專利名稱：用于冷卻燃燒透平組件的供冷歧管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種氣體透平，更具體地說，本發(fā)明涉及歧管裝置，該歧管裝置用于氣體透平的閉環(huán)冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃燒透平包括容納壓縮機(jī)部、燃燒器部和透平部的殼體。壓縮機(jī)部包括一入口端和一出口端。燃燒器部包括一入口端和一燃燒器過渡部。該燃燒器過渡部鄰近于燃燒器部的排出端，包括一側(cè)壁，該側(cè)壁限定了流體通道，該流體通道引導(dǎo)工作流體進(jìn)入透平的入口端。
提供的空氣在壓縮機(jī)部被壓縮，并被引導(dǎo)至燃燒器部。被壓縮的空氣進(jìn)入燃燒入口，并與燃料混合。然后，空氣/燃料混合物被燃燒，產(chǎn)生了高溫和高壓氣體。然后，該氣體被排放并途經(jīng)燃燒器過渡部，并且注入透平部，以使透平運(yùn)轉(zhuǎn)。
正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，氣體透平的最大功率輸出取決于對(duì)氣體的加熱程度，使流動(dòng)途經(jīng)燃燒器部的氣體的溫度盡可能地高。然而，該熱氣體加熱了其流通透平時(shí)途經(jīng)的各透平元件。
相應(yīng)地，提高燃燒點(diǎn)火溫度的能力受到了透平元件承受高溫的能力的限制。因此，已經(jīng)研制了用于透平的熱零件的各種冷卻方法。這些方法包括開環(huán)空氣冷卻技術(shù)和閉環(huán)冷卻系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的開環(huán)空氣冷卻技術(shù)把空氣從壓縮機(jī)部引導(dǎo)至燃燒器過渡部，以冷卻燃燒器過渡部。在燃燒器過渡部的表面上設(shè)有一系列冷卻流體通道，以容納冷卻流體，從而冷卻燃燒器過渡部。冷卻流體從燃燒器過渡部的側(cè)壁上吸取熱量，然后，流動(dòng)到內(nèi)部的流動(dòng)通道，與流動(dòng)至透平部的工作流體混合。開環(huán)冷卻系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是，需要從壓縮機(jī)部分離出大量的空氣，即需要大量的空氣流以保持壓縮機(jī)的火焰溫度低。燃燒器過渡部的開環(huán)冷卻的另外一個(gè)缺點(diǎn)是NOx輻射。因此，需要提供一種冷卻系統(tǒng)，其不從壓縮機(jī)分離出空氣，并且能控制NOx輻射。
傳統(tǒng)的透平閉環(huán)冷卻裝置通常包括一歧管；應(yīng)力釋放裝置，如活塞環(huán)或波紋管；和冷卻流體源，其位于透平的外側(cè)。歧管通常包括一外殼。應(yīng)力釋放裝置用于把歧管外殼連接至必須冷卻的元件附近。
閉環(huán)冷卻歧管容納來(lái)自透平外側(cè)的冷卻流體，沿透平外殼的周向分配冷卻流體。和開環(huán)冷卻系統(tǒng)不一樣的是，閉環(huán)冷卻流體保持與在過渡部的流動(dòng)通道內(nèi)流動(dòng)的工作流體相分離。相反，閉環(huán)冷卻流體被引導(dǎo)至透平外側(cè)的一個(gè)位置。
然而，傳統(tǒng)的閉環(huán)冷卻系統(tǒng)采用了比較復(fù)雜的歧管安裝組件。這些歧管安裝組件又增加了維護(hù)燃燒透平的總的費(fèi)用。傳統(tǒng)的歧管安裝組件必須精確設(shè)計(jì)，以使其充分地連接至透平的外殼上。因此，需要提供一種更簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的歧管安裝結(jié)構(gòu)。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種用于冷卻燃燒透平元件的冷卻歧管裝置。該歧管裝置包括至少一第一和第二連接盒。第一和第二連接盒都包括一殼體。流體供應(yīng)管和回流管牢固地連接在殼體上。流體供應(yīng)管適合于與冷卻熱的透平零件的冷卻流體連通。回流管適合于與已經(jīng)從熱的透平零件上吸取了熱量的冷卻流體連通。
