CN107923253A - 燃气涡轮机燃烧室的过渡管道 - Google Patents

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蒂莫西·A·福克斯
雅各布·威廉·哈德斯
马尼什·库马尔
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    • F01D9/00—Stators
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    • F01D9/023—Transition ducts between combustor cans and first stage of the turbine in gas-turbine engines; their cooling or sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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Abstract

一种燃烧室，该燃烧室具有后缘管道(110)，该后缘管道具有后缘(120)，该后缘(120)适于连接至相邻的后缘管道(110)的后缘(120)。相邻的后缘之间的连接装置可以沿着后缘的纵向方向形成和/或使用对接部件形成。

Description

燃气涡轮机燃烧室的过渡管道
技术领域
本公开的实施方式总体上涉及燃气涡轮机燃烧室，并且更具体地涉及用于管道的附接装置。
背景技术
先前的环形燃气涡轮发动机包括多个单独的燃烧室罐，这些燃烧室罐被布置在转子轴的径向外侧并且与转子轴轴向对齐。在燃烧室罐中产生的燃烧气体被径向向内引导，然后通过过渡管道转换成轴向运动。然后转动的静叶片接收燃烧气体，使气体加速并引导气体以便输送至第一级涡轮动叶片。
在这些燃气涡轮机燃烧室中，已经使用了一体化出口件(IEP)设计。在IEP设计中，过渡管道将合并形成一个收敛流动接头(CFJ)。图1示出了已经被用于形成CFJ接头的CFJ过渡管道10。
CFJ过渡管道10具有位于主铸造管道部分12处的第一开口11和位于顶部片状管道部分14处的第二开口17。CFJ过渡管道10通过铸造为一体件构造而成。图1中还示出了凸缘16和圆形凸缘19，凸缘16和圆形凸缘19具有形成于凸缘16和圆形凸缘19中的螺栓孔13。螺栓孔13用于使燃烧室的IEP互连。
CFJ过渡管道10经由支撑在主铸造管道部分12和顶部片状管道部分14的外表面上的肋18的结构进行冷却。肋18冷却CFJ过渡管道10的方式在主浇铸管道部分12和顶部片状管道部分14之间的连接部中产生应力挑战。此外，在中央缺口15处将出现高应力。
由CFJ导管10的几何形状和CFJ过渡导管10被连接的方式产生的应力挑战导致了对导管自身的结构一体化和主铸造管道部分12在燃气涡轮发动机周围的连接的限制。
为了克服这个问题，开发了后缘管道。该后缘管道的特点是相邻的后缘管道的连接性和改进的连接相邻的后缘管道的方法。
发明内容
简而言之，本公开的多方面涉及与燃气涡轮机燃烧室一起使用的后缘管道。
本公开的一个方面是具有主管道部分的后缘管道。该后缘管道还具有连接至主管道部分的延伸凸缘，其中主管道部分和延伸凸缘形成后缘，其中后缘适于沿着后缘的整个长度连接至相邻的后缘。
本发明的另一方面是一种具有第一后缘管道和第二后缘管道的系统，其中：第一后缘管道包括第一主管道部分和连接至第一主管道部分的第一延伸凸缘，其中第一主管道部分和第一延伸凸缘形成第一后缘；第二后缘管道包括第二主管道部分和连接至第二主管道部分的第二延伸凸缘，其中第二主管道部分和第二延伸凸缘形成第二后缘。同样在该系统中，第一后缘和第二后缘形成连接装置，其中连接装置沿着纵向方向延伸。
本公开的又一方面是一种后缘管道，该后缘管道具有主管道部分、连接至主管道部分的延伸凸缘，其中主管道部分和延伸凸缘形成后缘，其中后缘适于通过无螺栓对接部件连接至相邻的后缘。
附图说明
图1示出了收敛流动接头过渡管道的现有技术视图。
图2示出了后缘管道。
图3示出了相邻后缘管道的连接装置。
图4示出了使用螺栓的相邻后缘管道的连接装置。
图5示出了相邻后缘管道的连接装置的替代实施方式的俯视图。
图6示出了相邻后缘管道的连接装置的替代实施方式的俯视图。
图7示出了相邻后缘管道的连接装置的替代实施方式的俯视图。
图8示出了相邻后缘管道的连接装置的替代实施方式的俯视图。
图9示出了相邻后缘管道的连接装置的替代实施方式的俯视图。
图10示出了相邻后缘管道的连接装置的替代实施方式的俯视图。
图11示出了相邻后缘管道的连接装置的替代实施方式的俯视图。
图12示出了相邻后缘管道的连接装置的替代实施方式的俯视图。
具体实施方式
为了便于理解本公开的实施方式、原理和特征，在下文中参考在说明性实施方式中的实施来解释它们。然而，本公开的实施方式不限于在所描述的系统或方法中使用。
以下描述的组成各种实施方式的部件和材料是说明性的而不是限制性的。许多合适的部件和可以执行与本文描述的材料相同或相似功能的材料要被包含在本公开的实施方式的范围内。
图2示出了可以与本发明的各方面一起使用的后缘管道110。后缘管道110具有主管道部分112，主管道部分112具有第一开口111和第二开口117。主管道部分112可由多于一个面板形成，例如图2中所示的主管道部分112由第一主面板部分121和第二主面板部分122形成，第一主面板部分121和第二主面板部分122通过焊接在接缝123处接合。第一开口111在燃气涡轮发动机运行期间接收流体。环形凸缘119位于第一开口111处并且围绕第一开口111，环形凸缘119具有设置于环形凸缘119中的通孔109。延伸凸缘115位于第二开口117处，将在下面对此进行更详细地讨论。延伸凸缘115和主管道部分112一起形成后缘管道110的后缘120。
