[发明专利]过渡件、燃烧系统和形成一体式铸造过渡件的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及燃气涡轮机，确切地说，涉及用于热气路径部分的材料，例如，但不限于，用于燃气涡轮机的燃烧室内的过渡件（transition piece，也称为过渡连接件）的材料。

背景技术

燃气涡轮机的燃烧系统生成了热气。热气可以用于驱动涡轮。涡轮继而可以驱动压缩机，其中所述压缩机提供了用于在燃烧系统中燃烧的压缩空气。此外，涡轮生成了可用的输出功率，所述输出功率可以直接连接到耗能机械或连接到发电机上。

燃气涡轮机的燃烧系统可以配置为燃烧室的环形阵列。燃烧室经布置以接纳来自压缩机的压缩空气，喷射燃料到压缩空气中以产生燃烧反应，并且生成用于涡轮的热燃烧气体。燃烧室通常是圆柱形的，但是，其他形状的燃烧室也是可能的。每个燃烧室包括一个或多个燃料喷嘴、位于燃烧衬里（liner）内的燃烧区域、围绕所述衬里并且与所述衬里径向隔开的导流套管，以及位于燃烧室与涡轮之间的气体过渡导管，或者过渡件。

传统上使用高温合金（superalloy），例如，但不限于，锻造镍基高温合金，来制造大的燃气涡轮机燃烧器部件。随着针对在较高温度下运行的涡轮机设计的发展，期望的是具有极低的周疲劳、氧化及蠕变的性质的铸造高温合金。另外，通过，例如，但不限于，铜焊或焊接等冶金连接方法来将多个铸造件顺次地接合到涡轮机燃烧器部件上。然而，这些方法，例如，但不限于，铜焊或焊接并不是所期望的，这是因为接合位置不具有与涡轮机燃烧器部件的剩余部分相匹配的材料性质。相应地，需要具有连接铸造件的涡轮机燃烧器部件，其中所述连接铸造件具有与涡轮机燃烧器部件类似的材料性质，以及将连接铸造件连接到涡轮机燃烧器部件上的方法。

用于燃气涡轮机燃烧器的过渡件可以由多种材料形成，例如，一些过渡件可以由镍/钴基铸造合金，例如，（GTD-222是美国纽约州斯卡奈塔第（Schenectady，NY）的通用电气公司（General Electric Company）的注册商标）形成。这些材料在包括热气路径部分的涡轮机燃烧器部件中提供了材料性质的改进，例如，但不限于，以下材料性质中的至少一者：相对于锻造合金的低周疲劳（LCF）抗性和蠕变强度、制造性、机械加工性、焊接性以及抗氧化性。参照锻造合金材料性质，这些改进尤其明显。然而，对于一些高温涡轮机应用而言，增强的材料性质，例如，强度，可以提供热气路径部分的期望的寿命潜能。

先前用薄壁来生产大的铸造物件的尝试并未取得极大的成功。在先前的铸造尝试中问题出现于，例如，但不限于，当熔融材料因所形成的薄壁而在模具中冷却过快时，从而会导致产品可能不具有热气路径部分所期望的性质。

因此，在此项技术中所期望的是不会受到上述缺点影响的一种包括过渡件的燃烧系统以及形成所述过渡件的方法。

发明内容

根据本发明的一项示例性实施例，提供一种用于燃气涡轮机的过渡件。所述过渡件包括限定流路和罩壳的主体，所述主体具有：圆形入口段，所述入口段用于接纳来自燃烧器的燃烧产物；以及出口端，所述出口端用于使燃烧器产物流入燃气涡轮机的第一级喷嘴。所述过渡件包括圆形入口段、主体以及出口端的一体式铸造构造（one-piece cast construction），所述过渡件由镍基高温合金形成。所述过渡件具有厚过渡壁厚（wall thickness of thick transition）与薄过渡壁厚（wall thickness of thin transition）之间相比得到的厚薄过渡比（thick-to-thin transition ratio），所述厚薄过渡比为大约1.1到大约2.5。

优选的，其中所述过渡件包括围绕所述出口端的框架，所述框架在一体式铸造构造期间与所述过渡件整体铸造。

优选的，其中所述过渡件包括所述燃气涡轮机的部件硬件，所述部件硬件包括与所述过渡件整体铸造的部件硬件。

优选的，其中所述部件硬件包括至少一个安装连接器。

优选的，其中所述过渡件具有大约0.1到大约0.9的长度直径比，所述长度直径比是厚过渡到薄过渡的长度与入口段的直径之间的比值。

优选的，其中所述过渡件具有厚薄过渡比与长度直径比相比得到的锥度比，所述锥度比为大约1.1到大约2.5与大约0.1到大约0.9之间的比值。