CH708006A2 - Flow manipulation arrangement for a Turbinenauslassdiffusor. - Google Patents
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Abstract
Eine Strömungsmanipulationsanordnung (50) für einen Turbinenauslassdiffusor (26) enthält eine Strebe (42), die eine Vorderkante (44) und eine Hinterkante (46) aufweist, wobei die Strebe (42) im Inneren des Turbinenauslassdiffusors (26) angeordnet ist. Ferner sind mehrere verdrehbare Leitschaufeln (52) enthalten, die in enger Nähe zu der Strebe (42) angeordnet und eingerichtet sind, um eine Auslassströmung zu manipulieren, wobei die mehreren verdrehbaren Leiterschaufeln (52) koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs relativ zueinander angeordnet sind. Ferner ist ein Aktuator enthalten, der mit den mehreren verdrehbaren Leitschaufeln (52) in Wirkverbindung steht und eingerichtet ist, um eine Verstellung der mehreren verdrehbaren Leitschaufeln (52) auszulösen. Noch weiter ist ein umlaufender Ring enthalten, der die mehreren verdrehbaren Leitschaufeln (52) funktionsmässig koppelt, wobei der Aktuator eingerichtet ist, um eine Verdrehung einer der verdrehbaren Leitschaufeln (52) unmittelbar auszulösen, und wobei der umlaufende Ring bei einer Drehauslösung durch den Aktuator eine Verdrehung der mehreren verdrehbaren Leitschaufeln (52) auslöst.A turbine exhaust diffuser flow manipulation assembly (50) includes a strut (42) having a leading edge (44) and a trailing edge (46) with the strut (42) disposed within the turbine outlet diffuser (26). Also included are a plurality of rotatable vanes (52) disposed in close proximity to the strut (42) and configured to manipulate an exhaust flow, wherein the plurality of rotatable stator vanes (52) are coaxially aligned and disposed circumferentially relative to one another. Also included is an actuator operatively connected to the plurality of rotatable vanes (52) and configured to initiate an adjustment of the plurality of rotatable vanes (52). Still further included is a circumferential ring operably coupling the plurality of rotatable vanes (52), the actuator being configured to directly initiate rotation of one of the rotatable vanes (52), and wherein the rotating ring undergoes a rotational release by the actuator Rotation of the plurality of rotatable vanes (52) triggers.
Description
Hintergrund zu der ErfindungBackground to the invention
[0001] Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Turbinensysteme und insbesondere die Steuerung der Grenzschichtströmung von Komponenten eines Turbinenauslassdiffusors. The subject matter disclosed herein relates to turbine systems, and more particularly to control of boundary layer flow of components of a turbine exhaust diffuser.
[0002] Typische Turbinensysteme, wie beispielsweise Gasturbinensysteme, enthalten einen Auslassdiffusor, der mit einem Turbinenabschnitt des Turbinensystems verbunden ist, um die Effizienz der Laufschaufeln der letzten Stufe des Turbinenabschnitts zu steigern. Der Auslassdiffusor ist geometrisch konfiguriert, um schnell die kinetische Energie der Strömung zu verringern und die statische Druckerholung innerhalb des Auslassdiffusors zu steigern. Typical turbine systems, such as gas turbine systems, include an exhaust diffuser connected to a turbine section of the turbine system to increase the efficiency of the last stage blades of the turbine section. The outlet diffuser is geometrically configured to rapidly reduce the kinetic energy of the flow and increase the static pressure recovery within the outlet diffuser.
[0003] Üblicherweise ist der Auslassdiffusor für einen Volllastbetrieb ausgelegt, wobei das Turbinensystem jedoch häufig unter Teillast oder an kalten Tagen betrieben wird. Folglich wird aufgrund der Auslegung für Volllast die Leistungseffizienz unter Teillast geopftert. Die Ineffizienz rührt wenigstens zum Teil von einer Strömungsablösung an Auslassdiffusorkomponenten, wie beispielsweise Wänden und Streben, her. Eine Strömungsablösung wird häufig zum Teil durch eine Prallbewegung der Strömung beim Austritt aus der letzten Laufschaufelstufe des Turbinenabschnitts und Eintritt in den Auslassdiffusor hervorgerufen. Die Stärke des Dralls kann als ein «tangentialer Strömungswinkel» quantifiziert werden, und ein derartiger Winkel kann während einer Teillast bis zu etwa 60° und während eines kalten Tages 20° betragen, was zu einem höheren Anströmwinkel an den Auslassdiffusorkomponenten, wie z.B. den Streben, führt. Eine derartige Strömungscharakteristik führt zu einem Grenzschichtwachstum und einer Strömungsablösung und letztendlich zu einer reduzierten Druckerhöhung. Typically, the exhaust diffuser is designed for full load operation, but the turbine system is often operated under part load or on cold days. Consequently, due to the design for full load, the power efficiency is plugged under part load. The inefficiency results, at least in part, from flow separation on outlet diffuser components, such as walls and struts. Flow separation is often caused in part by an impact movement of the flow exiting the last blade stage of the turbine section and entering the outlet diffuser. The magnitude of the spin may be quantified as a "tangential flow angle", and such angle may be up to about 60 ° during a part load and 20 ° during a cold day, resulting in a higher angle of attack on the outlet diffuser components, such as air. the aspiration leads. Such a flow characteristic leads to a boundary layer growth and a flow separation and ultimately to a reduced pressure increase.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
[0004] Gemäss einem Aspekt der Erfindung enthält eine Strömungsmanipulationsanordnung für einen Turbinenauslassdiffusor eine Strebe mit einer Vorderkante und einer Hinterkante, wobei die Strebe im Inneren des Turbinenauslassdiffusors angeordnet ist. Ferner sind mehrere drehbare Leitschaufeln in enger Nähe zu der Strebe angeordnet und eingerichtet, um eine Auslassströmung zu manipulieren, wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs relativ zueinander angeordnet sind. Ferner ist ein Aktuator in Wirkverbindung mit den mehreren drehbaren Leitschaufeln enthalten, und er ist konfiguriert, um eine Einstellung der mehreren drehbaren Leitschaufeln auszulösen. Noch weiter ist ein umlaufender Ring mit den mehreren drehbaren Leitschaufeln betriebsmässig verbunden, wobei der Aktuator eingerichtet ist, um eine Drehung einer einzelnen der drehbaren Leitschaufeln unmittelbar auszulösen, und wobei der umlaufende Ring bei einer Drehauslösung durch den Aktuator eine Drehung der mehreren drehbaren Leitschaufeln auslöst. [0004] According to one aspect of the invention, a turbine exhaust diffuser flow manipulation assembly includes a strut having a leading edge and a trailing edge, the strut being disposed within the turbine outlet diffuser. Further, a plurality of rotatable vanes are disposed in close proximity to the strut and configured to manipulate an exhaust flow, wherein the plurality of rotatable vanes are coaxially aligned and disposed circumferentially relative to one another. Further, an actuator is operatively connected to the plurality of rotatable vanes, and is configured to initiate adjustment of the plurality of rotatable vanes. Still further, a rotating ring is operatively connected to the plurality of rotatable vanes, the actuator being configured to directly initiate rotation of a single one of the rotatable vanes, and wherein the rotating ring initiates rotation of the plurality of rotatable vanes in a rotational release by the actuator.