后缘管道110的后缘120连接在一起而形成环，使得一个后缘管道110连接至另一个后缘管道110。图3示出了在连接装置130处连接在一起的相邻的后缘管道110a、后缘管道110b和后缘管道110c。“连接装置”是指沿着接口中的一个接口的、相邻的后缘管道110之间的对接装置。
现在转向图4，图4示出了后缘管道110a和后缘管道110b之间的连接装置。在图4所示的实施方式中，螺栓131在后缘120a、后缘120b附近被放置到位于后缘管道110a和后缘管道110b中的通孔132中，以形成连接装置130a。尽管这种连接装置是有效的，但是可以采用附加的连接方式来进一步创建牢固的对接。
在下面描述的实施方式中，使用对接部件以便以牢固的方式连接后缘管道。对接部件将在下面以关于对接部件的具体描述进行更详细的描述。
转向图5，示出了在后缘120c和后缘120d处的两个后缘管道110c、110d之间的连接装置130b的俯视图。后缘120c和后缘120d在其上形成有梯形互锁件133a和133b。梯形互锁件133a和133b啮合在一起以便固定后缘120c和后缘120d。形成的连接装置130b是在后缘120c和后缘120d的整个长度上延伸的连接装置。后缘120c和后缘120d的长度“L”从后缘120c和后缘120d的末端延伸到相对端。类似地，在整个申请中，后缘的长度“L”被认为是该尺寸。该构型牢固地连接两个后缘管道110c、110d。连接装置130b也可以与螺栓131和通孔132一起使用。
参照图6，两个后缘管道110e和110f使用后缘120e和后缘120f形成连接装置130c。在该实施方式中，后缘120e的宽度W1小于后缘120f的宽度W2，也就是说后缘120e的任何给定位置处的宽度小于后缘120f在同样位置处的宽度。在一些实施方式中，宽度W1和宽度W2可以在后缘120e和后缘120f的高度上变化，例如，宽度在后缘120e和后缘120f的基部处可以是相似的，并且随着它们沿着后缘120e和后缘120f的高度行进而彼此不同。因此，例如，后缘120f可以具有沿着后缘120f的高度相对于W1在0至50％的范围内增加的宽度W2。在该实施方式中，来自流入的流体的压力有助于形成后缘120e和后缘120f的连接装置130c。形成的连接装置130c是在后缘120e和后缘120f的整个长度上延伸的连接装置。连接装置130c也可以与螺栓131和通孔132一起使用。
参照图7，两个后缘管道110g和110h使用后缘120g和后缘120h形成连接装置130d。在该实施方式中，后缘120g和后缘120h在其中形成有梯形槽134，该后缘120g和后缘120h的梯形槽134适于接纳配合到这两个梯形槽134中的领结形连接件135。可以使用多于一对的梯形槽134和领结形连接件135。领结形连接件135将后缘120g和后缘120h固定在一起并且形成连接装置130d。形成的连接装置130d是在后缘120g和后缘120h的整个长度上延伸的连接装置。连接装置130d也可以与螺栓131和通孔132一起使用。
参照图8，两个后缘管道110i和110j使用后缘120i和后缘120j形成连接装置130e。在该实施方式中，后缘120i和后缘120j在其中形成有槽136。在所示的实施方式中，示出了四个斜线槽136，每个后缘120i和后缘120j各两个。然而应该理解的是可以使用更多或更少的斜线槽136。斜线槽136适于接收斜线连接件137。一个斜线连接装置136连结两个斜线槽136。当被称为斜线连接件137时，应当理解的是，斜线连接件137是相对于连接装置130d的纵向轴线A以及后缘120i和后缘120j呈斜线的。形成的连接装置130e是在后缘120i和后缘120j的整个长度上延伸的连接装置。连接装置130e也可以与螺栓131和通孔132一起使用。
参照图9，两个后缘管道110k和110l使用后缘120k和后缘120l形成连接装置130f。在该实施方式中，后缘120k和后缘120l在其中形成有闪电状或锯齿状的槽138，该槽138形成锯齿状连接装置130f。每个后缘120k和后缘120l中的锯齿状槽138在相对的后缘120k和后缘120l中具有对应的锯齿状槽138。锯齿状槽138帮助固定后缘120k和后缘120l。形成的连接装置130f是在后缘120k和后缘120l的整个长度上延伸的连接装置。连接装置130f也可以与螺栓131和通孔132一起使用。
参照图10，两个后缘管道110m和110n使用后缘120m和120n形成连接装置130g。在该实施方式中，后缘120m和120n在其中形成有拱形槽139，当形成连接装置130g时，拱形槽139呈类似于抛物线的形状。拱形槽139接纳拱形连接件140。拱形槽139和拱形连接件140帮助固定后缘120m和120n。形成的连接装置130g是在后缘120m和120n的整个长度上延伸的连接装置。连接装置130g也可以与螺栓131和通孔132一起使用。
参照图11，两个后缘管道110o和110p使用后缘120o和后缘120p形成连接装置130h。在该实施方式中，后缘120o具有形成在后缘120o中的矩形槽142，该矩形槽142适于接纳楔形连接件143。矩形槽142和楔形连接件143帮助固定后缘120o和后缘120p。形成的连接装置130h是在后缘120o和后缘120p的整个长度上延伸的连接装置。连接装置130h也可以与螺栓131和通孔132一起使用。
