CN101852104A - 用于涡轮发动机的排气集气室 - Google Patents

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CN101852104A CN201010156238A CN201010156238A CN101852104A CN 101852104 A CN101852104 A CN 101852104A CN 201010156238 A CN201010156238 A CN 201010156238A CN 201010156238 A CN201010156238 A CN 201010156238A CN 101852104 A CN101852104 A CN 101852104A
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Abstract

本发明涉及用于涡轮发动机的排气集气室，具体而言，本发明提供了一种用于燃气涡轮发动机(12)的排气系统，其减少了排气系统内的湍流和回流，并因而提高了涡轮发动机(12)的效率。在各种实施例中，该系统包括排气集气室(32)，其提供了排气的逐步膨胀。排气集气室(32)还可包括一个或多个分流器(84，130)，其进一步减少了集气室中的湍流，并在集气室以及其它下游排气构件中提供了更均匀的气流。

Description

用于涡轮发动机的排气集气室
技术领域
本文公开的主题涉及燃气涡轮发动机，且更具体地，涉及用于燃气涡轮发动机的排气系统。
背景技术
通常，燃气涡轮发动机燃烧压缩空气和燃料的混合物，以产生热的燃烧气体。燃烧气体可流过一级或多级涡轮叶片，以产生用于负载和/或压缩机的动力。燃气涡轮发动机可将燃烧气体排入排气系统中，排气系统将燃烧气体安全地发送至大气。不幸的是，排气系统通常对燃气涡轮发动机产生背压，其降低了燃气涡轮发动机的性能。此外，使此排气系统更紧凑的努力导致了更复杂且更昂贵的系统，以及对燃气涡轮发动机极高的背压水平。
发明内容
以下概述了与最初要求保护的本发明范围相称的某些实施例。这些实施例并不意图限制所要求保护的本发明的范围，相反这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包含与下述实施例相似或不同的多种形式。
在一个实施例中，系统包括涡轮发动机，涡轮发动机包括径向扩散器和排气集气室(exhaust plenum)，径向扩散器围绕第一轴线在排气流动路径中设置在涡轮段的下游。排气集气室可包括入口，其中径向扩散器通过入口设置到排气集气室中，并且排气集气室沿着相对于涡轮发动机的第一轴线交叉的第二轴线延伸。排气集气室还包括沿第一轴线完全跨过排气集气室而延伸的分流器，其中分流器在第一方向上相对于第一轴线从径向扩散器径向向外地延伸，并且分流器从第一方向弯曲至沿第二轴线位于下游的第二方向。排气集气室还包括围绕径向扩散器彼此相向的一组第一和第二空气动力学表面，其中第一和第二空气动力学表面沿着第一轴线而彼此轴向偏离一轴向偏差，并且第一和第二空气动力学表面随着远离第一轴线增加的径向距离而逐渐扩大该轴向偏差。
在另一实施例中，系统包括涡轮排气集气室，其具有联接在扩散器区域上的入口，扩散器区域构造成沿着第一轴线容纳涡轮发动机的径向扩散器，其中涡轮排气集气室沿着相对于第一轴线交叉的第二轴线而延伸。涡轮排气集气室还包括分流器，分流器完全跨过涡轮排气集气室而沿着第一轴线在扩散器区域附近延伸，其中分流器以至少大于径向扩散器的半径的长度从上游端向下游端延伸，并且分流器从上游端向下游端弯曲超过至少大约90度的角度。
在另一实施例中，系统包括涡轮排气集气室，其具有联接在扩散器区域上的入口，扩散器区域构造成沿着第一轴线容纳涡轮发动机的径向扩散器，其中涡轮排气集气室沿着相对于第一轴线交叉的第二轴线而延伸。排气集气室还包括相对于扩散器区域彼此相对设置的一组第一和第二空气动力学表面，其中第一和第二空气动力学表面在远离第一轴线的径向向外的方向上彼此分开。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些以及其它特征、方面和优势将变得更好理解，其中在所有附图中相似的标号表示相似的部件，其中：