[0005] Der Turbinenauslassdiffusor der Strömungsmanipulationsanordnung kann ein axialer Diffusor sein, der aufweist: eine Innentrommel, die sich in einer Längsrichtung des Turbinenauslassdiffusors erstreckt; eine Aussenwand, die radial aussen von der Innentrommel angeordnet ist, wobei sich die Strebe zwischen der Innentrommel und der Aussenwand erstreckt und mit diesen betriebsmässig verbunden ist und wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln mit wenigstens entweder der Innentrommel und/oder der Aussenwand betriebsmässig verbunden sind. The turbine outlet diffuser of the flow manipulation assembly may be an axial diffuser comprising: an inner drum extending in a longitudinal direction of the turbine outlet diffuser; an outer wall disposed radially outwardly of the inner drum, the strut extending between and operatively connected to the inner drum and the outer wall, and wherein the plurality of rotatable vanes are operatively connected to at least one of the inner drum and the outer wall.
[0006] Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner ein drehbares Element aufweisen, das mit dem Aktuator betriebsmässig verbunden ist und sich durch jede der mehreren drehbaren Leitschaufeln erstreckt, wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln um eine Achse drehbar sein können, die durch das drehbare Element definiert ist. The flow manipulation assembly of any of the aforementioned types may further include a rotatable member operatively connected to the actuator and extending through each of the plurality of rotatable vanes, wherein the plurality of rotatable vanes may be rotatable about an axis passing through the rotatable stator vanes Element is defined.
[0007] Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner mehrere Streben aufweisen, die koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs angeordnet sind, wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln an wenigstens einer von einer axial stromaufwärtigen Stelle und einer axial stromabwärtigen Stelle der mehreren Streben angeordnet sein können. The flow manipulation assembly of any of the aforementioned types may further include a plurality of struts coaxially aligned and disposed along the circumference, wherein the plurality of rotatable vanes may be disposed on at least one of an axially upstream location and an axially downstream location of the plurality of struts ,
[0008] Der umlaufende Ring einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung kann mit mehreren Lagern betriebsmässig verbunden sein, die eingerichtet sind, um ein Gleiten des umlaufenden Ringes innerhalb einer Schlitzstruktur zu ermöglichen. The circumferential ring of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be operatively connected to a plurality of bearings configured to permit sliding of the orbiting ring within a slot structure.
[0009] Die mehreren drehbaren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können in Umfangsrichtung benachbart zu der Strebe angeordnet und axial mit dieser ausgerichtet sein. The plurality of rotatable vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be circumferentially disposed adjacent to and axially aligned with the strut.
[0010] Die mehreren drehbaren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können über einen Bereich von Winkelpositionen verdrehbar sein, der einem Bereich der Auslassströmungsbedingungen entspricht. The plurality of rotatable vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be rotatable over a range of angular positions corresponding to a range of exhaust flow conditions.
[0011] Der Bereich der Winkelpositionen kann eine erste Position, die einer ersten Bedingung entspricht, und eine zweite Position aufweisen, die einer zweiten Bedingung entspricht, wobei die erste Bedingung eine Bedingung bei voller Drehzahl und Volllast aufweisen kann und die zweite Bedingung eine Teillastbedingung aufweist. The range of the angular positions may include a first position corresponding to a first condition and a second position corresponding to a second condition, wherein the first condition may have a condition at full speed and full load and the second condition has a partial load condition ,
[0012] Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine Getriebeanordnung aufweisen, die eingerichtet ist, um mechanische Leistung von dem Aktuator auf das drehbare Element zu übertragen. The flow manipulation assembly of any of the aforementioned types may further include a gear assembly configured to transfer mechanical power from the actuator to the rotatable member.
[0013] Der Turbinenauslassdiffusor einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung kann ein radialer Diffusor sein, der eine Innenwand und eine Aussenwand aufweisen kann, wobei die Strebe mit wenigstens entweder der Innenwand und/oder der Aussenwand betriebsmässig verbunden sein kann. The turbine outlet diffuser of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be a radial diffuser having an inner wall and an outer wall, wherein the strut may be operatively connected to at least one of the inner wall and the outer wall.
[0014] Die mehreren drehbaren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können mit der Strebe betriebsmässig verbunden sein. The plurality of rotatable vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be operatively connected to the strut.
[0015] Die mehreren drehbaren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können über einen Bereich von Winkelpositionen verdrehbar sein, der einem Bereich von Auslassströmungsbedingungen entspricht. The plurality of rotatable vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be rotatable over a range of angular positions corresponding to a range of exhaust flow conditions.
[0016] Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner aufweisen: eine äussere Dichtungsanordnung, die zwischen den mehreren drehbaren Leitschaufeln und der Aussenwand angeordnet ist; und eine innere Dichtungsanordnung, die zwischen den mehreren drehbaren Leitschaufeln und der Innentrommel angeordnet ist. The flow manipulation assembly of any of the aforementioned types may further include: an outer seal assembly disposed between the plurality of rotatable vanes and the outer wall; and an inner seal assembly disposed between the plurality of rotatable vanes and the inner drum.
[0017] Die mehreren drehbaren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können in einer Radialrichtung bewegbar sein. The plurality of rotatable vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be movable in a radial direction.
[0018] Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Strömungsmanipulationsanordnung für einen Turbinenauslassdiffusor eine Innentrommel, die sich in eine Längsrichtung des Turbinenauslassdiffusors erstreckt. Ferner ist eine Aussenwand enthalten, die radial aussen von der Innentrommel angeordnet ist. Ferner ist eine Strebe enthalten, die sich zwischen der Innentrommel und der Aussenwand erstreckt und betriebsmässig mit diesen verbunden ist, wobei die Strebe eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist. Noch weiter ist wenigstens eine Leitschaufel enthalten, die axial stromaufwärts von der Vorderkante oder stromabwärts von der Hinterkante der Strebe angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Leitschaufel wahlweise in Umfangsrichtung relativ zu der Strebe verstellbar ist. According to another aspect of the invention, a flow manipulation assembly for a turbine exhaust diffuser includes an internal drum extending in a longitudinal direction of the turbine exhaust diffuser. Further, an outer wall is included, which is arranged radially outwardly of the inner drum. Also included is a strut extending between and operatively connected to the inner drum and the outer wall, the strut having a leading edge and a trailing edge. Still further included is at least one vane disposed axially upstream of the leading edge or downstream of the trailing edge of the strut, wherein the at least one vane is selectively adjustable circumferentially relative to the strut.
[0019] Die Strömungsmanipulationsanordnung kann ferner einen Motor aufweisen, der mit der wenigstens einen Leitschaufel in Wirkverbindung steht und eingerichtet ist, um eine Einstellung der wenigstens einen Leitschaufel auszulösen. The flow manipulation assembly may further include a motor operatively associated with the at least one vane and configured to initiate adjustment of the at least one vane.