本發(fā)明提供了一種用于向第一和第二連接盒提供冷卻流體的冷卻流體供應(yīng)管。該流體供應(yīng)管包括一側(cè)壁，該側(cè)壁限定了冷卻劑流動(dòng)通道，該流動(dòng)通道在第一端具有第一開口，在第二端具有第二開口。流體供應(yīng)管的第一端以流體連通的方式與第一連接盒的流體供應(yīng)管機(jī)械地連接。冷卻流體供應(yīng)管的第二端以流體連通的方式與至少一個(gè)第二連接盒的流體供應(yīng)管機(jī)械地連接。
本發(fā)明提供了一種引導(dǎo)已經(jīng)從熱的透平零件上吸取了熱量的冷卻流體的流體回流管。該流體回流管包括一側(cè)壁，該側(cè)壁限定了回流通道，該回流通道在第一端具有第一開口，在第二端具有第二開口。流體回流管的第一端以流體連通的方式與第一連接盒的流體回流管機(jī)械地連接。流體回流管的第二端以流體連通的方式與至少一個(gè)第二連接盒的流體回流管機(jī)械地連接。在該方式下，數(shù)個(gè)連接盒可以串聯(lián)在一起，以冷卻熱的透平零件的需要冷卻的部分。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的冷卻歧管裝置的橫截面圖，該冷卻歧管裝置機(jī)械地連接在燃燒透平的一部分內(nèi)。
圖2是如圖1所示的冷卻歧管裝置的分解圖。
圖3是如圖1所示的連接盒的剖視圖。
圖4是燃燒器過渡部的透視圖，當(dāng)采用如圖1所示的冷卻歧管裝置時(shí)，該燃燒器過渡部可以被冷卻。
對(duì)推薦實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1在總體上示出了安裝在燃燒透平4內(nèi)的冷卻歧管裝置10。冷卻歧管裝置10機(jī)械地安裝在燃燒部18和透平部16之間，以冷卻燃燒器過渡部20?？梢宰⒁獾?，冷卻歧管裝置可用于冷卻透平環(huán)部、固定葉片、或其它可沿周向重復(fù)的固定燃燒透平元件。作為應(yīng)用實(shí)例，下面說明用于冷卻燃燒器過渡部20的冷卻歧管裝置10。
燃燒器18具有入口端24、燃燒器過渡部20、燃燒器過渡部20的出口端26和凸緣38。透平部16的第一段具有入口端28，以容納來(lái)自燃燒器過渡部20的工作流體。冷卻歧管裝置10具有至少一個(gè)連接盒80，以使冷卻歧管裝置10的各組件與燃燒透平4連接。
具有出口端6的噴嘴8機(jī)械地與燃燒器的入口端24連接。燃燒器過渡部的出口端26與透平部的入口端28連接。冷卻歧管裝置10在連接盒80和燃燒器過渡部的凸緣38的連接處與燃燒器過渡部20機(jī)械地連接。另外，冷卻歧管裝置10與燃燒透平4外側(cè)的冷卻流體供應(yīng)源(未示出)流體連通。設(shè)置冷卻流體供應(yīng)源的目的是向歧管裝置4提供冷卻流體，以冷卻透平中的熱部，特別是燃燒器過渡部20。
圖2是冷卻歧管裝置10的推薦實(shí)施例的分解圖。冷卻歧管裝置10包括數(shù)個(gè)供應(yīng)管60、數(shù)個(gè)回流管70和至少一個(gè)第一和第二連接盒80。圖中示出了用于冷卻八個(gè)燃燒器過渡部的八個(gè)連接盒80。特別是，每個(gè)供應(yīng)管60和回流管70具有總體上呈弧形的縱截面。
托環(huán)22用于把每個(gè)連接盒80固定定位在接近燃燒器過渡部20處。托環(huán)22包括外表面94、內(nèi)表面96、和內(nèi)外表面之間的側(cè)緣98。另外，托環(huán)22具有凸緣102。該托環(huán)沿周向延伸大約180度。
每個(gè)連接盒80包括殼體81、供應(yīng)管82和回流管84。特別是，殼體81限定了六個(gè)表面86、88、92、104、106和108，并且容納供應(yīng)管82和回流管84。第一表面86適合于以流體連通的方式與供應(yīng)管60和回流管70機(jī)械地連接。第二表面88適合于以流體連通的方式與將在燃燒透平的操作過程中冷卻的透平元件機(jī)械地連接。
