CN103154437B

CN103154437B - 燃气涡轮机环形扩散器

Info

Publication number: CN103154437B
Application number: CN201180050304.3A
Authority: CN
Inventors: S.格巴德博; 李延生
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2031-09-07
Also published as: EP2582918B1; US20130209246A1; RU2013122766A; WO2012052220A1; CN103154437A; RU2558171C2; US9441502B2; EP2582918A1; EP2441918A1

Abstract

描述了一种燃气涡轮机扩散器（300），其包括：撑材（302），所述撑材具有在第一壁部（308a）和第二壁部（308b）之间延伸的前缘（304），其中所述前缘（304）的第一缘部（304a）在前缘（304）与第一壁部（308）相交的第一前端点（320a）处相对于与所述第一壁部（308a）垂直的法线方向（319a）朝段出口（326）倾斜，即沿排放流的流动方向（328）倾斜。

Description

燃气涡轮机环形扩散器

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机扩散器领域。

背景技术

为了提高燃气涡轮机扩散器的结构刚度，常会发现它们合并有撑材（strut）或辐条。撑材，数量通常在三个和六个之间，可以等间距圆周地或不均匀地分布在扩散器环形部的一定轴向（经向）位置处。图1示出了具有撑材102的典型环形扩散器100的经向图。撑材102是不弯曲的翼面形结构，具有垂直于内扩散器壁108和外扩散壁110的笔直前缘104和笔直尾缘106。内壁108和外壁110限定了扩散器100的扩散环形部111。

除了提供结构支撑之外，撑材自身并不会为扩散器提供空气动力学的益处，因为根据它们的数量和厚度，它们会局部减小通道面积而产生阻塞，这继而会导致撑材周围压强恢复的局部损失，并且导致热效率下降。

US 2004/0228726 Al公开了一种具有撑材的排放扩散器，所述撑材的中间部分朝下游侧转移，该下游侧是与它们的轮毂侧和尖端侧相比的下游侧。

EP 1 731 734 A2公开了一种涡轮风扇发动机，其具有高压涡轮机、低压涡轮机和在其间的环形过渡导管。所述导管包括具有在平台之间径向延伸的前缘的导流罩，在所述平台之间限定每个流通道的输入流区域E。

US 5 338 155公开了一种用于涡轮机器的多区扩散器。该扩散器由轮毂末端、内部和外部界定，所述内部和外部通过多个焊接的流线型撑材连接，所述撑材基本上是圆锥形的，且s/t=常数，其中s是撑材的弦长，t是撑材节距。

DE 10 2008 060 847 Al涉及一种涡轮发动机，其具有高压涡轮机和低压涡轮机，并且在其间具有流道，所述流道包括撑材。撑材的前缘沿经线方向倾斜。

EP 0 833 060 A2涉及一种用于轴向流体机器的叶片。所述叶片以这种方式形成一型面，即，该型面沿将叶片前缘连接到叶片尾缘的交错线朝主流前进。

鉴于上述情况，存在对某种改进技术的需求，该技术能够为燃气涡轮机扩散器提供结构支撑，同时基本避免或至少减少上文指出的问题中的一个或多个。

发明内容

此需求由一种燃气涡轮机满足。该燃气涡轮机包括燃气涡轮机扩散器，其中，所述燃气涡轮机扩散器是位于所述燃气涡轮机的最后涡轮机级下游的燃气涡轮机排放扩散器，所述燃气涡轮机扩散器包括：

