CN102844527B - 燃气轮机及其排气扩散器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃气轮机的排气扩散器10，所述排气扩散器具有朝向扩散器出口20扩宽的流动通道22，在所述排气扩散器的中央设有轴向延伸的导向体14。为了提供进一步缩短的排气扩散器10提出，导向体14至少在其纵向延伸部的轴向部段中具有多个在外周上分布的、设置在导向元件32之间的凹部30，其中所述排气扩散器的导向体14具有尤其高的强度并且所述排气扩散器的引起流致振动的倾向减小。

Description

燃气轮机及其排气扩散器
技术领域
本发明涉及一种用于燃气轮机的排气扩散器，所述排气扩散器具有朝向扩散器出口扩宽的流动通道，在所述排气扩散器的中央设有轴向延伸的导向体。
背景技术
这类排气扩散器用于使燃气轮机的排气流动减速，并且用于回收动压的至少一部分。为了得出具有10°或更大的相对大的张角的排气扩散器，例如从DE 198 05 115 A1中已知，在扩散器通道的中央设有轴向延伸的导向体。通过使用所述导向体，排气扩散器构造为环形扩散器。因此，避免了在燃气轮机轮毂的后方的回流区的更大的区域，这对排气扩散器的效率产生有利的影响。然而不利的是，所述导向体是相对长的，并且因此由于其长度必须通过附加的支柱来支承。此外，不考虑支承柱的空气动力的影响。
此外，从US5,791,136中已知一种带有中央滚筒体的、燃气轮机的排气扩散器，在所述中央滚筒体的侧表面上设有多个抗扭地设置的叶片。所述叶片用于在低的压降的情况下使燃气轮机的排气流均匀化。
发明内容
因此，本发明基于的目的是，提供一种用于燃气轮机的节约空间的排气扩散器，为了获得燃气轮机的尽可能高的效率，所述排气扩散器可实现对压力回收的改进。此外，所述排气扩散器应可实现扩散器出流的均匀化，以至于在连接在燃气轮机的下游的废热蒸汽发生器中，实现来自燃气轮机的热的排气的尽可能均匀的入流。
根据本发明，所述目的通过本文所述的用于燃气轮机的排气扩散器得以实现。为此，这种类型的排气扩散器的导向体至少在其纵向延伸部的轴向部段中具有多个在外周上分布的、设置在导向元件之间的凹部，其中，每个导向元件沿螺旋线延伸。
所述用于燃气轮机的排气扩散器具有朝向扩散器出口扩宽的流动通道，在所述排气扩散器的中央设有轴向延伸的导向体，其中，所述导向体至少在其纵向延伸部的轴向部段中具有多个在外周上分布的、设置在导向元件之间的凹部，其特征在于，其中，沿着所述导向体(14)的所述纵向延伸部，每个导向元件(32)沿螺旋线延伸。
本发明基于下述认识，即，应利用在成漩涡的入流的情况下在后方的星形支承件的支承柱上引发的二次流，以便增强在轮毂端的后方的混匀，并且因此进一步缩短在轮毂的后方的回流区的长度。对此，所述排气扩散器的基本上构造为锥体或圆柱体的导向体具有在外周上分布的凹部和导向元件，以便最优地引导和增强二次流。所述二次流将流体从支承柱的压力侧引导到螺旋状的轨道上。因此，通过使用凹部和导向元件，二次流能够离扩散器的中轴线更近，并且与在现有技术的情况下相比，支承体能够更短地构成，而不会在此降低其效率。由于支承体的缩短的长度，所述支承体也能够构造为独立的。本发明的特别的优点在于利用在倾斜的和/或带轮廓的支承柱上产生的二次流，以便借助于轮毂侧的凹部将流体朝向轮毂轴更近地引导，以便进一步减小在轮毂的后方的回流区的尺寸以及尤其是长度。这导致排气扩散器的进一步提升的效率。
由于导向元件相对于中轴线而倾斜的定向(斜度)，得出用于对流动进行去漩涡的、非常有效而且节约空间的结构。在此，螺旋线的斜度相对大，以至于螺旋线仅略微相对于排气扩散器的中轴线倾斜。所述斜度也能够沿其延伸而降低。但是，所述斜度优选增加，以便获得来自排气扩散器的尽可能低漩涡的出流。所述构造在轴向的排气扩散器中是尤其有利的，其中导向元件的数量等于支承柱的数量，所述支承柱设置在排气扩散器中或者直接设置在所述排气扩散器的上游，以用于在涡轮侧支承燃气轮机的转子。
