CH703553A2 - Profiled axial-radial exhaust diffuser. - Google Patents
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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Abstract
Entsprechend einer Ausführungsform umfasst eine Anlage einen Gasturbinendiffusor (188). Der Gasturbinendiffusor (188) umfasst einen axialen Diffusorabschnitt (202) einschliesslich eines ersten Kanalabschnitts (212) mit einem axialen Strömungspfad (214) entlang einer Mittellinie (208) des Gasturbinendiffusors (188). Der Gasturbinendiffusor (188) umfasst weiterhin einen axialen-radialen Diffusorabschnitt (204), der an den axialen Diffusorabschnitt (202) gekoppelt ist, wobei der axial-radiale Diffusorabschnitt (204) einen zweiten Kanalabschnitt (230) mit einem gekrümmten Strömungspfad (232) entlang der Mittellinie (208) des axialen Strömungspfads (214) zum radialen Strömungspfad (234) umfasst, und der axial-radiale Diffusorabschnitt (204) jegliche Umlenkschaufeln im zweiten Kanalabschnitt (230) ausschliesst.According to one embodiment, an installation includes a gas turbine diffuser (188). The gas turbine diffuser (188) includes an axial diffuser section (202) including a first channel section (212) having an axial flow path (214) along a centerline (208) of the gas turbine diffuser (188). The gas turbine diffuser (188) further includes an axial-radial diffuser section (204) coupled to the axial diffuser section (202), the axial-radial diffuser section (204) including a second channel section (230) having a curved flow path (232) the center line (208) of the axial flow path (214) to the radial flow path (234), and the axial-radial diffuser portion (204) excludes any turning vanes in the second channel section (230).
Description
Hintergrund zu der ErfindungBackground to the invention
[0001] Die hier veröffentlichte Erfindung bezieht sich auf Turbinen, genauer gesagt, auf Auslassdiffusoren für den Einsatz bei Gas- und Dampfturbinen. The invention disclosed herein relates to turbines, more specifically exhaust diffusers for use in gas and steam turbines.
[0002] Energieerzeugungsanlagen beinhalten häufig Turbinen, z.B. Gasturbinen. Die Gasturbine verbrennt einen Brennstoff, um heisse Verbrennungsgase zu erzeugen, die durch eine Turbine strömen, um eine Last und/oder einen Kompressor anzutreiben. Die Abgase treten mit hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen aus der Turbine aus und in einen Auslassdiffusor ein. Der Auslassdiffusor kann ein axial-radialer Auslassdiffusor sein, der die Strömung von einer axialen Richtung in eine radiale Richtung überleitet. Axial-radiale Auslassdiffusoren umfassen interne Strukturelemente wie zum Beispiel Streben und Umlenkschaufeln. Die inneren Streben halten die Wände des Diffusors fest zusammen und übertragen Lasten von einem Rotor an ein Fundament. Die internen Umlenkschaufeln dienen dazu, die Strömung aus axialer in radiale Richtung umzulenken. Leider führt die Auslegung des Auslassdiffusors zu erheblichen Druckverlusten, insbesondere an den inneren Streben und Umlenkschaufeln. Power plants often include turbines, e.g. Gas turbines. The gas turbine combustes a fuel to produce hot combustion gases that flow through a turbine to drive a load and / or a compressor. The exhaust gases exit the turbine at high speeds and temperatures and enter an exhaust diffuser. The outlet diffuser may be an axial-radial outlet diffuser that directs the flow from an axial direction to a radial direction. Axial-radial outlet diffusers include internal structural elements such as struts and turning vanes. The inner struts hold the walls of the diffuser together tightly and transfer loads from a rotor to a foundation. The internal vanes serve to redirect the flow from the axial to the radial direction. Unfortunately, the design of the outlet diffuser leads to significant pressure losses, especially at the inner struts and turning vanes.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
[0003] Bestimmte Ausführungsformen, die dem Umfang der ursprünglich beanspruchten Erfindung entsprechen, sind im Folgenden zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sind nicht dazu gedacht, den Umfang der beanspruchten Erfindung zu beschränken, sondern diese Ausführungsformen sollen nur eine kurze Zusammenfassung der möglichen Formen der Erfindung liefern. Certain embodiments that correspond to the scope of the originally claimed invention are summarized below. These embodiments are not intended to limit the scope of the claimed invention, but these embodiments are intended to provide only a brief summary of the possible forms of the invention.
[0004] In der Tat kann die Erfindung eine Vielzahl an Formen umfassen, die den weiter unten aufgeführten Ausführungsformen ähnlich sein kann oder von ihnen abweichen kann. In fact, the invention may encompass a variety of forms, which may be similar or different from the embodiments set forth below.
[0005] In Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform umfasst eine Anlage einen Gasturbinendiffusor. Der Gasturbinendiffusor umfasst einen axialen Diffusorabschnitt einschliesslich eines ersten Kanalabschnitts mit einem axialen Strömungspfad entlang einer Mittellinie des Gasturbinendiffusors, wobei der erste Kanalabschnitt eine erste Querschnittsfläche aufweist, die sich entlang des axialen Strömungspfads erstreckt. Der Gasturbinendiffusor umfasst weiterhin einen axial-radialen Diffusorabschnitt, der an den axialen Diffusorabschnitt gekoppelt ist, wobei der axial-radiale Diffusorabschnitt einen zweiten Kanalabschnitt mit einem gekrümmten Strömungspfad entlang der Mittellinie vom axialen Strömungspfad zum radialen Strömungspfad umfasst, der zweite Kanalabschnitt hat eine zweite Querschnittsfläche, die sich entlang des gekrümmten Strömungspfads ausdehnt, der gekrümmte Strömungspfad hat einen Radius von mindestens oder mehr als circa 30 Zentimeter, und der axial-radiale Diffusor schliesst jegliche Umlenkschaufeln im zweiten Kanalabschnitt aus. In accordance with a first embodiment, an installation includes a gas turbine diffuser. The gas turbine diffuser includes an axial diffuser section including a first channel section having an axial flow path along a centerline of the gas turbine diffuser, the first channel section having a first cross-sectional area extending along the axial flow path. The gas turbine diffuser further includes an axial-radial diffuser section coupled to the axial diffuser section, the axial-radial diffuser section including a second channel section having a curved flow path along the center line from the axial flow path to the radial flow path, the second channel section having a second cross-sectional area. extending along the curved flow path, the curved flow path has a radius of at least or greater than about 30 centimeters, and the axial-radial diffuser excludes any vanes in the second channel section.
[0006] In Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform umfasst eine Anlage einen Gasturbinendiffusor. Der Gasturbinendiffusor umfasst einen axialen Diffusorabschnitt einschliesslich eines ersten Kanalabschnitts mit einem axialen Strömungspfad entlang einer Mittellinie des Gasturbinendiffusors. Der Gasturbinendiffusor umfasst weiterhin einen axialen-radialen Diffusorabschnitt, der an den axialen Diffusorabschnitt gekoppelt ist, wobei der axial-radiale Diffusorabschnitt einen zweiten Kanalabschnitt mit einem gekrümmten Strömungspfad entlang der Mittellinie vom axialen Strömungspfad zum radialen Strömungspfad umfasst, und der axial-radiale Diffusorabschnitt schliesst jegliche Umlenkschaufeln im zweiten Kanalabschnitt aus. In accordance with a second embodiment, an installation includes a gas turbine diffuser. The gas turbine diffuser includes an axial diffuser section including a first channel section having an axial flow path along a centerline of the gas turbine diffuser. The gas turbine diffuser further includes an axial-radial diffuser section coupled to the axial diffuser section, the axial-radial diffuser section including a second channel section having a curved flow path along the centerline from the axial flowpath to the radial flowpath, and the axial-radial diffuser section closing any Deflection vanes in the second channel section off.
