CN102808665A - 用于涡轮机系统中的过渡导管的安装装置 - Google Patents

用于涡轮机系统中的过渡导管的安装装置 Download PDF

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CN102808665A CN2012101964113A CN201210196411A CN102808665A CN 102808665 A CN102808665 A CN 102808665A CN 2012101964113 A CN2012101964113 A CN 2012101964113A CN 201210196411 A CN201210196411 A CN 201210196411A CN 102808665 A CN102808665 A CN 102808665A
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K·W·麦马罕
R·R·彭特科斯特
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Abstract

本发明揭示了一种用于涡轮机系统的安装装置和安装组件。所述安装组件包括在燃料喷嘴与涡轮部分之间延伸的过渡导管。所述过渡导管具有入口、出口和通道，所述通道在所述入口与所述出口之间延伸并界定纵轴、径向轴和切向轴。所述过渡导管的所述出口沿所述纵轴和所述切向轴偏离所述入口。所述安装组件进一步包括将所述过渡导管连接到所述涡轮部分的安装装置。所述安装装置经配置以允许所述出口围绕至少两个轴运动。

Description

用于涡轮机系统中的过渡导管的安装装置
技术领域
本发明大体涉及涡轮机系统，确切地说，涉及用于涡轮机系统中的过渡导管的安装装置。
背景技术
涡轮机系统被广泛用于发电等领域中。例如，传统的燃气涡轮机系统包括压缩机部分、燃烧室部分，以及至少一个涡轮部分。压缩机部分经配置以在空气流经压缩机部分时对其进行压缩。随后，空气会从压缩机部分流入燃烧室部分，在燃烧室部分中，空气与燃料混合并燃烧以产生热气流。接着，热气流会提供给涡轮部分，涡轮部分会对热气流加以利用，方法是从中提取能量以驱动压缩机、发电机和其他各种负载。
涡轮机系统的压缩机部分通常包括用于供燃烧的热气流入一个或多个涡轮部分的管道或导管。最近引入了一种压缩机部分，其中包括用于转移热气流的管道或导管。例如，已引入一种用于压缩机部分的导管，其在使热气在其中纵向流动的同时，还可使气流径向或切向转移，以使气流具有各种角度分量。这些设计拥有诸多优势，包括省去涡轮部分中的第一级喷嘴。以前第一级喷嘴用于转移热气流，在运用了上述导管的设计后，就不再需要这些喷嘴了。省去第一级喷嘴还可消除相关联的压力降，并提高涡轮机系统的效率和功率输出。
但是，这些导管与涡轮部分的连接则需要多加注意。例如，由于这些导管并不是仅沿纵轴延伸，而是从导管的入口离轴转移到导管的出口，导管的热膨胀可能在导管中引起沿着或围绕各种轴的意外转移。这些转移可能会在槽内引起应力和应变，进而造成导管出现故障。
因此，所属领域需要一种改进的安装装置和安装组件，用于将压缩机导管连接至涡轮机系统的涡轮部分。例如，能够承受导管的热膨胀的安装装置和安装组件就很有优势。
发明内容
以下说明将部分阐明本发明的各方面内容和优点，或者，这些方面和优点在说明中可能是显而易见的，或者通过实践本发明能够推导出。
在一项实施例中，揭示了一种用于涡轮机系统的安装组件。所述安装组件包括在燃料喷嘴与涡轮部分之间延伸的过渡导管。所述过渡导管具有入口、出口和通道，所述通道在所述入口与所述出口之间延伸并界定纵轴、径向轴和切向轴。所述过渡导管的所述出口沿所述纵轴和所述切向轴偏离所述入口。所述安装组件进一步包括将所述过渡导管连接到所述涡轮部分的安装装置。所述安装装置经配置以允许所述出口围绕至少两个轴运动。
参考以下具体说明和所附权利要求书可以更深入地了解本发明的这些以及其他特征、方面和优点。附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，展示了本发明的各实施例，并与具体实施方式一起解释本发明的原理。
附图说明
