CN103206274A - 具有流体驱动的扩压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及并公开一种其中具有流体驱动的扩压器。该具有流体驱动的扩压器包括扩压器入口和从扩压器入口附近沿着扩压器入口的相对下游方向延伸的内筒。该扩压器还包括在内筒中位于扩压器入口附近的驱动开口。该扩压器还包括在内筒中位于驱动开口下游的抽吸开口。该扩压器还包括基本设置在内筒内的流动操纵器。

Description

具有流体驱动的扩压器
技术领域
本发明涉及涡轮机，具体地涉及与燃气涡轮机和蒸汽涡轮机一起使用的扩压器。
背景技术
典型的燃气涡轮机包括联接至转子的最后一级叶片的扩压器锥体或扩压器。扩压器通常用于通过减小排出气体的动能来增加排出气体的静态压力。通常，这可以通过增加扩压器在排出气体流动方向上的横截面积来实现。
经常，燃气涡轮机不是满负荷操作，但是设计的效率基于这种满负荷。因此，基于满负荷设计，牺牲了部分负荷性能效率。这种低效率至少部分地由于扩压器内筒上的流动分离，导致尖端强的流动分布。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种其中具有流体驱动的扩压器包括扩压器入口和从扩压器入口附近沿着扩压器入口的相对下游方向延伸的内筒。该扩压器还包括在内筒中位于扩压器入口附近的驱动开口。该扩压器还包括在内筒中位于驱动开口下游的抽吸开口。该扩压器还包括基本设置在内筒内的流动操纵器。
根据本发明的另一方面，一种用于燃气涡轮机的扩压器包括：扩压器入口、扩压器出口、和从扩压器入口附近延伸到扩压器出口附近的外壁。该扩压器还包括具有至少一个驱动开口和至少一个抽吸开口的内筒。该扩压器还包括基本设置在内筒内的流动操纵器。
根据本发明的另一方面，一种燃气涡轮机包括围绕燃气涡轮机的一部分的涡轮机壳体。该燃气涡轮机还包括联接至涡轮机壳体的扩压器。扩压器包括扩压器入口、具有驱动开口和抽吸开口的内筒、和基本设置在内筒内的流动操纵器。
根据下列描述并结合附图，这些和其他优点和特征将更加显而易见。
附图说明
本发明的保护范围明确地在说明书结尾处的权利要求书中要求。从下列结合附图进行的详细描述，本发明的前述和其他特征以及优点是显而易见的，其中：
图1是根据本发明的一个方面的扩压器的侧视横截面图；
图2是图1的扩压器的部分侧视横截面图；
图3示出与图1所示的扩压器相关的扩压器流动分布；和
图4示出表现出尖端强的流动的扩压器流动分布。
详细的描述通过示例参照附图对本发明的实施例以及优点和特征进行描述。
具体实施方式
图1和图2示出根据本发明的一个实施例的扩压器100的一个方面。在操作中，来自燃气涡轮机的排出气体沿着箭头A所示的方向流过扩压器100。在本说明书中，如果物体沿箭头A的方向相对于另一物体或位置移位，则该物体在该另一物体或位置的“下游”，如果物体沿与箭头A相反的方向相对于另一物体或位置移位，则该物体在该另一物体或位置的“上游”。
扩压器100包括内筒102，内筒102具有内壁104，内壁104形成内腔108。扩压器100还具有位于扩压器进入端110附近的入口111和位于扩压器离开端122附近的出口120。入口111能够联接至涡轮机，而出口120能够联接至相邻物体(例如消音器)。扩压器100还包括外壁106，外壁106与内筒102的内壁104沿径向分隔开。内壁104和外壁106之间的区域使得流体或气体能从入口111向下游流动到扩压器100的出口120。
扩压器100还包括形成于内壁104和外壁106之间的一个或多个支柱116。支柱116用于以彼此固定的关系来保持内壁104和外壁106。支柱116的数量可变，并且通常在从约四个到约十个的范围内。
内筒102的内壁104从扩压器入口111或扩压器进入端110沿下游方向朝向扩压器出口120或扩压器离开端122延伸。内筒102以及内壁104包括位于扩压器入口111附近的第一端124和位于下游朝向扩压器出口120的第二端126，并且随着内筒102从第一端124延伸到第二端126而呈现众多纵向轮廓。内筒102可以从第一端124至第二端126连续地略微弯曲，可以仅对于第一端124和第二端126之间的一部分略微弯曲，可以沿基本直线方向延伸，或者可以包括分段部分，其中内筒102的整个纵向包括上述曲线路径的任意组合。不论内筒102的形状(更具体地是内壁104的形状)如何，内筒102和内壁104朝向扩压器出口120或扩压器离开端122延伸，并且可想到内筒102和内壁104完全延伸到扩压器出口120。
内筒102的内壁104包括一个或多个驱动开口130。内筒102的内壁104还包括位于一个或多个驱动开口130下游的一个或多个抽吸开口132。驱动开口130和抽吸开口132可以改变尺寸和形状，并且可以针对应用进行改变。
流动操纵装置134设置在内筒102内，流动操纵装置134可以采用泵的形式，该泵能够转移经由抽吸开口132获取的流体或气体流动。通常，经过扩压器100的弱流动出现于内筒102附近，导致特征为“尖端强”流动，从而产生降低系统效率。抽吸开口132以控制扩压器100的流动分布的方式使得直接经过内壁104的通常的弱流动能够进入内筒102并进入流动操纵装置134的进口136，并随后利用足够的力被排出到流动操纵装置134的排出口138之外，从而离开驱动开口130。对流动的控制减少流动分离，从而增大扩压区域。由箭头140示出内筒102内从下游位置到上游位置的气流方向。尽管设想一个流动操纵装置134将足以转移流动，但是可以想到在内筒102内可采用多个流动操纵装置134以一起产生作用，从而提供上述期望的功能。
如前所述，可以有多个驱动开口130和/或抽吸开口132，但是不论每种类型开口130、132的数量如何，抽吸开口132位于驱动开口130下游。驱动开口130通常定位成相对接近扩压器入口111，以在扩压器流动过程中尽早(即，基本在上游)减小流动分离。可以想到驱动开口130可相对于一个支柱116位于上游位置，而抽吸开口132相对于一个支柱116位于下游。此外，在存在多个驱动开口130和抽吸开口132的情况下，每个相应的组的间隔可以改变，但是在任意情况下，驱动开口130的群组通常将位于排出口138上游，而抽吸开口132的群组通常将位于进口136的下游。
图3示出图1所示的扩压器100中的流动路径分布。可以看出，图1的扩压器100的流动分布在扩压器100的大部分径向区域的各处较强，即使沿着内壁104。扩压器100减少流动分离，从而相比表现出流动分离的扩压器流动分布改进了扩压器性能，如图4所示。图3和图4以150表示特征为“弱流动”，而以160表示特征为健康有效的“强流动”。
有利地，扩压器100通过使通常沿着内筒102存在的弱流动边界层活跃来减小扩压器100内的流动分离，特别是在整个系统的部分负荷性能期间。通过提供流动操纵装置134(例如泵)，弱流动可以从下游后部位置取得并被注入在上游位置，以改进地改变扩压器100的流动分布。结果是显著提高扩压器性能。
尽管仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当很容易理解本发明不限于这些公开的实施例。相反，本发明可以被修改成并入目前没有描述但是符合本发明的精神和范围的任意数量的改变、变型、替代或等效布置。此外，尽管描述了本发明的各种实施例，但是应当理解本发明的各个方面可以仅包括某些描述的实施例。相应地，本发明不应视为受到前文描述的限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。

