CN102575525A - 过渡管道 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于联接燃气涡轮机（10）的燃烧室（36）和涡轮节段（16）的过渡管道（42），其包括过渡管道蒙皮（210），过渡管道蒙皮包括第一表面节段（200）、第二表面节段（201）和连接所述第一表面节段（200）和所述第二表面节段（201）的压印焊接接头（220）。此外，本发明涉及制造这种过渡管道（42）。

Description

过渡管道

技术领域

本发明涉及位于燃气涡轮机的燃烧室和涡轮节段之间的过渡管道。此外，本发明涉及包括至少一个过渡管道的燃气涡轮机以及用于制造过渡管道的方法。

背景技术

与具有多个管状燃烧室的燃气涡轮机相关联的是限定流动通路的过渡管道，所述流动通路将热气体从燃烧室运送到涡轮机入口。通常，燃烧室是圆的，而涡轮机入口是环状的。每个过渡管道均将热气体引导到环状涡轮机入口的节段。因此，过渡管道主体具有圆形入口和形成环形的一段的出口，其可以基本接近矩形形状。

过渡管道的当前设计是经由两个对置蒙皮来制造的，所述对置蒙皮被压制成基本形状并且之后被手动加工。对焊接头被用于最终配合。这通常是需要精确手工劳动的手动且缓慢的过程。除此之外，所用的材料是刚性的且因而在制造期间难以处理。

美国专利US 7,047,615 B2公开了一种在液压成形压机中两个模具之间液压成形一个或更多个过渡管道主体的方法。这可以允许产生不具有纵向焊缝的过渡管道主体。

发明内容

本发明试图减少这些缺点。

这个目标是通过独立权利要求实现的。从属权利要求描述了本发明的有利改良和修改。

根据本发明，提供一种用于联接燃气涡轮机的燃烧室和涡轮节段的过渡管道，其包括过渡管道蒙皮，过渡管道蒙皮包括第一表面节段、第二表面节段和连接所述第一表面节段和所述第二表面节段的压印焊接接头。

过渡管道被设计成将流体从过渡管道的入口端引导到其出口端。

接头可以被形成为使得接头连接开放端以形成闭合环从而在没有泄漏且基本没有湍流的情况下将流体从过渡管道的入口端引导到出口端。

根据本发明的过渡管道允许更加简单地制造这种过渡管道，增强了自动化且减少了手工劳动。

在优选实施例中，过渡管道蒙皮可以被形成为形成过渡管道的入口端且形成过渡管道的出口端的形状，其中所述入口端可以是基本圆形的且可连接到燃烧室，所述出口端可以是环形的一段、能够被看作是基本矩形的并且可连接到涡轮节段。

在另一优选实施例中，连接第一表面节段和第二表面节段的压印焊接接头可以是从入口端到出口端的基本纵向连接。“纵向”意味着平行于流体的主要流动方向且基本笔直，以使得仅少量或无湍流被施加到沿压印焊接接头流动或沿第一表面节段和第二表面节段相遇的区域流动的流体。

在另一实施例中，压印焊接接头还可以被限定成第一表面节段可以包括与过渡管道蒙皮的相邻第一部分垂直（即基本径向向外）的第一垂直表面，第二表面节段可以包括与过渡管道蒙皮的相邻第二部分垂直的第二垂直表面，并且压印焊接接头可以连结第一垂直表面和第二垂直表面。第一垂直表面和第二垂直表面例如被设置为凸起、凸缘，并且可以彼此基本平坦地接触。

这允许压印焊接接头本身不接触通过过渡管道的流体。因此且即使在不研磨或抛光接头的情况下，用于引导流体的过渡管道的表面仍能够是非常平滑的，以使得过渡管道蒙皮不会产生被引导到流体流动路径的湍流。

在又一优选实施例中，过渡管道蒙皮可以由至少一个金属板材形成，优选地由单个板材形成，所述板材被压制成形成单蒙皮过渡管道的形状。“单蒙皮过渡管道”意味着仅由一层金属来形成过渡管道。如果使用多于一个的金属板材，则在进行压制成形之前或之后，板材可以通过任意形式的连结过程被连结。

可替代地，在又一优选实施例中，过渡管道蒙皮由至少一个金属板材形成并且被压制为形成双蒙皮过渡管道的形状。“双蒙皮过渡管道”意味着第一层金属形成过渡管道的内流体通路并且第二层金属形成过渡管道的外表面。优选地，在第一和第二层金属之间存在间隙。如果使用多于一个的金属板材，则在进行压制成形之前或之后，板材可以通过任意形式的连结过程被连结。金属板材的数量可以取决于用于将金属成形为所需形式的机器。

如果使用多于一个的金属板材，则优选地过渡管道蒙皮可以包括所述至少一个板材中的第一板材、所述至少一个板材中的第二板材以及连接所述至少一个板材中的所述第一板材和所述至少一个板材中的所述第二板材的对焊接头。