转向图12，示出了两个后缘管道110q、110r之间在后缘120q和后缘120r处的连接装置130i的俯视图。后缘120q具有与梯形阶梯145相啮合的梯形阶梯槽144，以形成连接装置130i。阶梯构型为后缘管道110q、后缘管道110r提供了附加的互锁能力。可以使用采用阶梯构造的其他构型形状，例如矩形、弧形、三角形、五边形、六边形等。所形成的连接装置130i是在后缘120q和后缘120r的整个长度上延伸的连接装置。该构型牢固地连接两个后缘管道110q、110r。连接装置130i也可以与螺栓131和通孔132一起使用。
虽然已经以示例形式公开了本公开的一些实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离如所附权利要求中阐释的本发明的精神和范围及其等同物的情况下，可以对上述实施方式进行许多修改、添加和删除。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种后缘管道(110)，包括：
主管道部分(112)；
延伸凸缘(115)，所述延伸凸缘(115)连接至所述主管道部分(112)，其中，所述主管道部分(112)和所述延伸凸缘(115)形成后缘(120)，其中，所述后缘(120)适于沿着所述后缘的整个长度连接至相邻的后缘；以及
其中，所述后缘适于使用连接装置进行连接，所述连接装置选自包括多个梯形互锁件(133a，133b)、适于接纳领结形连接件(135)的梯形槽(134)、斜线槽(136)、锯齿状槽(138)、阶梯构型和拱形槽(139)的组。
2.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，所述连接装置为所述多个梯形互锁件(133a，133b)。
3.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，所述连接装置为适于接纳领结形连接件(135)的所述梯形槽(134)。
4.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，所述连接装置为以所述后缘的长度为参照的所述斜线槽(136)。
5.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，所述连接装置为所述锯齿状槽(138)。
6.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，所述连接装置为所述阶梯构型。
7.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，所述连接装置为所述拱形槽(139)。
8.一种燃气涡轮发动机，包括：
第一后缘管道(110)，其中，所述第一后缘管道(110e)包括第一主管道部分(112)和连接至所述第一主管道部分(112)的第一延伸凸缘(115)，其中，所述第一主管道部分(112)和所述第一延伸凸缘(115)形成第一后缘(120)；
第二后缘管道(110)，其中，所述第二后缘管道(110)包括第二主管道部分(112)和连接至所述第二主管道部分(112)的第二延伸凸缘(115)，其中，所述第二主管道部分(112)和所述第二延伸凸缘(115)形成第二后缘(120)；
其中，所述第一后缘和所述第二后缘形成连接装置，其中，所述连接装置沿着纵向方向延伸；以及
其中，所述连接装置选自包括以下各项的组：具有矩形槽(142)的所述第一后缘(120o)和具有楔形连接件(143)的所述第二后缘(120p)；在沿着所述连接装置的各位置处均比所述第二后缘(120f)宽的所述第一后缘(120e)；领结形连接件(135)；多个斜线连接件(137)；拱形连接件(130)；具有多个梯形互锁件(133c，133b)的所述第一后缘(120c)和所述第二后缘(120d)；形成锯齿状连接装置的所述第一后缘(120c)和所述第二后缘(120d)；和具有阶梯构型的所述第一后缘(120q)。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中，所述连接装置为具有矩形槽(142)的所述第一后缘(120o)和具有楔形连接件(143)的所述第二后缘(120p)。
10.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中，所述连接装置为在沿着所述连接装置的各位置处均比所述第二后缘(120f)宽的所述第一后缘(120e)。
11.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中，所述连接装置为适于固定所述第一后缘(120g)和所述第二后缘(120h)的所述领结形连接件(135)。
12.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中，所述连接装置为适于固定所述第一后缘(120i)和所述第二后缘(120j)的所述多个斜线连接件(137)。
13.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中，所述连接装置为适于固定所述第一后缘(120m)和所述第二后缘(120n)的所述拱形连接件(130)。