[0020] Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner mehrere Streben aufweisen, die koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs angeordnet sind, wobei die wenigstens eine Leitschaufel mehrere Leitschaufeln aufweisen kann, die koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs angeordnet sind. The flow manipulation assembly of any type mentioned above may further comprise a plurality of struts which are coaxially aligned and disposed along the circumference, wherein the at least one guide vane may have a plurality of guide vanes, which are coaxially aligned and arranged along the circumference.
[0021] Die mehreren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können in einer ersten Position während einer ersten Bedingung einer Auslassströmung mit den mehreren Streben längs des Umfangs ausgerichtet sein und während einer zweiten Bedingung der Auslassströmung zu wenigstens einer weiteren Position sein. The plurality of vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be aligned with the plurality of struts along the circumference in a first position during a first condition of exhaust flow and may be at least one further position during a second condition of the exhaust flow.
[0022] Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner mehrere Streben aufweisen, die koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs angeordnet sind, wobei die wenigstens eine Leitschaufel mehrere Leitschaufeln aufweisen kann, die an einer axial stromabwärtigen Stelle der mehreren Streben koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs angeordnet sind. The flow manipulation assembly of any of the aforementioned types may further comprise a plurality of struts coaxially aligned and disposed along the circumference, wherein the at least one guide vane may comprise a plurality of vanes coaxially aligned at an axially downstream location of the plurality of struts and along the Scope are arranged.
[0023] Gemäss einem noch weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Strömungsmanipulationsanordnung für einen radialen Turbinenauslassdiffusor eine Innenwand. Ferner ist eine Aussenwand enthalten. Ferner ist eine Strebe enthalten, die mit wenigstens einer von der Innenwand und der Aussenwand betriebsmässig verbunden ist. Noch weiter ist wenigstens eine drehbare Leitschaufel enthalten, die in der Nähe der Strebe angeordnet ist, wobei die wenigstens eine drehbare Leitschaufel über einen Bereich von Winkelpositionen hinweg wahlweise verdrehbar und in wenigstens eine von einer Axialrichtung und einer Radialrichtung verstellbar ist. According to yet another aspect of the invention, a flow manipulation assembly for a radial turbine outlet diffuser includes an interior wall. Furthermore, an outer wall is included. Further, a strut is included, which is operatively connected to at least one of the inner wall and the outer wall. Still further included is at least one rotatable vane disposed proximate the strut, the at least one rotatable vane being selectively rotatable over a range of angular positions and adjustable in at least one of an axial direction and a radial direction.
[0024] Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offenkundiger. These and other advantages and features will become more apparent from the following description taken in conjunction with the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
[0025] Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders aufgezeigt und deutlich beansprucht. Das Vorstehende sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschliessen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen: The subject matter considered as the invention is particularly pointed out and distinctly claimed in the claims at the conclusion of the specification. The foregoing and other features and advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
[0026] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Turbinensystems; Fig. 1 is a schematic representation of a turbine system;
[0027] Fig. 2 eine Perspektivansicht einer Strömungsmanipulationsanordnung gemäss einer ersten Ausführungsform; FIG. 2 is a perspective view of a flow manipulating assembly according to a first embodiment; FIG.
[0028] Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der Strömungsmanipulationsanordnung nach Fig. 2 ; FIG. 3 is a schematic side view of the flow manipulation assembly of FIG. 2; FIG.
[0029] Fig. 4 eine Draufsicht auf Leitschaufeln und Streben der Strömungsmanipulationsanordnung nach Fig. 2 ; FIG. 4 is a plan view of vanes and struts of the flow manipulation assembly of FIG. 2; FIG.
[0030] Fig. 5 eine Draufsicht auf mehrere funktionsmässig gekoppelte Leitschaufeln; Fig. 5 is a plan view of a plurality of functionally coupled vanes;
[0031] Fig. 6 eine schematische Perspektivansicht der mehreren funktionsmässig gekoppelten Leitschaufeln; Fig. 6 is a schematic perspective view of the plurality of functionally coupled vanes;
[0032] Fig. 7 eine Perspektivansicht der Strömungsmanipulationsanordnung gemäss einer zweiten Ausführungsform; FIG. 7 is a perspective view of the flow manipulating assembly according to a second embodiment; FIG.
[0033] Fig. 8 eine Vorderansicht der Strömungsmanipulationsanordnung nach Fig. 7 ; FIG. 8 is a front view of the flow manipulation assembly of FIG. 7; FIG.
[0034] Fig. 9 eine Draufsicht auf die Strömungsmanipulationsanordnung nach Fig. 7 ; FIG. 9 is a plan view of the flow manipulation assembly of FIG. 7; FIG.
[0035] Fig. 10 eine Draufsicht auf die Strömungsmanipulationsanordnung gemäss einer dritten Ausführungsform unter Veranschaulichung von Leitschaufeln in einer ersten Position; Fig. 10 is a plan view of the flow manipulation assembly according to a third embodiment, illustrating vanes in a first position;
[0036] Fig. 11 eine Draufsicht auf die Strömungsmanipulationsanordnung nach Fig. 10 unter Veranschaulichung der Leitschaufeln in einer zweiten Position; FIG. 11 is a top view of the flow manipulation assembly of FIG. 10 showing the vanes in a second position; FIG.
[0037] Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Steuermechanismus der Strömungsmanipulationsanordnung nach Fig. 10 ; und Fig. 12 is a schematic representation of a control mechanism of the flow manipulation assembly of Fig. 10; and
[0038] Fig. 13 eine schematische Darstellung der Strömungsmanipulationsanordnung gemäss einer vierten Ausführungsform. Fig. 13 is a schematic representation of the flow manipulation assembly according to a fourth embodiment.
[0039] Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. The detailed description explains embodiments of the invention together with advantages and features by way of example with reference to the drawings.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
[0040] Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Turbinensystem, wie beispielsweise ein Gasturbinensystem, bei dem Bezugszeichen 10 schematisch dargestellt. Das Turbinensystem 10 enthält einen Verdichterabschnitt 12, einen Brennkammerabschnitt 14, einen Turbinenabschnitt 16, eine Welle 18 und eine Brennstoffdüse 20. Es sollte erkannt werden, dass eine Ausführungsform des Turbinensystems 10 mehrere Verdichter 12, Brennkammern 14, Turbinen 16, Wellen 18 und Brennstoffdüsen 20 enthalten kann. Der Verdichterabschnitt 12 und der Turbinenabschnitt 16 sind über die Welle 18 miteinander verbunden. Die Welle 18 kann eine einzelne Welle oder durch mehrere Wellensegmente gebildet sein, die miteinander verbunden sind, um die Welle 18 zu bilden. Referring to FIG. 1, a turbine system, such as a gas turbine system, is schematically illustrated at reference numeral 10. The turbine system 10 includes a compressor section 12, a combustor section 14, a turbine section 16, a shaft 18, and a fuel nozzle 20. It should be appreciated that one embodiment of the turbine system 10 includes a plurality of compressors 12, combustors 14, turbines 16, shafts 18, and fuel nozzles 20 may contain. The compressor section 12 and the turbine section 16 are connected to each other via the shaft 18. The shaft 18 may be a single shaft or formed by a plurality of shaft segments connected together to form the shaft 18.