在又一优选实施例中，可以提供在第一垂直表面和过渡管道蒙皮的相邻第一部分之间的第一边缘以及在第二垂直表面和过渡管道蒙皮的相邻第二部分之间的对置第二边缘。第一和第二边缘均可以被设置成使得第一边缘和第二边缘之间的凹槽在燃气涡轮机运转期间提供流体的基本无湍流过渡。第一和第二边缘可以优选地具有90度角。

根据本发明还提供用于制造过渡管道的方法，具体地用于制造根据前述段落中的一段构造的过渡管道的方法，该方法包括步骤：

-形成过渡管道蒙皮，所述过渡管道蒙皮包括第一表面节段和第二表面节段，以及

-压印焊接连接第一表面节段和第二表面节段的压印焊接接头。

应该注意到，已经参考不同主题描述了本发明的实施例。具体而言，已经参考产品权利要求描述了一些实施例，而参考方法权利要求描述了另一些实施例。不过，除非另有提示，否则本领域的技术人员将从上述和下述描述中得出，除了属于一种主题类型的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合，具体是产品权利要求的特征和方法权利要求的特征之间的任意组合，也被认为由本申请所公开。

从之后描述的实施例示例可以显而易见到本发明的上述方面和其他方面，并且参考实施例示例解释了各方面。

附图说明

现在将参考附图，仅以示例方式描述本发明的实施例，附图中：

图1是贯穿已知涡轮机发动机的一部分的横截面图；

图2是多个燃气涡轮机过渡管道的立体图；

图3示出了根据本发明的过渡管道的两个立体图；

图4示出了根据本发明的过渡管道的压印焊接接头的立体图；

图5示出了根据本发明的双蒙皮过渡管道的压印焊接接头的立体图。

附图中的图示是示意性的。应该注意到对于不同附图中的类似或相同元件将使用相同附图标记。

将针对组装的燃气涡轮机解释一些特征且具体地一些优点，不过明显的是所述特征同样能够应用到燃气涡轮机的单个部件，并且可以显示出仅在组装后且在运转期间的优点。不过当借助于运转期间的燃气涡轮机来解释时，细节不应该被限制于运转中的燃气涡轮机。

具体实施方式

参考图1，燃气涡轮机发动机10能够大体包括压缩机节段12、燃烧室节段14和涡轮节段16。居中设置的转子18能够延伸通过这三个节段。涡轮节段16能够包括交替成行的叶瓣20和旋转叶片22。每行叶片22能够包括附接到转子18上设置的盘24的多个翼型。转子18能够包括多个轴向间隔的盘24。叶片22能够从盘24径向向外延伸。能够通过将多个叶瓣20附接到涡轮节段16中的静止支撑结构来形成每行叶瓣20。例如，叶瓣20能够被安装在被附接于外壳体28的叶瓣承载件26上。叶瓣20能够从叶瓣承载件26径向向内延伸。

在运转中，压缩机节段12能够吸入环境空气并且能够压缩该环境空气。来自压缩机节段12的压缩空气32能够进入封装燃烧室节段12的腔室34。压缩空气32之后能够被分配到多个燃烧室36（仅示出其中一个）。在每个燃烧室36中，压缩空气32能够与燃料混合。空气-燃料混合物能够燃烧从而形成热的工作气体38。热气体38能够通过过渡管道42行进到涡轮节段16。当其运动通过成行的叶瓣20和叶片22时，气体38能够膨胀并且产生能够驱动转子18的动力。膨胀的气体40之后能够从涡轮机16被排出。

图2更具体地示出多个过渡管道的三维视图。每个过渡管道42均包括具有第一和第二端102和104的大体管状第一主体110。第一端102基本是圆形的，而第二端104是环形的一段并且接近矩形形状。第一端102是过渡管道42的入口端，其将被连接到燃气涡轮机的燃烧室的出口（未示出）。第二端104是过渡管道42的出口端，其将被连接到燃气涡轮机的涡轮节段的入口（未示出）。由箭头150指出流体通过过渡管道42的方向。流体被引导经过作为过渡管道蒙皮的主体110。

图3A和图3B各自示意性示出了过渡管道42的立体图。同样，在图中示出了第一和第二端102、104以及流动方向（箭头150）。

过渡管道42的主体由过渡管道蒙皮210构成，该过渡管道蒙皮210可以是被压制成过渡管道42的基本形状的单个金属板材。在金属板材的第一端处形成凸缘以作为第一表面节段200。在金属板材的第二端处形成另一凸缘以作为第二表面节段201。两个凸缘，即第一和第二表面节段200、201，之后在制造期间经由压印焊接接头220配合在一起。