當(dāng)燃燒器過渡部20將被冷卻時(shí)，第二表面88適合于由螺栓固定在燃燒器過渡部的凸緣38上，而第三殼體表面92適合于固定連接在托環(huán)22上。下面說明供應(yīng)管60和回流管70與各表面相連接的方法。
每個(gè)供應(yīng)管60具有側(cè)壁62。側(cè)壁62限定了冷卻劑流動(dòng)通道61。冷卻劑流動(dòng)通道61具有第一端63和第二端65，第一端63具有第一開口64，而第二端65具有第二開口66。供應(yīng)管60的第一端63適合于與一連接盒80的第一表面86以流體連通的方式機(jī)械地連接，而同一供應(yīng)管60的第二端65適合于與一相鄰的連接盒80的第一表面86以流體連通的方式機(jī)械地連接。供應(yīng)管60可由焊接方法固定，或由在現(xiàn)有技術(shù)中熟知的任何其它可接受的連接方法固定。
每個(gè)回流管70具有側(cè)壁72，該側(cè)壁72限定了回流通道71。該回流通道71具有第一端73和第二端75，第一端73具有第一開口74，而第二端75具有第二開口76。回流管70的第一端73適合于與一連接盒80的第一表面86以流體連通的方式機(jī)械地連接，而同一回流管70的第二端75適合于與一相鄰的連接盒80的第一表面86以流體連通的方式機(jī)械地連接?；亓鞴?0可以與供應(yīng)管60相同的方式機(jī)械地連接至各相應(yīng)的元件上。
圖3更詳細(xì)地示出了連接盒80。連接盒的殼體81容納供應(yīng)管82和回流管84。殼體81的第一表面86、第二表面88和第三表面92都進(jìn)行了局部剖視，以說明供應(yīng)管82和回流管84在殼體81內(nèi)的推薦位置。
供應(yīng)管82包括側(cè)壁44，帶有第一開口端46、第二開口端47和第三開口端48。該側(cè)壁44從第一開口端46延伸至第二開口端47，然后，以相對(duì)向下的方向延伸至第三開口端48。第一開口端46適合于與供應(yīng)管60的第一端63以流體連通的方式機(jī)械地連接。第二開口端48適合于與另外一供應(yīng)管60的第二端65以流體連通的方式機(jī)械地連接。第三開口端48適合于與必須在透平操作過程中冷卻的一透平元件以流體連通的方式機(jī)械地連接。特別是，當(dāng)冷卻燃燒器過渡部20時(shí)，第三開口端48適合于與燃燒器過渡部20的凸緣38連接。
回流管84包括側(cè)壁54，帶有第一開口端56、第二開口端57和第三開口端58。該側(cè)壁54從第一開口端56延伸至第二開口端57，然后，以相對(duì)向下的方向延伸至第三開口端58。第一開口端56適合于與回流管70的第一端73以流體連通的方式機(jī)械地連接。第二開口端57適合于與另外一供應(yīng)管70的第二端75以流體連通的方式機(jī)械地連接。第三開口端58適合于與必須在透平操作過程中冷卻的透平元件以流體連通的方式機(jī)械地連接。特別是，當(dāng)冷卻燃燒器過渡部20時(shí)，第三開口端58適合于與燃燒器過渡部20的凸緣38連接。
特別是，殼體81的第一表面86適合于容納供應(yīng)管的第一開口端46和第二開口端47。殼體81的第一表面86還適合于容納回流管的第一開口端56和第二開口端57。殼體的第二表面88適合于容納供應(yīng)管82的第三開口端48和回流管84的第三開口端58。殼體81的第三開口端48適合于與燃燒器過渡部20的凸緣38連接。
圖4示出了可用于冷卻歧管裝置10的燃燒器過渡部20。該燃燒器過渡部20包括外壁14，該外壁14限定了工作流體的流動(dòng)通道12。該燃燒器過渡部20進(jìn)一步包括入口端25、出口端26、冷卻通道32、流體供應(yīng)管42、流體回流管52和凸緣38。流體管42和52與冷卻通道32和燃燒器過渡部的凸緣38以流體連通的方式機(jī)械地連接。凸緣38適合于與連接盒80以流體連通的方式機(jī)械地連接。