14.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中，所述连接装置为具有多个梯形互锁件(133c，133b)的所述第一后缘(120c)和所述第二后缘(120d)。
15.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中，所述连接装置为形成锯齿状连接装置的所述第一后缘(120c)和所述第二后缘(120d)。
16.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其中，所述连接装置为具有阶梯构型的所述第一后缘(120q)。
17.一种后缘管道，包括：
主管道部分(112)；
延伸凸缘(115)，所述延伸凸缘(115)连接至所述主管道部分(112)，其中，所述主管道部分(112)和所述延伸凸缘(115)形成后缘(120)，其中，所述后缘(120)适于使用梯形对接部件连接至相邻的后缘。
18.根据权利要求17所述的后缘管道，其中，所述梯形部件是梯形互锁件(133a，133b)。
19.根据权利要求17所述的后缘管道，其中，所述梯形部件是适于接纳领结形连接件(135)的梯形槽(134)。

Claims (20)

1.一种后缘管道(110)，包括：
主管道部分(112)；
延伸凸缘(115)，所述延伸凸缘(115)连接至所述主管道部分(112)，其中，所述主管道部分(112)和所述延伸凸缘(115)形成后缘(120)，其中，所述后缘(120)适于沿着所述后缘的整个长度连接至相邻的后缘。
2.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，所述后缘(120c，120d)具有多个梯形互锁件(133a，133b)。
3.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，所述后缘(120g，120d)具有适于接纳领结形连接件(135)的梯形槽(134)。
4.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，以所述后缘的长度为参照在所述后缘(120i，120j)中形成有斜线槽(136)。
5.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，在所述后缘(120k，120l)中形成有锯齿状槽(138)。
6.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，所述后缘(120q)具有阶梯构型。
7.根据权利要求1所述的后缘管道，其中，所述后缘(120m，120n)具有拱形槽(139)。
8.一种系统，包括：
第一后缘管道(110)，其中，所述第一后缘管道(110e)包括第一主管道部分(112)和连接至所述第一主管道部分(112)的第一延伸凸缘(115)，其中，所述第一主管道部分(112)和所述第一延伸凸缘(115)形成第一后缘(120)；
第二后缘管道(110)，其中，所述第二后缘管道(110)包括第二主管道部分(112)和连接至所述第二主管道部分(112)的第二延伸凸缘(115)，其中，所述第二主管道部分(112)和所述第二延伸凸缘(115)形成第二后缘(120)；以及
其中，所述第一后缘和所述第二后缘形成连接装置，其中，所述连接装置沿着纵向方向延伸。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一后缘(120o)具有矩形槽(142)并且所述第二后缘(120p)具有楔形连接件(143)。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一后缘(120e)比所述第二后缘(120f)宽。
11.根据权利要求8所述的系统，还包括适于固定所述第一后缘(120g)和所述第二后缘(120h)的领结形连接件(135)。
12.根据权利要求8所述的系统，还包括适于固定所述第一后缘(120i)和所述第二后缘(120j)的多个斜线连接件(137)。
13.根据权利要求8所述的系统，还包括适于固定所述第一后缘(120m)和所述第二后缘(120n)的拱形连接件(130)。
14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一后缘(120c)和所述第二后缘(120d)具有多个梯形互锁件(133c，133b)。
15.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一后缘(120c)和所述第二后缘(120d)形成锯齿状连接。
16.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一后缘(120q)具有阶梯构型。
17.一种后缘管道，包括：
主管道部分(112)；
延伸凸缘(115)，所述延伸凸缘(115)连接至所述主管道部分(112)，其中，所述主管道部分(112)和所述延伸凸缘(115)形成后缘(120)，其中，所述后缘(120)适于使用无螺栓的对接部件连接至相邻的后缘。
18.根据权利要求17所述的后缘管道，其中，所述对接部件是梯形互锁件(133a，133b)。
19.根据权利要求17所述的后缘管道，其中，所述对接部件是适于接纳领结形连接件(135)的梯形槽(134)。
20.根据权利要求17所述的后缘管道，其中，所述对接部件是锯齿状槽(138)。
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