间隔开， 以便限定流动区域 100。流动区域 100 的具体尺 寸可根据设计要求而变化。进一步根据所示的示例性实施例， 热防护部件 80 包括多个表面 增强部分或突起， 其中的一个以 101 表示， 从第二表面 94 向外延伸。突起 101 在经过流动 区域 100 传送的稀释空气内产生湍流。
如上所述， 热防护部件 80 安装成仍然与过渡件 55 的内壁 64 间隔开。为此， 过渡 件 55 包括多个安装部件， 其中的两个以 104 和 105 表示， 从内壁 64 向外突出。在所示的示 例性实施例中， 安装部件 104 和 105 采用挂钩部件 108 和 109 的形式。各个挂钩部件 108， 109 还包括延伸至第二端区段 114 和 115 的相应的第一端区段 111 和 112。相应的是， 热防 护部件 80 包括多个安装元件， 其中的两个以 120 和 121 表示， 从第二表面 94 向外突出。
在所示的示例性实施例中， 安装元件 120 和 121 采取挂钩元件 124 和 125 的形式。 各个挂钩元件 124， 125 均包括相应的第一端 126 和 127， 其在终止于挂钩 ( 未单独标示 ) 之 前延伸至各自的第二端 130 和 131。挂钩元件 124 和 125 与挂钩部件 108 和 109 相接合以 将热密封部件 80 安装到过渡件 55 上， 以便限定流动通道 100。利用这种布置， 流经燃烧器 流动通道 72 的冷却空气传送经过稀释孔口 67 进入流动区域 100 以形成稀释空气。稀释空 气沿着流动区域 100 传送并经过稀释通道 96 进入燃烧器流动通道 72。 因此， 热防护部件对 于过渡件 55 的内壁 64 提供了热障。热障给予内壁 64 各个部分一定水平的保护。例如， 通 过使内壁 64 与流动通道 72 中的燃烧气体分离， 内壁 64( 尤其是围绕稀释孔口 67 的区域 ) 的破裂得到减轻。更具体而言， 摄取到与稀释空气一起形成的缩流断面 (vena contracta) 中的热气体与燃烧气体相混合， 引起内壁 64 的在邻近稀释孔口 67 的区域中的破裂。通过 提供在稀释孔口 67 和稀释通道 96 之间的偏离， 消除了对热气体的摄取， 使得热防护部件 80 延长了过渡件 55 的总体工作寿命。
现在将参照图 4( 其中， 相同的标号表示在单独视图中的相应部分 ) 来描述根据示 例性实施例的另一方面所构建的热防护部件 134。 如图所示， 热防护部件 134 包括具有第一 表面 136 和相对的第二表面 137 的本体 135。热防护部件 134 包括延伸穿过本体 135 的多 个稀释通道 140-142。以类似于上述方式， 各个稀释通道 140-142 均与形成在过渡件 55 的 内壁 64 中的其中一个相应的稀释孔口 67 相偏离。如下文将全面论述的那样， 各个稀释通 道 140-142 均构造成用以增强对热防护部件 134 的冷却。 更具体而言， 稀释通道 140 包括第 一端区段 144， 其经过倾斜的中间区段 146 延伸至第二端区段 145。 也就是， 第一端区段 144 与第二端区段 145 偏离， 以便增加稀释通道 140 的总体流动长度。这样， 该稀释空气， 其形 成穿过热防护部件 134 传送的流出流， 便提供有额外的时间来交换热， 从而增强了热交换。 类似的是， 稀释通道 141 包括第一端区段 151， 其经过倾斜的中间区段 153 延伸至第二端区 段 152， 而稀释通道 142 包括第一端区段 157， 其经过倾斜的中间区段 159 延伸至第二端区 段 158。以类似于上述方式， 各第一端区段 151 和 157 均与第二端区段 152 和 158 中的相应 的一者相偏离， 以便增加稀释通道 141 和 142 的总体流动长度。以同样类似于上述的方式， 热防护部件 134 包括第一和第二挂钩元件 164 和 165， 它们构造成用以接合过渡件 55 上的挂钩部件 108 和 109。