[0007] In Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Verteilen einer axial-radialen Abgasströmung von einer Turbine durch einen gekrümmten Kanal entlang einem gekrümmten Strömungspfad ohne Umlenkschaufeln, wobei der gekrümmte Strömungspfad einen Radius von mindestens mehr als oder zweimal der Querschnittsbreite des gekrümmten Kanals hat. In accordance with a third embodiment, a method includes distributing an axial-radial flow of exhaust gas from a turbine through a curved channel along a curved flow path without turning vanes, the curved flow path having a radius of at least more than or twice the cross-sectional width of the curved passage Has.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
[0008] Diese und andere Eigenschaften, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen die entsprechenden Teile durch Ziffern in den Zeichnungen dargestellt werden, worin: <tb>FIG. 1<sep>ein Querschnitt einer Ausführungsform einer Gasturbine entlang der Längsachse ist; <tb>FIG. 2<sep>ein Querschnitt einer Ausführungsform eines profilierten Auslassdiffusors der Gasturbine von FIG. 1gemäss einer Ausführungsform ist; und <tb>FIG. 3<sep>eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines profilierten Auslassdiffusors der Gasturbine von FIG. 1 ist.These and other features, aspects, and advantages of the present invention will become better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings, in which like parts are represented by numbers in the drawings, wherein: <Tb> FIG. 1 <sep> is a cross section of one embodiment of a gas turbine along the longitudinal axis; <Tb> FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of an embodiment of a profiled exhaust diffuser of the gas turbine of FIG. 1 according to one embodiment; and <Tb> FIG. 3 is a perspective view of one embodiment of a profiled exhaust diffuser of the gas turbine of FIG. 1 is.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
[0009] Es werden im Folgenden eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bemühen, eine kurze Beschreibung dieser Ausführungsformen zu bieten, werden nicht alle Eigenschaften einer tatsächlichen Umsetzung in der Patentschrift beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass bei der Entwicklung einer solchen tatsächlichen Umsetzung, wie bei jeder Maschinenkonstruktion oder jedem Ausführungsprojekt, zahlreiche umsetzungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele der Entwickler, wie die Einhaltung systembezogener und geschäftsbezogener Einschränkungen, zu erreichen, die von einer Umsetzung zur anderen variieren können. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass eine solche Entwicklungsanstrengung kompliziert und zeitaufwendig sein kann, aber dennoch ein Routineprojekt bezüglich der Ausführung, Fertigung und Herstellung für Menschen mit gewöhnlichem Geschick sein würde, die in den Genuss dieser Veröffentlichung kommen. [0009] One or more specific embodiments of the present invention will be described below. In an effort to provide a brief description of these embodiments, not all the characteristics of an actual implementation are described in the specification. It should be noted that in developing such an actual implementation, as with any machine design or execution project, numerous implementation-specific decisions must be made in order to achieve the specific objectives of the developers, such as adhering to systemic and business related constraints Implementation to others may vary. In addition, it should be noted that such a development effort may be complicated and time-consuming, but would still be a routine design, manufacturing, and manufacturing project for people of ordinary skill who benefit from this publication.
[0010] Bei der Einführung von Elementen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen die Artikel «ein», «eine» «einer», «der/die/das» und das Wort «genannte (r/s)» darauf hinweisen, dass es eine oder mehrere der Elemente gibt. Die Begriffe «bestehend aus», «beinhalten» und «umfassen» sollen umfassend sein und bedeuten, dass es zusätzliche Elemente ausser den genannten Elementen geben kann. In introducing elements of the various embodiments of the present invention, the articles "a," "an," "the," and "the" (r / s) are intended to indicate that there are one or more of the elements. The terms "consisting of," "include," and "comprise" are intended to be comprehensive and to imply that there may be additional elements besides those elements.
[0011] Die veröffentlichten Ausführungsformen sind für einen profilierten Turbinendiffusor bestimmt, um einen gleichmässigen Strömungspfad für die Überleitung der Strömung von einer axialen in eine radiale Richtung ohne Umlenkschaufeln zu erreichen und gleichzeitig die Druckrückgewinnung im Diffusor zu maximieren. Wie unten beschrieben kann der veröffentlichte Turbinendiffusor einen axialen Diffusorabschnitt, einen axial-radialen Diffusorabschnitt und einen radialen Diffusorabschnitt umfassen. Der axiale Diffusorabschnitt umfasst divergierende Wände mit einer oder mehreren Strebe(n), um Druckverluste um die Streben herum zu reduzieren und schrittweise in den axial-radialen Diffusorabschnitt überzuleiten. Der axial-radiale Diffusorabschnitt enthält einen schaufellosen Kanal mit einem grossen Krümmungsradius, um die Durchflussabscheidung und Druckverluste zu reduzieren. Zum Beispiel lenkt der axial-radiale Diffusorabschnitt den Abgasstrom ohne abrupte Änderungen zwischen axialer und radialer Richtung schrittweise ab, wodurch die Notwendigkeit für interne Umlenkschaufeln nicht mehr gegeben ist. Statt einer scharfen Kurve oder eines kleinen Krümmungsradius hat der axial-radiale Diffusorabschnitt einen grossen Krümmungsradius entlang radial nach innen und aussen gerichteten Wänden. Der Krümmungsradius kann mindestens circa 1- bis 100-mal so gross wie eine Querschnittsbreite des Turbinendiffusors sein. Zum Beispiel kann der Krümmungsradius grösser als oder etwa genauso gross wie das eineinhalb-, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10-fache der Querschnittsbreite des Turbinendiffusors sein. Darüber hinaus beseitigt der beschriebene zu Verbesserung des Strömungsverhaltens vorgesehene Turbinendiffusor mechanische Probleme, wie Risse, die an Umlenkschaufeln auftreten können werden. The published embodiments are intended for a profiled turbine diffuser to achieve a uniform flow path for the passage of the flow from an axial to a radial direction without deflecting vanes and at the same time to maximize the pressure recovery in the diffuser. As described below, the disclosed turbine diffuser may include an axial diffuser section, an axial-radial diffuser section, and a radial diffuser section. The axial diffuser section includes diverging walls having one or more struts to reduce pressure losses around the struts and gradually transition into the axial-radial diffuser section. The axial-radial diffuser section includes a vane-less channel having a large radius of curvature to reduce flow separation and pressure losses. For example, the axial-radial diffuser section gradually diverts the exhaust flow without abrupt changes between the axial and radial directions, eliminating the need for internal vanes. Instead of a sharp curve or a small radius of curvature, the axial-radial diffuser section has a large radius of curvature along radially inwardly and outwardly directed walls. The radius of curvature may be at least about 1 to 100 times as large as a cross-sectional width of the turbine diffuser. For example, the radius of curvature may be greater than or about the same as the one and a half, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 times the cross-sectional width of the turbine diffuser. In addition, the described flow-improving turbine damper eliminates mechanical problems such as cracks that may occur on vanes.