“压印焊接”意味着通过在第一表面节段200的区域内冲压（即压印）金属板材以使得来自第一表面节段200的多个区段从其平面移出且穿入第二表面节段201内以致第一和第二表面节段200、201互锁，从而使得凸缘被连接。此外，与冲压步骤并行地或稍在其之后地，第一和第二表面节段200、201例如经由施加热或经由冷镦工艺（焊接步骤）被一体连接。区段可以优选地是矩形形状，不过其他形式也可以是有利的，例如三角形或圆形。

压印焊接接头220优选地从过渡管道42指向外以使其不会影响流动通过过渡管道42的流体。优选地，压印焊接接头220将终止于过渡管道42的矩形状第二端104的拐角之一处。这样，在过渡管道42内流动的流体不会受到影响。这种效果是通过设置从第一端102开始且在第二端104终止的、总是平行于过渡管道42内的流体流动方向的完全笔直的压印焊接接头220来实现的。这被看作是第一表面200和第二表面201之间的纵向连接。

图4A、图4B和图4C示意性示出了过渡管道42的压印焊接接头的立体图。从过渡管道42的上游端观察，即从入口端或第一端102观察，仅示出过渡管道42的一部分。一旦第一和第二表面节段200、201配合（如图4A、图4B和图4C所示），则压印焊接接头220可垂直于过渡管道蒙皮的相邻第一部分230和过渡管道蒙皮的相邻第二部分240。压印焊接接头220及其直到金属板材端部的相邻区域可以是斜面形式并且可以具有能够被看作是“T”或“Y”形（能够如图4C所示）形式的横截面。

第一表面节段200和过渡管道蒙皮的相邻第一部分230之间的第一边缘260以及第二表面节段201和过渡管道蒙皮的相邻第二部分240之间的对置第二边缘250可以均具有90度角。此外，边缘250、260均可以被设置成使得在第一边缘260和第二边缘250之间的凹槽在燃气涡轮机运转期间提供流体通过过渡管道42的基本无湍流过渡。这在图4A和图4B中被示出，并且特别在图4C中被示出，即呈现出过渡管道42的完全平滑且圆形内表面，即使在第一和第二边缘260、250的区域中也是如此。在过渡管道蒙皮的内侧上在压印焊接接头220的区域（在图4C中这个区域被标为280）不存在间隙或阶梯。

在图4A和图4B中，压印区段270被示为矩形。在图4A中，能够看出区段270陷入第二表面节段201中，并且在图4B中，能够看出从第一表面节段200凸出。

在所有前述实施例中，示出了能由单个金属板材形成的单蒙皮过渡管道。一旦被成形，则单个金属板材的一个表面朝向过渡管道的内侧、与运转期间通过过渡管道的热燃烧流体相接触，而单个金属板材的相对表面朝向过渡管道的外侧、不与热燃烧流体相接触。可能的是，如果必要的话，则冷却空气被引导到过渡管道的外侧表面。

在下文中，将解释涉及双蒙皮过渡管道的其他实施例。具有双蒙皮的构造意味着一个金属板材限定过渡管道的内表面，第二金属板材或在该位置被成形的相同金属板材限定过渡管道的外表面。所述表面被间隔开且在表面之间存在小间隙或通道，在所述表面之间能具有一些连接以便于稳定。双蒙皮构造可以在稳定性、重量、冷却、声音衰减等方面是有利的。

在图5A、图5B和图5C中，示出了双蒙皮过渡管道42的压印焊接接头的示意性立体图。仅示出了从过渡管道42的上游端观察，即从入口端或第一端102观察的过渡管道42的一部分。

大体而言，图5A、图5B、图5C能够被限定成使得压印焊接接头将被用于将内蒙皮附接在一起并且对接焊缝被用于附接过渡管道42的外蒙皮。

第一表面节段200是金属板材在作为第一边缘的第一框边300和第二框边301之间的区域。每个框边300和301使得金属板材翻折基本90度以致金属板材邻近第一表面节段200的两个相邻部分是基本平行的平面。在图5C中，框边300面向过渡管道42的内侧并且基本是带棱的直角檐。在图5C中，框边301面向过渡管道42的外侧并且基本是圆筒形的一部分。

在第一框边300和第二框边301之间，第一表面节段200被构造成平坦表面，其经由压印焊接接头220与对置第二表面节段201压印焊接。对置第二表面节段201被设计成类似于第一表面节段200，其中作为第一边缘的框边302径向朝向过渡管道内且第二框边303径向朝向过渡管道外。

第一表面节段200和对置第二表面节段201均在上述框边之间彼此平坦接触并且没有间隙以使得在运转期间流动通过过渡管道42的流体不会经由框边300和302之间的配合线离开。