用于排放流的流路段，所述流路段在段入口和段出口之间延伸；

所述流路段包括第一壁部和第二壁部；

撑材，所述撑材具有在所述第一壁部和所述第二壁部之间延伸的前缘，所述前缘面对所述段入口；

所述前缘具有该前缘的第一缘部和该前缘的第二缘部，所述前缘的所述第二缘部位于所述前缘的所述第一缘部和所述第二壁部之间；

第一前端点，所述前缘在所述第一前端点处与所述第一壁部相交；以及

第二前端点，所述前缘在所述第二前端点处与所述第二壁部相交；

所述前缘具有位于所述前缘的第一缘部和所述前缘的第二缘部之间的笔直的第三缘部；

所述前缘的所述第一缘部在所述第一前端点与所述第二前端点之间距离的20%至40%上延伸；

所述前缘的所述第一缘部在所述第一前端点处相对于与所述第一壁部垂直的法线方向朝所述段出口倾斜，由此减小了垂直于撑材的前缘的马赫数；

所述前缘的所述第二缘部在所述前缘与所述第二壁部相交的所述第二前端点处相对于与所述第二壁部垂直的法线方向朝所述段出口倾斜。

本发明还涉及优选的实施例，由下文中描述。

根据本发明的第一方面，提供了一种燃气涡轮机扩散器，其包括用于排放流的流路段，所述流路段在段入口和段出口之间延伸。在操作期间，排放流通过段入口进入流路段并且通过段出口离开流路段。流路段包括第一壁部和第二壁部。燃气涡轮机扩散器进一步包括撑材，所述撑材具有在第一壁部和第二壁部之间延伸的前缘，其中，所述前缘面对段入口。前缘具有第一缘部和第二缘部，其中，前缘的第二缘部位于前缘的第一缘部和第二壁部之间。前缘的第一缘部在第一前端点处相对于与第一壁部垂直的法线方向朝段出口倾斜，其中前缘与第一壁部在第一前端点处相交。

本发明的此方面基于下述构思，即，通过朝段出口（即沿排放流的流动方向）倾斜某些部分或前缘，减小了垂直于撑材的前缘的马赫数，由此减小损失。

应该强调，一般地，在本文中，用语第一实体“位于”第二实体和第三实体“之间”包括但是不必暗示第一实体连接到第二实体和/或第三实体。但是，用语“位于…之间”还包括其它实体位于第一实体和第二实体之间和/或第一实体和第三实体之间的实施例。例如，措辞“前缘的第二缘部位于前缘的第一缘部和第二壁部之间”包括前缘的第二缘部与第一缘部和第二壁部连接的实施例，以及例如前缘的第三缘部位于前缘的第一缘部和前缘的第二缘部之间的实施例（仅是举例）。

如前所述，前缘的第二缘部位于前缘的第一缘部和第二壁部之间。反之亦然，前缘的第一缘部位于前缘的第二缘部和第一壁部之间。

根据实施例，燃气涡轮机扩散器是燃气涡轮机排放扩散器，即，位于燃气涡轮机的最后涡轮机级下游的扩散器。

根据实施例，前缘的第一缘部从第一前端点延伸并且前缘的第二缘部从第二壁部延伸。例如，在一个实施例中，前缘的第二缘部从前缘与第二壁部相交的第二前端点延伸。

根据另一实施例，前缘的第二缘部在第二前端点处相对于与第二壁部垂直的法线方向朝段出口倾斜。

根据另一实施例，撑材具有在第一壁部和第二壁部之间延伸的尾缘，其中，尾缘面对段出口。根据另一实施例，尾缘具有第一缘部和第二缘部，其中，尾缘的第二缘部位于尾缘的第一缘部和第二壁部之间。根据另一实施例，尾缘的第一缘部在尾缘与第一壁部相交的第一尾端点处相对于与第一壁部垂直的法线方向朝段入口倾斜。

根据另一实施例，尾缘的第一缘部从第一尾端点延伸；并且尾缘的第二缘部从第二壁部延伸。例如，在实施例中，尾缘的第二缘部从尾缘与第二壁部相交的第二尾端点延伸。

根据另一实施例，尾缘的第二缘部在第二尾端点处相对于与第二壁部垂直的法线方向朝段入口倾斜。

根据实施例，上述缘部之一与其各自的法线方向之间的倾角在15度和45度之间的范围内，即倾斜值具有在15度和45度之间的此范围内的值。例如，在实施例中，在第一前端点处，前缘的第一缘部和垂直于第一壁部的法线方向之间的倾角在15度和45度之间的范围内。在另一实施例中，在第二前端点处，前缘的第二缘部和垂直于第二壁部的法线方向之间的倾角在15度和45度之间的范围内。在另一实施例中，在第一尾端点处，尾缘的第一缘部和垂直于第一壁部的法线方向之间的倾角在15度和45度之间的范围内。在另一实施例中，在第二尾端点处，尾缘的第二缘部和垂直于第二壁部的法线方向之间的倾角在15度和45度之间的范围内。

