JP2013151934A - Turbine exhaust diffuser system - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書で開示される主題は、タービン排気ディフューザシステムに関し、より詳細には、タービン排気ディフューザシステム内のマンウェイに関する。 The subject matter disclosed herein relates to turbine exhaust diffuser systems and, more particularly, to manways in turbine exhaust diffuser systems.
タービンシステムは、タービンセクションの下流にタービンセクションに結合された排気ディフューザシステムを含むことができる。こうしたタービンシステムは、ガスタービンシステムかまたは蒸気タービンシステムとすることができる。たとえば、ガスタービンシステムは、燃料と空気の混合物を燃焼させて、熱い燃焼ガスを生成し、熱い燃焼ガスは、次に、１つまたは複数のタービンを駆動する。特に、熱い燃焼ガスは、タービンブレードを強制的に回転させ、それにより、シャフトを駆動して、１つまたは複数の負荷、たとえば発電機などの回転をもたらす。排気ディフューザシステムは、タービンから排気ガスを受取る。排気ガスが、排気ディフューザシステムの分岐通路を通って流れるにつれて、排気ガス流の動的圧力は、排気ディフューザシステム内の静圧を増加させる場合がある。 The turbine system may include an exhaust diffuser system coupled to the turbine section downstream of the turbine section. Such a turbine system may be a gas turbine system or a steam turbine system. For example, a gas turbine system combusts a mixture of fuel and air to produce hot combustion gases that in turn drive one or more turbines. In particular, the hot combustion gases force the turbine blades to rotate, thereby driving the shaft and causing rotation of one or more loads, such as a generator. The exhaust diffuser system receives exhaust gas from the turbine. As exhaust gas flows through the branch passages of the exhaust diffuser system, the dynamic pressure of the exhaust gas flow may increase the static pressure in the exhaust diffuser system.
排気ディフューザシステムは、外壁から、アクセストンネルを囲む内側ハブまたは壁まで半径方向に排気ディフューザシステムを通して延びるマンウェイを含むことができる。マンウェイは、潤滑油および／または冷却空気をタービンシステムに提供するパイプを含むことができる。パイプは、排気ディフューザシステムのアクセストンネル内に延び、アクセスドアを通る進入を阻止することなどによって、アクセストンネルの進入および／または使用を制限することができる。さらに、マンウェイの配置構成によって、排気ガスが、マンウェイの周りに流れ、伴流(wake)を生成する場合がある。 The exhaust diffuser system can include a manway extending through the exhaust diffuser system radially from the outer wall to an inner hub or wall surrounding the access tunnel. The manway can include pipes that provide lubricating oil and / or cooling air to the turbine system. The pipe can extend into the access tunnel of the exhaust diffuser system to limit access tunnel entry and / or use, such as by blocking entry through the access door. Further, depending on the arrangement of the manway, the exhaust gas may flow around the manway and generate a wake.
望ましくない渦励振(vortex shedding)が、伴流から生じる場合があり、また、排気ディフューザシステムの構造に影響を及ぼす場合がある。さらに、渦励振は、排気ディフューザシステムの圧力損失を増加させ、排気ディフューザシステムのノイズを増加させ、排気ディフューザシステムの総合性能を減少させる場合がある。 Undesirable vortex shedding can result from the wake and can affect the structure of the exhaust diffuser system. In addition, vortex excitation may increase exhaust diffuser system pressure loss, increase exhaust diffuser system noise, and reduce exhaust diffuser system overall performance.
当初から請求される本発明の範囲と一致する一部の態様が以下で要約される。これらの実施形態は、請求される本発明の範囲を制限することを意図されるのではなく、むしろ、ただ単に本発明の考えられる形態の簡潔な概要を提供することだけを意図される。実際、本発明は、以下で述べる実施形態と同様である、または、異なる種々の形態を包含することができる。 Some aspects consistent with the scope of the invention as originally claimed are summarized below. These embodiments are not intended to limit the scope of the claimed invention, but rather are merely intended to provide a concise summary of possible forms of the invention. Indeed, the invention may encompass a variety of forms that may be similar to or different from the embodiments set forth below.