[0041] Der Brennkammerabschnitt 14 verwendet einen brennbaren flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas oder ein Wasserstoffreiches Synthesegas, um das Turbinensystem 10 zu betreiben. Zum Beispiel stehen die Brennstoffdüsen 20 mit einer Luftversorgung und einer Brennstoffversorgung 22 in Strömungsverbindung. Die Brennstoffdüsen 20 erzeugen ein Luft-Brennstoff-Gemisch und geben das Luft-Brennstoff-Gemisch in den Brennkammerabschnitt 14 aus, wodurch eine Verbrennung herbeigeführt wird, die ein heisses unter Druck stehendes Abgas erzeugt. Der Brennkammerabschnitt 14 leitet das heisse unter Druck stehende Gas durch ein Übergangsstück hindurch in einen Turbinenleitapparat (oder «ein Leitapparat der ersten Stufe») sowie weitere Stufen von Schaufeln und Leitapparaten, die eine Drehung der Turbinenlaufschaufeln im Inneren eines äusseren Gehäuses 24 des Turbinenabschnitts 16 bewirken, hinein. Anschliessend wird das heisse unter Druck stehende Gas von dem Turbinenabschnitt 16 zu einem Auslassdiffusor 26 befördert, der mit einem Teil des Turbinenabschnitts, wie z.B. dem Aussengehäuse 24, betriebsmässig verbunden ist. The combustor section 14 uses a combustible liquid and / or gaseous fuel, such as natural gas or a hydrogen-rich syngas, to operate the turbine system 10. For example, the fuel nozzles 20 are in fluid communication with an air supply and a fuel supply 22. The fuel nozzles 20 produce an air-fuel mixture and discharge the air-fuel mixture into the combustor section 14, thereby causing combustion that generates a hot pressurized exhaust. The combustor section 14 directs the hot pressurized gas through a transition piece into a turbine nozzle (or "first stage nozzle") and other stages of vanes and nozzles that cause rotation of the turbine blades within an outer housing 24 of the turbine section 16 into it. Thereafter, the hot pressurized gas is conveyed from the turbine section 16 to an outlet diffuser 26 which is connected to a portion of the turbine section, such as a turbine. the outer housing 24, is operatively connected.
[0042] Obwohl es vorstehend als ein Gasturbinensystem veranschaulicht und beschrieben ist, wird erkannt, dass das Turbinensystem 10 alternativ ein Dampfturbinensystem sein kann. Wie nachstehend beschrieben ist, sind verschiedene Ausführungsformen des Auslassdiffusors 26, wie beispielsweise ein axialer Auslassdiffusor und ein radialer Auslassdiffusor, vorgesehen. Although illustrated and described above as a gas turbine system, it will be appreciated that the turbine system 10 may alternatively be a steam turbine system. As described below, various embodiments of the outlet diffuser 26, such as an axial outlet diffuser and a radial outlet diffuser, are provided.
[0043] Indem nun auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen wird, ist eine erste Ausführungsform einer Strömungsmanipulationsanordnung 50 innerhalb des Auslassdiffusors 26 veranschaulicht. Referring now to FIGS. 2 and 3, a first embodiment of a flow manipulation assembly 50 within the outlet diffuser 26 is illustrated.
[0044] In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Auslassdiffusor 26 ein axialer Auslassdiffusor, der axial stromabwärts von einer letzten Stufe des Turbinenabschnitts 16 angeordnet ist. Der Auslassdiffusor 26 enthält einen Einlass 28, der eingerichtet ist, um eine Auslassströmung 60 aus dem Turbinenabschnitt 16 zu empfangen. Ein Auslass 32 ist an einer stromabwärtigen Stelle relativ zu dem Einlass 28 angeordnet. Eine Innentrommel 34 erstreckt sich relativ axial entlang einer Längsrichtung des Auslassdiffusors 26 wenigstens teilweise zwischen dem Einlass 28 und dem Auslass 32 und enthält eine Aussenfläche 36. Radial aussen von der Innentrommel 34 und insbesondere radial aussen von der Aussenfläche 36 beabstandet ist eine Aussenwand 38, die eine Innenfläche 40 aufweist. Die Aussenwand 38 kann mit einer relativ divergierenden Konfiguration eingerichtet sein, so dass nach einem Eintritt in den Einlass 28 des Auslassdiffusors 26 die kinetische Energie der Auslassströmung 30 verringert wird. Insbesondere kommt es zu einer Überführung des dynamischen Drucks in den statischen Druck innerhalb des Auslassdiffusors 26 aufgrund der divergierenden Konfiguration der Aussenwand 38. Die Auslassströmung 30 strömt durch den Bereich, der durch die Aussenfläche 36 der Innentrommel 34 und die Innenfläche 40 der Aussenwand 38 definiert ist. In the illustrated embodiment, the outlet diffuser 26 is an axial outlet diffuser disposed axially downstream of a last stage of the turbine section 16. The exhaust diffuser 26 includes an inlet 28 configured to receive an exhaust flow 60 from the turbine section 16. An outlet 32 is disposed at a downstream location relative to the inlet 28. An inner drum 34 extends relatively axially along a longitudinal direction of the outlet diffuser 26 at least partially between the inlet 28 and the outlet 32 and includes an outer surface 36. Radially outward from the inner drum 34 and in particular radially outwardly of the outer surface 36 is an outer wall 38 which an inner surface 40 has. The outer wall 38 may be configured with a relatively divergent configuration such that upon entry into the inlet 28 of the outlet diffuser 26, the kinetic energy of the outlet flow 30 is reduced. In particular, there is a transfer of the dynamic pressure to the static pressure within the outlet diffuser 26 due to the divergent configuration of the outer wall 38. The outlet flow 30 flows through the region defined by the outer surface 36 of the inner drum 34 and the inner surface 40 of the outer wall 38 ,
[0045] Ferner ist zwischen der Aussenfläche 36 der Innentrommel 34 und der Innenfläche 40 der Aussenwand 38 wenigstens eine, sind jedoch gewöhnlich mehrere Streben 42 angeordnet, wobei beispielhafte Ausführungsformen eine Anzahl von Streben im Bereich von vier (4) bis zwölf (12) Streben enthalten, die in einer koaxialen Ausrichtung längs des Umfangs im Abstand zueinander angeordnet sind. Die mehreren Streben 42 dienen dazu, die Innentrommel 34 und die Aussenwand 38 in einer festen Beziehung zueinander zu halten sowie eine Tragunterstützung zu erzielen. Da die Strebe 42 innerhalb des Bereichs zwischen der Innentrommel 34 und der Aussenwand 38 angeordnet ist, strömt die Auslassströmung 30 an der Strebe 42 vorbei. Folglich beeinflusst die Strebe 42 die Strömungseigenschaften der Auslassströmung 30 und somit das gesamte Leistungsverhalten des Auslassdiffusors. Die mehreren Streben 42 sind als ein Tragflächenprofil gestaltet oder von einem Tragflächenprofil umgeben, und es sollte erkannt werden, dass die genaue Geometrie und die genauen Abmessungen der mehreren Streben 42 von denjenigen, die veranschaulicht sind, je nach der Anwendung variieren können. Jede der mehreren Streben 42 enthält eine Vorderkante 44 und eine Hinterkante 46. Further, between the outer surface 36 of the inner drum 34 and the inner surface 40 of the outer wall 38 is at least one, but are usually arranged a plurality of struts 42, wherein exemplary embodiments, a number of struts in the range of four (4) to twelve (12) struts included, which are arranged in a coaxial alignment along the circumference at a distance from each other. The plurality of struts 42 serve to hold the inner drum 34 and the outer wall 38 in a fixed relationship with each other and to provide a supportive support. Since the strut 42 is located within the area between the inner drum 34 and the outer wall 38, the outlet flow 30 flows past the strut 42. As a result, the strut 42 affects the flow characteristics of the outlet flow 30 and thus the overall performance of the outlet diffuser. The plurality of struts 42 are designed as an airfoil or surrounded by an airfoil, and it should be appreciated that the exact geometry and dimensions of the plurality of struts 42 may vary from those illustrated, depending on the application. Each of the plurality of struts 42 includes a leading edge 44 and a trailing edge 46.