在有利的扩展方案中，导向体具有垂直于排气扩散器的中轴线设置的横截面轮廓，所述横截面轮廓是星形的，并且其尖角由相应的导向元件形成。借助于星形的横截面轮廓，能够实现现在构造为环形扩散器的排气扩散器的内壁的明显更高的强度。因此，显著降低了导向体的导致由于流动引起的振动的倾向。因此也可能的是，导向体设计为仅在一侧固定，以至于所述导向体朝向扩散器出口的端部以自由悬垂的方式在排气扩散器中伸出。因此，由于导向体的较高的强度，能够避免导向体受空气动力干扰的以及增加成本的在出流侧的支承。
在适宜的改进形式中，每个导向元件都具有从排气扩散器的中轴线径向向外伸出的外尖部，所述外尖部距中轴线(即在垂直于中轴线设置的横截面中)的最短距离随着距扩散器出口的轴向距离的减小而减小。在此，每个凹部具有设置在径向内部的基面，所述基面距中轴线(即在垂直于中轴线设置的横截面中)的最短距离随着距扩散器出口的轴向距离的减小而同样地减小。因此，在轮毂侧也获得排气扩散器的流动横截面的扩宽，这有助于排气扩散器的轴向的结构长度的进一步缩短。因此，流动横截面的增大不必仅通过排气扩散器的外环形壁的直径的变大来实现。所述措施也减小了排气扩散器的轴向的结构长度。
优选的是，沿排气扩散器的流动方向观察，每个导向元件设置在支承柱的对齐的延长部中。因此，尤其可能的是，利用在成漩涡的入流的情况下在后方的星形支承件的支承柱上引发的二次流，以便加强在轮毂的后方的混匀，并且实现改善的压力回收。然后，特别是能够在空气动力学方面尤其有利地将沿着支承柱的压力侧的二次流涡流引导到导向体的凹部中，这引起仅相对低的空气动力的损耗。在此能够提出，在排气扩散器的设置有支承柱的轴向部段中，在所述支承件之间的导向体已经具有在外周方向上呈弧形的内壁轮廓，所述内壁轮廓距排气扩散器的中轴线的最短距离随着距扩散器出口的轴向距离的减小而减小。换言之，不只是连接到支承柱上的导向体能够构成为锥形，而且在支承柱的轴向部段中的环形排气扩散器的内壁也能够已经构成为锥形，其中，所述内壁的直径也朝向排气扩散器的出口侧的端部减小。
特别是在将废热蒸汽发生器通过排气扩散器连接到燃气轮机的下游的排气侧的情况下，通过缩短相关联的通向废热蒸汽发生器或废热锅炉的蒸汽管道实现了材料节约。那么，具有平放的或竖直的结构方式的相应的废热蒸汽发生器或锅炉能够设计成带有相对小的发热面，因为由于相对均匀或更一致的入流，与迄今为止相比，这被更好地利用。因此，降低了锅炉的排气侧的压力损耗，这又引起燃气轮机的效率增加。
附图说明
根据附图详细阐述本发明的实施例。附图中示出：
图1示出具有设置在中央的导向体的燃气轮机的排气扩散器的部分剖开的、部分立体的视图；
图2示出穿过根据图1的导向体的横截面的第一剖视图；以及
图3示出根据图1的导向体的第二剖视图。
具体实施方式
在图1中示出用于燃气轮机的排气扩散器10的纵剖视图，其中，示出设置在排气扩散器10的中央的星形支承件12的立体视图，所述星形支承件用于在涡轮侧支承所述燃气轮机转子和设置在所述星形支承件上的导向体14。排气扩散器10具有位于其中央的中轴线16，所述中轴线16从入流侧端部18延伸到出流侧端部20。在排气扩散器10中设有流动通道22，所述流动通道的垂直于中轴线的横截面具有环形轮廓。在此，流动通道22由设置在径向外部的外壁24限定。导向体14设置在排气扩散器10的中央，即设置在所述排气扩散器的中轴线16的区域中，并且在此为流动通道22的设置在径向内部的边界。在此，导向体14由五个在外周上均匀地、或不均匀地分布的支承柱26来支承。在排气扩散器10的也设置有支承柱26的轴向部段A中，燃气轮机转子的涡轮侧的端部终止在所述导向体的内部中，所述端部由于清楚起见没有示出。在部段A的上游，即朝向入流侧端部18，导向体14构成为圆柱形。本发明提出，在部段A中，导向体14在支承柱26之间已经不具有圆柱形的内壁轮廓，而是在那里已经设有变大(变深)的凹部30。在部段A的下游，在导向体14的外周上分布的凹部30由导向元件32限定，以至于凹部30和导向元件32沿切向方向交替地设置。在此，导向元件32的数量相应于支承柱26的数量，在所示出的实施例中分别设有五个导向元件32和支承柱26。也能够设有更多的或更少的导向元件32或支承柱26。只要支承柱26在外周上不均匀地分布，那么凹部30和导向元件32在入流侧相应地不均匀地分布。