第１の実施形態では、タービン排気ディフューザシステムは、外壁を含む。タービン排気ディフューザシステムはまた、収束する内側通路によって形成される内壁を含む。タービン排気ガスは、外壁と内壁との間のエリアを通って流れるように構成される。タービン排気ディフューザシステムは、外壁から内壁まで延びる第１のマンウェイ(manway)を含む。第１のマンウェイは、タービン排気ディフューザシステムの中心軸に垂直でない角度で外壁から内壁まで延びる。 In the first embodiment, the turbine exhaust diffuser system includes an outer wall. The turbine exhaust diffuser system also includes an inner wall formed by converging inner passages. The turbine exhaust gas is configured to flow through an area between the outer wall and the inner wall. The turbine exhaust diffuser system includes a first manway extending from the outer wall to the inner wall. The first manway extends from the outer wall to the inner wall at an angle that is not perpendicular to the central axis of the turbine exhaust diffuser system.
第２の実施形態では、タービン排気ディフューザシステムは、タービン排気通路の外壁を含む。タービン排気ディフューザシステムはまた、タービン排気通路の内壁によって画定されたアクセス通路を含む。アクセス通路は、タービン排気ディフューザシステムに関するメンテナンスを実施するために、アクセス通路にオペレータが入ることを可能にするように構成される。タービン排気ディフューザシステムは、タービン排気通路の外壁からアクセス通路まで延びる複数のマンウェイを含む。各マンウェイは、タービン排気ディフューザシステムの中心軸に垂直でない角度でタービン排気通路の外壁からアクセス通路まで延びる。 In a second embodiment, the turbine exhaust diffuser system includes an outer wall of a turbine exhaust passage. The turbine exhaust diffuser system also includes an access passage defined by the inner wall of the turbine exhaust passage. The access passage is configured to allow an operator to enter the access passage to perform maintenance on the turbine exhaust diffuser system. The turbine exhaust diffuser system includes a plurality of manways extending from the outer wall of the turbine exhaust passage to the access passage. Each manway extends from the outer wall of the turbine exhaust passage to the access passage at an angle that is not perpendicular to the central axis of the turbine exhaust diffuser system.
第３の実施形態では、タービン排気ディフューザシステムは、タービン排気ディフューザシステムの中心軸に垂直でない角度で、外壁と内部アクセストンネルとの間に延びる複数のマンウェイを含む。 In a third embodiment, a turbine exhaust diffuser system includes a plurality of manways extending between an outer wall and an internal access tunnel at an angle that is not perpendicular to the central axis of the turbine exhaust diffuser system.
本発明のこれらのまた他の特徴、態様、および利点は、添付図面を参照して、以下の詳細な説明が読まれると、よりよく理解されるであろう。図面では、同じ記号は、図面全体を通して同じ部品を表す。 These and other features, aspects and advantages of the present invention will become better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings, in which: In the drawings, like symbols represent like parts throughout the drawings.
本発明の１つまたは複数の特定の実施形態が以下で述べられる。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようとして、実際の実施態様の全ての特徴が、本明細書で述べられるとは限らない。任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトの場合と同様に、任意のこうした実際の実施態様の開発において、実施態様ごとに変動する場合があるシステム関連制約およびビジネス関連制約の遵守などの、開発者の特定の目標を達成するために、多数の実施態様特有の決定が行われなければならないことが認識されるべきである。さらに、こうした開発努力は、複雑でありかつ時間がかかる場合があるが、それでも、本開示の利益を有する当業者にとって、設計、作製、および製造の日常的な課題であることが認識されるべきである。 One or more specific embodiments of the present invention are described below. In an effort to provide a concise description of these embodiments, not all features of an actual implementation are described in the specification. As with any engineering or design project, the specific goals of the developer, such as compliance with system-related and business-related constraints that may vary from implementation to implementation, in the development of any such actual implementation It should be appreciated that a number of implementation specific decisions must be made to achieve this. Further, although these development efforts may be complex and time consuming, it should be recognized that those skilled in the art having the benefit of this disclosure are still routine tasks of design, fabrication, and manufacture. It is.
本発明の種々の実施形態の要素を導入するときに、冠詞「ある(a)」、「ある(an)」、「その(the)」、および「前記(said)」は、要素の１つまたは複数が存在することを意味することを意図される。用語「備える(comprising)」、「含む(including)」、および「有する(having)」は、包含的であることを意図され、挙げた要素以外のさらなる要素が存在する場合があることを意味する。 When introducing elements of various embodiments of the present invention, the articles “a”, “an”, “the”, and “said” are one of the elements. Or intended to mean that there are a plurality. The terms “comprising”, “including”, and “having” are intended to be inclusive and mean that there may be additional elements other than the listed elements. .