本说明书参考附图，针对所属领域的技术人员，完整且可实现地详细揭示了本发明，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本发明的一项实施例的燃气涡轮机系统的若干部分的截面图；
图2是根据本发明的一项实施例的环状过渡导管阵列的透视图；
图3是根据本发明的一项实施例的过渡导管的后方透视图；
图4是根据本发明的一项实施例的过渡导管的俯视图；
图5是根据本发明的一项实施例的过渡导管的俯视透视图；
图6是根据本发明的另一项实施例的过渡导管的俯视透视图；以及
图7是根据本发明的另一项实施例的过渡导管的俯视透视图。
元件符号列表：
  参考标号   部件   参考标号   部件
  10   涡轮机系统   12   压缩机部分
  14   燃烧室部分   16   燃烧室
  18   涡轮部分   20   气缸
  22   燃烧室衬里   24   燃烧区域
  26   过渡连接件   30   导流套管
  32   流路   34   冲击套管
  36   流路   38   外部环状空间
  40   燃料喷嘴   50   过渡导管
  52   入口   54   出口
  56   通道   90   纵轴
  92   切向轴   94   径向轴
  100   安装装置   102   安装组件
  110   第一支架   112   连接点
  120   第二支架   122   连接点
  130   球形接头   132   球
  134   插口   142   第一接头
  144   第二接头   150   后架
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各实施例，附图中将展示本发明实施例的一个或多个实例。各个实例用以解释本发明而非限定本发明。事实上，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，所属领域的技术人员可轻易对本发明做出各种修改和变化。例如，作为一项实施例的一部分说明的特性可用于其他实施例中，从而得到另一项实施例。因此，本发明应涵盖所有基于所附权利要求书和其等效物的范围内的修改和变化。
图1所示是燃气涡轮机系统10的若干部分的简图。应了解，本发明的涡轮机系统10无需为燃气涡轮机系统10，而可以是任何合适的涡轮机系统10，例如蒸汽涡轮机系统或其他合适的系统。
图1所示的燃气涡轮机系统10包括压缩机部分12，用以对流经系统10的工作流体加压，如下所述。从压缩机部分12中排出的加压的工作流体流入燃烧室部分14中，所述燃烧室部分14的特征一般在于，多个燃烧室16(图1中仅展示了其中的一个)围绕系统10的轴成环状阵列布置。进入燃烧室部分14的工作流体与诸如天然气或其他合适的液体或气体等燃料进行混合并燃烧。热燃烧气体从每个燃烧室16流入涡轮部分18中，以驱动系统10并发电。
燃气涡轮机10中的燃烧室16可包括多种用于混合并燃烧工作流体和燃料的部件。例如，燃烧室16可包括气缸20，例如压缩机排气缸20。多种套管可至少部分布置在气缸20中，其中所述套管可为轴向延伸的环状套管。所述套管，如图1中所示，沿着大体为纵向的轴90轴向延伸，以使套管的入口与出口轴向对齐。例如，燃烧室衬里22通常可在内部构成燃烧区域24。工作流体、燃料，以及根据需要提供的氧化剂通常在燃烧区域24中燃烧。所产生的热燃烧气体可大体沿纵轴52轴向向下游流动，经由燃烧衬里22流入过渡连接件26中，然后大体沿纵轴90轴向流动，经由过渡连接件26流入涡轮部分18中。
燃烧室16可进一步包括一个或多个燃料喷嘴40。燃料可由一个或多个歧管(未图示)提供给燃料喷嘴40。如上所述，一个或多个燃料喷嘴40可向燃烧区域24提供燃料，以及根据需要提供工作流体，以进行燃烧。
如图2至7所示，根据本发明的燃烧室16可包括在一个或多个燃料喷嘴40与涡轮部分18之间延伸的过渡导管50。本发明的过渡导管50可用于代替其他燃烧室的各种轴向延伸的套管。例如，过渡导管50可代替燃烧室的轴向延伸的燃烧室衬里22和过渡连接件26，并且如下所述，与轴向延伸的燃烧室衬里22和过渡连接件26相比，过渡导管50在供工作流体流过并流至涡轮部分18方面具有各种优势。