下面結(jié)合如圖4所示的燃燒器過渡部20對(duì)本發(fā)明的操作過程進(jìn)行說明。首先，燃燒透平4啟動(dòng)。壓縮空氣被注入燃燒器部18，并與燃料混合，以形成工作流體。然后，工作流體被注入透平部16，以使透平運(yùn)轉(zhuǎn)。
隨著工作流體的產(chǎn)生，來(lái)自燃燒透平外部的冷卻流體被提供給歧管裝置10。冷卻流體至少可以是空氣或蒸汽。冷卻流體通過每個(gè)弧形的供應(yīng)管60流動(dòng)，并且流入相應(yīng)的連接盒80。一旦進(jìn)入連接盒80，冷卻流體通過流體供應(yīng)管82流動(dòng)，進(jìn)入流體供應(yīng)管42，并且又進(jìn)入冷卻通道32。
隨著冷卻流體通過冷卻通道32流動(dòng)，冷卻流體從燃燒器過渡部20吸取熱量，從而冷卻燃燒器過渡部的熱零件和靠近熱零件的區(qū)域。然后，冷卻流體流動(dòng)至流體回流管52，并且進(jìn)入同一連接盒80的流體回流管84，冷卻流體最初從該連接盒80內(nèi)流出。隨著冷卻流體從流體回流管84流出，冷卻流體被弧形的回流管70接收。然后，冷卻流體從燃燒透平內(nèi)排出。
供應(yīng)管60和回流管70的縱截面總體上呈弧形或半圓形，這使得冷卻歧管裝置容易安裝和拆卸，這又使本發(fā)明更經(jīng)濟(jì)。另外，弧形管的設(shè)計(jì)使歧管裝置10承受由冷卻劑供應(yīng)源40和冷卻劑回流元件50所產(chǎn)生的熱膨脹，從而使供應(yīng)管60或回流管70內(nèi)不產(chǎn)生不可接受的應(yīng)力。
另外，由于弧形的管60和70都是獨(dú)立的元件，都與托環(huán)22和透平殼體36相分離，弧形的管60和70可吸收由熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力，不用應(yīng)力釋放裝置就可吸收由熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力。
應(yīng)該理解，雖然上文結(jié)合本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)說明了本發(fā)明的數(shù)個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)，這樣的公開僅僅是說明性的，在細(xì)節(jié)上可以進(jìn)行修改，特別是，在本發(fā)明的原理范圍內(nèi)，可對(duì)形狀、尺寸和零件的設(shè)置進(jìn)行修改，修改完全可以達(dá)到所附權(quán)利要求中由術(shù)語(yǔ)的廣泛的上位概念確定的程度。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻燃燒透平元件的冷卻歧管裝置，該歧管裝置包括至少一第一和第二連接盒，所述第一和第二連接盒都包括一殼體，流體供應(yīng)管和回流管容納在所述殼體內(nèi)，所述流體供應(yīng)管適合于與冷卻熱的透平零件的冷卻流體連通，所述回流管適合于與已經(jīng)從熱的透平零件上吸取了熱量的冷卻流體連通；用于向所述第一和第二連接盒提供冷卻流體的冷卻流體供應(yīng)管，所述流體供應(yīng)管包括一側(cè)壁，所述側(cè)壁限定了冷卻劑流動(dòng)通道，該流動(dòng)通道在第一端具有第一開口，在第二端具有第二開口，所述流體供應(yīng)管的所述第一端以流體連通的方式與第一連接盒的流體供應(yīng)管機(jī)械地連接，所述冷卻流體供應(yīng)管的所述第二端以流體連通的方式與所述至少一個(gè)第二連接盒的流體供應(yīng)管機(jī)械地連接；和用于引導(dǎo)已經(jīng)從熱的透平零件上吸取了熱量的冷卻流體排出燃燒透平的流體回流管，所述流體回流管包括一側(cè)壁，該側(cè)壁限定了一回流通道，該回流通道在第一端具有第一開口，在第二端具有第二開口，所述流體回流管的所述第一端以流體連通的方式與第一連接盒的流體回流管機(jī)械地連接，所述流體回流管的所述第二端以流體連通的方式與所述至少一個(gè)第二連接盒的流體回流管機(jī)械地連接。