图1是具有改进的排气集气室的燃气涡轮发动机的一个实施例的示意性的流径图；
图2是如图1中所示的燃气涡轮发动机的截面图，图示了改进的排气集气室的一个实施例；
图3是如图1中所示的具有锥形面和导流器的排气集气室的一个实施例的剖面透视图；
图4是图3的排气集气室的顶剖面视图；
图5是图3的排气集气室的侧剖面图；
图6是根据实施例的图3的排气集气室的侧剖面图，图示了集气室中的气流；
图7是如图1中所示的具有两个分流器的排气集气室的一个实施例的侧剖面图；且
图8是如图1中所示的排气集气室一个实施例的侧剖面图，该排气集气室具有四个分流器和圆形背板的对称结构。
部件列表
10系统；12燃气涡轮发动机；14负载；16空气入口段；18压缩机；20燃烧器段；22涡轮；24排气段；26轴；27纵向轴线；28燃烧器外壳；30燃烧器；31X-轴线；32排气集气室；33Y-轴线；34一个或多个消声器；35Z-轴线；36排气烟囱；38转子组件；40叶轮；42径向扩散器；44扩散器输出；46径向导叶；47入口；48初始宽度；50相对的倾斜面；52全宽；54长度；56倾斜角；58高度；60顶部；62底部；78两个锥形；79高度；80集气室输出；82输出过渡段；84分流器；102中心；104中心；106上游边缘或前缘；108下游边缘或后缘；110短距离；112顶部段；114底部段；116高度；118背面；120平板；122半径；128流动方向；130第二分流器；132前缘；134短距离；136后缘；138间隙；140顶部段；142中间段；144底部段；146高度；148高度；150高度；
具体实施方式
以下将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了致力于提供这些实施例的简明描述，在说明书中可能不描述实际实施方式的所有特征。应该懂得，在任何此类实际实施方式的研究中，如同在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多实施方式特定的决策，以实现研究者的特定目的，例如遵从系统相关及业务相关的约束，这些约束可能从一种实施方式到另一种实施方式而变化。此外，应该懂得这种研究工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本发明公开的普通技术人员而言，仍将是设计、构造和制造的日常事务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，用词“一”、“一个”、“该”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”都意图为包含的，并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。
本发明公开涉及一种燃气涡轮发动机，其包括排气系统，该排气系统改善了压力恢复并降低了背压，并因此提高了涡轮发动机的效率。在具有热端驱动(hot-end drive)的燃气涡轮发动机中，联接在涡轮上的旋转轴穿过位于排气端的涡轮，并联接在发电机或其它负载上。因此，当排气离开涡轮时，排气被引导穿过排气管道，排气管道从轴的轴线向外延伸，以避开负载(例如沿横向方向或径向方向)。排气流方向的该变化(例如轴向至径向)可能易于造成湍流(例如气体的旋涡运动)，湍流又导致极大的背压。另外，当燃烧气体离开涡轮时，气体典型地进入大容积的排气集气室中，这造成气体的突然膨胀，其也造成集气室内部增加的湍流，并在集气室以及其它下游构件中产生不均匀的气流。