如图所示，多个过渡导管50可围绕纵轴90以环状阵列布置。此外，每个过渡导管50可在一个或多个燃料喷嘴40与涡轮部分18之间延伸。例如，每个过渡导管50可从燃料喷嘴40延伸至涡轮部分18。因此，工作流体可大体从燃料喷嘴40经由过渡导管50流入涡轮部分18中。在某些实施例中，过渡导管50可有利地省去涡轮部分中的第一级喷嘴，从而可消除任何相关联的曳力和压力降并提高系统10的效率和输出。
每个过渡导管50可具有入口52、出口54以及二者之间的通道56。过渡导管50的入口52和出口54通常可具有圆形或椭圆形横截面、矩形横截面、三角形横截面或任何其他合适的多边形横截面。此外，应了解，过渡导管50的入口52和出口54无需具有形状相似的横截面。例如，在一项实施例中，入口52具有大体呈圆形的横截面，而出口54具有大体呈矩形的横截面。
此外，通道56在入口52与出口54之间大体呈锥形。例如，在一项示例性实施例中，通道56的至少一个部分大体上呈圆锥形。然而，附加地或替代地，通道56或其任何部分可具有大体上的矩形横截面、三角形横截面或任何其他合适的多边形横截面。应了解，在通道56由相对较大的入口52逐渐向相对较小的出口54逐渐变尖的过程中，其横截面形状在通道56或其任何部分中可能会发生改变。
多个过渡导管50中的每个过渡导管的出口54可偏离相应过渡导管50的入口52。本专利申请文件所用术语“偏离”表示从沿着标识的坐标方向隔开。多个过渡导管50中的每个过渡导管的出口54可纵向偏离相应过渡导管50的入口52，例如沿纵轴90偏离。
此外，在各示例性实施例中，多个过渡导管50中的每个过渡导管的出口54可沿切线方向偏离相应过渡导管50的入口52，例如沿切向轴92偏离。由于多个过渡导管50中的每个过渡导管的出口54是沿切线方向偏离相应过渡导管50的入口52的，因此过渡导管50可有利地使用流经过渡导管30的工作流体流的切向分量来免去对涡轮部分18中的第一级喷嘴(未图示)的需要。
此外，在各示例性实施例中，多个过渡导管50中的每个过渡导管的出口54可径向偏离相应过渡导管50的入口52，例如沿径向轴94偏离。由于多个过渡导管50中的每个过渡导管的出口54是径向偏离相应过渡导管50的入口52的，因此过渡导管50可有利地使用流经过渡导管30的工作流体流的径向分量来进一步免去对涡轮部分18中的第一级喷嘴(未图示)的需要。
应了解，切向轴92和径向轴94是相对于由过渡导管50的环状阵列界定的圆周而针对每个过渡导管50单独定义的，如图2所示，基于围绕纵轴90的环状阵列中布置的过渡导管50的数量，围绕圆周的每个过渡导管50的轴92和94均有所不同。
本发明的每个过渡导管50都必须安装到涡轮部分18中。因此，本发明进一步涉及用于将过渡导管50连接到涡轮部分18的安装装置100，并涉及用于涡轮机系统10的安装组件102。安装组件102可包括在燃料喷嘴40和涡轮部分18之间延伸的一个或多个过渡导管50，并且一个或多个安装装置100可将一个或多个过渡导管50连接到涡轮部分18。每个安装装置100可将一个过渡导管50连接到涡轮部分18。本发明的安装装置100和安装组件102可允许过渡导管50，例如过渡导管50的出口54，围绕至少两个轴运动。这样可有利地适应过渡导管50的热膨胀，该热膨胀可能产生如上文所述的偏离，同时允许过渡导管50对涡轮部分18保持足够密封的状态。例如，偏离过渡导管50的热膨胀可能导致过渡导管50的入口52和出口54围绕各种轴相对于彼此转移。安装装置100和安装组件102可适应这些转移，并且可以减少过渡导管50中因热膨胀而产生的应力和应变的发展。
如图3至7所示，安装装置100可包括一个或多个第一支架110。该第一支架110可经配置以将安装装置100连接到过渡导管50。因此，第一支架110可包括用于连接到过渡导管50的一个或多个连接点112。该连接点112可为支架110中实现与过渡导管50的连接的部分。例如，在某些实施例中，连接点112可为支架110的一部分，例如支腿、底座或其中的一部分，用于实现与过渡导管50的机械紧固，例如使用螺杆、钉子、铆钉、螺母/螺栓组合或其他合适的机械紧固件。在其他实施例中，连接点112可为支架110的一部分，例如支腿、底座或其中的一部分，用于借助粘合剂或其他合适的紧固件实现与过渡导管50的焊接、锡焊、紧固。在某些示例性实施例中，如图3至5所示，支架110可包括至少三个连接点112。这样可让支架110在过渡导管50上适当保持平衡并与之相连。但是，应了解，本发明并不限于支架110具有至少三个连接点112，事实上，任意合适的连接点数量均在本发明的范围和精神内。