[0012] FIG. 1 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform einer Gasturbine 118 entlang der Längsachse 158. Profilierte Auslass-diffusoren ohne Umlenkschaufeln können in jeder Art von Fluidstromanlage eingesetzt werden, die Rotationsmaschinen wie Gas- und Dampfturbinen beinhaltet, und sind nicht auf eine bestimmte Maschine oder Anlage beschränkt. Wie weiter unten beschrieben wird, kann der profilierte Auslassdiffusor innerhalb der Gasturbine 118 eingesetzt werden, um die Diffusorleistung zu maximieren, indem er einen gleichmässigen Strömungspfad für die Überleitung der Strömung durch den Diffusor von einer axialen in eine radiale Richtung ermöglicht. Zum Beispiel können Winkel in der Nähe der Einlassöffnung des Diffusors platziert werden, um eine frühzeitige Strömungsdiffusion zu ermöglichen und Druckverluste um eine oder mehrere interne Strebe (n) zu reduzieren und den Strömungspfad von axialer in radiale Richtung weniger abrupt und mehr profiliert zu gestalten. Darüber hinaus kann der Diffusor Teile enthalten, die sich schrittweise entlang des Strömungspfads ausdehnen, um die Überleitung der Strömung von einer axialen in eine radiale Strömungsrichtung zusätzlich zu verbessern, um also die Aerodynamik des Diffusors zu verbessern, während gleichzeitig ein möglicher Leistungsverlust (z.B. interne Umlenkschaufeln) beseitigt wird. FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a gas turbine 118 taken along the longitudinal axis 158. Profiled outlet diffusers without turning vanes may be used in any type of fluid power system including rotary machines such as gas and steam turbines and are not limited to any particular machine or installation. As will be described below, the profiled exhaust diffuser can be deployed within the gas turbine 118 to maximize diffuser performance by providing a uniform flow path for passage of flow through the diffuser from an axial to a radial direction. For example, angles may be placed near the inlet opening of the diffuser to allow for early flow diffusion and to reduce pressure losses around one or more internal struts and to make the flow path from the axial to radial directions less abrupt and more contoured. In addition, the diffuser may include portions that expand stepwise along the flow path to further enhance the transfer of flow from an axial to a radial flow direction so as to improve the aerodynamics of the diffuser while at the same time reducing possible power loss (eg, internal vanes ) is eliminated.
[0013] Die Gasturbine 118 umfasst eine oder mehrere Brennstoffdüsen 160, die sich in einem Brennerabschnitt 162 befinden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Gasturbine 118 innerhalb des Brennerabschnitts 162 mehrere ringförmig angeordnete Brennkammern 120 umfassen. Weiterhin kann jede Brennkammer 120 mehrere Brennstoffdüsen 160 umfassen, die an oder in der Nähe des Kopfendes jeder Brennkammer 120 ringförmig oder in anderer Art angebracht sind. The gas turbine 118 includes one or more fuel nozzles 160 located in a burner section 162. In certain embodiments, the gas turbine 118 within the burner section 162 may include a plurality of annular combustion chambers 120. Further, each combustor 120 may include a plurality of fuel nozzles 160 annularly or otherwise attached at or near the top end of each combustor 120.
[0014] Die Luft tritt durch einen Lufteinlassabschnitt 163 ein und wird durch einen Verdichter 132 komprimiert. Die Druckluft aus dem Verdichter 132 wird dann in den Brennerabschnitt 162 geleitet, wo die komprimierte Luft mit dem Brennstoff vermischt wird. Die Mischung aus Druckluft und Brennstoff wird in der Regel innerhalb des Brennerabschnitts 162 verbrannt, um Hochtemperatur und Hochdruckverbrennungsgase zu erzeugen, die verwendet werden, um das Drehmoment innerhalb des Turbinenabschnitts 130 zu generieren. Wie oben erwähnt können mehrere Brennkammern 120 ringförmig innerhalb des Brennerabschnitts 162 angeordnet sein. Jede Brennkammer 120 umfasst ein Zwischenstück 172, welches die heissen Verbrennungsgase aus der Brennkammer 120 in den Turbinenabschnitt 130 leitet. Insbesondere bestimmt jedes Zwischenstück 172 in der Regel einen Heissgasstrom von der Brennkammer 120 bis zur Düsenanordnung des Turbinenabschnitts 130, der innerhalb einer ersten Stufe 174 der Turbine 130 enthalten ist. The air enters through an air inlet section 163 and is compressed by a compressor 132. The compressed air from the compressor 132 is then directed into the burner section 162, where the compressed air is mixed with the fuel. The mixture of compressed air and fuel is typically combusted within the combustor section 162 to produce high temperature and high pressure combustion gases used to generate the torque within the turbine section 130. As noted above, multiple combustors 120 may be disposed annularly within burner section 162. Each combustor 120 includes an intermediate piece 172 which directs the hot combustion gases from the combustor 120 into the turbine section 130. In particular, each spacer 172 typically defines a flow of hot gas from the combustor 120 to the nozzle assembly of the turbine section 130 contained within a first stage 174 of the turbine 130.
[0015] Wie dargestellt, umfasst der Turbinenabschnitt 130 drei getrennte Stufen 174, 176 und 178. Jede Stufe 174, 176 und 178 umfasst eine Vielzahl von Schaufeln 180, die an ein Rotorrad 182 gekoppelt sind, welches wiederum an einer Welle 184 drehbar befestigt ist. Jede Stufe 174, 176 und 178 umfasst weiterhin eine Düsenanordnung 186, die unmittelbar vor jedem Schaufelsatz 180 angeordnet ist. Die Düsenanordnungen 186 leiten die heissen Verbrennungsgase zu den Schaufeln 180, wo die heissen Verbrennungsgase Triebkräfte auf die Schaufeln bewirken, die die Schaufeln 180 zum Drehen bringen, wodurch sich auch die Welle 184 dreht. Die heissen Verbrennungsgase strömen durch jede der Stufen 174, 176 und 178 und erzeugen innerhalb jeder der Stufen 174, 176 und 178 Triebkräfte auf die Schaufeln 180. Die heissen Verbrennungsgase verlassen dann die Gasturbine 130 durch einen Auslassdiffusor 188. Der Auslassdiffusor 188 funktioniert, indem die Geschwindigkeit des Fluidstroms durch den Auslassdiffusor 188 reduziert und der statische Druck gleichzeitig erhöht wird, um die von der Gasturbine 118 zu verrichtende Arbeit zu reduzieren. Der Auslassdiffusor umfasst eine Strebe 190, die zwischen den Wänden des Auslassdiffusors 188 angeordnet ist. Die Strebe 190 hält die Wände fest zusammen. Die Anzahl der Streben 190 variiert und kann zwischen 1 und 10 oder mehr betragen. Der Auslassdiffusor 188 umfasst eine profilierte Form, um den Fluidstrom ohne interne Umlenkschaufeln von einer axialen in eine radiale Richtung überzuleiten, während gleichzeitig Winkel in der Nähe der Einlassöffnung 192 des Auslassdiffusors 188 eingearbeitet sind, damit eine frühzeitige Strömungsdiffusion ermöglicht wird. As shown, the turbine section 130 includes three separate stages 174, 176, and 178. Each stage 174, 176, and 178 includes a plurality of blades 180 coupled to a rotor wheel 182, which in turn is rotatably mounted to a shaft 184 , Each stage 174, 176, and 178 further includes a nozzle assembly 186 disposed immediately in front of each blade set 180. The nozzle assemblies 186 direct the hot combustion gases to the vanes 180 where the hot combustion gases impart drive forces to the vanes that cause the vanes 180 to rotate, thereby also rotating the shaft 184. The hot combustion gases flow through each of the stages 174, 176, and 178 and generate motive forces on the blades 180 within each of the stages 174, 176, and 178. The hot combustion gases then exit the gas turbine 130 through an exhaust diffuser 188. The exhaust diffuser 188 operates by moving the exhaust gas Speed of the fluid flow through the outlet diffuser 188 is reduced and the static pressure is increased simultaneously to reduce the work to be done by the gas turbine 118. The outlet diffuser includes a strut 190 disposed between the walls of the outlet diffuser 188. The strut 190 holds the walls together. The number of struts 190 varies and may be between 1 and 10 or more. The outlet diffuser 188 includes a profiled shape for communicating the fluid flow without internal vanes from an axial to a radial direction while at the same time incorporating angles near the inlet port 192 of the outlet diffuser 188 to allow early flow diffusion.