本发明的实施例提供了一种排气集气室，其提供了排气在集气室内的逐步膨胀，并从而减少集气室内的湍流。另外，实施例还可包括一个或多个分流器，其进一步减少了集气室中的湍流，并在集气室以及其它下游排气构件中产生了更均匀的气流。其它实施例包括对称的排气集气室，其通过在集气室内产生更均匀的气流而更进一步地减少湍流。总的结果是背压降低，并排气系统中的流均匀性增加。此外，本文所述的排气集气室比典型的排气集气室更紧凑，并使用较少的材料，这降低了设备的成本和空间消耗。
图1是图示具有改进的排气系统的燃气涡轮发动机的一个实施例的示意性的流径图。在某些实施例中，系统10可包括飞机、船舶、机车、发电系统或它们的组合。所示的燃气涡轮发动机12包括入口段16、压缩机18、燃烧器段20、涡轮22和排气段24。涡轮22通过轴26而驱动地联接在压缩机18上，轴26沿着涡轮发动机12的纵轴线27定向。轴驱动地联接在负载14上，负载14可定位在涡轮发动机12的排气端处。
如箭头所示，空气可通过入口段16而进入燃气涡轮发动机12，并流入压缩机18，压缩机18在空气进入燃烧器段20之前压缩空气。所示的燃烧器段20包括燃烧器外壳28，该燃烧器外壳28同心或环向地围绕轴26而轴向地设置在压缩机18和涡轮22之间。来自压缩机18的压缩空气进入燃烧器30，在那里压缩空气可在燃烧器30内与燃料相混合并燃烧以驱动涡轮22。
热的燃烧气体从燃烧器段20流过涡轮22，通过轴26驱动压缩机18和负载14。例如，燃烧气体可将动力应用于涡轮22内的涡轮转子叶片，以使轴26旋转。在流过涡轮22之后，热的燃烧气体可通过排气段24而离开燃气涡轮发动机12。当燃烧气体从排气段24传送至排气集气室32时，集气室32引导燃烧气体以一角度远离涡轮发动机12的纵轴线27(例如大约90度)。换句话说，排气集气室32相对于纵轴线27交叉或横向地定向的，例如径向方向。例如，所示的涡轮发动机12包括径向管道或集气室32，以引导燃烧气体相对于纵轴线27通过90度的转弯。方向上的变化(例如90度的转弯)易于引起湍流，并增加涡轮上的背压，因而降低了涡轮的效率。如以下将进一步解释的那样，集气室32包括降低了湍流和背压的各种改进。例如，集气室32可包括一个或多个逐步膨胀表面(例如相对的锥形面)、分流器和对称布置以增加气流的均匀性。在离开集气室32之后，燃烧气体可穿过一个或多个消声器34，消声器34衰减由涡轮发动机12发出的噪声。然后燃烧气体从消声器34通过排气烟囱36流向外部环境。
图2是图1的燃气涡轮发动机12的侧横截面图，图示了图1的改进的排气集气室32的一个实施例。为了协助本说明，限定了贯穿本说明书一致的正交轴线。在一些实施例中，这些轴线可被描述为彼此交叉或横穿，使得轴线之间的角度可不仅仅局限于90度。具体地说，由箭头31指示的X-轴线是涡轮发动机12的中心轴线；由箭头33所示的Y-轴是垂直轴线；而在本视图中穿出页面的Z-轴线指向集气室32的总流动方向(见图3箭头35)。如上参看图1所述，空气可通过入口段16进入，并由压缩机18压缩。然后可将来自压缩机18的压缩空气引入燃烧器段20，在那里可使压缩空气与燃料相混合(例如液体和/或气体燃料)。压缩空气和燃料的混合物通常在燃烧器段20内燃烧，以产生高温高压燃烧气体，其可用于在涡轮22内产生扭矩。具体地说，燃烧气体可将动力应用于转子组件38的桨叶(例如涡轮叶片)上，以使叶轮40和轴26旋转。如图2中更清楚显示的那样，排气段24可包括径向扩散器42，该径向扩散器42沿着X-轴线31环状地围绕轴26引导燃烧气体。扩散器42的容积朝向扩散器输出44逐渐增加，从而逐渐降低扩散器42内的压力和气流速度。
在扩散器输出44处，燃烧气体以大约90度的角度转弯，并流入集气室32。为了减少扩散器42中的湍流，扩散器输出44可包括若干径向导叶46，其引导燃烧气体穿过90度的转弯而进入集气室32，并通过扩散器输出44改善流动均匀性。扩散器42设置成穿过集气室32的入口47，并且扩散器输出44流体地联接到相对应的集气室入口47上。如图2中所示，集气室32在集气室入口47处的初始宽度48与扩散器输出44的宽度相匹配。因此，燃烧气体在进入集气室32时不会经历突然的膨胀和压力下降，这明显不同于其它涡轮排气系统。