如图3至7所示，安装装置100可进一步包括一个或多个第二支架120。该第二支架120可经配置以将安装装置100连接到涡轮部分18。因此，第二支架120可包括用于连接到涡轮部分18的一个或多个连接点122。该连接点122可为支架120中实现与涡轮部分18的连接的部分。例如，在某些实施例中，连接点122可为支架120的一部分，例如支腿、底座或其中的一部分，用于实现与涡轮部分18的机械紧固，例如使用螺杆、钉子、铆钉、螺母/螺栓组合或其他合适的机械紧固件。在其他实施例中，连接点122可为支架120的一部分，例如支腿、底座或其中的一部分，用于借助粘合剂或其他合适的紧固件实现与涡轮部分18的焊接、锡焊、紧固。在各示例性实施例中，支架120可包括至少三个连接点122。这样可让支架120在涡轮部分18上适当保持平衡并与之相连。但是，应了解，本发明并不限于支架120具有至少三个连接点122，事实上，任意合适的连接点数量均在本发明的范围和精神内。
如上文所述并如图3至7所示，用于将过渡导管50连接到涡轮部分18的安装装置100可经配置以允许过渡导管50，例如过渡导管50的出口54，围绕至少两个轴运动。此外，在某些示例性实施例中，安装装置100可经配置以允许过渡导管50，例如过渡导管50的出口54，围绕三个轴运动。因此，安装装置100可经配置以允许过渡导管50，例如过渡导管50的出口54，围绕纵轴90、切向轴92和径向轴94中的至少两个轴运动。例如，在各示例性实施例中，安装装置100可允许过渡导管50，例如过渡导管50的出口54，围绕切向轴92和径向轴94运动。此外，在某些实施例中，安装装置100还可允许过渡导管50，例如过渡导管50的出口54，围绕纵轴90运动。应了解，允许过渡导管50，例如过渡导管50的出口54，围绕两个或三个轴的任意组合运动的安装装置100在本发明的范围和精神内。
因此，安装装置100可包括允许围绕至少两个轴旋转的任意装置或装置组合。例如，在某些实施例中，如图3至5和7所示，安装装置100可为多轴接头。例如，图3至5和7所示为根据本发明的多轴接头的各种实施例，其中多轴接头为球形接头130。该球形接头130可包括封闭在插口134中的大体为球形的球132。该球132可连接至过渡导管50或涡轮部分18中的一者，例如通过第一支架110或第二支架120中的一个支架进行连接，而插口则连接至过渡导管50或涡轮部分18中的另一者，例如通过第一支架110或第二支架120中的另一个支架进行连接。球132在插口134中的运动可允许过渡导管50，例如过渡导管50的出口54，相对于涡轮部分18围绕至少两个轴旋转运动，在各示例性实施例中围绕三个轴旋转运动。
根据本发明的球形接头130在某些实施例中可为密封球形接头。或者，球形接头130也可不密封。此外，球形接头130在某些实施例中可包括弹簧或其他偏置设备，例如可用于使球132相对于插口134偏置。
应理解，本发明并不限于球形接头130，事实上，可以提供至少两个旋转自由度的任意合适的多轴接头均在本发明的范围和精神内。
在各替代性实施例中，如图6所示，安装装置100可包括多个接头，每个接头可分别围绕一个或多个轴旋转。例如，图6所示的安装装置100包括第一接头142和第二接头144。应了解，可以根据需要和要求使用两个以上的接头。第一接头142可至少围绕第一轴旋转，而第二接头144可至少围绕第二轴旋转。例如，第一接头142和第二接头144可均为转动接头，因此具有一个自由旋转轴。第一轴可为纵轴90、切向轴92和径向轴94中的任意一个轴，而第二轴可为纵轴90、切向轴92和径向轴94中的任意其他轴。因此，第一接头142和第二接头144中的每个接头均可允许过渡导管50，例如过渡导管50的出口54，相对于涡轮部分18围绕至少一个轴旋转运动。
应理解，本发明并不限于转动接头，事实上，可以提供至少一个旋转自由度的任意合适的接头均在本发明的范围和精神内。