现在将参照图 5 来描述根据又一示例性实施例所构建的热防护部件 170。如图 所示， 热防护部件 170 包括本体 171， 其具有对于相对的第二表面 173 延伸的第一表面 172。热防护部件 170 包括在流动区域 100 和燃烧器流动通道 72 之间延伸的多个稀释通道 179-182。以同样类似于上述的方式， 各稀释通道 179-182 均构造成用以增强在经过流动通 道 100 朝向燃烧器流动通道 72 传送的冷却空气之间的传热。也就是， 稀释通道 179 包括第 一端区段 185， 其经过倾斜区段 187 延伸至第二端区段 186。 同样， 稀释通道 180 包括第一端 区段 190， 其经过倾斜区段 192 延伸至第二端区段 191， 稀释通道 181 包括第一端区段 195， 其经过倾斜区段 197 延伸至第二端区段 196， 以及稀释通道 182 包括第一端区段 200， 其经 过倾斜的中间区段 202 延伸至第二端区段 201。利用这种布置， 各第一端区段 185、 190、 195 和 200 均与第二端区段 186、 191、 196 和 201 中的相应的一者相偏离， 以便在本体 171 内提 供延长的流动， 用以增强来自热防护部件 170 的传热。
进一步根据所示的示例性实施例， 热防护部件 170 安装成仍然与过渡件 55 的内壁 64 间隔开， 以便限定流动通道 100。更具体而言， 内壁 64 包括以开口 211 的形式示出的安 装部件 209。外壁 65 还包括与开口 211 对准的开口 ( 未单独地标示 )。热防护部件 170 包 括安装元件 215， 其示出为从第二表面 173 延伸的突出体或柱桩 (stud)218 的形式。柱桩 218 构造成用以延伸穿过开口 211， 以便将热防护部件 170 固定到过渡件 55 上。更具体而 言， 柱桩 218 包括延伸至第二端部分 227 的第一端部分 226， 并包括构造成用以接收紧固件 238 的螺纹区段 233。紧固件 238， 其示出为具有构造成用以接合螺纹区段 233 的多个内螺 纹 ( 未示出 ) 的螺母的形式， 固定到柱桩 218 上， 从而将热防护部件 170 安装到过渡件 55 上。第二紧固件 240 可用来提供距内壁 64 的所需间距， 以便保证在相邻的热防护部件之间 的对准和提供对于流动通道 100 的一致性。
对此， 应当理解的是， 热防护部件根据示例性实施例构建成用以提供一定的结构 来减少过渡件 55 内壁 64 的受热。 如上文所注意的是， 通过使内壁 64 与流动通道 72 中的燃 烧气体相分离， 内壁 64( 尤其是围绕稀释孔口 67 的区域 ) 的破裂得到减轻。更具体而言， 摄入到与稀释空气一起形成的缩流断面中的热气体与燃烧气体相混合， 引起邻近稀释孔口 67 的区域中的内壁 64 破裂。通过提供在稀释孔口 67 和稀释通道 96 之间的偏离， 消除了对 热气体的摄取， 使得热防护部件 80 延长了过渡件 55 的总体工作寿命。也就是， 通过在过渡 件 55 内提供作出牺牲的构件， 热防护部件增强了可服务性和保养， 同时延长了涡轮机 2 的 总体服务寿命。
尽管本发明已结合了仅有限数量的实施例进行了详细描述， 但应当容易理解的 是， 本发明不限于这些所公开的实施例。 相反， 本发明可修改成用以结合此前并未描述但与 本发明的精神和范围相称的任一数量的变型、 变更、 替代方案或同等布置。此外， 尽管已描 述了本发明的各种实施例， 但将应理解的是， 本发明的方面可仅包括所述实施例的一部分。 因此， 本发明不应视作为受限于上述实施例， 而是由所附权利要求的范围来限制。