以下で論じるように、タービン排気ディフューザシステムのいくつかの実施形態は、排気ディフューザシステムの中心軸に垂直でない角度で、排気ディフューザシステムを通って延びる複数のマンウェイを含む。たとえば、マンウェイはディフューザシステムの中心軸に垂直であることから、約５°〜２５°、３°〜１５°、または１０〜３０°の範囲内でシフトされる角度で排気ディフューザシステムを通って延びることができる（たとえば、マンウェイと中心軸との間の角度は、約９５°〜１１５°、９３°〜１０５°、または１００〜１２０°の範囲内にあるとすることができる）。特に、いくつかの実施形態では、マンウェイは、ディフューザシステムの中心軸に垂直であることから約１５°シフトされる角度で排気ディフューザシステムを通って延びることができる。その結果、マンウェイが排気ディフューザシステムの中心軸に垂直でないため、排気ディフューザシステムのアクセストンネルへオペレータが進入するための空間量は増加する。さらに、渦励振（すなわち、マンウェイの周りの排気ガスの不安定流）の振幅および周波数は、排気ディフューザシステムの中心軸に垂直なマンウェイを有するシステムと比較して減少する。したがって、本明細書で述べる排気ディフューザシステムは、人オペレータによる排気ディフューザシステムのメンテナンスを容易にするだけでなく、排気ディフューザシステムの動作特性もまた高める。 As discussed below, some embodiments of a turbine exhaust diffuser system include a plurality of manways that extend through the exhaust diffuser system at an angle that is not perpendicular to the central axis of the exhaust diffuser system. For example, since the manway is perpendicular to the central axis of the diffuser system, it passes through the exhaust diffuser system at an angle shifted within the range of about 5 ° -25 °, 3 ° -15 °, or 10-30 °. (Eg, the angle between the manway and the central axis may be in the range of about 95 ° to 115 °, 93 ° to 105 °, or 100 to 120 °). In particular, in some embodiments, the manway can extend through the exhaust diffuser system at an angle that is shifted about 15 ° from being perpendicular to the central axis of the diffuser system. As a result, since the manway is not perpendicular to the central axis of the exhaust diffuser system, the amount of space for the operator to enter the access tunnel of the exhaust diffuser system increases. In addition, the amplitude and frequency of vortex excitation (ie, an unstable flow of exhaust gas around the manway) is reduced compared to a system having a manway perpendicular to the central axis of the exhaust diffuser system. Thus, the exhaust diffuser system described herein not only facilitates maintenance of the exhaust diffuser system by a human operator, but also enhances the operating characteristics of the exhaust diffuser system.
ここで図面に注目し、最初に図１を参照すると、ガスタービンエンジン１００の実施形態が示される。ガスタービンエンジン１００は、軸方向１０２に延びる。半径方向１０４は、ガスタービンエンジン１００の中心軸１０５から外側に延びる方向を示す。さらに、円周方向１０６は、ガスタービンエンジン１００の中心軸１０５の周りの回転方向を示す。ガスタービンエンジン１００は、燃焼器セクション１１０の内部に配置された１つまたは複数の燃料ノズル１０８を含む。いくつかの実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、燃焼器セクション１１０内に環状（たとえば、円周方向１０６）配置構成で配設された複数の燃焼器１２０を含むことができる。さらに、各燃焼器１２０は、環状（たとえば、円周方向１０６）または他の配置構成で各燃焼器１２０のヘッド端にまたはその近くに取付けられた複数の燃料ノズル１０８を含むことができる。 Turning now to the drawings and referring first to FIG. 1, an embodiment of a gas turbine engine 100 is shown. The gas turbine engine 100 extends in the axial direction 102. The radial direction 104 indicates a direction extending outward from the central axis 105 of the gas turbine engine 100. Further, the circumferential direction 106 indicates the direction of rotation about the central axis 105 of the gas turbine engine 100. The gas turbine engine 100 includes one or more fuel nozzles 108 disposed within the combustor section 110. In some embodiments, the gas turbine engine 100 may include a plurality of combustors 120 disposed within the combustor section 110 in an annular (eg, circumferential 106) arrangement. Further, each combustor 120 may include a plurality of fuel nozzles 108 attached to or near the head end of each combustor 120 in an annular (eg, circumferential direction 106) or other arrangement.