在某些实施例中，如图7所示，根据本发明的过渡导管50可包括后架150。该后架150通常可为法兰状框架，环绕过渡导管50的外部。后架150可置于大体上邻近出口54的位置。此外，后架150在邻近出口54的同时，也可与出口54之间留有间隔，或者可设置在出口上，以将过渡导管50连接到涡轮部分18。在某些实施例中，后架150可包括其中的各种通道或孔，从而有助于冷却过渡导管50。
在各示例性实施例中，如图7所示，安装装置100可如上文所述的那样连接到后架150。或者，安装装置100可只连接到过渡导管50。
本说明书使用了各种实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种用于涡轮机系统的安装组件，所述安装组件包括：
在燃料喷嘴与涡轮部分之间延伸的过渡导管，所述过渡导管具有入口、出口和通道，所述通道在所述入口与所述出口之间延伸并界定纵轴、径向轴和切向轴，所述过渡导管的所述出口沿所述纵轴和所述切向轴偏离所述入口；以及
将所述过渡导管连接到所述涡轮部分的安装装置，所述安装装置经配置以允许所述出口围绕至少两个轴运动。
2.根据权利要求1所述的安装组件，其中所述过渡导管的所述出口进一步沿所述径向轴偏离所述入口。
3.根据权利要求1所述的安装组件，其中所述安装装置经配置以允许所述出口围绕三个轴运动。
4.根据权利要求1所述的安装组件，其中所述安装装置经配置以允许所述出口围绕所述切向轴和所述径向轴运动。
5.根据权利要求4所述的安装组件，其中所述安装装置进一步经配置以允许所述出口围绕所述纵轴运动。
6.根据权利要求1所述的安装组件，其中所述安装装置包括多轴接头。
7.根据权利要求6所述的安装组件，其中所述多轴接头为球形接头。
8.根据权利要求1所述的安装组件，其中所述安装装置包括可围绕第一轴旋转的第一接头和可围绕第二轴旋转的第二接头。
9.根据权利要求1所述的安装组件，其中所述过渡导管进一步包括邻近所述出口的后架，且其中所述安装装置连接到所述后架。
10.根据权利要求1所述的安装组件，其中所述安装装置进一步包括支架，所述支架包括用于连接到所述过渡导管的至少三个连接点。
11.根据权利要求1所述的安装组件，其进一步包括多个过渡导管和多个安装装置，所述多个过渡导管中的每个过渡导管均围绕所述纵轴呈环状布置，所述多个安装装置中的每个安装装置均将所述多个过渡导管中的一个过渡导管连接到所述涡轮部分。
12.一种涡轮机系统，其包括：
燃料喷嘴；
涡轮部分；
在所述燃料喷嘴与所述涡轮部分之间延伸的过渡导管，所述过渡导管具有入口、出口和通道，所述通道在所述入口与所述出口之间延伸并界定纵轴、径向轴和切向轴，所述过渡导管的所述出口沿所述纵轴和所述切向轴偏离所述入口；以及
将所述过渡导管连接到所述涡轮部分的安装装置，所述安装装置经配置以允许所述出口围绕至少两个轴运动。
13.根据权利要求12所述的涡轮机系统，其中所述过渡导管的所述出口进一步沿所述径向轴偏离所述入口。
14.根据权利要求12所述的涡轮机系统，其中所述安装装置经配置以允许所述出口围绕三个轴运动。
15.根据权利要求12所述的涡轮机系统，其中所述安装装置经配置以允许所述出口围绕所述切向轴和所述径向轴运动。
16.根据权利要求12所述的涡轮机系统，其中所述安装装置包括多轴接头。
17.根据权利要求12所述的涡轮机系统，其中所述安装装置包括可围绕第一轴旋转的第一接头和可围绕第二轴旋转的第二接头。
18.根据权利要求12所述的涡轮机系统，其中所述过渡导管进一步包括邻近所述出口的后架，且其中所述安装装置连接到所述后架。
19.根据权利要求12所述的涡轮机系统，其中所述安装装置进一步包括支架，所述支架包括用于连接到所述过渡导管的至少三个连接点。
20.根据权利要求12所述的涡轮机系统，其进一步包括多个燃料喷嘴、多个过渡导管和多个安装装置，所述多个过渡导管中的每个过渡导管均围绕所述纵轴呈环状布置并在所述多个燃料喷嘴中的一个燃料喷嘴与所述涡轮部分之间延伸，所述多个安装装置中的每个安装装置均将所述多个过渡导管中的一个过渡导管连接到所述涡轮部分。
CN2012101964113A 2011-06-03 2012-06-04 用于涡轮机系统中的过渡导管的安装装置 Pending CN102808665A (zh)

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