根据其它实施例，以上涉及的倾角中的一个或多个在25和35度之间的范围呢。在其它实施例中，以上涉及的倾角中的一个或多个采用另一值。

根据实施例，缘部中的至少一个（例如前缘和/或尾缘的第一缘部和/或第二缘部）包括至少一个笔直部分。在这种情形中，每个笔直部分限定一倾角。根据其它实施例，缘部中的至少一个包括弯曲部分或由弯曲部分组成。在这种情形中，在相应缘（前缘或尾缘）弯曲部分上的每个独立的点经由弯曲部分再该单独点处的切线限定弯曲部分在该单独点处的相应倾角。根据实施例，由此获得的倾角的至少一部分在以上特定范围内，例如在15度和45度之间的范围内。

根据实施例，前缘具有位于前缘的第一缘部和前缘的第二缘部之间的第三缘部。根据另一实施例，第三缘部是笔直缘部。

根据实施例，前缘的第一缘部，或在另一实施例中，前缘的第一缘部和第二缘部，延伸第一前端点和第二前端点之间的距离的20%至40%。根据另一实施例，尾缘的第一缘部和第二缘部延伸第一尾端点和第二尾端点之间的距离的20%至40%。

根据实施例，第三缘部将前缘的第一缘部与第二缘部连接。

根据本文公开的主题的第二方面，提供一种燃气涡轮机，所述燃气涡轮机包括根据第一方面或其实施例的燃气涡轮机扩散器。

在以上已经并且在下面将要参照燃气涡轮机扩散器和燃气涡轮机描述本文公开主题的示例性实施例。必须指出，涉及本文公开主题的不同方面的特征的任意结合当然也是可行的。具体地，参照燃气涡轮机扩散器描述一些实施例，而参照燃气涡轮机描述其它实施例。然而，本领域技术人员从以上和下面的描述中将总结出，除非另有说明，除了属于一个方面的特征的任意结合之外，涉及不同方面或实施例的特征之间的任意结合，例如甚至是设备类和方法类的特征之间的任意结合，都被认为被此申请公开。

从下文将要描述的例子中，以上限定的方面和实施例以及本发明的其它方面和实施例是显然的，并且参照附图对其进行解释，但是本发明不限于此。

附图说明

图1示出了已知的环形扩散器的经向图。

图2示出了根据本文公开的主题的撑材的倾斜前缘的马赫数变化。

图3示出了根据本文公开的主题的实施例的部分燃气涡轮机。

图4示出了根据本文公开的主题的实施例的部分扩散器。

图5示出了根据本文公开的主题的实施例的扩散器撑材段。

图6示出了根据本文公开的主题的实施例的另一扩散器撑材段。

图7示出了根据本文公开的主题的实施例的部分另一扩散器撑材段。

图8a至图8c示出了在设计条件下对于距扩散器内壁不同距离处的、根据本文公开主题的实施例的斜倾撑材与笔直撑材相对比的表面静态压强分布。

图9a至图9c示出了在偏离设计条件（具有额外12度的入口涡流）的情况下对于距扩散器内壁不同距离处的根据本文公开的主题的实施例的斜倾撑材与笔直撑材相对比的表面静态压强分布。

图10a示出了对于斜倾撑材的图9a配置的排放流的流动。

图10b示出了对于笔直撑材的图9a配置的排放流的流动。

图11示出了距扩散器入口标准经向距离处具有斜倾撑材的扩散器和具有笔直撑材的扩散器的压强恢复系数。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。应该注意，在不同的附图中，相似或相同的元件设置有相同的附图标记或仅第一位数与相应附图标记不同的附图标记。