空気は、空気取込みセクション１２２を通して入り、ガスタービンエンジン１００の圧縮機１２４によって圧縮される。圧縮機１２４からの圧縮空気は、その後、燃焼器セクション１１０内に送られ、そこで、圧縮空気が燃料と混合される。圧縮空気と燃料の混合物は、一般に、燃焼器セクション１１０内で燃焼されて、高温で高圧の燃焼ガスが生成され、そのガスは、ガスタービンエンジン１００のタービンセクション１３０内でトルクを生成するために使用される。先に述べたように、複数の燃焼器１２０は、ガスタービンエンジン１００の燃焼器セクション１１０内で環状に（たとえば、円周方向に１０６）配設されることができる。各燃焼器１２０は、燃焼器１２０からの熱い燃焼ガスをガスタービンエンジン１００のタービンセクション１３０に送るトランジションピース１７２を含む。特に、各トランジションピース１７２は、一般に、ガスタービンエンジン１００のタービンセクション１３０の第１のステージ１７４内に含まれる、燃焼器１２０からタービンセクション１３０のノズル組立体へのホットガス経路を画定する。 Air enters through the air intake section 122 and is compressed by the compressor 124 of the gas turbine engine 100. The compressed air from the compressor 124 is then routed into the combustor section 110 where it is mixed with fuel. The compressed air and fuel mixture is generally combusted in the combustor section 110 to produce a high temperature, high pressure combustion gas that is used to generate torque in the turbine section 130 of the gas turbine engine 100. used. As previously mentioned, the plurality of combustors 120 may be annularly disposed within the combustor section 110 of the gas turbine engine 100 (eg, circumferentially 106). Each combustor 120 includes a transition piece 172 that sends hot combustion gases from the combustor 120 to the turbine section 130 of the gas turbine engine 100. In particular, each transition piece 172 generally defines a hot gas path from the combustor 120 to the nozzle assembly of the turbine section 130 that is included within the first stage 174 of the turbine section 130 of the gas turbine engine 100.
図１に示すように、タービンセクション１３０は、３つの別個のステージまたはセクション１７４（すなわち、第１のステージまたはセクション）、１７６（すなわち、第２のステージまたはセクション）、および１７８（すなわち、第３のステージまたはセクションあるいは最後のタービンバケットセクション）を含む。３つのステージ１７４、１７６、１７８を含むものとして示すが、他の実施形態では、タービンセクション１３０は、任意の数のステージを含むことができることが理解されるであろう。各ステージ１７４、１７６、および１７８は、シャフト１８４に回転可能に取付けられたロータホイール１８２に結合したブレード１８０を含む。認識されるように、タービンブレード１８０はそれぞれ、タービンバケットまたはバケットと考えることができる。各ステージ１７４、１７６、および１７８はまた、ブレード１８０の各セットのすぐ上流に配設されたノズル組立体１８６を含む。ノズル組立体１８６は、熱い燃焼ガスをブレード１８０に向かって送り、そこで、熱い燃焼ガスは、ブレード１８０に推進力を加えて、ブレード１８０を回転させ、それにより、シャフト１８４を回す。結果として、ブレード１８０およびシャフト１８４は、円周方向１０６に回転する。熱い燃焼ガスは、ステージ１７４、１７６、および１７８のそれぞれを通って流れ、各ステージ１７４、１７６、および１７８内のブレード１８０に推進力を加える。熱い燃焼ガスは、その後、ガスタービンセクション１３０を出て、ガスタービンエンジン１００の排気ディフューザシステム１８８に入ることができる。排気ディフューザシステム１８８は、ガスタービンセクション１３０からの排気燃焼ガスの流体流の速度を減少させ、また同様に、排気燃焼ガスの静圧を増加させて、ガスタービンエンジン１００によって生成される仕事を増加させる。 As shown in FIG. 1, the turbine section 130 includes three separate stages or sections 174 (ie, a first stage or section), 176 (ie, a second stage or section), and 178 (ie, a third Stage or section or the last turbine bucket section). Although shown as including three stages 174, 176, 178, it will be appreciated that in other embodiments, the turbine section 130 may include any number of stages. Each stage 174, 176, and 178 includes a blade 180 coupled to a rotor wheel 182 that is rotatably mounted on a shaft 184. As will be appreciated, each turbine blade 180 may be considered a turbine bucket or bucket. Each stage 174, 176, and 178 also includes a nozzle assembly 186 disposed immediately upstream of each set of blades 180. The nozzle assembly 186 sends hot combustion gas toward the blade 180 where the hot combustion gas exerts a propulsive force on the blade 180 to rotate the blade 180 and thereby rotate the shaft 184. As a result, the blade 180 and the shaft 184 rotate in the circumferential direction 106. Hot combustion gases flow through each of the stages 174, 176, and 178 and apply a propulsive force to the blades 180 in each stage 174, 176, and 178. The hot combustion gases can then exit the gas turbine section 130 and enter the exhaust diffuser system 188 of the gas turbine engine 100. The exhaust diffuser system 188 reduces the fluid flow velocity of the exhaust combustion gas from the gas turbine section 130 and also increases the static pressure of the exhaust combustion gas to increase the work generated by the gas turbine engine 100. Let
