燃气轮机系统技术领域
本发明涉及燃气轮机系统，该燃气轮机系统包括具有管状燃烧室的燃烧器装置、
涡轮以及将燃烧室与涡轮连接的过渡管道，其中，所述过渡管道设置有轴向延伸的冷却空
气通道。
背景技术
上述类型的燃气轮机系统在现有技术中是已知的。在运行期间，环境空气被压缩
并且朝向燃烧器装置被引导。在燃烧器装置内，压缩空气与燃料混合，所形成的燃料-空气
混合物在燃烧室内被点燃以产生热燃烧气体，热燃烧气体经由过渡管道朝向涡轮被引导。
涡轮从热燃烧气体中得到旋转能量并驱动负载，负载比如为发电机。
随着运行温度升高，通常需要对燃气轮机系统的部件进行冷却以减少对燃气轮机
系统的使用寿命的限制。在该上下文中，已知的是提供具有冷却空气通道的过渡管道，其
中，冷却空气通道基本上在过渡管道的整个长度上轴向地延伸并且具有多个入口和多个出
口。如本文中所使用的术语“轴向”和“轴向地”指的是大致平行于过渡管道的纵向轴线延伸
的方向和取向。这种冷却空气通道设计具有下述缺点：冷却空气的分布由于所述多个入口
和所述多个出口而具有显著的不确定性，从而需要使用额外的冷却空气。然而，额外的冷却
空气对达到低NOx排放的目标产生负面影响。
发明内容
从该现有技术出发，本发明的目的是提供一种具有替代性结构的上述类型的燃气
轮机，所述替代性结构有助于在较宽的负荷范围内达到低NOx排放的目标。
为了实现该目的，本发明提供了一种上述类型的燃气轮机系统，其特征在于，过渡
管道设置有多个轴向延伸的冷却空气通道，其中，每个冷却空气通道均设置有通向过渡管
道外部的一个单入口和通向过渡管道内部的一个单出口。由于冷却空气通道的这种创新性
设计，冷却空气分布的可靠性显著提高，由此减少了冷却空气的消耗。因此，本发明的冷却
空气通道设计在保持有效冷却的同时对燃气轮机系统的NOx排放产生正面影响。
优选地，至少一些周向相邻的冷却空气通道的端部布置成在轴向方向上具有偏移
量，使得当在周向方向上观察时，冷却空气通道彼此部分地重叠。冷却空气通道的这种交错
提高了过渡管道的机械稳固性。
根据本发明的一个方面，冷却空气通道中的至少一些冷却空气通道基本上在过渡
管道的整个长度上延伸。
另外或替代性地，冷却空气通道中的至少一些冷却空气通道在轴向方向上相继地
布置。这种设计对具有较高热负荷的情况而言是有益的。
根据本发明的另一方面，冷却空气通道中的在轴向方向上相继地布置的至少一些
冷却空气通道彼此对准。
另外地或替代性地，冷却空气通道中的在轴向方向上相继地布置的至少一些冷却
空气通道布置成相对于至少一个周向相邻的冷却空气通道在轴向方向上具有偏移量。
根据本发明的又一方面，冷却空气通道中的至少一些冷却空气通道具有不同的流
动截面。
冷却空气通道中的至少一些冷却空气通道可以相对于被引导穿过过渡管道的燃
烧气体具有同向流动布置。
另外或替代性地，冷却空气通道中的至少一些冷却空气通道可以相对于被引导穿
过过渡管道的燃烧气体具有逆向流动布置。
通过选择适当数目的冷却空气通道、为每个冷却空气通道选择适当的长度、流动
截面和流动方向以及选择冷却空气通道的适当的相对位置，可以对过渡管道的冷却效率和
机械稳固性进行局部调节。
优选地，过渡管道包括三层结合板设计，其中，中间层设置有限定冷却空气通道的
长形切口，并且其中，外层设置有限定冷却空气通道的入口的孔，并且内层设置有限定冷却
空气通道的出口的孔。这种结构的过渡管道可以以较低成本容易地生产。
有利地，燃烧室的自由端插入过渡管道中，从而简化燃气轮机系统的装配。
附图说明
通过参照附图对根据本发明的燃气轮机系统的不同实施方式进行的以下描述，本
发明的其他特征和优点将变得明显。在附图中：
图1是根据本发明的实施方式的示例性燃气轮机系统的示意图；
图2是图1中所示的燃气轮机系统的过渡管道的示意图，其中，过渡管道设置有多
个轴向延伸的冷却空气通道；
图3是根据本发明的第二设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性截面
图；
图4是根据本发明的第三设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性局部
截面图；
图5是根据本发明的第四设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性局部