[0046] Während die Auslassströmung 30 aus dem Turbinenabschnitt 16 austritt, steigt der tangetiale Strömungswinkel am Laufschaufelaustritt der letzten Stufe (Fig. 4 ) der Auslassströmung 30 aufgrund der divergierenden Konfiguration der Aussenwand 38 des Auslassdiffusors 26 sowie verschiedener Betriebsbedingungen, was dadurch zu einer Strömungsablösung in Bereichen in der Nähe der Aussenfläche 36 der Innentrommel 34 sowie in Bereichen in der Nähe der verschiedenen Aussenflachen der mehreren Streben 42 führt. Um die vorstehend beschriebene Strömungsablösung zu reduzieren, wird die Auslassströmung 30 durch die Strömungsmanipulationsanordnung 50 manipuliert, wie dies nachstehend im Einzelnen beschrieben ist. As the outlet flow 30 exits the turbine section 16, the tangential flow angle at the final stage blade exit (FIG. 4) of the outlet flow 30 increases due to the divergent configuration of the outer wall 38 of the outlet diffuser 26 and various operating conditions, thereby causing flow separation Areas near the outer surface 36 of the inner drum 34 and in areas near the various outer surfaces of the plurality of struts 42 leads. In order to reduce the flow separation described above, the outlet flow 30 is manipulated by the flow manipulation assembly 50, as described in detail below.
[0047] Bezugnehmend auf die Fig. 4 und 5 in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 weist die Strömungsmanipulationsanordnung 50 wenigstens eine, jedoch gewöhnlich mehrere drehbare Leitschaufeln 52 auf, die längs des Umfangs voneinander beabstandet und koaxial ausgerichtet sind. Wie vorstehend beschrieben, sind die mehreren Streben an einer axialen Stelle derart angeordnet, dass die Streben koaxial ausgerichtet sind. Die mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 sind in der Nähe der mehreren Streben 42 und an einer Stelle axial stromaufwärts von den mehreren Streben 42 angeordnet. Die mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 weisen eine tragflächenprofilförmige Geometrie auf und sind mit der Innentrommel 34 und/oder der Aussenwand 38 zur Unterstützung betriebsmässig verbunden. Es kann/können eine oder mehrere Dichtungskomponenten 41 zwischen den mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 und der Innentrommel 34 und/oder der Aussenwand 38 zur Abdichtung an einer dazwischen befindlichen Grenzstelle angeordnet sein. Die mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 enthalten jeweils ein drehbares Element 54, wie beispielsweise eine Spindel oder eine Stange, das mit dieser betriebsmässig verbunden ist. In einer Ausführungsform erstreckt sich das drehbare Element 54 in eine Radialrichtung durch einen Teil der mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 hindurch. Das drehbare Element 54 ist ferner mit einer Aktuatoranordnung 56 (Fig. 2 ) betriebsmässig verbunden, die eingerichtet ist, um eine Verdrehung des drehbaren Elementes 54 auszulösen. Insbesondere kann die Aktuatoranordnung 56 mit dem drehbaren Element 54 beispielsweise über eine Ausgangswelle oder ein Ausgangszahnrad der Aktuatoranorndung 56 unmittelbar verbunden oder mit dem drehbaren Element 54 über eine Getriebeanordnung und/oder eine Seilanordnung, auf die allgemein bei 58 verwiesen wird, indirekt verbunden sein. Die Aktuatoranordnung 56 bezieht sich auf verschiedene Motoren, einschliesslich eines Servomotors. Alternativ kann ein pneumatischer Aktuator die Einstellung des drehbaren Elementes 54 auslösen. In einer Ausführungsform ist das drehbare Element 54 mit der Innentrommel 34 und/oder der Aussenwand 38 über eine Buchse oder eine Lageranordnung verbunden, die an der Innentrommel 34 und/oder der Aussenwand 38 montiert ist. Referring to Figures 4 and 5 in conjunction with Figures 2 and 3, the flow manipulation assembly 50 includes at least one but usually a plurality of rotatable vanes 52 spaced circumferentially and coaxially aligned. As described above, the plurality of struts are disposed at an axial location such that the struts are coaxially aligned. The plurality of rotatable vanes 52 are disposed near the plurality of struts 42 and at a location axially upstream of the plurality of struts 42. The plurality of rotatable vanes 52 have an airfoil shape geometry and are operatively connected to the inner drum 34 and / or the outer wall 38 for support. One or more sealing components 41 may be disposed between the plurality of rotatable vanes 52 and the inner drum 34 and / or the outer wall 38 for sealing at an interface therebetween. The plurality of rotatable vanes 52 each include a rotatable member 54, such as a spindle or rod, operatively connected thereto. In one embodiment, the rotatable member 54 extends in a radial direction through a portion of the plurality of rotatable vanes 52. The rotatable member 54 is further operably connected to an actuator assembly 56 (FIG. 2) configured to initiate rotation of the rotatable member 54. In particular, the actuator assembly 56 may be directly connected to the rotatable member 54 via, for example, an output shaft or an output gear of the actuator assembly 56, or may be indirectly connected to the rotatable member 54 via a gear assembly and / or a cable assembly, generally referred to at 58. The actuator assembly 56 refers to various motors, including a servomotor. Alternatively, a pneumatic actuator can trigger the adjustment of the rotatable element 54. In one embodiment, rotatable member 54 is connected to inner drum 34 and / or outer wall 38 via a bushing or bearing assembly mounted to inner drum 34 and / or outer wall 38.