例示の実施形態では、タービンセクション１３０の最後のタービンバケットセクション１７８は、複数の最後のタービンバケットブレード１９５（たとえば、ガスタービンセクション１３０の最後のブレード１８０）の端部と複数の最後のタービンバケットブレード１９５の周りに配設された静止シュラウド１９６との間に隙間１９４を含む。さらに、排気ディフューザシステム１８８の外壁１９８は、静止シュラウド１９６から延びる。外壁１９８に当接するストラット２００が示される。ストラット２００は、排気ディフューザシステム１８８の構造を支持するために使用される。 In the illustrated embodiment, the last turbine bucket section 178 of the turbine section 130 includes an end of a plurality of last turbine bucket blades 195 (eg, the last blade 180 of the gas turbine section 130) and a plurality of last turbine bucket blades. A gap 194 is included between the stationary shroud 196 disposed around 195. Further, the outer wall 198 of the exhaust diffuser system 188 extends from the stationary shroud 196. A strut 200 abutting the outer wall 198 is shown. The strut 200 is used to support the structure of the exhaust diffuser system 188.
例として示すように、マンウェイ２０２は、排気ディフューザシステム１８８の外壁１９８と内壁２０４との間に延びる。いくつかの実施形態では、マンウェイ２０２は、排気ディフューザシステム１８８内で使用するために、排気ディフューザシステム１８８の外側から流体を輸送するために使用されるパイプまたはチューブを包囲することができる。内壁２０４は、アクセストンネルまたは収束通路２０６の外側によって形成される。いくつかの実施形態では、内壁２０４は、中心軸１０５に平行でない角度２０５で延びることができる。たとえば、内壁２０４と中心軸１０５との間の角度２０５は、約５°〜１０°、３°〜７°、または８°〜１５°とすることができる。以下でより詳細に述べるように、マンウェイ２０２は、中心軸１０５に垂直でない角度で排気ディフューザシステム１８８を通って延びる。排気ガス（たとえば、ガスタービンセクション１３０からの排気燃焼ガス）が排気ディフューザシステム１８８を通って流れると、排気ガス流はマンウェイ２０２の周りに送られて、排気ディフューザシステム１８８を出る。したがって、マンウェイ２０２は、渦励振を起こさせる場合がある。しかし、渦励振の振幅および周波数は、中心軸１０５に垂直であるマンウェイ２０２を有するシステムの場合に比べて本実施形態では低くすることができる。そのため、中心軸１０５に垂直であるマンウェイ２０２を有するシステムと比較すると、本実施形態において、圧力損失の減少、ノイズの減少、および総合ディフューザ性能の増加が存在する場合がある。 As shown by way of example, the manway 202 extends between the outer wall 198 and the inner wall 204 of the exhaust diffuser system 188. In some embodiments, the manway 202 can surround a pipe or tube that is used to transport fluid from outside the exhaust diffuser system 188 for use within the exhaust diffuser system 188. The inner wall 204 is formed by the outside of the access tunnel or convergence passage 206. In some embodiments, the inner wall 204 can extend at an angle 205 that is not parallel to the central axis 105. For example, the angle 205 between the inner wall 204 and the central axis 105 can be about 5 ° to 10 °, 3 ° to 7 °, or 8 ° to 15 °. As described in more detail below, the manway 202 extends through the exhaust diffuser system 188 at an angle that is not perpendicular to the central axis 105. As exhaust gas (eg, exhaust combustion gas from gas turbine section 130) flows through exhaust diffuser system 188, the exhaust gas stream is routed around manway 202 and exits exhaust diffuser system 188. Therefore, the manway 202 may cause vortex excitation. However, the amplitude and frequency of the vortex excitation can be lowered in this embodiment as compared to a system having a manway 202 that is perpendicular to the central axis 105. Thus, there may be a decrease in pressure loss, a decrease in noise, and an increase in overall diffuser performance in this embodiment as compared to a system having a manway 202 that is perpendicular to the central axis 105.