如前所述，除了提供结构支撑之外，撑材自身不会为扩散器提供空气动力学益处，因为它们通过局部减小通道面积而产生阻塞，这继而导致它们周围位置压强恢复局部损失并且导致热效率下降。更重要的，特征在于对扩散器的过大的进入旋流（即高切向速度）的偏离设计条件导致撑材表面上的流分离，这可以降低扩散器性能。扩散器自身中的压强恢复损失总是转化为燃气涡轮机的功率和总体热效率两者的损失。

本文公开的主题的实施例意在通过将合成斜倾（在扩散器的两壁处前缘向前斜倾和后缘向后斜倾）引入扩散器撑材设计中来缓和以上性能问题。当撑材段与流动方向倾斜时，即，当斜倾段的前缘不再垂直于接近的流时，发生撑材斜倾。

可以按下述方式观察斜倾的物理作用，即，其对撑材上的静态压强分布的影响，并且具体是撑材通道中撑材负荷（撑材表面之间的压强差）的展向变化，该变化是由流表面扭转流的引入而引起的流主体重新分布导致的。

图2图示撑材202的斜倾缘部204、206的物理作用，即，相对于接近的排放流倾斜的缘部204、206的物理作用。至少在壁208附近假设排放流大体平行于壁208。如图2所描绘的，相对于接近的流斜倾撑材202的马赫数M₁致使垂直于叶片前缘的马赫数（M_1b）减小，由此减小冲击损失，但是继而沿前缘204产生分量（M₁₁），这会产生一些损失，但是不像冲击损失降低那样显著。同样如图2所示，向前斜倾的前缘204将在它的面对壁208的末端壁212附近经受低展向负荷。对于图2中的尾缘206是相反的。就是说，尾缘206将在末端壁212附近经受高展向负荷。前缘204的低负荷由图2中的箭头214指示。尾缘206的高负荷由图2中的箭头216指示。以此方式，斜倾可以用于控制末端壁区域中，具体是峰值负荷（在该区域中叶片表面之间的最大压强差）的轴向（或经向）位置处的叶片表面压强分布。

根据实施例，相对于法线方向219限定斜倾角218，法线方向219在前缘与壁208相交的第一前端点220处垂直于壁208的壁部，如图2所示。

图3示出了根据本文公开的主题的实施例的部分燃气涡轮机301。燃气涡轮机301包括具有在扩散器环形部311中的撑材302的燃气涡轮排放扩散器300，所述扩散器环形部311从扩散器入口（在图3中未示出）延伸到扩散器出口313。撑材302在内壁308和外壁310之间延伸。燃气涡轮机301一般限定沿燃气涡轮机301的转动轴线（未示出）的轴向方向309。如在图3中所见，撑材302可以具体具有凹形前缘和凹形尾缘。

图4更详细地示出了图3的扩散器300的一部分。具体地，图4示出了具有一个撑材302的部分扩散器环形部311。扩散器环形部311在撑材302附近形成用于燃气涡轮机301的排放流的流路段322。流路段322在段入口324和段出口326之间延伸。应该提到，在一个实施例中，段入口324和段出口326可以对应于扩散器入口和扩散器出口。在其它实施例中，段入口324和段出口326涉及包括撑材302的扩散器段，其中，排放流通过段入口进入扩散器段并且通过扩散器出口离开该段。

流路段322包括内壁308的第一壁部308a和外壁310的第二壁部310a。撑材302具有在第一壁部308a和第二壁部310a之间延伸前缘304。前缘304面对段入口324。在另一实施例中，前缘304面对扩散器的扩散器入口（在图3和图4中未示出）。前缘具有第一缘部304a和第二缘部304b。前缘304的第二缘部304b位于前缘304的第一缘部304a和第二壁部310a之间。同样，前缘304的第一缘部304a位于前缘304的第二缘部304b和第一壁部308a之间。