[0016] FIG. 2 ist ein Querschnitt einer Seitenansicht des Auslassdiffusors 188 aus FIG. 1, die die Winkel nahe der Einlassöffnung 192 und die profilierte Form des Auslassdiffusors 188 näher darstellt. Wie unten beschrieben kann der Auslassdiffusor einen axialen Diffusorabschnitt 202, einen axialradialen Diffusorabschnitt 204 und einen radialen Diffusorabschnitt 206 umfassen. Eine Mittellinie 208, die in der Regel den Strömungspfad bestimmt, verläuft von der Einlassöffnung 192 des Auslassdiffusors 188 in Richtung einer Auslassöffnung 210. Im Allgemeinen erstreckt sich die Querschnittsfläche des Auslassdiffusors 188 nachgelagert entlang des Strömungspfads von der Einlassöffnung 192 bis zur Auslassöffnung 210. FIG. FIG. 2 is a cross-sectional side view of the outlet diffuser 188 of FIG. 1, which further illustrates the angles near the inlet port 192 and the profiled shape of the outlet diffuser 188. As described below, the outlet diffuser may include an axial diffuser section 202, an axial radial diffuser section 204, and a radial diffuser section 206. A centerline 208, which typically defines the flowpath, extends from the inlet port 192 of the outlet diffuser 188 toward an outlet port 210. In general, the cross-sectional area of the outlet diffuser 188 extends downstream along the flowpath from the inlet port 192 to the outlet port 210.
[0017] Der axiale Diffusorabschnitt 202 enthält einen ersten Kanalabschnitt 212 mit einem axialen Strömungspfad 214 entlang der Mittellinie 208 des Auslassdiffusors 188. Der erste Kanalabschnitt 212 umfasst eine erste Wand 216, die in einer versetzten Stellung zur zweiten Wand 218 steht. Weiterhin sind die erste Wand 216 und die zweite Wand 218 einander entgegengesetzt um den axialen Strömungspfad 214 angeordnet. Die erste Wand 216 ist relativ benachbart zu der Drehachse der Turbine 130 montiert, angegeben durch die gestrichelte Linie 220, während die zweite Wand 218 eher relativ in der Ferne der Drehachse 220 angeordnet ist. Die erste Wand 216 erstreckt sich entlang des axialen Strömungspfads 214 in einem ersten Winkel 222 relativ zur Drehachse 220 der Turbine 130. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der erste Winkel 222 ein negativer Winkel sein, der sich zwischen ca. 0-8 Grad, 2-6 Grad, oder 4-5 Grad bewegt. Zum Beispiel kann der erste Winkel 222 mindestens gleich oder grösser sein als ca. 2, 4, 6 oder 8 Grad, oder jeder beliebige Winkel dazwischen. Die zweite Wand 218 erstreckt sich entlang des axialen Strömungspfads 214 in einem zweiten Winkel 226 relativ zur Drehachse 220. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der zweite Winkel 226 ein positiver Winkel sein, der sich zwischen ca. 16 - 20 Grad oder 17 - 19 Grad bewegt. Zum Beispiel kann der zweite Winkel 226 mindestens gleich oder grösser sein als ca. 16, 17, 18, 19 oder 20 Grad, oder jeder beliebige Winkel dazwischen. Bei der dargestellten Ausführungsform liegen der erste Winkel 222 und der zweite Winkel 226 nicht bei 0 Grad. Bei einigen Ausführungsformen beträgt der erste Winkel 222 weniger als oder etwa 8 Grad, und der zweite Winkel 226 ist grösser als oder etwa 16 Grad. The axial diffuser section 202 includes a first channel section 212 having an axial flow path 214 along the centerline 208 of the outlet diffuser 188. The first channel section 212 includes a first wall 216 that is in a staggered position relative to the second wall 218. Furthermore, the first wall 216 and the second wall 218 are oppositely disposed about the axial flow path 214. The first wall 216 is mounted relatively adjacent the axis of rotation of the turbine 130, indicated by the dashed line 220, while the second wall 218 is disposed relatively in the distance of the axis of rotation 220. The first wall 216 extends along the axial flow path 214 at a first angle 222 relative to the axis of rotation 220 of the turbine 130. In certain embodiments, the first angle 222 may be a negative angle ranging between about 0-8 degrees, 2-6 Degrees, or 4-5 degrees moved. For example, the first angle 222 may be at least equal to or greater than about 2, 4, 6, or 8 degrees, or any angle therebetween. The second wall 218 extends along the axial flow path 214 at a second angle 226 relative to the axis of rotation 220. In certain embodiments, the second angle 226 may be a positive angle that moves between about 16-20 degrees or 17-19 degrees. For example, the second angle 226 may be at least equal to or greater than about 16, 17, 18, 19, or 20 degrees, or any angle therebetween. In the illustrated embodiment, the first angle 222 and the second angle 226 are not 0 degrees. In some embodiments, the first angle 222 is less than or about 8 degrees, and the second angle 226 is greater than or about 16 degrees.
[0018] Aufgrund des ersten und zweiten Winkels 222 und 226 divergieren jeweils die erste Wand 216 und die zweite Wand 218 entlang des axialen Strömungspfads 214 voneinander. Als Folge der Divergenz der ersten Wand 216 und der zweiten Wand 218 umfasst der erste Kanalabschnitt 212, wie FIG. 2zeigt, eine erste Querschnittsfläche 228 (d.h. senkrecht zur Mittellinie 208), die sich entlang des axialen Strömungspfads 214 zwischen der ersten Wand 216 und der zweiten Wand 218 erstreckt. Die Ausdehnung der Querschnittsfläche 228 über den Strömungspfad kann eine frühzeitige Strömungsdiffusion hervorrufen, die Druckverluste bei der Diffusorleistung über Strebe 190 reduziert. Ferner erfolgt durch diese Ausdehnung eine gleichmässige Strömungspfadüberleitung von der axialen in die radiale Richtung, wie im Folgenden beschrieben wird. Due to the first and second angles 222 and 226, the first wall 216 and the second wall 218 diverge along the axial flow path 214, respectively. As a result of the divergence of the first wall 216 and the second wall 218, the first channel portion 212, as shown in FIG. 2, a first cross-sectional area 228 (i.e., perpendicular to the centerline 208) that extends along the axial flow path 214 between the first wall 216 and the second wall 218. The expansion of the cross-sectional area 228 across the flow path may cause premature flow diffusion that reduces pressure losses on diffuser performance via strut 190. Furthermore, this expansion results in a uniform flow path transition from the axial to the radial direction, as will be described below.