図２は、ガスタービン排気ディフューザシステム１８８の実施形態の斜視図である。特に、ストラット２００が、排気ディフューザシステム１８８の内壁２０４の周りに配設され、内壁２０４から排気ディフューザシステム１８８の外壁１９８まで半径方向１０４に延び、それにより、排気ディフューザシステム１８８の外壁１９８を構造的に支持する。タービン排気ガスが排気ディフューザシステム１８８に流入すると、排気ガスは、内壁２０４と外壁１９８との間のエリアを通って流れる。そのため、排気ガスは、排気ガス流を変えるストラット２００の周りに流れる。したがって、排気ディフューザシステム１８８を通って排気ガスがどのように流れるかという特性が、ストラット２００の形状および位置によって影響を受ける。さらに、排気ディフューザシステム１８８内で、排気ガスは、１つまたは複数のマンウェイ２０２の周りに流れる。やはり、排気ディフューザシステム１８８を通って排気ガスがどのように流れるかという特性が、以下でより詳細に述べるように、マンウェイ２０２の形状および位置によって影響を受ける。図３は、ガスタービン排気ディフューザシステム１８８の実施形態の側面図である。図３は、排気ディフューザシステム１８８の内壁２０４の周りに複数のストラット２０２がどのように配列されることができるかを示す。さらに、マンウェイ２０２は、（排気ディフューザシステム１８８内で）ストラット２０２の背後に配置される。例として示すように、マンウェイ２０２はまた、内壁２０４と外壁１９８との間に延び、内壁２０４と外壁１９８との間にさらなる支持を提供することができる。特に、３つのマンウェイ２０２が示される。しかし、排気ディフューザシステム１８８の他の実施形態は、より少数またはそれ以上のマンウェイ２０２を有することができる。 FIG. 2 is a perspective view of an embodiment of a gas turbine exhaust diffuser system 188. In particular, struts 200 are disposed around the inner wall 204 of the exhaust diffuser system 188 and extend radially 104 from the inner wall 204 to the outer wall 198 of the exhaust diffuser system 188, thereby structurally defining the outer wall 198 of the exhaust diffuser system 188. To support. As the turbine exhaust gas enters the exhaust diffuser system 188, the exhaust gas flows through the area between the inner wall 204 and the outer wall 198. Therefore, the exhaust gas flows around the strut 200 that changes the exhaust gas flow. Accordingly, the characteristics of how the exhaust gas flows through the exhaust diffuser system 188 is affected by the shape and position of the strut 200. Further, exhaust gas flows around one or more manways 202 within the exhaust diffuser system 188. Again, the characteristics of how the exhaust gas flows through the exhaust diffuser system 188 are affected by the shape and position of the manway 202, as will be described in more detail below. FIG. 3 is a side view of an embodiment of a gas turbine exhaust diffuser system 188. FIG. 3 shows how a plurality of struts 202 can be arranged around the inner wall 204 of the exhaust diffuser system 188. In addition, the manway 202 is located behind the strut 202 (within the exhaust diffuser system 188). As shown by way of example, the manway 202 can also extend between the inner wall 204 and the outer wall 198 and provide additional support between the inner wall 204 and the outer wall 198. In particular, three manways 202 are shown. However, other embodiments of the exhaust diffuser system 188 can have fewer or more manways 202.