在进入集气室32中之后，燃烧气体沿着空气动力学表面(例如相对的倾斜面50)被引导至集气室32的内部。例如，倾斜面50可通过它们具有减少流动阻力、湍流和背压的曲率的设计而被描述为空气动力学的。这些倾斜面50使燃烧气体能够在集气室32内逐渐膨胀，因而进一步抑制了湍流。在一些实施例中，倾斜角56可为大约5至40度，或10至30度，或20度。另外，倾斜角56可取决于集气室32的初始宽度48对集气室32的全宽度52的比值以及集气室32内可用空间的数量。在一些实施例中，集气室32的全宽度52可为集气室32的初始宽度48的大约1.5至5倍或2至3倍，并且倾斜的长度54可为大约20至30英寸。更具体地说，集气室32的初始宽度48可为大约27英寸，集气室32的全宽度52可为大约70英寸，并且倾斜的长度54可为大约25英寸。在备选实施例中，集气室的全宽度52可大约和集气室的初始宽度48相同，并且倾斜角56可为大约零度。集气室32的高度58可为集气室32的初始宽度48的大约5至15倍或7至9倍。更具体地说，集气室的高度58可为大约205英寸。
如图2中所示，扩散器输出44没有居中地定位在集气室32内。因此，同集气室32的顶部60相比，靠近集气室32的底部62的流动特征将是不同的。在以下将参照图8进一步描述的其它实施例中，扩散器输出44可居中地定位在集气室32的内部，使得在集气室32的顶部和底部的流动特征相同，从而进一步增加集气室32以及更下游的其它排气构件中的流动均匀性。
图3是图2中所示的集气室32的一个实施例的剖面透视图。如上面参考图2所述，扩散器42通过径向导叶46而将燃烧气体引入集气室32。如图3中更清晰地显示的，径向导叶46可以是圆形的(例如渐缩的环形或锥形形结构)，并且围绕X-轴线31同心地设置。因此，燃烧气体可径向向外地离开扩散器42，并围绕环形扩散器输出44的周边远离轴26的轴线，即X-轴线31。还如图3中更清晰地所示，倾斜面50可以是由关于扩散器输出44大致居中的一个或多个锥形78形成的渐缩的环面。当燃烧气体远离X-轴线31时，倾斜面50逐渐拓宽空气流动路径的宽度。在一些实施例中，倾斜面50可部分地根据集气室32的不同区域内可用的空间而在集气室32的不同区域内不同地成形。例如，如图2和图3中所示，集气室32的底部62可更靠近扩散器输出44。因此，倾斜面50可更迅速地朝集气室32的底部倾斜。此外，在一些实施例中，如将在图4中更清晰地示出的那样，倾斜面50可由两个锥形78形成，它们彼此交叉地定位在集气室32的相对侧面上。
在燃烧气体进入集气室32之后，集气室32就逐渐引导燃烧气体朝着相同方向沿Z-轴线35移动，在那里它们最终在集气室输出平面80处离开集气室32。集气室32还可包括渐缩的输出过渡段82，其使集气室32的宽度逐渐扩展，以匹配下一个下游排气构件的宽度。在集气室32中还包括分流器84，该分流器84将燃烧气体从扩散器输出44引向集气室输出80。如以下所述，分流器84构造成减少再循环区域，减少沿着壁的流的集中，并增加在向前方向上穿过集气室32的流动均匀性。如图3中所示，分流器84跨越集气室32的宽度，沿X-轴线31完全跨越集气室32延伸。因此，分流器84是渐缩的，以匹配倾斜面50和输出过渡段82的轮廓。
分流器84提供了许多优势。例如，分流器84可抑制集气室32内部的涡流和再循环区域。对于另一示例，分流器84还可引导一部分燃烧气体远离集气室32的顶部60，并引向集气室32的中间，从而增加流出集气室32的流动均匀性，并减少沿着集气室壁的高压区域。换句话说，分流器84通过使至少一部分流向着集气室32内的更中心区域重新定向而减少流沿着集气室32的壁的集中或附着。分流器84还协助在向前或下游方向(即主要是前进速度矢量)上沿着Z-轴线35引导流穿过集气室32，而不是容许该流改变穿过集气室32的方向。这些优势中的每一个均可用于降低涡轮发动机12上的背压。在某些实施例中，可将倾斜面50和分流器84构造成相对于跨越集气室32的平均值，提供跨越集气室32的(例如跨越横过沿Z-轴线35的流动方向的横截面)质量分布上的最小变化。同样，可将倾斜面50和分流器84构造成可通过减少流动阻力、减少湍流、减少再循环区域、改善流的分布或均匀性以及降低背压来改善空气动力学性能。如将在以下所述，在一些实施例中，集气室32可包括若干分流器84。参照图4和图5可更好地描述渐缩的输出过渡段82和分流器84的其它细节。