截面图；
图6是根据本发明的第五设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性局部
截面图；
图7是根据本发明的第六设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性局部
截面图；
图8是根据本发明的第七设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性局部
俯视图；
图9是根据本发明的第八设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性局部
俯视图；
图10是根据本发明的第九设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性局部
俯视图；
图11是根据本发明的第十设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性局部
俯视图；
图12是根据本发明的第十一设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性局
部俯视图；
图13是根据本发明的第十二设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性局
部俯视图；以及
图14是根据本发明的第十三设计形成的如图2中所示的冷却空气通道的示意性局
部俯视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施方式的燃气轮机系统1。燃气轮机系统1包括多部件
式壳体2、设置在壳体2内的压缩机3、固定至壳体2并设置有燃烧室5的燃烧器装置4、设置在
壳体2内的涡轮6以及将燃烧室5与涡轮6连接的过渡管道7。在燃气轮机系统1的装配期间，
过渡管道7连接至涡轮6。此外，过渡管道7借助于固定装置8被调节并固定至壳体2。随后，燃
烧器装置4通过壳体的相关联的开口插入到壳体中，于是燃烧室5的自由端进入过渡管道7
中。随后，燃烧室5和过渡管道7彼此调节，并且燃烧器装置4被固定至壳体2。
在燃气轮机系统1的运行期间，压缩机3对环境空气进行压缩并且将压缩空气朝向
燃烧器装置4引导，如图1中的箭头9所示。在燃烧器装置4内，压缩空气与燃料混合，于是所
得到的燃料-空气混合物在燃烧器装置4的燃烧室5内被点燃并燃烧。热的燃烧气体如通过
箭头10所示的那样朝向涡轮6被引导穿过过渡管道7，从而以已知的方式驱动涡轮6。
为了承受较高的运行温度，过渡管道7设置有如图2中所示的多个轴向延伸的冷却
空气通道11。每个冷却空气通道11均设置有通向过渡管道7外部的一个单入口12和通向过
渡管道7内部的一个单出口13，其中，入口12和出口13分别形成在冷却空气通道11的相反两
端处。在示出的冷却空气通道设计中，设置在过渡管道7的较热的上部部分上的冷却空气通
道11中的大多数冷却空气通道基本上在过渡管道7的整个长度上延伸以确保有效冷却。设
置在过渡管道7的较冷的下部部分上的冷却空气通道11中的大多数冷却空气通道仅在过渡
管道7的长度的一部分上延伸至过渡管道7的下游端。然而，请注意，这种冷却空气通道分布
仅用作示例并且不应被理解为是限制性的。当然可以将冷却空气通道11以不同的方式分布
在过渡管道7上。周向相邻的冷却空气通道11的端部分别布置成在轴向方向上具有偏移量
a。冷却空气通道11的这种交错提高了过渡管道7的机械稳固性。单个冷却空气通道11可以
相对于被引导穿过过渡管道7的燃烧气体以同向流动布置和/或逆向流动布置来布置，如下
面更详细地说明的。过渡管道7包括三层结合板设计，其中，中间层14设置有限定冷却空气
通道11的长形切口，并且其中，外层15设置有限定冷却空气通道11的入口12的孔，并且内层
16设置有限定冷却空气通道11的出口13的孔。在图2中，外层15未被示出以示出冷却空气通
道11。然而，应当注意的是，其他设计也是可能的，比如两层结合板设计，其中，所述层中的
一个层的厚度是另一层的厚度的两倍，其中，冷却空气通道被加工到较厚的层中，并且第二