図４は、ガスタービン排気ディフューザシステム１８８の実施形態の側断面図である。特に、２つのマンウェイ２０２、第１のマンウェイ２３６および第２のマンウェイ２３８が示される。先に述べたように、マンウェイ２０２は、外壁１９８から内壁２０４まで延び、タービンセクション１３０からのタービン排気ガスがそこを通して流れる排気ガス流エリア２４０を通って延びる。マンウェイ２０２は全体がレーストラック状の壁を有するものとして示されるが、マンウェイ２０２の壁は、任意の適した形状（たとえば、円柱、エーロフォイルなど）を有することができる。さらに、マンウェイ２０２の形状は、マンウェイ２０２の周りでの排気ガスの最適な流れを達成するように設計されることができる。いくつかの実施形態では、パイプ２４１および２４２は、マンウェイ２０２内に配設され、マンウェイ２０２から、排気ディフューザシステム１８８の内壁２０４内に画定されたアクセストンネル２０６内に延びる。先に論じたように、パイプ２４１および２４２は、タービン排気ディフューザシステム１８８によって使用される流体を輸送するために使用されることができる。たとえば、パイプ２４１は、（たとえば、軸受を潤滑にするために）排気ディフューザシステム１８８によって使用される潤滑流体（たとえば、油）を、マンウェイ２３６を通してアクセストンネル２０６まで輸送するために使用されることができる。別の例として、パイプ２４２は、排気ディフューザシステム１８８内の構成要素の温度を下げるために使用される冷却空気または流体を、マンウェイ２３８を通してアクセストンネル２０６まで輸送するために使用されることができる。 FIG. 4 is a side cross-sectional view of an embodiment of a gas turbine exhaust diffuser system 188. In particular, two manways 202, a first manway 236 and a second manway 238 are shown. As previously mentioned, the manway 202 extends from the outer wall 198 to the inner wall 204 and extends through an exhaust gas flow area 240 through which turbine exhaust gas from the turbine section 130 flows. Although the manway 202 is shown as having a racetrack-like wall as a whole, the walls of the manway 202 can have any suitable shape (eg, cylinder, airfoil, etc.). Further, the shape of the manway 202 can be designed to achieve an optimal flow of exhaust gas around the manway 202. In some embodiments, the pipes 241 and 242 are disposed in the manway 202 and extend from the manway 202 into an access tunnel 206 defined in the inner wall 204 of the exhaust diffuser system 188. As discussed above, pipes 241 and 242 can be used to transport fluid used by turbine exhaust diffuser system 188. For example, the pipe 241 is used to transport the lubricating fluid (eg, oil) used by the exhaust diffuser system 188 (eg, to lubricate the bearings) through the manway 236 to the access tunnel 206. Can do. As another example, the pipe 242 can be used to transport cooling air or fluid used to lower the temperature of components in the exhaust diffuser system 188 through the manway 238 to the access tunnel 206. .
パイプ２４１および２４２は、（たとえば、マンウェイ２３６がアクセストンネル２０６と交差する）進入場所２４３からアクセストンネル２０６のストラット領域２４４に向かってアクセストンネル２０６を通って延びる。例として示すように、アクセストンネル２０６は、円錐に似た形状を形成し、その形状は、アクセストンネル２０６が進入場所２４３からストラット領域２４４に向かって延びるにつれて、全体的に径が増加する。したがって、パイプ２４１と２４２との間の距離２４６は、アクセストンネル２０６に入るパイプ２４１と２４２の進入場所２４３に基づくとすることができる。認識されるように、パイプ２４１と２４２との間の距離２４６は、パイプ２４１と２４２との間で起こる熱伝達に影響を及ぼす場合がある。さらに、距離２４６ならびにパイプ２４１と内壁２０４との間の距離およびパイプ２４２と内壁２０４との間の距離は、メンテナンスを実施するためなどで、オペレータがアクセストンネル２０６を通って移動する能力に影響を及ぼす場合がある。したがって、いくつかの実施形態では、マンウェイ２０２は、中心軸１０５に垂直でない角度で、外壁１９８から内壁２０４に向かって延びる。中心軸１０５に垂直でない角度でマンウェイ２０２を延ばすことによって、マンウェイ２０２の場所は、両方の事例で、マンウェイ２０２が外壁１９８の同じ場所から延びると仮定すると、マンウェイ２０２が中心軸１０５に垂直な角度でアクセストンネル２０６に向かって延びる場合に比べて、アクセストンネル２０６が大きな径を有する場所でアクセストンネル２０６にパイプ２４１および２４２を入らせることができる。結果として、距離２４６は、増加し、アクセストンネル２０６内でオペレータが移動するためのより多くの空間を許容することができる。たとえば、パイプ２４１および２４２が、進入場所２４３であって、アクセストンネル２０６が他の進入場所の場合より大きな径を有する、進入場所２４３から延びることができるため、距離２４６が増加することができる。より大きな径は、パイプ２４１および２４２が、アクセストンネル２０６内に延び、内壁２０４の近くに留まり、ストラット領域２４４に向かって延びるときに、互いから大きな距離２４６のままであることを可能にする。いくつかの実施形態では、パイプ２４１と２４２との間の熱伝達は、距離２４６が増加するにつれて減少することができる。 