[0048] Die mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 sind um eine Achse, die durch das drehbare Element 54 definiert ist, über einen Bereich von Winkelpositionen hinweg verdrehbar. Der Bereich der Winkelpositionen ergibt vorteilhafterweise zahlreiche Positionen der mehreren drehbaren Leitschaufeln 52, wodurch verschiedene Strömungswinkel der Auslassströmung 30 berücksichtigt werden. Insbesondere sind die mehreren Streben 42 in einer Richtung ausgerichtet, um eine effiziente Strömungscharakteristik der Auslassströmung 30 innerhalb des Auslassdiffusors 26 unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie beispielsweise unter Grundlast oder unter Bedingungen mit voller Drehzahl und Volllast, zu erzielen. Jedoch unterscheiden sich die Strömungswinkel der Auslassströmung 30 bei anderen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise einer Teillastbetriebsbedingung. In den schwankenden Betriebsbedingungen ist die Effizienz aufgrund einer erhöhten Grenzschichtbildung reduziert. Durch eine Drehung der mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 in Stellungen, die geeigneten Strömungsmanipulationspositionen entsprechen, wird die Auslassströmung 30 in einer Weise manipuliert, die als eine «Begradigungs»-Weise bezeichnet wird, die einen gewünschten Strömungswinkel der Auslassströmung 30 beim Passieren der mehreren Streben 42 zur Folge hat. The plurality of rotatable vanes 52 are rotatable about an axis defined by the rotatable member 54 over a range of angular positions. The range of angular positions advantageously provides numerous positions of the plurality of rotatable vanes 52, thereby accounting for different flow angles of the exhaust flow 30. In particular, the plurality of struts 42 are aligned in one direction to achieve an efficient flow characteristic of the exhaust flow 30 within the exhaust diffuser 26 under certain operating conditions, such as under base load or under full speed and full load conditions. However, the flow angles of the exhaust flow 30 are different under other operating conditions, such as a part load operating condition. In fluctuating operating conditions, efficiency is reduced due to increased interfacial formation. By rotating the plurality of rotatable vanes 52 in positions corresponding to appropriate flow manipulation positions, the outlet flow 30 is manipulated in a manner referred to as a "straightening" mode that provides a desired flow angle of the outlet flow 30 as it passes the plurality of struts 42 Episode has.
[0049] In einer Ausführungsform, und unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 , weist ein Umfangssegment der drehbaren Leitschaufeln 60 miteinander betriebsmässig verbundene drehbare Leitschaufeln auf, die in einer «mechanisch gekoppelten» Beziehung angeordnet sind. Das Umfangssegment der drehbaren Leitschaufeln 60 weist zwei oder mehrere Leitschaufeln auf, die über einen umlaufenden Ring 62 miteinander funktionsmässig gekoppelt sind. Es ist vorgesehen, dass eine beliebige Anzahl der mehreren Leitschaufeln das Umfangssegment der drehbaren Leitschaufeln 60 bilden kann. Die gekoppelte Anordnung ermöglicht der Aktuatoranordnung 56 und der Getriebeanordnung und/ oder der Seilanordnung 58, unmittelbar eine Verdrehung eines einzelnen drehbaren Elementes zu vermitteln und dabei indirekt die weiteren Leitschaufeln des Umfangssegmentes der drehbaren Leitschaufeln 60 über den umlaufenden Ring 62 zu verdrehen. Der umlaufende Ring 62 bildet eine Zahnstangenantriebsanordnung mit weiteren drehbaren Elementen, um eine Verdrehung der weiteren Leitschaufeln über eine Zahnradanordnung zwischen dem umlaufenden Ring 62 und den zusätzlichen drehbaren Elementen jeder Leitschaufel zu unterstützen. Alternativ zu oder in Kombination mit der Zahnstangenantriebsanordnung kann der umlaufende Ring 62 mit einem oder mehreren Lagern 63 (Fig. 6 ) betriebsmässig verbunden sein, die ein Gleiten des umlaufenden Ringes 62 innerhalb einer Schlitzstruktur 65 ermöglichen, wodurch eine Drehbewegung jeder der drehbaren Leitschaufeln an dem drehbaren Element 54 der jeweiligen drehbaren Leitschaufeln angetrieben wird. In one embodiment, and with reference to FIGS. 5 and 6, a circumferential segment of the rotatable vanes 60 operatively connected to rotatable vanes, which are arranged in a "mechanically coupled" relationship. The circumferential segment of the rotatable vanes 60 has two or more vanes, which are operatively coupled to each other via a circumferential ring 62. It is contemplated that any number of the plurality of vanes may form the circumferential segment of the rotatable vanes 60. The coupled arrangement allows the actuator assembly 56 and the gear assembly and / or the cable assembly 58 to directly impart rotation of a single rotatable member, thereby indirectly rotating the further vanes of the circumferential segment of the rotatable vanes 60 over the orbiting ring 62. The orbiting ring 62 forms a rack and pinion drive assembly with further rotatable elements to assist in rotating the further vanes via a gear arrangement between the orbiting ring 62 and the additional rotatable elements of each vane. Alternatively to or in combination with the rack and pinion drive assembly, the rotating ring 62 may be operatively connected to one or more bearings 63 (FIG. 6) which allow the orbiting ring 62 to slide within a slot structure 65, thereby providing rotational movement of each of the rotatable vanes on the rotatable member 54 of the respective rotatable vanes is driven.
[0050] Wie vorstehend beschrieben, sind die mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 über einen Bereich von Winkelpositionen hinweg verdrehbar. Der Bereich der Winkelpositionen entspricht einem Bereich von Betriebsbedingungen des Turbinensystems 10 und insbesondere einem Bereich von Winkeln einer tangentialen Strömung der Auslassströmung 30. Zum Beispiel entspricht eine erste Position einer ersten Bedingung, während eine zweite Position einer zweiten Bedingung entspricht. Die erste Position der mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 ist relativ parallel zu den mehreren Streben 42 unter einer ersten Bedingung, die einer Betriebsbedingung des Turbinensystems 10 bei voller Drehzahl und Volllast entspricht, ausgerichtet. Wenn die Drehzahl des Turbinensystems 10 auf eine Teillastbedingung reduziert ist, wie beispielsweise eine Drehzahl von 60%, werden die mehreren verdrehbaren Leitschaufeln 52 zu einem Winkel verdreht, der eine gewünschte Manipulation der Auslassströmung 30, um diese für eine Strömung an den mehreren Streben 42 vorbei gerade auszurichten, erzielt. As described above, the plurality of rotatable vanes 52 are rotatable over a range of angular positions. The range of angular positions corresponds to a range of operating conditions of the turbine system 10, and more particularly to a range of angles of tangential flow of the exhaust flow 30. For example, a first position corresponds to a first condition while a second position corresponds to a second condition. The first position of the plurality of rotatable vanes 52 is aligned relatively parallel to the plurality of struts 42 under a first condition that corresponds to an operating condition of the turbine system 10 at full speed and full load. When the speed of the turbine system 10 is reduced to a part load condition, such as a 60% speed, the plurality of rotatable vanes 52 are rotated to an angle that involves a desired manipulation of the exhaust flow 30 to bypass flow for the plurality of struts 42 just to score.