层结合至该较厚的层，并且其中，入口形成在所述层中的一个层中并且出口形成在另一层
中。
图3至13示出了根据本发明的不同的冷却空气通道设计，其中，相同的附图标记用
于指示相同或相似的部件或特征。
图3示出了根据本发明的第二冷却空气通道设计。根据该第二设计，两个冷却空气
通道11在轴向方向上相继地布置并且彼此对准。通过在轴向方向上相继地布置多个冷却空
气通道11，提高了冷却性能。在示出的情况下，由箭头17表示的冷却空气的流动方向与由箭
头18表示的穿过过渡管道7的热气体的流动方向是逆向流动。
图4和图5示出了与图3中所示的冷却通道设计类似的第三冷却通道设计和第四冷
却通道设计。然而，代替相对于热气体流动方向以逆向流动的方式起作用的两个冷却通道，
设置了以逆向流动的方式起作用的三个或甚至四个冷却空气通道11，所述三个或甚至四个
冷却空气通道11在轴向方向上相继地布置并且彼此对准。这些设计对于具有较高热负荷的
情况是有益的。
图6示出了与图4中所示的冷却通道设计类似的具有三个冷却空气通道11的第五
冷却通道设计，所述三个冷却空气通道11在轴向方向上相继地布置并且彼此对准。然而，与
图4中所示的设计相反，根据第五设计的冷却空气通道11相对于热气体流动方向以同向流
动的方式起作用。
图7示出了与图5中所示的冷却通道设计类似的具有四个冷却空气通道11的第六
冷却通道设计，所述四个冷却空气通道11在轴向方向上相继地布置并且彼此对准。然而，在
图7中从左到右观察时，第一冷却空气通道11、第二冷却空气通道11和第四冷却空气通道11
相对于热气体流动方向以逆向流动的方式起作用，而第三冷却通道11相对于热气体流动方
向以同向流动的方向起作用。在第二冷却空气通道11与第三冷却空气通道11之间的区域中
的热负荷非常大的情况下，这种设置是特别有益的。在这样的区域中，使两个入口12彼此靠
近以实现较高的冷却效能会是有利的。
图8至图10示出了根据本发明的第七冷却空气通道设计、第八冷却空气通道设计
和第九冷却空气通道设计，其中，布置在彼此之上的中间层14、外层15和内层16被透明地描
绘。这些图示出了轴向相邻且周向相邻的冷却空气通道11可以以不同的同向流动布置和逆
向流动布置来设置。根据图8的设计示出了具有同向流动布置的三列冷却空气通道11。根据
图9的设计也示出了三列冷却空气通道11，其中，当从左向右观察时，第一列和第三列的冷
却空气通道11具有同向流动布置，而第二列的冷却空气通道11具有逆向流动布置。根据图
10的设计也包括三列冷却空气通道，其中，每一列的冷却空气通道11均具有同向流动布置
和逆向流动布置。这种设置是有益的，原因在于每个冷却空气通道11的冷却效能由于冲击
效应、流入效应和最大的驱动温差而在靠近入口12处最高。因此，利用所示的交替布置确保
了最均匀的冷却。
图11示出了根据本发明的第十冷却空气通道设计，其类似于图8中所示的第七设
计。然而，当从左侧观察时，与布置在第二列和第三列中的冷却空气通道11相比，布置在第
一列中的冷却空气通道11具有较小的流动截面。
图12示出了根据本发明的第十一冷却空气通道设计，其类似于图10中所示的第九
设计。然而，在第一列中仅设置有两个冷却空气通道11，所述两个冷却空气通道11与第二列
和第三列的冷却空气通道11相比具有不同的通道间距。因此，第一列的冷却空气通道11与
第二列和第三列的冷却空气通道并不轴向对准。
图13示出了根据本发明的第十二冷却空气通道设计。周向相邻的冷却空气通道11
设置成在轴向方向上具有偏移量a，使得当在周向方向上观察时，相继的列中的冷却空气通
道11彼此部分地重叠，如附图标记b所示。冷却空气通道11的这种交错提高了过渡管道的机
械稳固性，这对于过渡管道7的三层结合板设计特别有用。
图14示出了根据本发明的第十三冷却空气通道设计，其类似于图8中所示的冷却
空气通道设计，其中，轴向相邻的冷却空气通道11具有不同的长度。
应当注意，上述实施方式仅用作示例而不是限制性的。此外，应当注意，过渡管道7
的冷却效率和机械稳固性可以通过下述方式来局部地改变：选择适当数目的冷却空气通道
11、在轴向方向上选择适当列数的冷却空气通道11、为每个冷却空气通道11选择适当的长
度、流动截面和流动方向以及选择冷却空气通道11的例如在交错和间距方面的适当的相对
位置。