图4是如图3中所示的集气室32的一个实施例的顶剖面图。另外，分流器84的一部分被剖开，以显示在集气室32的两侧上的倾斜面50。如图4中可更清晰所见，倾斜面50可由两个锥形78形成，这两个锥形78彼此交叉地定位在集气室32侧壁的相对侧面上，具有沿着X-轴线31的轴向偏差，该轴向偏差形成了集气室32的初始宽度48。如图所示，锥形78随着离X-轴线31的径向距离而彼此分开。如上面关于图2所述，倾斜面之间的轴向偏差在离X-轴线31更大的径向距离处向外扩大至集气室32的完全宽度52。如上面参照图2所述，由锥形78形成的倾斜面50的倾斜角56可在大约0至60度或5至45度之间的范围内，或者是之间任何特定的角度。在一个实施例中，倾斜角56可在大约10至30度之间的范围内。因此，倾斜面50彼此分开的比率可为轴向偏差变化对径向距离变化的大约35％至115％。还应该注意，当从图4中的顶部看去时，锥形78的几何形状在X-轴线32的两侧可以是基本相同的，即锥形78关于X-Y平面可以是对称的。因此，X-Y平面的相对侧面上的斜面可以是基本相同的。在图4中还可更清晰地看出分流器84跨过集气室32的全宽度延伸，粘附在锥形78和渐缩输出过渡段84的轮廓上。此外，还可看出在X-轴线31的方向上，扩散器输出44可在集气室32内居中，并且两个锥形78的高度79可大致相同。
图5是图1-4中所示的集气室32的一个实施例的侧剖面图。如图5中所示，集气室32的背面118可成形为更紧密地符合扩散器输出44的圆形轮廓。这可用于抑制否则可形成于集气室32的角落处的低压穴(pocket)，从而减少湍流和背压。如图5中所示，集气室32的背面118可由例如由平板120形成的段来限定，这些段构造成粗略地接近圆形表面。用平板120使集气室32的背面118分段可减少具有曲面的集气室32的制造费用。在其它实施例中，集气室32的背面118可为方形，其可使分流器84制造更容易且更廉价。然而，集气室32的某些实施例可具有弯曲的背面118，例如半圆形形状，其可进一步减少湍流和背压。
另外，如图5中所示，扩散器输出44可定位在涡轮排气集气室中相对于X-轴线31的偏心位置处。换句话说，扩散器输出44可比集气室32的顶部60更靠近集气室32的底部62。此外，分流器84可相对于扩散器输出44设置成朝向集气室32的顶部60。在图5中还可看出扩散器输出44和锥形78可以是不同心的。例如，锥形78的中心102可在扩散器输出44的中心104上方沿着Y-轴线33移动大约6至12英寸。在某些实施例中，中心102和104之间的偏差可至少大于扩散器输出44的直径的大约2.5％，5％，7.5％，10％，15％，20％或25％。在一些实施例中，中心102和104之间的偏差可能取决于集气室32中的扩散器输出44的偏差量。
图5中还显示了一种示范性分流器84，其从扩散器输出44延展至集气室输出80。出于说明关于扩散器输出44的具体角度的目的，本文将Z-轴线35限定为指向0度方向，同时本文将Y-轴线33限定为指向90度方向。另外，分流器84的上游边缘或“前缘”106将被认为是最靠近扩散器输出44的边缘，而分流器84的下游边缘或“后缘”108将被认为是更靠近集气室输出平面80的边缘。
