CN104145089A - 具有废气扩散器和支撑肋的燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃气轮机(10),所述燃气轮机具有连接到涡轮单元(24)上的废气扩散器(21),所述废气扩散器的扩散器通道(33)由通道壁(40)在外部限界并且在通道壁上设有多个向内部延伸的用于固定燃气轮机(10)的径向轴承(51)的中空的支撑肋(35),其中包括管路的、用于排气空气的至少一个排气管道(47)在流出侧终止在废气扩散器(21)上,所述排气管道的流入侧的端部与燃气轮机(10)的压缩机(18)连接。为了尤其在部分负荷运行时至少部分地补偿支撑肋(35)的错误入流而提出,支撑肋(35)在其内部端部上具有毂(48),在所述毂的轴向端部上设有用于将排气空气排放到扩散器通道中的另外的开口(49)。

Description

具有废气扩散器和支撑肋的燃气轮机
技术领域
本发明涉及一种具有连接到涡轮单元上的废气扩散器的燃气轮机,所述废气扩散器的扩散器通道由壁在外部限界并且在所述壁上设有多个向内部延伸的用于固定燃气轮机的径向轴承的中空的支撑肋,其中包括管路的、用于排气空气的至少一个排气管道在流出侧终止在废气扩散器上,所述排气管道的流入侧的端部与燃气轮机的压缩机连接。
背景技术
燃气轮机和其工作方式非常好地从广泛可用的现有技术中已知。所述燃气轮机始终包括废气扩散器作为废气路段的一部分,通过所述废气路段能够继续引导从燃气轮机中流出的废气。如果燃气轮机设为用于简单循环,英语称作为Simple Cycle,那么废气或者被引向烟道。在复合循环发电厂中(英语也称作Combined Cycle),废气路段将废气引向锅炉,借助于所述锅炉将包含在废气中的热能转换成用于蒸汽轮机的蒸汽。
废气扩散器的工作点首先取决于其体积流。所述体积流已知地主要由环境温度、压缩机入口导向叶片位置以及加热温度影响。
废气扩散器应满足多个要求:一方面,在设计点中需要最大的压力回收以实现最大的效率。同时,在偏离设计点时效率应按照可能性仅轻微下降。另一方面,所述废气扩散器不应具有不稳定的工作性能,这否则可能由于振动激发而损害发电厂设施的机械整体性。此外,所述废气扩散器应在出口处具有尽可能均匀的速度分布以实现良好的锅炉效率。同样地,有意义的是,当工作点在低部分负荷运行期间改变时,避免突变效应。最后,此外,废气扩散器也应构造成小的进而是低成本的。
对于最优化的扩散器流动而言尤其有意义的是,不仅在外壁上、而且也在从废气扩散器到锅炉入口的过渡部上避免分离区和回流区。如果所述分离区和回流区还是出现,其大小应是相对小的。在光滑的扩散器外壁的内面上的分离主要通过过小的局部流动能量造成,所述过小的局部流动能量不能够抵抗在下游增大的压力。对此的原因除了扩散器的开口角度之外还有在最后的涡轮机转子叶片级上的出流并且尤其还有在其叶梢上的溢流。回流区能够必要时在部分负荷运行中构成,尤其是在毂之后和在外壁上。在此,所述回流区能够在下游达到一定范围,使得甚至在锅炉入口的区域中出现朝向这些区的上游定向的流动。在应用加力燃烧室时,能够通过回流产生回火,这可能会限制燃气轮机和加力燃烧室的组合的工作方式。
为了抵抗这种空气动力学的现象,已知的是,在燃气轮机部分负荷运行时,将压缩机质量流的一部分经由压缩机抽气装置和多个排气管道直接引向扩散器流。在此,排气管道到扩散器中的口部大多在成本方面最优化,使得所述口部更确切地说以对角线的方式设置在扩散器的罩面上。此外,通过在一些环周部位上排放,在扩散器流之内出现冷的流束。结合扩散器中的不稳定的流动,这引起扩散器壁的不稳定的热负荷因此在那里促进裂纹形成。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种具有连接到涡轮单元上的废气扩散器的燃气轮机,所述废气扩散器能够抵抗在现有技术中已知的问题。