根据本文公开的主题的实施例，前缘的第一缘部304a在前缘304与第一壁部308a相交的第一前端点320a处相对于垂直于第一壁部308a的法线方向319a朝段出口326以倾角318a（本文还称作斜倾角）倾斜。

相应地构造前缘304的第二缘部304b。具体地，前缘的第二缘部304b在前缘304与第一壁部308a相交的第二前端点320b处相对于垂直于第二壁部310a的法线方向319b朝段出口326以倾角318b倾斜。

如图4所示并且根据实施例，倾角318a、318b在15度和45度之间的范围内。根据另一实施例，第一缘部304a的倾角318a和第二缘部304b的倾角318b可以相同。

根据另一实施例，前缘304具有笔直的第三缘部304c，其位于前缘304的第一缘部304a和前缘304的第二缘部304b之间。

在图4所示的实施例中，第三缘部不在第一缘部304a和第二缘部304b之间延伸（即不与第一缘部304a和第二缘部304b连接）。反而，在此实施例中，中间缘部304d在第一缘部304a和第三缘部304c之间延伸，并且另一中间缘部304e在第二缘部304b和第三缘部304c之间延伸。

根据实施例，如图4所示，前缘304的所有前部304a、304b、304c、304d、304e都是笔直部分。根据其它实施例，前缘304的前部304a、304b、304c、304d、304e中的一个或多个是弯曲的。可以设计弯曲的缘部以为前缘304提供光滑表面/型面。

根据实施例，笔直的第三缘部304c定向为垂直于在第一壁部308a和第二壁部310a之间的中间平面（在图4中未示出）。根据另一实施例，笔直的第三缘部304c在第一前端点320a处相对于与第一壁部308a垂直的法线方向319a倾斜小于预定最大倾斜值，和/或笔直的第三缘部304c在第二前端点320b处相对于与第二壁部310a垂直的法线方向319b倾斜小于预定最大倾斜值。预定的最大倾斜值可以为例如7度，或在另一实施例中为3度。这种笔直第三缘部或定向为垂直于第一壁部308a和第二壁部310a之间的中间平面的缘部被称作不倾斜缘部。

不倾斜的第三缘部304c与相对于第三缘部304c倾斜或弯曲的相邻缘部304d、304e相交的点被称作融合点321a、321b。根据实施例，融合点321a、321b与其最接近的壁部308a、310a之间的距离在第一壁部308a和第二壁部310a之间沿第三缘部304c的跨度的20%和40%之间的范围内。

在本文公开的主题的实施例中，前缘304通常朝段出口326弯曲，从而使得前缘沿第一前端点320a和第二前端点320b之间的线向下游延伸。本文中，下游涉及平行于排放流的流动方向328的方向。换言之，根据本文公开的主题的实施例，前缘被配置为向前斜倾，即，沿排放流的流动方向斜倾。

在另一实施例中，前缘的第一缘部304a是与第一壁部308a相交的缘部，如图4所示。在此情形中，第一前端点320a是前缘304的第一缘部304a与第一壁部308a相交的点。同样，在另一实施例中，前缘304的第二缘部304a是与第二壁部310a相交的缘部，如图4所示。

根据本文公开的主题的实施例，可以根据与本文参照尾缘描述的实施例类似的实施例配置尾缘306，只是尾缘306一般是朝段入口324至少部分弯曲和/或倾斜的，从而使得尾缘相对于第一尾端点330a和第二尾端点330b之间的线向上游延伸。本文中，“上游”涉及与排放流的流动方向328相反的方向。换言之，根据本文公开的主题的实施例，尾缘通常被配置为向后斜倾，即，与排放流的流动方向相反地斜倾。

例如，在实施例中，类似于前端点320a、320b，第一尾端点330a被限定为尾缘306与第一壁部308a相交的点，并且第二尾端点330b被限定为尾缘与第二壁部310a相交的点。