因此，如图5中所示，分流器84的前缘106可定位在大约90度处。此外，分流器84的前缘106可开始于两个倾斜表面50之间的最狭窄点处，例如在锥形78与扩散器输出44相遇的地方。然后分流器84可径向向外延伸大约6至12英寸的短距离110，之后向集气室输出80弯曲。在一些实施例中，分流器从径向，即Y-轴线33的方向向下游，即Z-轴线35的方向弯曲至少大约90度。在一些实施例中，分流器84可从扩散器输出44逐渐弯曲至集气室输出80，以进一步抑制湍流。然而在一些实施例中，分流器84可以是分段的，如图5中所示，其可使分流器84制造更容易且更廉价，同时仍保持显著低的湍流。换句话说，分流器84可包括多个连续的平板，以限定从前缘106至后缘108的所需转弯。此外，在一些实施例中，分流器84可在锥形78的边界内完成或基本上完成该转弯(例如大约90度)。在其它实施例中，分流器84可在锥形78的边界内完成该转弯的一部分(例如50％)，而在锥形78之外完成该转弯。
分流器84通常在Z-轴线35的方向上向下游延伸至远离径向扩散器的轴向偏离位置。分流器84的全长通常可大于扩散器输出44的半径122。此外，在某些实施例中，径向长度(例如距离110)对轴向长度(例如超过110)的百分比可至少小于大约5％，10％，15％，20％，25％，30％或35％。在一些实施例中，分流器84的后缘108可与集气室输出80基本齐平，并可将集气室输出80二等分成顶部段112和底部段114。在一些实施例中，底部段114的高度116可为集气室32的全高58的大约50％至60％。此外，在一些实施例中，可选择顶部段112和底部段114的相对高度，以便在集气室输出80处在顶部段112和底部段114中均提供基本相等的气流速度。参照图6可更好地理解导流器84的功能。
图6是图5的集气室32的侧剖面图，图示了集气室32的一个实施例中的气流示例。当排气离开扩散器输出44时，流动方向可基本上为径向，即远离X-轴线31，如实线128所示。在离开扩散器输出44之后不久，其中一些燃烧气体可开始采取环向流动，取决于燃烧气体从扩散器输出44的哪一侧离开。朝着集气室输出80离开的燃烧气体可能倾向于从扩散器输出44基本线性地直接移动至集气室输出80。同时，朝着与集气室输出80相对的集气室32的背面118离开的气体将围绕扩散器输出44朝着集气室输出80移动。
在没有分流器84的情况下，更多离开扩散器输出44的燃烧气体可能倾向于被引向集气室32的顶部60，如虚线130所示，导致集气室32的顶部60处的空气压力增加、朝向集气室32的中心的空气压力减少、以及更为扰动的气流，该气流可能穿过其它下游排气构件。在有分流器84的情况下，更多燃烧气体被更直接地引向集气室32的中心，导致从集气室32的顶部60至底部62更均匀的流动特征，以及减少的湍流。此外，增加的流动均匀性还可延伸至其它下游排气构件例如消声器34(图1)。最终结果是背压的下降，其提高了涡轮发动机12的效率。
图7和图8是集气室32的补充实施例的侧剖面图，其可提供更进一步减少的背压。首先转到图7，显示了具有两个分流器的集气室32。如同第一分流器84一样，第二分流器130也用于将燃烧气体引向集气室输出80并减少湍流。然而，第二分流器130为离开的燃烧气体提供了额外的流动引导，以使其更多地流向集气室32的背面。因此，第二分流器130的前缘132可开始于大约90至180度、110至160度或大约135至150度、或中间任何特定的角度。在所示的实施例中，前缘132定位在大约135度处。另外，如同第一分流器84，第二分流器130的前缘132可定位在两个倾斜表面50(例如锥形78)之间的最窄点处。然后第二分流器130可径向向外延伸大约6至12英寸的短距离134，之后朝向集气室输出80弯曲。在一些实施例中，第二分流器130可从扩散器输出44逐渐弯曲至集气室输出80，如图7中所示。以这种方式可进一步抑制朝向集气室32的背面118的湍流。