意在燃气轮机的目的借助这种根据权利要求1的特征的燃气轮机来实现。有利的设计方案在从属权利要求中给出并且能够以任意的方式彼此组合。
根据本发明提出,排气管道的流出侧的端部经由支撑肋的空腔与毂流体地连接以将排气空气继续引导直到毂中并且排气空气在毂侧排放,以便减小毂之后的回流区或者以便作为附壁射束减小必要时锥形变化的毂端部上的分离趋势。
根据一个有利的改进形式,排气管道的流出侧的端部与支撑肋的空腔流体地连接,其中支撑肋具有用于将排气空气排放到扩散器通道中的开口。通过将排气空气引导到后面的星形支承件的支撑肋中并且在支撑肋的后缘上优选地排放,排气空气能够有针对性地用于降低在部分负荷运行时在那么被大程度错误入流的支撑肋处的分离。此外,以所述方式,由支撑肋形成的星形支承件和其部分——例如其板式包覆件——能够有针对性地冷却。这与额定负荷运行相比能够实现部分负荷运行中的涡轮机出口温度的升高,由此在部分负荷运行中又能够抵抗火焰温度的降低进而抵抗废气的CO值的与之关联的升高。
要注意的是,排气空气通过设置在支撑肋中的开口的排放也能够与排放无关地通过毂设置。
附图说明
本发明根据唯一的附图来详细阐述。唯一的实施例示出燃气轮机的部分纵剖图。
具体实施方式
图1示出固定式燃气轮机10的部分纵剖图。燃气轮机10在内部具有围绕旋转轴线12转动安装的转子14,所述转子也称作为涡轮机转子。沿着转子14依次为抽吸壳体16、轴流式涡轮压缩机18、环面状的具有多个彼此旋转对称设置的燃烧器22的环形燃烧室20、涡轮单元24和涡轮机排气壳体26。在燃气轮机10的涡轮输出壳体26上连接有没有进一步示出的涡轮废气分配器。这两个部件是燃气轮机废气扩散器21的部分。替代环形燃烧室,燃气轮机也能够构造成具有多个管形燃烧室。
轴流式涡轮压缩机18包括构成为环形的压缩机通道连同在其中级联地依次跟随的由转子叶片环和导向叶片环构成的压缩级。设置在转子14上的转子叶片27借助其自由终止的叶身梢部与压缩机通道的外部通道壁相对置。压缩机通道经由压缩级出口扩散器36通到集气室38中。在其中,环形燃烧室20设有其燃烧腔28,所述燃烧腔与涡轮单元24的环形的热气体通道30连通。在涡轮单元24中设置四个相继接入的涡轮机级32。在转子14上联接有发电机或做功机械(分别没有示出)。
在燃气轮机10的涡轮输出壳体26上连接有涡轮废气分配器。这两个部件是涡轮机废气扩散器21的部分。在涡轮废气分配器的下游设有同样没有进一步示出的废气气体系统。所述废气气体系统和涡轮机废气扩散器21形成废气扩散器系统。
在燃气轮机废气扩散器21中设有流入侧环形的扩散器通道33,所述扩散器通道在径向外部由锥形的通道壁40限界。在通道壁40上沿着扩散器通道33的环周分布有六个支撑肋35,在纵剖图中示出所述支撑肋中的仅一个支撑肋。也能够存在其他数量的支撑肋。每个支撑肋35在其内部都具有支撑部37,所述支撑部通过板式包覆件39受到保护以防止与废气直接接触。板式包覆件39具有入流缘41和出流缘43,其中所述入流缘和出流缘在横截面中类似于压缩机叶片的叶身的轮廓以空气动力学的方式成型。在支撑肋35的内部端部上设置有毂48,所述毂形成用于设置在内部的涡轮侧的径向轴承51的壳体。虽然存在支撑部37,在板式包覆件39的内部还存在空腔45。能够经由排气管道47将压缩机质量流的一部分输送给所述空腔。排气管道47在此包括三个管路,其中仅示出一个管路。也能够存在多于三个或更少的管路。没有示出的管路沿着燃气轮机10的环周分布。在每个管路中还设有阀作为用于关闭和部分地或完全地打开管路的执行机构46。所有管路将压缩机18或集气室38与空腔45连接在一起,以便将排气空气输送给所述空腔。
