CN101634313A - 带槽的压缩机扩散器及相关方法 - Google Patents

Abstract

一种带槽的压缩机扩散器及相关方法。用于燃气涡轮机的压缩机扩散器28包括：具有上游端和下游端的压缩机扩散器，下游端由周边环形边缘31限定，该环形边缘形成有自下游边缘处的开口沿上游方向延伸的多个基本轴向地定向的槽口30。

Description

带槽的压缩机扩散器及相关方法

技术领域

[0001]本发明大体涉及燃气涡轮机燃烧技术，且更具体地，涉及用以减少与某些工业燃气涡轮机的压缩机排出壳体相关联的空气动力学损失的对压缩机扩散器的修改。

背景技术

[0002]已经确认，对于某些工业燃气涡轮机的压缩机排出壳体存在空气动力学损失。这种损失由于正好在压缩机扩散器下游的狭窄的区域或“窄点”中的压缩机排出流的再加速而产生，且这种损失会导致燃料消耗增加和某些燃烧零件的冷却减弱。一般而言，由于高昂的开发和安装成本，具有多通道径向排出扩散器或具有重新设计的流动套管、衬套等的较新的涡轮机设计对于现有的燃气涡轮机而言并不可行。

[0003]因此，仍然存在对于适用于现场修改的较低成本的解决方案的需求。

发明内容

[0004]根据本发明的一个示例性但非限制性的实施方式，提供了一种用于燃气涡轮机的压缩机扩散器，其包括上游端和下游端，该下游端由周边环形边缘限定，该环形边缘形成有自环形边缘处的开口沿上游方向延伸的多个基本轴向地定向的槽口。

[0005]在另一个示例性但非限制性的实施方式中，本发明涉及一种燃气涡轮机，其包括压缩机，布置成以便将燃烧气体沿第一方向供应到涡轮机第一级的燃烧器罐的环形排列，其中压缩机包括扩散器，该扩散器成形为以便沿相反的第二方向将压缩机排出空气引导到燃烧器罐的后端，以用于燃烧；该扩散器具有上游端和形成有多个基本轴向地定向的槽口的下游端。

[0006]在又一个示例性但非限制性的实施方式中，本发明涉及一种燃气涡轮机，其包括压缩机，布置成以便将燃烧气体沿第一方向供应到涡轮机的第一级的燃烧器罐的环形排列，其中压缩机包括扩散器，该扩散器成形为以便将压缩机排出空气沿相反的第二方向引导到燃烧器罐的后端，以用于燃烧；该扩散器具有上游端和下游端；以及位于下游端处以用于增强压缩机排出空气从第一方向到第二方向的换向的器件。

[0007]在又一个示例性实施方式中，本发明涉及一种用于在燃气涡轮机燃烧系统中增强空气流换向的方法，在该燃气涡轮机燃烧系统中，压缩机排出空气换向而流向燃烧器，该方法包括：形成有带有自扩散器的下游端沿上游方向延伸的多个基本轴向地定向的槽口的压缩机扩散器；以及使至少一个导流叶片与基本轴向地定向的槽口中的一个或多个相关联。

[0008]现在将结合以下标示的附图来描述本发明。

附图说明

[0009]图1是传统的燃气涡轮机压缩机和燃烧器的局部截面图；

[0010]图2是根据本发明的第一个示例性实施例的、经修改的压缩机扩散器的局部透视图；

[0011]图3是根据图2得到的透视形式的放大细节，其中槽口添加有转向叶片；

[0012]图4是图3中的但是从扩散器壁的下方观察所得的压缩机扩散器的局部透视图；

[0013]图5是本发明的第三示例性实施例的局部透视图；

[0014]图6是从图5所示的扩散器的下面观察所得到的局部透视图；

[0015]图7是本发明的第四示例性实施例的局部透视图；以及

[0016]图8是说明了叶片可如何添加到压缩机排出壳体支架上的局部透视图。

具体实施方式

[0017]起初参看图1，示意了环管式换向流动燃烧器10。燃烧器10与若干个其它类似的燃烧器(或燃烧器罐)一起以环形阵列布置在涡轮机转子周围，并且产生在各个涡轮机级中驱动涡轮机叶轮所需的气体。在运行时，由流动箭头A标示的来自压缩机12的排出空气流过扩散器28，并且在其经过燃烧器10的外侧时换向，然后在其进入燃烧器的前端时再次换向。燃烧空气和燃料在燃烧室14(显示了其中一个)中燃烧，从而产生高温气体，该高温气体流过过渡导管16到达18处标示的第一涡轮机级。

[0018]在其到达燃烧器10的途中，压缩机排出空气流过流动套管20，该流动套管20沿径向在流动套管20和燃烧器衬套24之间形成环形间隙或通道22。类似的流动套管26包围过渡导管16，且在衬套24和过渡导管16之间的交接处与流动套管20结合。将理解的是，排出空气通过流动套管中的孔的阵列(未示出)流入间隙22中。到这一点为止，涡轮机燃烧器布置是传统的设计。