2.燃燒透平，所述燃燒透平包括冷卻流體源，用于冷卻燃燒透平；壓縮機(jī)，用于壓縮空氣；噴嘴，與所述壓縮機(jī)流體連通，所述噴嘴適合于把氣體和空氣混合燃料注入燃燒器；燃燒器，與噴嘴流體連通，以由氣體和空氣混合燃料產(chǎn)生工作流體，所述燃燒器包括燃燒器過渡部，以把所述工作流體引導(dǎo)至透平部，所述燃燒器過渡部具有一凸緣端，該凸緣端適合于以流體連通的方式與冷卻流體供應(yīng)管和流體回流管機(jī)械地連接；透平部，其適合于以流體連通的方式與所述燃燒器過渡部機(jī)械地連接，以接收工作流體，從而使透平運(yùn)轉(zhuǎn)；至少一第一和第二連接盒，其以流體連通的方式與燃燒器過渡部的凸緣端機(jī)械地連接；所述第一和第二連接盒都包括一殼體，流體供應(yīng)管和回流管容納在所述殼體內(nèi)，所述流體供應(yīng)管適合于以流體連通的方式與冷卻靠近燃燒器過渡部的區(qū)域的冷卻流體連通，所述回流管適合于以流體連通的方式與已經(jīng)從靠近燃燒器過渡部的區(qū)域上吸取了熱量的冷卻流體連通；用于向所述第一和第二連接盒提供冷卻流體的冷卻流體供應(yīng)管，所述冷卻供應(yīng)管與所述冷卻流體源流體連通，所述流體供應(yīng)管包括一側(cè)壁，所述側(cè)壁限定了冷卻劑流動(dòng)通道，該流動(dòng)通道具有第一開口和第二開口，所述流體供應(yīng)管的所述第一端以流體連通的方式與第一連接盒的流體供應(yīng)管機(jī)械地連接，所述冷卻流體供應(yīng)管的所述第二端以流體連通的方式與所述至少一個(gè)第二連接盒的流體供應(yīng)管機(jī)械地連接；和用于引導(dǎo)已經(jīng)從靠近燃燒器過渡部的區(qū)域上吸取了熱量的冷卻流體的流體回流管，所述回流管包括一側(cè)壁，該側(cè)壁限定了一回流通道，該回流通道在第一端具有第一開口，在第二端具有第二開口，所述流體回流管的所述第一端以流體連通的方式與第一連接盒的流體回流管機(jī)械地連接，所述流體回流管的所述第二端以流體連通的方式與所述至少一個(gè)第二連接盒的流體回流管機(jī)械地連接。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述冷卻流體包括空氣或蒸汽。
全文摘要
提供一種用于冷卻燃燒透平(4)的元件的冷卻歧管裝置(10)。該歧管裝置(10)包括至少一第一和第二連接盒(80)。第一和第二連接盒都包括一殼體(81)。流體供應(yīng)管(82)和回流管(84)牢固地連接在殼體(81)上。流體供應(yīng)管(80)適合于與冷卻熱的透平零件的冷卻流體連通?；亓鞴?84)適合于與已經(jīng)從熱的透平零件上吸取了熱量的冷卻流體連通。提供一種向第一和第二連接盒提供冷卻流體的冷卻流體供應(yīng)管(60)。供應(yīng)管(60)的兩端包括兩個(gè)開口。流體供應(yīng)管(60)的第一端與第一連接盒(80)連接,供應(yīng)管的第二端與至少一個(gè)第二連接盒(80)連接提供一種用于引導(dǎo)已經(jīng)從熱的透平零件上吸取了熱量的冷卻流體的流體回流管(70)。流體回流管(70)的兩端包括兩個(gè)開口。流體回流管(70)的第一端與第一連接盒(80)連接,流體回流管的第二端與所述至少一個(gè)第二連接盒(80)連接。
文檔編號(hào)F23R3/42GK1250504SQ98803351
公開日2000年4月12日 申請(qǐng)日期1998年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月14日
發(fā)明者格雷戈里·R·高爾, 勒魯瓦·D·麥克勞林 申請(qǐng)人:西門子西屋動(dòng)力公司