根据图4所示的实施例，在第一壁部308a和第二壁部310a之间延伸的尾缘306面对段出口326。在另一实施例中，同样如图4所示，尾缘306面对扩散器300的扩散器出口313（见图3）。根据实施例，尾缘具有第一缘部306a和第二缘部306b。尾缘306的第二缘部306b位于尾缘306的第一缘部306a和第二壁部310a之间。同样，尾缘306的第一缘部306a位于尾缘306的第二缘部306b和第一壁部308a之间。

根据另一实施例，尾缘306的第一缘部306a在尾缘306与第一壁部308a相交的第一尾端点330a处相对于垂直于第一壁部308a的法线方向332a朝段入口324以角331a倾斜。

根据另一实施例，尾缘306的第二缘部306b在尾缘与第二壁部310a相交的第二尾端点330b处相对于垂直于第二壁部的法线方向332b朝段入口324以角331b倾斜。

根据实施例，第一缘部306a、第二缘部306b，或如图4所示，尾缘306的第一缘部306a和第二缘部306b两者，可以被配置为弯曲的缘部。在这样的实施例中，弯曲缘部306a、306b上的每个点都在此点的切线和相应的法线方向332a、332b之间分别限定倾角，该倾角从弯曲缘部306a、306b与第一壁部308a、第二壁部310a相交的尾端点330a、330b处延伸。

类似于前缘304，尾缘306还包括第三缘部306c，其在所示实施例中笔直缘部。

在其它实施例中，缘（前缘304或尾缘306）的第一和第二缘部在其间没有另一缘部的情况下向彼此延伸。换言之，在这类实施例中，缘由第一缘部和第二缘部组成。

根据本文公开的主题的撑材的另一设计参数是撑材或其段相对于扩散器或燃气涡轮机的轴向方向309（见图3）的定向。

在图4所示的实施例中，如图4所示，当看图4的剖视图时，外壁310和内壁308基本是笔直并且不弯曲的。即，外壁310和内壁308的表面大体为圆锥。如图4所示，外壁310和内壁308甚至可以基本平行于彼此并且沿扩散器300的轴向长度的距离增加（增加较小）。

图5示出了根据本文公开的主题的不交错的撑材段502的剖视图。不交错的撑材段502与轴向方向309（也在图3中示出）对齐。此外，图5示出了对于燃气涡轮机的特定操作条件（具体是对于燃气涡轮机的特定负荷）的排放流的流动方向328。通常，燃气涡轮机被设计为最好在预定条件（所谓的设计条件）下进行操作。撑材被设计为在设计条件下与流动方向对齐。然而，如果例如燃气涡轮机的负荷改变，则流动方向改变并且至少部分撑材不再与排放流的流动方向对齐。这在图5中示出，其中撑材段502的方向不与流动方向328对齐。反而，流动方向328与撑材段502的定向（其与轴向方向309对齐）偏离旋流角534。

图6示出了根据本文公开的主题的交错的撑材段602。交错的撑材段602相对于轴向方向309以旋流角634倾斜。在图6所示的操作条件下，排放流的流动方向328与撑材段602对齐，即，在图6中燃气涡轮机处于设计条件下。

根据实施例，撑材不扭曲。例如，在另一实施例中，撑材在距第一壁部不同距离处的剖面互相平行对齐，或在另一实施例中，撑材在距第一壁部不同距离处的剖面的纵向方向互相平行对齐。因而，在实施例中，整个撑材相对于轴向方向转动（交错）。

图7示出了根据本文公开的主题的另一燃气涡轮机扩散器700的一部分。

燃气涡轮机扩散器700的撑材702的包括不倾斜第三缘部704c的前缘704被配置为与图3中的燃气涡轮机扩散器300的撑材302的前缘304相同，并且不在此重复其描述。

与图3中的撑材302相反，撑材702包括笔直的尾缘706，并且在实施例中平行于撑材702的前缘704的不倾斜的第三缘部704c。

根据实施例，第一壁或第一壁部是燃气涡轮机扩散器的内壁/内壁部，例如，轮毂的壁或壁部。根据另一实施例，第二壁或第二壁部是燃气涡轮机扩散器的外壁/外壁部，例如，外壳的壁或壁部。