[0019] Der axiale Diffusorabschnitt 202 ist an den axial-radialen Diffusorabschnitt 204 gekoppelt. Der axial-radiale Diffusorabschnitt 204 leitet die Strömung vom axial-radialen Diffusorabschnitt 202 zum radialen Diffusorabschnitt 206. Der axiale Diffusorabschnitt 204 enthält einen zweiten Kanalabschnitt 230 mit einem axialen Strömungspfad 232 entlang der Mittellinie 208 vom axialen Strömungspfad 214 zum radialen Strömungspfad 234. Der zweite Kanalabschnitt 230 umfasst eine erste gekrümmte Wand 236, die in einer versetzten Stellung zu einer zweiten gekrümmten Wand 238 steht. Weiterhin sind die erste gekrümmte Wand 236 und die zweite gekrümmte Wand 238 einander gegenüber um den axialen Strömungspfad 232 angeordnet. Die erste gekrümmte Wand 236 ist relativ zur Drehachse 220 der Turbine 130 montiert, während die zweite gekrümmte Wand 238 mehr distal relativ zur Drehachse 220 angeordnet ist. Der erste und zweite Winkel 222 und 226 erstrecken sich jeweils in Richtung der ersten und zweiten gekrümmten Wand 236 und 238. Bei einigen Ausführungsformen kann sich der erste und zweite Winkel 222 und 226 jeweils direkt bis zur ersten und zweiten gekrümmten Wand 236 und 238 erstrecken. Die Ausdehnung der Winkel 222 und 226 auf die gekrümmten Wände 236 und 238 macht die Strömungspfadüberleitung vom axialen Diffusorabschnitt 202 zum axialen Diffusorabschnitt 204 aerodynamischer, wodurch Druckverluste in der Diffusorleistung reduziert werden, die in der Regel mit scharfen Überleitungen in Richtung des Strömungspfads verbunden sind. The axial diffuser section 202 is coupled to the axial-radial diffuser section 204. The axial-radial diffuser section 204 directs the flow from the axial-radial diffuser section 202 to the radial diffuser section 206. The axial diffuser section 204 includes a second passage section 230 having an axial flow path 232 along the centerline 208 from the axial flow path 214 to the radial flow path 234 230 includes a first curved wall 236 that is in a staggered position relative to a second curved wall 238. Furthermore, the first curved wall 236 and the second curved wall 238 are disposed opposite to each other about the axial flow path 232. The first curved wall 236 is mounted relative to the axis of rotation 220 of the turbine 130, while the second curved wall 238 is located more distal relative to the axis of rotation 220. The first and second angles 222 and 226 extend toward the first and second curved walls 236 and 238, respectively. In some embodiments, the first and second angles 222 and 226 may each extend directly to the first and second curved walls 236 and 238. The extension of the angles 222 and 226 to the curved walls 236 and 238 makes the flow path transition from the axial diffuser section 202 to the axial diffuser section 204 more aerodynamic, thereby reducing pressure losses in the diffuser performance, which are typically associated with sharp transitions in the direction of the flowpath.
[0020] Die erste gekrümmte Wand 236 verläuft entlang des gekrümmten Strömungspfads 232 mit einem ersten Krümmungsradius 240, während die zweite gekrümmte Wand 238 entlang des gekrümmten Strömungspfads 232 mit einem zweiten Krümmungsradius 242 verläuft. Der Durchschnitt dieser Radien 240 und 242 kann durch einen mittleren Krümmungsradius 243 relativ zur Mittellinie 208 entlang des gekrümmten Strömungspfads 232 bestimmt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Krümmungsradien 240, 242 und 243 entlang der Länge der ersten gekrümmten Wand 236 und der zweiten gekrümmten Wand 238 variieren. Dementsprechend können sich die Mittelpunkte 241 der Radien 240, 242, und 243 verschieben, um die Radien 240, 242 und 243 zu erhöhen oder zu verringern. An bestimmten Punkten entlang der Länge des zweiten Kanalabschnitts 230 kann sich der erste Krümmungsradius 240 vom zweiten Krümmungsradius 242 unterscheiden, während der erste Krümmungsradius 240 und der zweite Krümmungsradius 242 an anderen Stellen gleich sein können. Alternativ können sich der erste Krümmungsradius 240 und der zweite Krümmungsradius 242 entlang der gesamten Länge der ersten gekrümmten Wand 236 und der zweiten gekrümmten Wand 238 unterscheiden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Unterschied zwischen dem ersten Krümmungsradius 240 und dem zweiten Krümmungsradius 242 zwischen 0 und ca. 50 Prozent, 10 und 40 Prozent oder 20 und 30 Prozent liegen. Zum Beispiel kann der Unterschied ca. 15, 20, 25, 30 oder 35 Prozent, oder jede beliebige Prozentzahl dazwischen betragen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der erste Krümmungsradius 240 grösser als der zweite Krümmungsradius 242 sein. Bei alternativen Ausführungsformen kann der zweite Krümmungsradius 242 grösser als der erste Krümmungsradius 240 sein. Bei anderen Ausführungsformen können der erste Krümmungsradius 240 und der zweite Krümmungsradius 242 gleich sein. The first curved wall 236 extends along the curved flow path 232 with a first radius of curvature 240, while the second curved wall 238 extends along the curved flow path 232 with a second radius of curvature 242. The average of these radii 240 and 242 may be determined by a mean radius of curvature 243 relative to the centerline 208 along the curved flowpath 232. In certain embodiments, the radii of curvature 240, 242, and 243 may vary along the length of the first curved wall 236 and the second curved wall 238. Accordingly, the centers 241 of the radii 240, 242, and 243 may shift to increase or decrease the radii 240, 242, and 243. At certain points along the length of the second channel portion 230, the first radius of curvature 240 may differ from the second radius of curvature 242, while the first radius of curvature 240 and the second radius of curvature 242 may be the same at other locations. Alternatively, the first radius of curvature 240 and the second radius of curvature 242 may differ along the entire length of the first curved wall 236 and the second curved wall 238. In certain embodiments, the difference between the first radius of curvature 240 and the second radius of curvature 242 may be between 0 and about 50 percent, 10 and 40 percent, or 20 and 30 percent. For example, the difference may be about 15, 20, 25, 30, or 35 percent, or any percentage in between. In certain embodiments, the first radius of curvature 240 may be greater than the second radius of curvature 242. In alternative embodiments, the second radius of curvature 242 may be greater than the first radius of curvature 240. In other embodiments, the first radius of curvature 240 and the second radius of curvature 242 may be equal.
[0021] Bei bestimmten Ausführungsformen kann der erste Krümmungsradius 240 etwa im Bereich zwischen 30 und 390 Zentimetern, 80 bis 340 Zentimetern, 130 bis 390 Zentimetern, 180 bis 300 Zentimetern oder 220 bis 260 Zentimetern liegen. Zum Beispiel kann der erste Krümmungsradius 240 ca. 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 oder 100 Zentimeter, oder jeden Abstand dazwischen betragen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der erste Krümmungsradius 240 mindestens grösser als oder ca. 100 Zentimeter sein. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der zweite Krümmungsradius 242 etwa im Bereich zwischen 30 und 510 Zentimetern, 80 bis 460 Zentimetern, 130 bis 410 Zentimetern, 180 bis 360 Zentimetern oder 230 bis 310 Zentimetern liegen. Zum Beispiel kann der zweite Krümmungsradius 242 ca. 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 oder 100 Zentimeter, oder jeden Abstand dazwischen betragen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der erste Krümmungsradius 240 mindestens grösser als oder ca. 100 Zentimeter sein. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Radius 243 des gekrümmten Strömungspfads 232 etwa im Bereich zwischen 30 und 450 Zentimetern, 80 bis 400 Zentimetern, 130 bis 350 Zentimetern, 180 bis 300 Zentimetern oder 220 bis 260 Zentimetern liegen. Zum Beispiel kann der Radius 243 ca. 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 oder 100 Zentimeter, oder jeden Abstand dazwischen betragen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Radius 243 mindestens grösser als oder ca. 30 Zentimeter sein. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Radius 243 mindestens grösser als oder ca. 100 Zentimeter sein. In certain embodiments, the first radius of curvature 240 may be approximately in the range of 30 to 390 centimeters, 80 to 340 centimeters, 130 to 390 centimeters, 180 to 300 centimeters, or 220 to 260 centimeters. For example, the first radius of curvature 240 may be about 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, or 100 centimeters, or any distance therebetween. In certain embodiments, the first radius of curvature 240 may be at least greater than or about 100 centimeters. In certain embodiments, the second radius of curvature 242 may be in the range of about 30 to 510 centimeters, 80 to 460 centimeters, 130 to 410 centimeters, 180 to 360 centimeters, or 230 to 310 centimeters. For example, the second radius of curvature 242 may be about 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, or 100 centimeters, or any distance therebetween. In certain embodiments, the first radius of curvature 240 may be at least greater than or about 100 centimeters. In certain embodiments, the radius 243 of the curved flowpath 232 may be in the range of about 30 to 450 centimeters, 80 to 400 centimeters, 130 to 350 centimeters, 180 to 300 centimeters, or 220 to 260 centimeters. For example, the radius 243 may be about 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, or 100 centimeters, or any distance therebetween. In certain embodiments, the radius 243 may be at least greater than or about 30 centimeters. In certain embodiments, the radius 243 may be at least greater than or about 100 centimeters.