Claims (20)

1.一种扩压器，在所述扩压器中具有流体驱动，所述扩压器包括：
扩压器入口；
内筒，其从所述扩压器入口附近沿着所述扩压器入口的相对下游方向延伸；
在所述内筒中位于所述扩压器入口附近的驱动开口；
在所述内筒中位于所述驱动开口下游的抽吸开口；和
流动操纵器，其设置在所述内筒内。
2.根据权利要求1所述的扩压器，其特征在于，所述扩压器包括多个驱动开口。
3.根据权利要求1所述的扩压器，其特征在于，所述扩压器包括多个抽吸开口。
4.根据权利要求1所述的扩压器，其特征在于，所述流动操纵器位于所述驱动开口和所述抽吸开口之间。
5.根据权利要求4所述的扩压器，其特征在于，所述流动操纵器是泵，所述泵构造成具有在所述抽吸开口附近的进口和在所述驱动开口附近的排出口。
6.根据权利要求1所述的扩压器，其特征在于，所述扩压器还包括支柱，所述支柱相对设置在所述内筒和外壁之间。
7.根据权利要求6所述的扩压器，其特征在于，所述驱动开口位于所述支柱的上游。
8.一种用于燃气涡轮机的扩压器，其包括：
扩压器入口；
扩压器出口；
从所述扩压器入口延伸到所述扩压器出口的外壁；
内筒，其具有至少一个驱动开口和至少一个抽吸开口；和
流动操纵器，其设置在所述内筒内。
9.根据权利要求8所述的扩压器，其特征在于，所述扩压器包括多个驱动开口。
10.根据权利要求8所述的扩压器，其特征在于，所述扩压器包括多个抽吸开口。
11.根据权利要求8所述的扩压器，其特征在于，所述流动操纵器基本位于所述至少一个驱动开口和所述至少一个抽吸开口之间。
12.根据权利要求11所述的扩压器，其特征在于，所述流动操纵器是泵，所述泵构造成具有在所述至少一个抽吸开口附近的进口和在所述至少一个驱动开口附近的排出口。
13.根据权利要求8所述的扩压器，其特征在于，所述扩压器还包括支柱，所述支柱相对设置在所述内筒和所述外壁之间。
14.根据权利要求13所述的扩压器，其特征在于，所述至少一个驱动开口位于所述支柱的上游。
15.一种燃气涡轮机，其包括：
涡轮机壳体，其围绕所述燃气涡轮机的一部分；和
扩压器，其联接至所述涡轮机壳体，所述扩压器包括：
扩压器入口；
内筒，其具有驱动开口和抽吸开口；和
流动操纵器，其设置在所述内筒内。
16.根据权利要求15所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述扩压器包括多个驱动开口。
17.根据权利要求15所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述扩压器包括多个抽吸开口。
18.根据权利要求15所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述流动操纵器基本位于所述驱动开口和所述抽吸开口之间。
19.根据权利要求18所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述流动操纵器是泵，所述泵构造成具有在所述抽吸开口附近的进口和在所述驱动开口附近的排出口。
20.根据权利要求15所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述燃气涡轮机还包括支柱，所述支柱相对设置在所述内筒和外壁之间，所述驱动开口位于所述支柱的上游。
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