[0051] Indem nun auf die Fig. 7 - 9 Bezug genommen wird, ist eine Strömungsmanipulationsanordnung 100 gemäss einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Die zweite Ausführungsform ist in vielerlei Hinsicht der vorstehend im Einzelnen beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich, so dass eine doppelte Beschreibung jeder Komponente nicht erforderlich ist und ähnliche Bezugszeichen verwendet werden, wo dies zutreffend ist. Ausserdem wird die zweite Ausführungsform in Verbindung mit einem axialen Auslassdiffusor, wie beispielsweise dem vorstehend im Einzelnen beschriebenen Auslassdiffusor 26, verwendet. In der zweiten Ausführungsform sind die mehreren verdrehbaren Leitschaufeln 52 zu den mehreren Streben 42 längs des Umfangs benachbart angeordnet, aber koaxial mit diesen ausgerichtet. Wie veranschaulicht, ist wenigstens ein Teil der mehreren verdrehbaren Leitschaufeln 52 im Wesentlichen an der gleichen axialen Stelle wenigstens eines Abschnitts der mehreren Streben 42, einschliesslich der Vorderkante 44 und/oder der Hinterkante 46 der mehreren Streben 42, angeordnet. Es ist vorgesehen, dass die verdrehbaren Leitschaufeln und die Streben in einer abwechselnden Anordnung in einem Verhältnis von 1:1 angeordnet sein können oder dass alternativ mehr als eine verdrehbare Leitschaufel zwischen den Streben angeordnet sein kann. Ausserdem sind, wie in dem Fall der ersten Ausführungsform, eine oder mehrere Dichtungskomponenten 41 an einer Grenzstelle zwischen den mehreren verdrehbaren Leitschaufeln 52 und der Innentrommel 34 und/oder der Aussenwand 38 angeordnet. Referring now to FIGS. 7-9, a flow manipulation assembly 100 according to a second embodiment is illustrated. The second embodiment is similar in many respects to the first embodiment described above in detail, so a duplicate description of each component is not required and like reference numerals are used where appropriate. In addition, the second embodiment is used in conjunction with an axial outlet diffuser, such as the outlet diffuser 26 described in detail above. In the second embodiment, the plurality of rotatable vanes 52 are disposed adjacent to, but coaxially aligned with, the plurality of struts 42 along the circumference. As illustrated, at least a portion of the plurality of rotatable vanes 52 are disposed at substantially the same axial location of at least a portion of the plurality of struts 42, including the leading edge 44 and / or trailing edge 46 of the plurality of struts 42. It is envisaged that the rotatable vanes and the struts may be arranged in an alternating arrangement in a ratio of 1: 1 or, alternatively, that more than one rotatable vane may be disposed between the struts. Moreover, as in the case of the first embodiment, one or more seal components 41 are disposed at an interface between the plurality of rotatable vanes 52 and the inner drum 34 and / or the outer wall 38.
[0052] Indem nun auf die Fig. 10 - 12 Bezug genommen wird, ist eine Strömungsmanipulationsanordnung 200 gemäss einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. Die dritte Ausführungsform wird in Verbindung mit einem axialen Auslassdiffusor, wie beispielsweise dem vorstehend im Einzelnen beschriebenen Auslassdiffusor 26, verwendet. Die dritte Ausführungsform enthält mehrere Leitschaufeln 202, die längs des Umfangs voneinander beabstandet und koaxial ausgerichtet sind. Ausserdem sind die mehreren Leitschaufeln 202 in wenigstens einer axialen Stufe angeordnet, die sich axial stromaufwärts und/oder stromabwärts von den mehreren Streben 42 befinden kann. Referring now to FIGS. 10-12, a flow manipulation assembly 200 according to a third embodiment is illustrated. The third embodiment is used in conjunction with an axial outlet diffuser, such as the outlet diffuser 26 described in detail above. The third embodiment includes a plurality of stator vanes 202 spaced circumferentially and coaxially aligned. In addition, the plurality of vanes 202 are disposed in at least one axial stage, which may be located axially upstream and / or downstream of the plurality of struts 42.
[0053] All die mehreren Leitschaufeln 202 sind in einer im Wesentlichen parallelen Ausrichtung mit den mehreren Streben 42 ausgerichtet, wobei jedoch jede Stufe der Leitschaufeln in einer in Umfangsrichtung versetzbaren Weise verstellbar ist. Insbesondere werden die mehreren Leitschaufeln 202 «nach Art einer Uhr verstellt», um ihre Ausrichtung zu den mehreren Streben 42 zu verändern. Zum Beispiel sind die mehreren Leitschaufeln 202 in einer ersten Position (Fig. 10 ) in Umfangsrichtung mit den mehreren Streben 42 ausgerichtet, während die mehreren Leitschaufeln 202 in einer zweiten Position (Fig. 11 ) zu den mehreren Streben 42 in Umfangsrichtung versetzt sind. Wie vorstehend beschrieben, sind die erste Position und die zweite Position bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Turbinensystems 10 von Vorteil. All of the plurality of vanes 202 are aligned in substantially parallel alignment with the plurality of struts 42, however, each step of the vanes is adjustable in a circumferentially displaceable manner. In particular, the plurality of vanes 202 are "clock-shifted" to change their orientation to the plurality of struts 42. For example, in a first position (FIG. 10), the plurality of stator vanes 202 are circumferentially aligned with the plurality of struts 42, while the plurality of stator vanes 202 are circumferentially offset in a second position (FIG. 11) with the plurality of struts 42. As described above, the first position and the second position are advantageous in different operating conditions of the turbine system 10.
[0054] Wie in dem Fall der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Strömungsmanipulationsanordnung 200 mit einer Aktuatoranordnung 204, wie beispielsweise einem oder mehreren Motoren, die mit einem umlaufenden Ring 206 direkt oder indirekt zusammenwirken, der die Position der mehreren Leitschaufeln 202 steuert, betätigt. As in the case of the embodiments described above, the flow manipulation assembly 200 is actuated with an actuator assembly 204, such as one or more motors that directly or indirectly cooperate with a circumferential ring 206 that controls the position of the plurality of vanes 202.
[0055] Indem nun auf die Fig. 13 Bezug genommen wird, ist eine Strömungsmanipulationsanordnung 300 gemäss einer vierten Ausführungsform veranschaulicht. Die vierte Ausführungsform ist in vielerlei Hinsicht der ersten und der zweiten Ausführungsform, wie sie im Einzelnen vorstehend beschrieben sind, ähnlich, so dass eine doppelte Beschreibung jeder Komponente nicht erforderlich ist und ähnliche Bezugszeichen verwendet werden, wenn es zutreffend ist. Jedoch wird die vierte Ausführungsform im Unterschied zu dem axialen Auslassdiffusor der ersten und zweiten Ausführungsform in Verbindung mit einem radialen Auslassdiffusor 302 verwendet. Der radiale Auslassdiffusor 302 weist entweder einen Dampfturbinendiffusor oder einen Gasturbinendiffusor auf. Der radiale Auslassdiffusor 302 enthält eine Innenwand 304 und eine Aussenwand 306 mit wenigstens einer Strebe 308, die mit wenigstens einer von der Innenwand 304 und der Aussenwand 306 betriebsmässig verbunden ist. Wenigstens eine Leitschaufel 310 ist mit der wenigstens einen Strebe 308 betriebsmässig verbunden, und wie in dem Fall der vorstehenden Ausführungsformen, die verdrehbare Leitschaufeln aufweisen, ist die wenigstens eine Leitschaufel 310 über einen Bereich von Winkelpositionen verdrehbar, der einem Bereich von Auslassströmungsbedingungen entspricht. Ausserdem ist die wenigstens eine Leitschaufel 310 wahlweise in der Axialrichtung und/oder der Radialrichtung verstellbar. Referring now to FIG. 13, a flow manipulation assembly 300 according to a fourth embodiment is illustrated. The fourth embodiment is similar in many respects to the first and second embodiments described in detail above, so a duplicate description of each component is not required and like reference numerals are used as appropriate. However, unlike the axial outlet diffuser of the first and second embodiments, the fourth embodiment is used in conjunction with a radial outlet diffuser 302. The radial outlet diffuser 302 has either a steam turbine diffuser or a gas turbine diffuser. The radial outlet diffuser 302 includes an inner wall 304 and an outer wall 306 having at least one strut 308 operatively connected to at least one of the inner wall 304 and the outer wall 306. At least one vane 310 is operatively connected to the at least one strut 308, and as in the case of the above embodiments having rotatable vanes, the at least one vane 310 is rotatable over a range of angular positions corresponding to a range of outlet flow conditions. In addition, the at least one vane 310 is selectively adjustable in the axial direction and / or the radial direction.