[0022] Die Krümmung der Wände 236 und 238 ermöglicht eine gleichmässigere, aerodynamischere Strömungspfadüberleitung, wodurch die Notwendigkeit für eine interne Umlenkschaufel im zweiten Kanalabschnitt 230 beseitigt wird. Somit schliesst der axial-radiale Diffusorabschnitt 204 jegliche internen Umlenkschaufeln aus. Tatsächlich divergieren die erste und zweite gekrümmte Wand 236 und 238 jeweils entlang des gekrümmten Strömungspfads 232, um eine grössere Diffusion während der Überleitung von der axialen in die radiale Richtung zu ermöglichen. Der gekrümmte zweite Kanalabschnitt hat eine zweite Querschnittsfläche 244 (d.h. senkrecht zur Mittellinie 208), die sich entlang des axialen Strömungspfads 232 zwischen der ersten Wand 236 und der zweiten Wand 238 ausdehnt. Mit anderen Worten hat die Querschnittsfläche 244 eine Querschnittsbreite 246, die sich entlang des gekrümmten Strömungspfads 232 erstreckt. Die Ausdehnung der Querschnittsbreite 246 innerhalb des axialen-radialen Diffusorabschnitts 204 erhöht die Diffusion der Strömung und leitet die Strömung gleichzeitig von einer axialen in eine radiale Richtung um. The curvature of the walls 236 and 238 allows for a smoother, more aerodynamic flow path transition, eliminating the need for an internal turning vane in the second channel section 230. Thus, the axial-radial diffuser section 204 eliminates any internal vanes. In fact, the first and second curved walls 236 and 238 diverge, respectively, along the curved flow path 232 to allow for greater diffusion during the transition from the axial to the radial direction. The curved second channel portion has a second cross-sectional area 244 (i.e., perpendicular to the centerline 208) that extends along the axial flowpath 232 between the first wall 236 and the second wall 238. In other words, the cross-sectional area 244 has a cross-sectional width 246 that extends along the curved flow path 232. The expansion of the cross-sectional width 246 within the axial-radial diffuser section 204 increases the diffusion of the flow and simultaneously diverts the flow from an axial to a radial direction.
[0023] Bei bestimmten Ausführungsformen können die Radien 240, 242 und 243 mindestens ca. 1 - 100, 1 - 50, 1 - 25 oder 1-10 mal so gross wie die Querschnittsbreite 246 des gekrümmten Strömungspfads 232 sein. Zum Beispiel können die Radien 240, 242 und 243 grösser als oder etwa genauso gross wie das eineinhalb-, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10-fache der Querschnittsbreite 246 sein. In certain embodiments, the radii 240, 242, and 243 may be at least about 1-100, 1-50, 1-25, or 1-10 times the cross-sectional width 246 of the curved flow path 232. For example, the radii 240, 242, and 243 may be greater than or about the same size as the one and a half, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 times the cross sectional width 246.
[0024] Vom axialen-radialen Diffusorabschnitt 204 wird die Strömung zum radialen Diffusorabschnitt 206 geleitet. Der axiale Diffusorabschnitt 204 ist an den radialen Diffusorabschnitt 206 gekoppelt. Der radiale Diffusorabschnitt 206 enthält einen dritten Kanalabschnitt 248 mit einem radialen Strömungspfad 234 entlang der Mittellinie 208 des Diffusors 188. Der dritte Kanalabschnitt 248 umfasst eine erste vertikale Wand 250, die in einer versetzten Stellung zu einer zweiten vertikalen Wand 252 steht. Weiterhin sind die erste vertikale Wand 250 und die zweite vertikale Wand 252 einander gegenüber um den radialen Strömungspfad 234 angeordnet. Die divergierende erste und zweite gekrümmte Wand 236 und 238 des zweiten Kanalabschnitts 230 dehnen sich bis zur ersten vertikalen Wand 250 und zweiten vertikalen Wand 252 aus. Die erste vertikale Wand 250 divergiert von der zweiten vertikalen Wand 252 entlang des radialen Strömungspfads 234. Folglich umfasst der dritte Kanalabschnitt 248 eine dritte Querschnittsfläche 254 (d. h. senkrecht zur Mittellinie 208), die sich entlang des radialen Strömungspfads 234 zwischen der ersten vertikalen Wand 250 und der zweiten vertikalen Wand 252 erstreckt, um die Diffusion und die Diffusionsleistung zu erhöhen. Vom radialen Diffusorabschnitt 206 wird die Strömung zur Auslassöffnung 210 des Diffusors 188 geleitet. From the axial-radial diffuser section 204, the flow is directed to the radial diffuser section 206. The axial diffuser section 204 is coupled to the radial diffuser section 206. The radial diffuser section 206 includes a third channel section 248 having a radial flow path 234 along the centerline 208 of the diffuser 188. The third channel section 248 includes a first vertical wall 250 that is in a staggered position relative to a second vertical wall 252. Furthermore, the first vertical wall 250 and the second vertical wall 252 are disposed opposite to each other about the radial flow path 234. The divergent first and second curved walls 236 and 238 of the second channel section 230 extend to the first vertical wall 250 and second vertical wall 252. The first vertical wall 250 diverges from the second vertical wall 252 along the radial flow path 234. Thus, the third channel portion 248 includes a third cross-sectional area 254 (ie, perpendicular to the centerline 208) extending along the radial flowpath 234 between the first vertical wall 250 and the second vertical wall 252 extends to increase the diffusion and the diffusion performance. From the radial diffuser section 206, the flow is directed to the outlet opening 210 of the diffuser 188.