已经利用3D计算流体动力学（CFD）对具有六个撑材的燃气涡轮机扩散器通道的60度扇形的计算说明了合成斜倾撑材（即对撑材的上和下壁段应用斜倾，如图4所示）对扩散器性能的作用。在此情形中，通道的周期边界在撑材的两个表面中的每个上延伸。通过延长撑材的近壁段的翼弦完成合成斜倾，产生约25度的斜倾角，其向后与剩余的未斜倾段在距两壁约20%跨度处融合。在设计条件下进行计算，并且在12度的额外涡流被施加于设计入口涡流分布的偏离设计条件下进行计算，该偏离设计条件因而在下壁附近引起约32度的旋流角并且在中间跨度周围引起18度的旋流角。结果与利用相同型面段的笔直撑材和利用与不斜倾段的弦长相同的弦长的类似计算的结果进行比较。两种撑材（斜倾和笔直）都是不交错的。

在图8a至图11中示出了CFD计算的结果。图8a至图8c示出了在距扩散器下壁不同距离处的设计条件下，对于距扩散器入口经向距离，斜倾撑材与笔直撑材相对比的表面静态压强分布。图8a示出了对于笔直撑材和对于具有约25度斜倾角的斜倾撑材在下壁（轮毂）处的表面静态压强分布。图8b示出了在与下壁相距上壁和下壁之间的跨度的5%的距离处的各自表面静态压强分布。图8c示出了在与下壁相距上壁和下壁之间的跨度的11%的距离处的各自表面静态压强分布。如从图8a至图8c中显然可见的，具体在下壁处，与笔直撑材相比斜倾撑材的压强变化减小。

除了在施加12度的额外入口旋流的偏离设计条件下计算了表面静态压强分布之外，获得图9a至图9c的条件与图8a至图8c的条件相对应。可以看出，通过减小撑材上的流动加速度并与笔直撑材相比净增加向前区域中的压强，合成斜倾的3D作用最小化逆向压强梯度。

图10a图示在设计入口旋流型面上施加12度额外旋流的偏离设计条件下如参照图9a至图9c描述的在内扩散器壁（轮毂）处流过斜倾撑材的流。反之，图10b示出了使用笔直撑材的情况下相同条件下的流。

如图10a所示，即使在偏离设计条件下，斜倾撑材也不引起逆流并且应用的斜倾导致不分离的扩散器壁并且很大程度上最小化并延迟撑材表面上的流的分离。在另一方面，如从图10b显然可见的，在扩散器壁和笔直撑材表面上都可以观察到大的分离，并且因此，在笔直撑材区域不能再保持横跨撑材的流转向或旋流降低，导致如图10b的1036处所示的逆流。

在图11中示出了在偏离设计条件下两类撑材沿扩散器的经向长度的总体1-D平均静态压强恢复系数C_p（其是由C_p=（P-P₁）/（P₀₁-P₁）给出的标准化压强，其中P是局部平均静态压强，P1是扩散器入口处的平均静态压强，P01是扩散器入口处的平均总压强）的变化。与笔直撑材相反，可以看到由于改进扩散器通道中的流动情况因而在具有斜倾撑材的扩散器中刚好自撑材下游开始总体压强恢复提高更多。

应该注意，用语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且表示英语不定冠词的用语“一”并不排除多个。此外，可以结合那些联系不同实施例描述的元件。还应该注意，附图标记不应被理解成限制要求保护的范围。

为了概括本发明的上述实施例，可以这样表述：

描述了一种包括撑材的燃气涡轮机扩散器，该撑材具有在第一壁部和第二壁部之间延伸的前缘，其中，前缘的第一缘部在前缘与第一壁部相交的第一前端点处相对于与第一壁部垂直的法线方向朝扩散器段出口（即沿排放流的流动方向）倾斜。因而，前缘朝扩散器段出口部分地倾斜。