在任何情况下，所述凹部30和导向元件32在出流侧优选均匀地分布。已知的是，支承柱26具有空气动力学型廓。因此，支承柱26具有预设的出流角，所述出流角也从涡轮叶片和压缩机叶片中已知，在所述出流角空气动力地对齐的延伸中，导向元件32相对于中轴线倾斜地朝向排气扩散器10的出流侧端部20扭曲。每个导向元件32具有向外突出的尖部36，对于垂直于中轴线16的每个任意的横截面而言，所述尖部36的最外部的点具有距排气扩散器10的中轴线的最短距离，所述距离随着所述横截面到扩散器出口20的轴向距离的减小而减小。同样适用于每个凹部。设置在径向内部的基面38距中轴线16的最短距离随着距扩散器出口的轴向距离的减小而减小。因此，导向体14在其部段A的下游总体上保持锥形的外形，这导致了，所述导向体的未经排气穿流的内部横截面的面积不断地缩小。因此，在导向体的端部上仅保留相对较小的、能够导致回流区域的横截面，所述回流区域相应地构成为相对较短和较弱。
在图2和3中示出根据图1的剖面II和III的、导向体14的垂直于中轴线16设置的横截面视图。在此，相同的特征设有相同的附图标记。
总体来说，本发明提供了一种用于燃气轮机的排气扩散器10，所述排气扩散器具有朝向扩散器出口20扩宽的流动通道22，在所述排气扩散器的中央设有轴向延伸的导向体14。为了提供进一步缩短的排气扩散器10提出，导向体14至少在其纵向延伸部的轴向部段中具有多个在外周上分布的、设置在导向元件32之间的凹部30，其中所述排气扩散器的导向体14具有尤其高的强度并且所述排气扩散器的引起流致振动的倾向减小。

Claims (10)

1.用于燃气轮机的排气扩散器(10)，
具有朝向扩散器出口扩宽的流动通道(22)，在所述排气扩散器的中央设有轴向延伸的导向体(14)，
其中，所述导向体(14)至少在其纵向延伸部的轴向部段中具有多个在外周上分布的、设置在导向元件(32)之间的凹部(30)，
其特征在于，
其中，沿着所述导向体(14)的所述纵向延伸部，每个导向元件(32)沿螺旋线延伸。
2.根据权利要求1所述的排气扩散器(10)，
其中，所述导向体(14)具有垂直于所述排气扩散器(10)的中轴线(16)设置的横截面轮廓，所述横截面轮廓是星形的，并且所述横截面轮廓的尖角由相应的导向元件(32)形成。
3.根据权利要求2所述的排气扩散器(10)，
其中，每个导向元件具有从所述排气扩散器(10)的所述中轴线(16)径向向外伸出的尖部(36)，
所述尖部(36)距所述排气扩散器(10)的所述中轴线(16)的最短距离随着距所述扩散器出口(20)的轴向距离的减小而减小。
4.根据权利要求2或3所述的排气扩散器(10)，
其中，每个凹部(30)具有设置在径向内部的基面(38)，
所述基面(38)距所述排气扩散器(10)的所述中轴线(16)的最短距离随着距所述扩散器出口(20)的轴向距离的减小而减小。
5.根据权利要求1至3之一所述的排气扩散器(10)，
其中，所述导向体(14)的带有凹部(30)和导向元件(32)的所述轴向部段在所述导向体(14)的整个轴向延伸部上延伸。
6.根据权利要求2或3所述的排气扩散器(10)，
其中，所述导向元件(32)的数量等于支承柱(26)的数量，所述支承柱设置为用于在涡轮侧支承燃气轮机转子。
7.根据权利要求6所述的排气扩散器(10)，
其中，沿所述排气扩散器(10)的流通方向观察，每个导向元件(32)设置在所述支承柱(26)的对齐的延长部中。
8.根据权利要求6所述的排气扩散器(10)，
其中，在所述支承柱(26)的轴向部段(A)中，在所述支承柱(26)之间设有在外周方向上呈弧形的内壁轮廓，
所述内壁轮廓距所述排气扩散器(10)的所述中轴线(16)的最短距离随着距所述扩散器出口的轴向距离的减小而减小。
9.具有根据权利要求1至8之一所述的排气扩散器(10)的燃气轮机设备。
10.根据权利要求9所述的燃气轮机设备，具有连接到所述排气扩散器(10)的下游的废热蒸汽发生器。
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