[0025] FIG. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Auslassdiffusors 188, die die Umrisse und die Ausdehnung des Diffusors 188 darstellt. Der Auslassdiffusor 188 umfasst den axialen Diffusorabschnitt 202, den axial-radialen Diffusorabschnitt 204 und einen radialen Diffusorabschnitt 206, wie oben beschrieben. Der axiale Diffusorabschnitt 202 umfasst die erste und zweite Wand 216 und 218. Der axial-radiale Diffusorabschnitt 204 umfasst die erste und zweite gekrümmte Wand 236 und 238. Sowohl die erste und zweite Wand 216 und 218, sowie, zumindest Teile der ersten und zweiten gekrümmten Wand 236 und 238 umfassen eine halbringförmige Krümmung in Umfangsrichtung, wie durch Pfeil 262 angedeutet, quer zur Längsachse 158 der Gasturbine 118. Die ringförmige Krümmung der Wände 216, 218, 236 und 238 ermöglicht eine ringförmige Verteilung des Auslassdiffusors 188 rund um den Turbinenaustritt 130. Bei einigen Ausführungsformen kann/können ein oder mehrere Auslassdiffusor(en) 188 rund um den Turbinenaustritt 130 verteilt werden. Wie in FIG. 3 abgebildet umfasst der Auslassdiffusor 188 eine dritte Wand 264 und eine vierte Wand 266, die dem Strömungspfad folgen, der in der Regel durch die Mittellinie 208 bestimmt ist. Die dritte Wand 264 und die vierte Wand 266 sind gegenüber voneinander angeordnet und befinden sich zwischen der ersten Wand 216 und der zweiten Wand 218, der ersten gekrümmten Wand 236 und der zweiten gekrümmten Wand 238 und der ersten vertikalen Wand 250 und der zweiten vertikalen Wand 252 entlang der Länge des Diffusors 188. Die dritte Wand 264 und die vierte Wand 266 divergieren von der Einlassöffnung 192 in nachgelagerter Richtung 268 zur Auslassöffnung 210. Die Querschnittsfläche des Auslassdiffusors 188 (d. h. senkrecht zur nachgelagerten Richtung 268) erstreckt sich nachgelagert von der Einlassöffnung 192 bis zur Auslassöffnung 210 des Diffusors 188 sowohl in vertikaler Abmessung 270, als auch in horizontaler Abmessung 272. Die Abmessung 270 kann als eine radiale Abmessung relativ zur Achse 158 definiert werden, während die Abmessung 272 als Umfangsabmessung relativ zur Achse 158 definiert werden kann. FIG. 3 is a perspective view of the outlet diffuser 188 illustrating the contours and extent of the diffuser 188. The outlet diffuser 188 includes the axial diffuser section 202, the axial-radial diffuser section 204, and a radial diffuser section 206, as described above. The axial diffuser section 202 includes the first and second walls 216 and 218. The axial-radial diffuser section 204 includes the first and second curved walls 236 and 238. Both the first and second walls 216 and 218, and at least portions of the first and second curved ones Wall 236 and 238 comprise a semi-annular curvature in the circumferential direction, as indicated by arrow 262, transverse to longitudinal axis 158 of gas turbine 118. The annular curvature of walls 216, 218, 236 and 238 allows for annular distribution of outlet diffuser 188 around turbine exit 130. In some embodiments, one or more outlet diffusers 188 may be distributed around the turbine outlet 130. As shown in FIG. 3, the outlet diffuser 188 includes a third wall 264 and a fourth wall 266 that follow the flow path typically defined by the centerline 208. The third wall 264 and the fourth wall 266 are disposed opposite each other and are located between the first wall 216 and the second wall 218, the first curved wall 236 and the second curved wall 238 and the first vertical wall 250 and the second vertical wall 252 along the length of the diffuser 188. The third wall 264 and the fourth wall 266 diverge from the inlet port 192 in the downstream direction 268 to the outlet port 210. The cross-sectional area of the outlet diffuser 188 (ie, perpendicular to the downstream direction 268) extends downstream from the inlet port 192a to the outlet opening 210 of the diffuser 188 in both vertical dimension 270 and horizontal dimension 272. The dimension 270 may be defined as a radial dimension relative to the axis 158, while the dimension 272 may be defined as a circumferential dimension relative to the axis 158.
[0026] In Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen kann der Auslassdiffusor 188 in Verbindung mit der Turbine 130 betrieben werden. Zum Beispiel kann eine Anwendung die axialradiale Diffusion einer Abgasströmung aus der Turbine durch einen gekrümmten Kanal entlang des gekrümmten Strömungspfads 232 ohne jegliche Umlenkschaufeln beinhalten, wobei der gekrümmte Strömungspfad 232 einen vergrösserten Radius 243 hat, um die Durchflussabscheidung und Druckverluste zu verringern. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Radius 243 mindestens grösser als oder ca. 30 Zentimeter und/oder 1-10 mal die Breite 246 sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Radius 243 mindestens grösser als oder ca. 2 mal die Breite 246 sein. Der Betrieb der axialen-radialen Diffusion der Abgasströmung kann eine Ausdehnung der Abgasströmung zwischen der ersten gekrümmten Wand 236 und der zweiten gekrümmten Wand 238 umfassen, die entlang des gekrümmten Strömungspfads 232 verläuft. Wie oben beschrieben, kann die erste gekrümmte Wand 236 näher an der Drehachse 220 der Turbine 130 ausgerichtet sein als die zweite gekrümmte Wand 238. Der Betrieb kann ferner eine axiale Diffusion der Abgasströmung vor der axialen-radialen Diffusion der Abgasströmung umfassen. Eine axiale Diffusion der Abgasströmung umfasst eine Ausdehnung der Abgasströmung zwischen einer ersten abgewinkelten Wand 216 und einer zweiten abgewinkelten Wand 218, die relativ zum axialen Strömungspfad 214 abgewinkelt sind. In accordance with certain embodiments, the outlet diffuser 188 may be operated in conjunction with the turbine 130. For example, one application may include axial radial diffusion of exhaust flow from the turbine through a curved channel along the curved flow path 232 without any diverting vanes, the curved flow path 232 having an increased radius 243 to reduce flow separation and pressure losses. In certain embodiments, the radius 243 may be at least greater than or about 30 centimeters and / or 1-10 times the width 246. In other embodiments, the radius 243 may be at least greater than or about 2 times the width 246. The operation of the axial-radial diffusion of the exhaust gas flow may include an expansion of the exhaust gas flow between the first curved wall 236 and the second curved wall 238 extending along the curved flow path 232. As described above, the first curved wall 236 may be closer to the rotational axis 220 of the turbine 130 than the second curved wall 238. The operation may further include axial diffusion of the exhaust gas flow prior to axial-radial diffusion of the exhaust gas flow. Axial diffusion of the exhaust gas flow includes expansion of the exhaust gas flow between a first angled wall 216 and a second angled wall 218 that are angled relative to the axial flow path 214.
[0027] Wie oben beschrieben, kann die erste abgewinkelte Wand 216 näher an der Drehachse 220 der Turbine 230 ausgerichtet sein als die zweite abgewinkelte Wand 218. As described above, the first angled wall 216 may be closer to the rotational axis 220 of the turbine 230 than the second angled wall 218.
[0028] Die technischen Effekte der veröffentlichten Ausführungsformen umfassen eine Bereitstellung von abgewinkelten Wänden 216 und 218, um eine frühzeitige Strömungsdiffusion zu ermöglichen und somit Druckverluste über die Streben 190 zu reduzieren. Darüber hinaus ermöglichen die abgewinkelten Wände 216 und 218 eine gleichmässige Überleitung vom axialen Diffusorabschnitt 202 zum axialen-radialen Diffusorabschnitt 204, um Druckverluste bei der Veränderung der Strömungsrichtung von axial zu radial zu verringern. Ein axialer-radialer Diffusorabschnitt mit gekrümmten Wänden 236 und 238 ermöglicht eine gleichmässige axial-radiale Überleitung und beseitigt gleichzeitig die Notwendigkeit für Umlenkschaufeln. Darüber hinaus ermöglichen divergierende Wände entlang des axialen Diffusorabschnitts 202, des axialen-radialen Diffusorabschnitts 204 und des radialen Diffusorabschnitts 206 eine Ausdehnung der Strömung entlang des Strömungspfads und eine Steigerung der Diffusorleistung. Insgesamt verbessert die aerodynamische Auslegung des Diffusors 188 die Diffusorleistung, während gleichzeitig ein möglicher Leistungsverlust und mechanische Probleme (d. h. Umlenkschaufeln) beseitigt werden. The technical effects of the disclosed embodiments include providing angled walls 216 and 218 to facilitate early flow diffusion and thus reduce pressure losses across the struts 190. In addition, the angled walls 216 and 218 allow uniform transfer from the axial diffuser section 202 to the axial-radial diffuser section 204 to reduce pressure losses as the flow direction changes from axial to radial. An axial-radial diffuser section with curved walls 236 and 238 allows for uniform axial-radial conduction while eliminating the need for idler vanes. Moreover, diverging walls along the axial diffuser section 202, the axial-radial diffuser section 204, and the radial diffuser section 206 allow for expansion of the flow along the flowpath and increase in diffuser performance. Overall, the aerodynamic design of the diffuser 188 improves diffuser performance while eliminating potential power loss and mechanical problems (i.e., idler vanes).