过渡管道蒙皮可以由至少两个金属板材构成。第一金属板材可以用于构造过渡管道42的内表面、第一表面节段200和过渡管道42的外侧表面的较短部分。之后，第二金属板材将形成双蒙皮过渡管道42的外侧并且将被连接到第一表面的上述较短部分端部。这种连接可以通过对焊被实现为对焊接头400。

在具有两个金属板材的这种构造中，能够通过压印焊接第一金属板材以产生板材金属闭合环作为过渡管道42的内主体并且通过将第一金属板材的两端与第二金属板材对焊且因而构造过渡管道42的第二闭合表面，从而构造整个双蒙皮过渡管道42。

不论是使用单蒙皮还是使用双蒙皮形式来构造过渡管道42，均可以仅具有一个单个的压印焊接接头，不过可能的是，如果由多个金属板材组装而成，则同样可以具有两个或多个压印焊接接头。例如，过渡管道42可以轴向对称或点对称，从而导致两个压印焊接接头位于过渡管道42的对置侧面，或者过渡管道42可以由被压印焊接在一起的多段构成，从而导致多个压印焊接接头位于过渡管道42的不同周向位置。

除了上述过渡管道42之外，本发明还涉及用于制造这种过渡管道42的方法。方法可以包括步骤：首先，提供至少一个金属板材。其次，由金属板材形成过渡管道蒙皮210，过渡管道蒙皮210包括第一表面节段200和第二表面节段201。有利的是，第一表面节段200和第二表面节段201可以被形成为相对金属板材的相邻部分是垂直的。第三，压印焊接连接第一表面节段200和第二表面节段201的压印焊接接头220。如果必要的话，则第四，对焊金属板材的开放端以形成过渡管道42的闭合壁（单蒙皮或双蒙皮式）。

利用上述新颖的制造方法和新颖的过渡管道，能够改进且简化制造时间。

Claims (10)

1.一种用于联接燃气涡轮机（10）的燃烧室（36）和涡轮节段（16）的过渡管道（42），包括过渡管道蒙皮（210），所述过渡管道蒙皮包括第一表面节段（200）、第二表面节段（201）和连接所述第一表面节段（200）和所述第二表面节段（201）的压印焊接接头（220）。

2.根据权利要求1所述的过渡管道（42），特征在于

所述过渡管道蒙皮（210）被形成为形成所述过渡管道（42）的入口端（102）且形成所述过渡管道（42）的出口端（104）的形状，其中所述入口端（102）能连接到所述燃烧室（36），所述出口端（104）能连接到所述涡轮节段（16）。

3.根据权利要求2所述的过渡管道（42），特征在于

连接所述第一表面节段（200）和所述第二表面节段（201）的所述压印焊接接头（220）是从所述入口端（102）到所述出口端（104）的基本纵向连接。

4.根据前述权利要求中任一项所述的过渡管道（42），特征在于

所述第一表面节段（200）包括与所述过渡管道蒙皮（210）的相邻第一部分垂直的第一垂直表面，并且

所述第二表面节段（201）包括与所述过渡管道蒙皮（210）的相邻第二部分垂直的第二垂直表面，以及

所述压印焊接接头（220）连结所述第一垂直表面和所述第二垂直表面，所述第一垂直表面和所述第二垂直表面彼此基本平坦接触。

5.根据前述权利要求中任一项所述的过渡管道（42），特征在于

所述过渡管道蒙皮（210）由被压制为形成单蒙皮过渡管道（42）的形状的至少一个板材构成。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的过渡管道（42），特征在于

所述过渡管道蒙皮（210）由被压制为形成双蒙皮过渡管道（42）的形状的至少一个板材构成。

7.根据权利要求5或6所述的过渡管道（42），特征在于

所述过渡管道蒙皮（210）包括所述至少一个板材中的第一板材、所述至少一个板材中的第二板材以及连接所述至少一个板材中的所述第一板材和所述至少一个板材中的所述第二板材的对焊接头（400）。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的过渡管道（42），特征在于

在所述第一垂直表面和所述过渡管道蒙皮（210）的相邻第一部分之间的第一边缘（300）以及在所述第二垂直表面和所述过渡管道蒙皮（210）的相邻第二部分之间的对置第二边缘（302）均被设置成使得所述第一边缘（300）和所述第二边缘（302）之间的凹槽提供所述燃气涡轮机（10）运转期间流体的基本无湍流过渡。

9.一种包括根据前述权利要求中任一项构造的至少一个过渡管道（42）的燃气涡轮机（10）。

10.一种用于制造过渡管道（42）的方法，该过渡管道（42）具体根据权利要求1-8中的任一项构造，所述方法包括步骤：

-形成过渡管道蒙皮（210），该过渡管道蒙皮（210）包括第一表面节段（200）和第二表面节段（201），

-压印焊接连接所述第一表面节段（200）和所述第二表面节段（201）的压印焊接接头（220）。

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