[发明专利]在相邻过渡导管主体之间的交汇部的汇合流连接部插入件系统

说明书

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明的开发部分地得到美国能源部“高级涡轮开发计划”（合同号DE-FC26-05NT42644）的支持。因此，美国政府在本发明中可具有某些权利。

技术领域

本发明总体上涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及用于将气流从燃气涡轮发动机的燃烧器引导至涡轮段的过渡导管。

背景技术

在传统的燃气涡轮发动机中，如图1中所示，在燃烧器10内部所产生的燃烧气体经由多个过渡导管12被转移至涡轮组件。在许多传统的系统中，过渡导管12纵向地延伸并且没有在周向方向上的任何偏置。在燃烧排气被传递至第一排的涡轮导叶16之前，利用一排的第一级导叶14使燃烧排气旋转。在涡轮组件中使用第一级导叶14以使纵向燃烧器排气流加速并使其在周向方向上旋转，这带来了若干挑战。要求导叶14和相关的导叶支撑结构具有高强度特性，以承受在以大角度且在相对短的距离中改变非常热的高压气流的方向时所产生的力。该气流的温度和由此旋转过程所产生的热也要求具备导叶冷却系统。与力和热有关的材料性能降低会导致形成裂缝，或者损坏导叶和相关的支撑结构。

为了适应这些操作条件并提供更加稳健的设计，如图2-图10中所示，使用于将燃烧气体从燃烧器22引导至涡轮组件24的过渡导管20周向地偏斜，使得过渡导管20的出口26在与第一排涡轮导叶相同的方向上周向地偏斜，这将会使燃烧排气在周向方向上偏斜。因此，不再需要第一排涡轮导叶，因为从过渡导管20中排放出的排气已具有正确的周向矢量，由此排除了对第一排涡轮导叶的需要。如提交日期为2008年8月12日、授权日期为2012年2月14日的美国专利8,113,003（该专利的全部内容并入本文中）中所揭示，使各过渡导管的出口相对于各过渡导管的进口在周向方向上偏斜。虽然美国专利第8,113,003号的过渡导管系统已排除了对在涡轮组件内部在第一排涡轮导叶上游的第一排涡轮导叶的需要，但存在通过除去图6-图10中所示的高应力区域而延长偏斜过渡导管系统的使用寿命的需要。

发明内容

本发明公开了一种用于在燃气轮机发动机中将气流从燃烧器引导至涡轮段的第一级的过渡导管系统，其中该过渡导管系统包括在相邻的过渡导管之间的交汇部处形成后缘的一个或多个汇合流连接部插入件。该过渡导管系统可包括具有在进口与出口之间延伸的内部通道的过渡导管，并且可利用切向分量将气体排出进入第一级涡轮。汇合流连接部插入件可容纳于汇合流连接部插入件接收器的内部，并且与位于汇合流连接部插入件旁边的过渡导管主体分离。处于分离状态消除了在汇合流连接部插入件内部的应力形成，由此延长该插入件的使用寿命。汇合流连接部插入件可以是可拆卸的，以便一旦磨损超过设计极限便可以将该插入件加以更换。

为了更好地理解本发明，可以将坐标系统应用于这种涡轮系统，以协助对各部件在该系统中的相对位置和在该系统内部的运动的描述。转子组件的旋转轴线纵向地延伸经过压缩机段、燃烧段和涡轮段，并且限定纵向方向。从经过各段的总体操作流型的观点来看，各涡轮段件可以被描述为纵向地位于相对于彼此的上游或下游。例如，压缩机段纵向地位于燃烧段的上游，涡轮段纵向地位于燃烧段的下游。各种部件的远离中心转子轴线或其它纵向轴线的位置可以被描述为在径向方向上。因此，例如叶片从转子盘在径向方向上或径向地延伸。进一步远离例如中心转子轴线的纵向轴线的位置可以被描述为与径向地向内或向内侧的较近位置相比较的径向地向外或向外侧。

第三坐标方向（周向方向）可以描述参考在例如转子组件的中心轴线的纵向轴线附近的假想圆的特定部件的位置。例如，当在涡轮发动机中的涡轮叶片的阵列处向纵向下游看时，将会看到每个叶片在若干径向方向上径向地向外延伸。因此，径向方向可以描述参考圆的大小，并且周向方向可以描述在参考圆上的角度位置。