[0029] Diese schriftliche Beschreibung bedient sich zur Veröffentlichung der Erfindung an Beispielen, einschliesslich des besten Betriebes, um möglichst allen, die in der Lage sind, zu ermöglichen, die Erfindung einschliesslich Herstellung und Verwendung aller Geräte oder Anlagen und sämtlicher integrierter Methoden zu verwenden. Der patentierbare Umfang der Erfindung wird durch die Patentansprüche bestimmt und kann weitere Beispiele umfassen, die dem Fachmann auffallen. This written description makes use of examples of the invention, including the best of operation, to enable as much as possible to all those skilled in the art, including the manufacture and use of all apparatus or systems and all integrated methods. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art.
[0030] Es ist beabsichtigt, dass diese anderen Beispiele im Rahmen der Patentansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente, die sich nicht von der Formulierung der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente mit unwesentlichen Abweichungen von der Formulierung der Patentansprüche enthalten. It is intended that these other examples be within the scope of the claims if they include structural elements that do not differ from the wording of the claims, or if they include equivalent structural elements with insubstantial differences from the wording of the claims.
[0031] Entsprechend einer Ausführungsform umfasst eine Anlage einen Gasturbinendiffusor 188. Der Gasturbinendiffusor 188 umfasst einen axialen Diffusorabschnitt 202 einschliesslich eines ersten Kanalabschnitts 212 mit einem axialen Strömungspfad 214 entlang einer Mittellinie (208) des Gasturbinendiffusors 188. Der Gasturbinendiffusor 188 umfasst weiterhin einen axialen-radialen Diffusorabschnitt 204, der an den axialen Diffusorabschnitt 202 gekoppelt ist, wobei der axial-radiale Diffusorabschnitt 204 einen zweiten Kanalabschnitt 230 mit einem gekrümmten Strömungspfad 232 entlang der Mittellinie 208 des axialen Strömungspfads 214 zum radialen Strömungspfad 234 umfasst, und der axial-radiale Diffusorabschnitt 204 jegliche Umlenkschaufeln im zweiten Kanalabschnitt 230 ausschliesst. According to one embodiment, an installation includes a gas turbine diffuser 188. The gas turbine diffuser 188 includes an axial diffuser section 202 including a first channel section 212 having an axial flow path 214 along a centerline (208) of the gas turbine diffuser 188. The gas turbine diffuser 188 further includes an axial-radial Diffuser section 204 coupled to the axial diffuser section 202, wherein the axial-radial diffuser section 204 includes a second channel section 230 with a curved flow path 232 along the centerline 208 of the axial flow path 214 to the radial flow path 234, and the axial-radial diffuser section 204 any Turning vanes in the second channel section 230 excludes.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
[0032] <tb>118<sep>Gasturbine <tb>120<sep>Brennkammer <tb>130<sep>Turbine <tb>132<sep>Kompressor <tb>158<sep>Längsachse <tb>160<sep>Brennstoffdüsen <tb>162<sep>Brennkammerabschnitt <tb>163<sep>Lufteinlassabschnitt <tb>172<sep>Überleitungsstück <tb>174<sep>Stufe <tb>176<sep>Stufe <tb>178<sep>Stufe <tb>180<sep>Schaufeln <tb>182<sep>Rotorrad <tb>184<sep>Welle <tb>186<sep>Düsenanordnungen <tb>188<sep>Auslassdiffusor <tb>190<sep>Strebe <tb>192<sep>Einlass <tb>202<sep>Axialer Diffusorabschnitt <tb>204<sep>Axialer-radialer Diffusorabschnitt <tb>206<sep>Radialer Diffusorabschnitt <tb>208<sep>Mittellinie <tb>210<sep>Auslassöffnung <tb>212<sep>Erster Kanalabschnitt <tb>214<sep>Axialer Strömungspfad <tb>216<sep>Erste Wand <tb>218<sep>Zweite Wand <tb>220<sep>Längsachse <tb>222<sep>Erster Winkel <tb>226<sep>Zweiter Winkel <tb>228<sep>Erste Querschnittsfläche <tb>230<sep>Zweiter Kanalabschnitt <tb>232<sep>Gekrümmter Strömungspfad <tb>234<sep>Radialer Strömungspfad <tb>236<sep>Erste gekrümmte Wand <tb>238<sep>Zweite gekrümmte Wand <tb>240<sep>Erster Krümmungsradius <tb>241<sep>Mittelpunkt <tb>242<sep>Zweiter Krümmungsradius <tb>243<sep>Durchschnittlicher Krümmungsradius <tb>244<sep>Zweite Querschnittsfläche <tb>246<sep>Querschnittsbreite <tb>248<sep>Dritter Kanalabschnitt <tb>250<sep>Erste vertikale Wand <tb>252<sep>Zweite vertikale Wand <tb>254<sep>Dritte Querschnittsfläche <tb>262<sep>Pfeil <tb>264<sep>Dritte Wand <tb>266<sep>Vierte Wand <tb>268<sep>Nachgelagerte Richtung <tb>270<sep>Vertikale Abmessung <tb>272<sep>Horizontale Abmessung[0032] <Tb> 118 <sep> Gas Turbine <Tb> 120 <sep> combustion chamber <Tb> 130 <sep> Turbine <Tb> 132 <sep> Compressor <Tb> 158 <sep> longitudinal axis <Tb> 160 <sep> fuel nozzles <Tb> 162 <sep> combustor section <Tb> 163 <sep> air intake portion <Tb> 172 <sep> Transfer guide <Tb> 174 <sep> Level <Tb> 176 <sep> Level <Tb> 178 <sep> Level <Tb> 180 <sep> blades <Tb> 182 <sep> rotor wheel <Tb> 184 <sep> wave <Tb> 186 <sep> nozzle arrangements <Tb> 188 <sep> outlet diffuser <Tb> 190 <sep> strut <Tb> 192 <sep> inlet <tb> 202 <sep> Axial diffuser section <tb> 204 <sep> Axial-radial diffuser section <tb> 206 <sep> Radial diffuser section <Tb> 208 <sep> centerline <Tb> 210 <sep> outlet <tb> 212 <sep> First channel section <tb> 214 <sep> Axial flow path <tb> 216 <sep> First wall <tb> 218 <sep> Second wall <Tb> 220 <sep> longitudinal axis <tb> 222 <sep> First Angle <tb> 226 <sep> Second angle <tb> 228 <sep> First cross-sectional area <tb> 230 <sep> Second channel section <tb> 232 <sep> Curved flow path <tb> 234 <sep> Radial flow path <tb> 236 <sep> First curved wall <tb> 238 <sep> Second curved wall <tb> 240 <sep> First radius of curvature <Tb> 241 <sep> center <tb> 242 <sep> Second radius of curvature <tb> 243 <sep> Average radius of curvature <tb> 244 <sep> Second cross-sectional area <Tb> 246 <sep> section width <tb> 248 <sep> Third Channel Section <tb> 250 <sep> First vertical wall <tb> 252 <sep> Second vertical wall <tb> 254 <sep> Third cross-sectional area <Tb> 262 <sep> Arrow <tb> 264 <sep> Third wall <tb> 266 <sep> Fourth wall <tb> 268 <sep> Downstream Direction <tb> 270 <sep> Vertical dimension <tb> 272 <sep> Horizontal dimension
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