第二分流器130的后缘136可定位在大约60至90度的位置上。在将在图8中显示的其它实施例中，第二分流器130的后缘136可与集气室输出80齐平，并且可将集气室输出80分成三个段。然而，分流器130可具有从前缘132至后缘136的任何合适的环向长度或角度跨度。例如，分流器130可具有大约90，100，110，120，130，140，150，160，170或180度的环向长度。在第一分流器84和第二分流器130之间的间隙138可保持在集气室的初始宽度48的大约0.5至1.0倍之间(见图2)。在一些实施例中，间隙138可为大约12至28英寸。此外，可将间隙138选择成在第二分流器130的后缘136处在第二分流器130的两侧上均提供相等的空气流速。
现在转到图8，显示了对称的集气室32。如图8中所示，集气室32关于Z-轴线35是对称的。例如顶侧60和底侧62关于锥形78和扩散器输出44是等间隔的(并因而是对称的)。类似地，分流器84和130在顶侧60和底侧62与扩散器输出44之间是等间隔的(并因而是对称的)。此外，如上面论述的那样，第二分流器130可延伸至集气室输出平面80，同时如上所述保持间隙138。因此，可将集气室输出80分成五个段，两个顶部段140、一个中间段142和两个底部段144。在一些实施例中，可将分流器84和130定位成使得五个段140，142和144的每一个的相对高度可与穿过各个段的相对空气流量大致成比例，因而在集气室输出平面80处提供了穿过各个段140，142和144的大致相等的空气流速。在某些实施例中，两个顶部段140的高度146可为集气室32的全高58的大约12.5％，并且可各提供大约12.5％的离开集气室32的空气流量。另外，两个底部段144的高度148可为集气室32的全高58的大约12.5％，并且也可各提供大约12.5％的离开集气室32的空气流量。因此，中间段142的高度150可为集气室32的全高58的大约一半，并且可提供大约一半离开集气室32的空气流量。
还如图8中所示，集气室32的背面118可被圆角化，以便更紧密地符合扩散器输出44的圆形轮廓。这可用于抑制否则可能形成于集气室32的角落处的低压穴，从而减少湍流和背压。结果是具有较少的湍流和背压实质上更均匀的、分层的流。
本文公开的排气系统使用了各种减少背压并因此使得能够提高对于燃气涡轮发动机的效率的技术。例如，本文公开的实施例提供了燃烧气体在集气室32内沿着逐渐倾斜的表面的逐步膨胀。对于另一示例，本文公开的实施例提供了分流器84和130，它们引导燃烧气体远离集气室32的壁，并流向集气室32的中心，因而使得集气室32内的流更为均匀，并减少在燃烧气体和集气室32的壁之间的空气摩擦。在某些实施例中，集气室32可在扩散器输出44的一侧或两侧60和62上包括任意数量和构造的分流器，例如1，2，3，4，5，6，7，8，9，10或更多个分流器。例如，可围绕扩散器输出44的周边以5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60或90度的增量来设置分流器。结果，取决于沿着扩散器输出44周边的前缘位置，分流器可具有更大或更小的转角。此外，该改善的流动特征还可延伸至更下游处的排气构件。此外，通过使排气集气室对称和/或使集气室32的背面圆角化可进一步改善流动特征。以各种组合采用一种或多种所公开的改良可导致较少扰动的气流，增加流动均匀性，并且减少集气室以及排气系统的其它部件中的背压。此外，同典型的排气集气室相比，本文所述的排气系统可更为紧凑，并使用较少材料，这既可节省空间又可节省金钱。
本书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，并执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有并非不同于权利要求字面语言的结构元件，或者如果其包括与权利要求字面语言无实质差异的等效的结构元件，那么这些其它示例都属于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
涡轮发动机(12)，其包括围绕第一轴线(27，31)在排气流动路径中设置在涡轮段(22)的下游的径向扩散器(42)；以及
排气集气室(32)，其包括：