[0056] Während die Erfindung im Einzelnen in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben ist, sollte ohne weiteres verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Veränderungen, Modifizierungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch den Rahmen und Umfang der Erfindung entsprechen. Ausserdem sollte verstanden werden, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, Aspekte der Erfindung lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demgemäss ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt. While the invention has been described in detail in connection with only a limited number of embodiments, it should be readily understood that the invention is not limited to such disclosed embodiments. Rather, the invention may be modified to incorporate any number of variations, modifications, substitutions, or equivalent arrangements not heretofore described, but which are within the spirit and scope of the invention. In addition, it should be understood that while various embodiments of the invention are described, aspects of the invention may only include some of the described embodiments. Accordingly, the invention should not be construed as being limited by the foregoing description, but is limited only by the scope of the appended claims.
[0057] Eine Strömungsmanipulationsanordnung für einen Turbinenauslassdiffusor enthält eine Strebe, die eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, wobei die Strebe im Inneren des Turbinenauslassdiffusors angeordnet ist. Ferner sind mehrere verdrehbare Leitschaufeln enthalten, die in enger Nähe zu der Strebe angeordnet und eingerichtet sind, um eine Auslassströmung zu manipulieren, wobei die mehreren verdrehbaren Leitschaufeln koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs relativ zueinander angeordnet sind. Ferner ist ein Aktuator enthalten, der mit den mehreren verdrehbaren Leitschaufeln in Wirkverbindung steht und eingerichtet ist, um eine Verstellung der mehreren verdrehbaren Leitschaufeln auszulösen. Noch weiter ist ein umlaufender Ring enthalten, der die mehreren verdrehbaren Leitschaufeln funktionsmässig koppelt, wobei der Aktuator eingerichtet ist, um eine Verdrehung einer der verdrehbaren Leitschaufeln unmittelbar auszulösen, und wobei der umlaufende Ring bei einer Drehauslösung durch den Aktuator eine Verdrehung der mehreren verdrehbaren Leitschaufeln auslöst. A flow manipulation assembly for a turbine exhaust diffuser includes a strut having a leading edge and a trailing edge, the strut being disposed within the turbine exhaust diffuser. Also included are a plurality of rotatable vanes disposed in close proximity to the strut and configured to manipulate an exhaust flow, wherein the plurality of rotatable vanes are coaxially aligned and disposed circumferentially relative to one another. Also included is an actuator operatively connected to the plurality of rotatable vanes and configured to initiate an adjustment of the plurality of rotatable vanes. Still further included is a circumferential ring operatively coupling the plurality of rotatable vanes, the actuator being configured to immediately initiate rotation of one of the rotatable vanes, and wherein the rotating ring initiates rotation of the plurality of rotatable vanes in a rotational release by the actuator ,
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
[0058] <tb>10<SEP>Turbinensystem <tb>12<SEP>Verdichterabschnitt <tb>14<SEP>Brennkammerabschnitt <tb>16<SEP>Turbinenabschnitt <tb>18<SEP>Welle <tb>20<SEP>Brennstoffdüse <tb>22<SEP>Brennstoffversorgung <tb>24<SEP>Aussengehäuse <tb>26<SEP>Auslassdiffusor <tb>28<SEP>Einlass <tb>30<SEP>Auslassströmung <tb>32<SEP>Auslass <tb>34<SEP>Innentrommel <tb>36<SEP>Aussenflache <tb>38<SEP>Aussenwand <tb>40<SEP>Innenfläche <tb>42<SEP>Mehrere Streben <tb>44<SEP>Vorderkante <tb>46<SEP>Hinterkante <tb>50<SEP>Strömungsmanipulationsanordnung <tb>52<SEP>Mehrere verdrehbare Leitschaufeln <tb>54<SEP>Drehbares Element <tb>56<SEP>Aktuatoranordnung <tb>58<SEP>Getriebeanordnung <tb>60<SEP>Umfangssegment der verdrehbaren Leitschaufeln <tb>62<SEP>Umlaufender Ring <tb>63<SEP>Ein oder mehrere Lager <tb>65<SEP>Schlitzstruktur <tb>100<SEP>Strömungsmanipulationsanordnung <tb>200<SEP>Strömungsmanipulationsanordnung <tb>202<SEP>Mehrere Leitschaufeln <tb>300<SEP>Strömungsmanipulationsanordnung <tb>302<SEP>Radialer Auslassdiffusor <tb>304<SEP>Innenwand <tb>306<SEP>Aussenwand <tb>308<SEP>Wenigstens eine Strebe <tb>310<SEP>Wenigstens eine Leitschaufel[0058] <Tb> 10 <September> Turbine System <Tb> 12 <September> compressor section <Tb> 14 <September> combustor section <Tb> 16 <September> turbine section <Tb> 18 <September> wave <Tb> 20 <September> fuel <Tb> 22 <September> fuel supplies <Tb> 24 <September> outer housing <Tb> 26 <September> outlet diffuser <Tb> 28 <September> inlet <Tb> 30 <September> exhaust flow <Tb> 32 <September> outlet <Tb> 34 <September> inner drum <Tb> 36 <September> outer face <Tb> 38 <September> outer wall <Tb> 40 <September> inner surface <tb> 42 <SEP> Multiple struts <Tb> 44 <September> leading edge <Tb> 46 <September> trailing edge <Tb> 50 <September> flow manipulation arrangement <tb> 52 <SEP> Multiple rotatable vanes <tb> 54 <SEP> Rotatable element <Tb> 56 <September> actuator <Tb> 58 <September> gear assembly <tb> 60 <SEP> Circumference segment of the rotatable vanes <tb> 62 <SEP> Circumferential ring <tb> 63 <SEP> One or more bearings <Tb> 65 <September> slot structure <Tb> 100 <September> flow manipulation arrangement <Tb> 200 <September> flow manipulation arrangement <tb> 202 <SEP> Multiple vanes <Tb> 300 <September> flow manipulation arrangement <tb> 302 <SEP> Radial outlet diffuser <Tb> 304 <September> inner wall <Tb> 306 <September> outer wall <tb> 308 <SEP> At least one strut <tb> 310 <SEP> At least one vane
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