Claims

1.燃气涡轮机，包括燃气涡轮机扩散器（100、300、700），其中，所述燃气涡轮机扩散器是位于所述燃气涡轮机的最后涡轮机级下游的燃气涡轮机排放扩散器，所述燃气涡轮机扩散器包括：

用于排放流的流路段（322），所述流路段（322）在段入口（324）和段出口（326）之间延伸；

所述流路段（322）包括第一壁部（308a）和第二壁部（310a）；

撑材（202、302、502、602、702），所述撑材具有在所述第一壁部（308a）和所述第二壁部（310a）之间延伸的前缘（204、304），所述前缘（204、304）面对所述段入口（324）；

所述前缘（204、304）具有该前缘的第一缘部（304a）和该前缘的第二缘部（304b），所述前缘（304）的所述第二缘部（304b）位于所述前缘（304）的所述第一缘部（304a）和所述第二壁部（310a）之间；

第一前端点（320a），所述前缘（304）在所述第一前端点处与所述第一壁部（308a）相交；以及

第二前端点（320b），所述前缘（304）在所述第二前端点处与所述第二壁部（310a）相交；

所述前缘（304）具有位于所述前缘（304）的第一缘部（304a）和所述前缘（304）的第二缘部（304b）之间的笔直的第三缘部（304c）；

所述前缘的所述第一缘部在所述第一前端点（320a）与所述第二前端点（320b）之间距离的20%至40%上延伸；

所述前缘（304）的所述第一缘部（304a）在所述第一前端点（320a）处相对于与所述第一壁部（308a）垂直的法线方向（319a）朝所述段出口（326）倾斜，由此减小了垂直于撑材的前缘的马赫数；

所述前缘（304）的所述第二缘部（304b）在所述前缘（304）与所述第二壁部（310a）相交的所述第二前端点（320b）处相对于与所述第二壁部（310a）垂直的法线方向（319b）朝所述段出口（326）倾斜。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮机，其中所述燃气涡轮机扩散器进一步包括：

从所述第一前端点（320a）延伸的所述前缘（304）的第一缘部（304a）；以及

从所述第二壁部（310a）延伸的所述前缘（304）的第二缘部（304b）。

3.根据前述权利要求之一所述的燃气涡轮机，其中所述燃气涡轮机扩散器进一步包括：

撑材（202、302、502、602、702），所述撑材具有在所述第一壁部（308a）和所述第二壁部（310a）之间延伸的尾缘（206、306），所述尾缘（206、306）面对所述段出口（326）；

所述尾缘（206、306）具有该尾缘的第一缘部（306a）和该尾缘的第二缘部（306b），所述尾缘（206、306）的所述第二缘部（306b）位于所述尾缘（306）的所述第一缘部（306a）和所述第二壁部（310a）之间；

所述尾缘（306）的所述第一缘部（306a）在所述尾缘（306）与所述第一壁部（308a）相交的第一尾端点（330a）处相对于与所述第一壁部（308a）垂直的法线方向（332a）朝所述段入口（324）倾斜。

4.根据权利要求3所述的燃气涡轮机，其中所述燃气涡轮机扩散器进一步包括：

从所述第一尾端点（330a）延伸的所述尾缘（306）的所述第一缘部（306a）；以及

从所述第二壁部（310a）延伸的所述尾缘（306）的所述第二缘部（306b）。

5.根据权利要求3所述的燃气涡轮机，其中所述燃气涡轮机扩散器进一步包括：

所述尾缘（306）的所述第二缘部（306b），其在所述尾缘（306）与所述第二壁部（310a）相交的第二尾端点（330b）处相对于与所述第二壁部（310a）垂直的法线方向（332b）朝所述段入口（324）倾斜。

6.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮机，其中，在所述第一前端点（320a）处，所述前缘（304）的所述第一缘部（304a）和垂直于所述第一壁部（308a）的所述法线方向（319a）之间的倾角（318a）在15度和45度之间的范围内。

7.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮机，其中，所述第三缘部将所述前缘的所述第一缘部与所述第二缘部连接。