CN109372637B - 一种燃气轮机排气装置流路设计方法 - Google Patents

一种燃气轮机排气装置流路设计方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种燃气轮机排气装置流路设计方法，用于降低呈垂直状态的圆形或圆环型进气口与矩形出气口之间的流路压力损失，具体包括：将所述进气口均分为2n个扇形或扇环形进气单元，以及将所述出气口均分为与所述进气单元数量相同的出气单元，连接所述进气单元和出气单元形成2n个流路单元，每个所述流路单元均包括过渡段、扩压段和收敛段。本申请将流路设计成分体式结构，将2n条流路扭和在一起，实现进口燃气分流，采用本申请的流路设计方法，可以使燃气当量转弯半径比大幅度降低，且燃气流动稳定、流动方向规则、总压损失小。

Description

一种燃气轮机排气装置流路设计方法
技术领域
本申请属于燃气轮机设计技术领域，特别涉及一种燃气轮机排气装置流路。
背景技术
燃气轮机排气装置就输出轴的结构形式而言，分为前轴输出型和后轴输出型两种。前轴输出型排气装置结构相对简单，燃气在规则的流路内偏转排出；后轴输出型因输出轴要从排气装置中通过，其内部的流路型面、结构形式较复杂。受涡轮后机匣结构限制，部分后输出型排气装置需设计为进口为圆环形、出口为矩形的结构，燃气流路需实现从圆到方的转变。圆转方型的流路为一体式，其存在气流不稳定、燃气流动分离明显、流动方向紊乱、总压损失大等问题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种燃气轮机排气装置流路设计方法，以解决上述任一问题。
本申请的技术方案是：一种燃气轮机排气装置流路设计方法，用于降低呈垂直状态的圆形或圆环型进气口与矩形出气口之间的流路压力损失，具体包括：将所述进气口均分为2n个扇形或扇环形进气单元，以及将所述出气口均分为与所述进气单元数量相同的出气单元，连接所述进气单元和出气单元形成2n个流路单元，每个所述流路单元均包括过渡段、扩压段和收敛段。
在本申请中，所述过渡段为扇形或扇环形，且流路面积不变。
在本申请中，所述扩压段一端为扇形或扇环形、另一端为矩形，且自扇形或扇环形端向矩形段的流路面积逐渐增大。
在本申请中，所述收敛段为矩形，且流路面积逐渐缩小。
在本申请中，所述圆形或圆环型具有一通过圆形或圆环型直径的均分平面，所述均分平面也均分所述矩形，且以所述均分平面对称的进口单元所在的流路单元的出口单元也以所述均分平面对称。
本申请将流路设计成分体式结构，将2n条流路扭和在一起，实现进口燃气分流，采用本申请的流路设计方法，可以使燃气当量转弯半径比大幅度降低，且燃气流动稳定、流动方向规则、总压损失小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请一实施例的流路组成示意图。
图2为本申请中单流路示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
在本申请的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
本申请的目的是提供一种燃气轮机排气装置流路设计方法，以设计出一种流路，能够降低将大致为垂直状态的圆形或圆环型进气口与矩形出气口之间的流路压力损失，使得流路中燃气流动更加稳定、流动方向更加规则、总压损失能够显著减小。
为此，本申请的燃气轮机排气装置流路设计方法中，首先将进气口均分为2n个扇形或扇环形进气单元，并且将出气口也均分为与进气单元数量相同的出气单元，连接进气单元和出气单元形成2n个流路单元，每个流路单元中均包括过渡段、扩压段和收敛段。其中，n≥1，n为自然数。
参照图1所示为本申请中n＝3的一实施例，在本实施例中，进气口为圆环型结构，将其均分成了23＝8份，相应的，出气口为矩形，也均分成了8份，由此构成了由进气单元1a向出气单元1b构成的第一流道、由进气单元2a向出气单元2b构成的第二流道、由进气单元3a向出气单元3b构成的第三流道、由进气单元4a向出气单元4b构成的第四流道、由进气单元5a向出气单元5b构成的第五流道、由进气单元6a向出气单元6b构成的第六流道、由进气单元7a向出气单元7b构成的第七流道及由进气单元8a(2na)向出气单元8b(2na)构成的第八流道。其中，每个流道均具有过渡段10、扩压段20和收敛段30。
在本申请中，圆形或圆环型进气口具有一通过圆形或圆环型直径的均分平面，均分平面也均分矩形的出气口，且以均分平面对称的进口单元所在的流路单元的出口单元也以均分平面对称。参照图1所示，均分平面(未画出)讲扇环形左右均分，其同样将矩形也左右均分，由此形成了进气单元1a与进气单元2a左右对称、进气单元3a与进气单元4a左右对称、进气单元5a与进气单元6a左右对称和进气单元7a和进气单元8a(2na)左右对称，相应的，出气单元1b与出气单元2b左右对称、出气单元3b与出气单元4b左右对称、出气单元5b与出气单元6b左右对称和出气单元7b与出气单元8b(2nb)左右对称。
参照图2所示，因第一流路与第二流路对称、第三流路与第四流路对称、第五流路与第六流路对称和第七流路与第八流路对称，故图中仅示例性给出了第一流路、第三流路、第五流路和第七流路，在图示中，第一流路、第三流路、第五流路和第七流路均包括了过渡段10、扩压段20和收敛段30。其中，过渡段10为扇形或扇环形，且流路面积不变，扩压段20一端为扇形或扇环形、另一端为矩形，且自扇形或扇环形端向矩形段的流路面积逐渐增大，收敛段30为矩形，且流路面积逐渐缩小。
通过本申请设计的流路，动力涡轮出口燃气近似2n等分后流入排气装置。燃气经排气装置进口端流入，燃气在多个流路内经过渡段10中实现分流，其速度、压力、偏转方向均不变；燃气在扩压段20中扩压、偏转，其速度大幅降低、压力增加，流动方向实现90°偏转；紊乱燃气在收敛段30内整流，使其出口速度场更加均匀。
本申请通过将流路设计成分体式结构，将2n条流路扭和在一起，实现进口燃气分流。采用该种流路设计，使燃气当量转弯半径比(转弯半径与流路当量直径之比)大幅度降低，使燃气流动稳定、流动方向更加规则、总压损失大大降低。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种燃气轮机排气装置流路设计方法，用于降低呈垂直状态的圆形或圆环型进气口与矩形出气口之间的流路压力损失，其特征在于，将所述进气口均分为2n个扇形或扇环形进气单元，以及将所述出气口均分为与所述进气单元数量相同的矩形的出气单元，连接所述进气单元和出气单元形成2n个流路单元，每个所述流路单元均包括过渡段、扩压段和收敛段。
2.如权利要求1所述的燃气轮机排气装置流路设计方法，其特征在于，所述过渡段为扇形或扇环形，且流路面积不变。
3.如权利要求2所述的燃气轮机排气装置流路设计方法，其特征在于，所述扩压段一端为扇形或扇环形、另一端为矩形，且自扇形或扇环形端向矩形段的流路面积逐渐增大。
4.如权利要求3所述的燃气轮机排气装置流路设计方法，其特征在于，所述收敛段为矩形，且流路面积逐渐缩小。
5.如权利要求1-4任一所述的燃气轮机排气装置流路设计方法，其特征在于，所述圆形或圆环型具有一通过圆形或圆环型直径的均分平面，所述均分平面也均分所述矩形，且以所述均分平面对称的进口单元所在的流路单元的出口单元也以所述均分平面对称。
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