入口(47)，其中所述径向扩散器(42)通过所述入口(47)设置到所述排气集气室(32)中，并且所述排气集气室(32)沿着相对于所述涡轮发动机(12)的所述第一轴线(27，31)交叉的第二轴线(35)延伸；
分流器(84)，其沿着所述第一轴线(27，31)完全跨过所述排气集气室(32)延伸，其中所述分流器(84)在第一方向上相对于所述第一轴线(27，31)从所述径向扩散器(42)径向向外地延伸，并且所述分流器(84)从所述第一方向弯曲至沿着所述第二轴线(35)位于下游的第二方向；以及
关于所述径向扩散器(42)彼此相向的一组第一空气动力学表面和第二空气动力学表面(78)，其中所述第一空气动力学表面和所述第二空气动力学表面(78)沿着所述第一轴线(27，31)彼此轴向地偏离轴向偏差(48)，并且所述第一空气动力学表面和所述第二空气动力学表面(78)随着远离所述第一轴线(27，31)的增加的径向距离而逐渐扩大所述轴向偏差(48)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述径向扩散器(42)包括围绕所述第一轴线(27，31)设置的多个圆形导叶，并且所述分流器(84)在所述第一方向上从所述导叶径向向外地延伸。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分流器(84)从所述第一方向向所述第二方向弯曲至少大约90度。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分流器(84)在所述第一方向上相对于所述第二轴线(35)以大约90度的角度延伸。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分流器(84)沿着所述第二轴线(35)向下游延伸至远离所述径向扩散器(42)的轴向偏差处。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分流器(84)以至少比所述径向扩散器(42)的半径(122)更大的长度从所述第一方向向所述第二方向延伸。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括另一分流器(130)，该另一分流器(130)沿着所述第一轴线(27，31)完全跨过所述排气集气室(32)延伸，其中所述另一分流器(130)在第三方向上相对于所述第一轴线(27，31)从所述径向扩散器(42)径向向外地延伸，所述另一分流器(130)从所述第三方向弯曲至沿着所述第二轴线(35)位于下游的第四方向。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一空气动力学表面和所述第二空气动力学表面(78)包括在远离所述第一轴线(27，31)的径向向外方向上彼此分开的锥形面。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一空气动力学表面和所述第二空气动力学表面(78)包括分开的面，所述分开的面在远离所述第一轴线(27，31)的径向向外的方向上以轴向偏差变化对径向距离变化小于大约115％的比率彼此分开。
10.一种系统，包括：
涡轮机排气集气室(32)，包括：
入口(47)，其联接在扩散器区域上，所述扩散器区域构造成沿着第一轴线(27，31)容纳涡轮发动机(12)的径向扩散器(42)，其中所述涡轮机排气集气室(32)沿着相对于所述第一轴线(27，31)交叉的第二轴线(35)延伸；以及
分流器(84)，其完全跨过所述涡轮排气集气室(32)沿着所述第一轴线(27，31)在所述扩散器区域附近延伸，其中所述分流器(84)从上游端向下游端以至少大于所述径向扩散器(42)的半径(122)的长度延伸，并且所述分流器(84)从所述上游端向所述下游端弯曲超过至少大约90度的角度。
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