[0019]转到图2，在第一个示例性但非限制性的实施例中，多个基本轴向地定向的槽口30在压缩机壳体28(通常被称为压缩机扩散器)的后端中、沿周向环绕扩散器且在一系列压缩机壳体支承支架32之间形成。这些槽口增强了压缩机排出空气的流动方向的反转。

[0020]在这个示例性但非限制性的实施例中，为各个燃烧器“罐”提供了两个槽口30，占据了径向地定向的支架32对之间的空间。槽口30自扩散器的下游边缘处的开口沿上游方向延伸，从而为压缩机排出空气提供额外的流径区域且使之更早地进行径向转向，以使朝向燃烧器的流动换向，从而至少部分地避免窄点的出现。通过在换向流出现的否则会变狭窄的流径位置处提供增大的流径面积，该位置处的压降得以降低。将了解的是，可使用其它槽口构造，例如每个罐具有一个或二个以上的槽口。在这种槽口构造的变型中，可以使扩散器的下游边缘为连续的，从而使得槽口30在扩散器的下游边缘处闭合。

[0021]另一种空气流转向增强可通过在各个槽口30中添加偏转器叶片34来实现。图3中显示了该布置，其中单个叶片34安装在槽口30内，且其定向成以便协助使流入槽口中的空气转向，即利用其面向流的凹侧(来使空气转向)。叶片34在槽口的两侧上延伸(参见图4)，以便被流过扩散器的空气撞击，同时叶片34在空气经过扩散器壁时继续具有转向效果。注意，在图3中，压缩机定向是反的，从而使得空气流相对于图1和2也是反的。每个槽口的叶片数量进行变化也是可行的。例如，图5和6显示了其中三个类似地定向的转向叶片36安装在各个槽口38中的布置。

[0022]图7示意了另一个备选布置，其中每个罐提供了一个槽口40，且转向叶片或偏转器叶片42安装在槽口的下游、最近的相邻支架44上。图8示意了一对转向叶片或偏转器叶片46可如何附连到支架48的相对侧上的一个实例。特别地，各个叶片46设有具有支架接合面52的安装基底50，该支架接合面52具有符合支架的表面轮廓。叶片可使用螺丝紧固件54或其它适当的器件(例如铆钉等)来进行附连。如以上所表明，每个罐的槽口数量，以及转向叶片的数量和位置可按需要而改变。目前，优选的布置是每个罐具有两个槽口30，每个槽口带有一个转向叶片34，其或者处于槽口中或者安装在最近的相邻支架32上。

[0023]在图7的变型中，偏转器叶片46可以在没有槽口40的情况下单独使用。虽然没有槽口和叶片的组合那么有效，但是叶片独自将仍然提供对空气流换向的一些增强。

[0024]本文所述的扩散器修改可在现有的涡轮机发动机上实地实施，或者在工厂中实施，从而对服务性消费者和新设备消费者提供性能改进。

[0025]虽然已经结合目前被认为是最实用且优选的实施例的内容对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明意图覆盖包括在所附的权利要求书的精神和范围之内的各种修改和等效布置。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮机的包括上游端和下游端的压缩机扩散器28，所述下游端由周边环形边缘31限定，所述环形边缘形成有自所述环形边缘处的开口沿上游方向延伸的多个基本轴向地定向的槽口30。

2.根据权利要求1所述的压缩机扩散器，其特征在于，所述多个基本轴向地定向的槽口30中的一个或多个装配有至少一个导流叶片34，以有利于空气流的换向。

3.根据权利要求1所述的压缩机扩散器，其特征在于，所述下游端设有多个径向地向外延伸的支承支架32，其中所述多个基本轴向地定向的槽口30中的各个位于所述支承支架其中之一的附近。

4.根据权利要求3所述的压缩机扩散器，其特征在于，一个或多个支架32设有与所述基本轴向地定向的槽口30中相应的一个基本沿轴向对齐的导流叶片42。

5.根据权利要求2所述的压缩机扩散器，其特征在于，所述至少一个导流叶片34包括至少两个导流叶片。

6.根据权利要求3所述的压缩机扩散器，其特征在于，在所述多个支承支架32中的各对之间存在所述基本轴向地定向的槽口30中的两个。

7.根据权利要求2所述的压缩机扩散器，其特征在于，各个导流叶片34对来自所述压缩机的空气流呈现凹入表面，使得所述空气流转向基本180°。

8.根据权利要求7所述的压缩机扩散器，其特征在于，各个导流叶片34或36在所述基本轴向地定向的槽口中相应的一个上方和下方凸出。

9.根据权利要求6所述的压缩机扩散器，其特征在于，所述两个基本轴向地定向的槽口中的各个均设有单个转向叶片34。

10.一种用于在燃气涡轮机燃烧系统中增强空气流换向的方法，在所述燃气涡轮机燃烧系统中，压缩机排出空气换向而流向燃烧器，所述方法包括：

形成带有自所述扩散器的下游端31沿上游方向延伸的多个基本轴向地定向的槽口30的压缩机扩散器28；以及

使至少一个导流叶片34与所述基本轴向地定向的槽口中的一个或多个相关联。

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