在支撑肋35的流出缘43中和/或在支撑肋(35)的凸状的抽吸侧的下游区域中设有多个开口49,经由所述开口能够将输送给支撑肋35的排气空气引入到扩散器通道33中。也能够与支撑肋35中是否存在开口49无关地在毂48中设有开口49以用于排放排气空气。尤其地,后一种设计方案适合于避免在毂48的下游的回流区。
在燃气轮机10运行时,轴流式压缩机18通过抽吸壳体16将环境空气34作为要压缩的介质抽吸并且将所述环境空气压缩。压缩空气通过压缩机输出端扩散器36引导到集气室38中,从那里开始流入到燃烧器22中。经由燃烧器22,燃料也到达燃烧腔28中。在那里,燃料在添加压缩空气的情况下燃烧生成热气体M。热气体M随后流动到热气体通道30中,在那里以做功的方式在涡轮单元24的涡轮机叶片上膨胀。在此期间释放的能量由转子14接收并且一方面用于驱动轴流式压缩机18并且另一方面用于驱动做功机械或发电机。
燃气轮机10的运行设计成,使得在额定负荷运行中仅有对于避免废气进入到开口49中而言所必需量的排气空气从开口49中流出。如果燃气轮机所输出的功率降低到预定值下,那么设置在排气管道47中的执行机构46更大程度打开,使得排气质量流明显增大。预定值例如能够是燃气轮机额定功率的80%、70%、50%或也能够是其他百分比。通过所述措施,一方面能够避免支撑肋35上的分离,所述分离在部分负荷运行中可能由于因为减小的废气质量流造成的错误入流出现。此外,燃料空气混合物中的燃烧空气的百分比份额减小,这引起更高的燃烧温度并且能够将CO排放保持到小的值上。此外,通过经由毂48排放排气空气,能够避免在毂48的下游的回流区。
整体上,借助本发明提出一种燃气轮机10,所述燃气轮机具有连接到涡轮单元24上的废气扩散器21,所述废气扩散器的扩散器通道33由通道壁40在外部限界并且在所述通道壁上设有多个向内部延伸的用于固定燃气轮机10的径向轴承51的中空的支撑肋35,其中包括管路的、用于排气空气的至少一个排气管道47在流出侧终止在废气扩散器21上,所述排气管道的流入侧的端部与燃气轮机10的压缩机18连接。为了尤其在部分负荷运行时至少部分地补偿由支撑肋35的错误入流引起的效率损失而提出,支撑肋35在其内部端部上具有毂48,在所述毂的轴向端部上设有用于将排气空气排放到扩散器通道中的另外的开口49。

Claims (4)

1.一种燃气轮机(10),所述燃气轮机具有连接到涡轮单元(24)上的废气扩散器(21),所述废气扩散器的扩散器通道(33)由通道壁(40)在外部限界并且在所述通道壁上设有多个向内部延伸的用于固定所述燃气轮机(10)的径向轴承(51)的中空的支撑肋(35),
其中包括管路的、用于排气空气的至少一个排气管道(47)在流出侧终止在所述废气扩散器(21)上,所述排气管道的流入侧的端部与所述燃气轮机(10)的压缩机连接,
其中所述支撑肋(35)在其内部端部上具有毂(48),所述毂经由相应的所述支撑肋(35)的空腔与所述排气通道的流出侧的端部流体地连接,
其特征在于,在所述毂(48)的轴向端部上设有用于将排气空气排放到所述扩散器通道(33)中的另外的开口(49)。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机(10),
其中所述开口(49)仅在毂侧分布在所述支撑肋(35)上。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机(10),
其中所述开口(49)设置在所述支撑肋(35)的流出缘上和/或设置在所述支撑肋(35)的凸状的抽吸侧的下游的区域中。
4.根据权利要求1、2或3所述的燃气轮机(10),
其中所述支撑肋(35)具有用于将排气空气排放到所述扩散器通道(33)中的开口(49)。
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