Pipes 241 and 242 extend through access tunnel 206 from entry location 243 toward strut region 244 of access tunnel 206 (eg, where manway 236 intersects with access tunnel 206). As shown by way of example, the access tunnel 206 forms a cone-like shape that generally increases in diameter as the access tunnel 206 extends from the entry location 243 toward the strut region 244. Accordingly, the distance 246 between the pipes 241 and 242 can be based on the entry location 243 of the pipes 241 and 242 entering the access tunnel 206. As will be appreciated, the distance 246 between the pipes 241 and 242 may affect the heat transfer that occurs between the pipes 241 and 242. Further, the distance 246 and the distance between the pipe 241 and the inner wall 204 and the distance between the pipe 242 and the inner wall 204 may affect the ability of the operator to move through the access tunnel 206, such as to perform maintenance. May affect. Thus, in some embodiments, the manway 202 extends from the outer wall 198 toward the inner wall 204 at an angle that is not perpendicular to the central axis 105. By extending the manway 202 at an angle that is not perpendicular to the central axis 105, the location of the manway 202 assumes that the manway 202 extends from the same location on the outer wall 198 in both cases, and the manway 202 is centered 105. Compared to the case where the access tunnel 206 has a large diameter, the pipes 241 and 242 can be inserted into the access tunnel 206 at a place where the access tunnel 206 has a large diameter as compared with the case where the access tunnel 206 has a large diameter. As a result, the distance 246 can be increased to allow more space for the operator to move within the access tunnel 206. For example, the distance 246 can be increased because the pipes 241 and 242 can extend from the entry location 243, which is the entry location 243 and the access tunnel 206 has a larger diameter than in other entry locations. The larger diameter allows the pipes 241 and 242 to extend into the access tunnel 206 and remain near the inner wall 204 and remain at a large distance 246 from each other as they extend toward the strut region 244. In some embodiments, heat transfer between the pipes 241 and 242 can decrease as the distance 246 increases.
進入距離２４８は、オペレータがアクセストンネル２０６に入るために使用される、パイプ２４１および２４２と（アクセストンネル２０６の下流端の）アクセスドア２４９との間の距離である。認識されるように、進入距離２４８が増加するにつれて、アクセスドア２４９を通してオペレータがアクセストンネル２０６に入るためのより大きな空間が存在する。進入距離２４８は、やはり両方の事例で、マンウェイ２０２が外壁１９８の同じ場所から延びると仮定すると、マンウェイ２０２が中心軸１０５に垂直に延びるシステムに比べて、本実施形態では大きい。 The approach distance 248 is the distance between the pipes 241 and 242 and the access door 249 (at the downstream end of the access tunnel 206) that is used by the operator to enter the access tunnel 206. As will be appreciated, as the approach distance 248 increases, there is more space for the operator to enter the access tunnel 206 through the access door 249. The approach distance 248 is also greater in this embodiment than in a system where the manway 202 extends perpendicular to the central axis 105, assuming that in both cases the manway 202 extends from the same location on the outer wall 198.
一般に、各マンウェイ２０２の２つの側が存在する。具体的には、上流端２５０（たとえば、ストラット２００に最も近いマンウェイ２０２の側）および下流端２５２（たとえば、ストラット２００から最も遠いマンウェイ２０２の側）である。例として示すように、マンウェイ２０２と中心軸１０５との間の角度は、上流角度２５４（たとえば、上流端２５０と中心軸１０５との間の角度）および下流角度２５６（たとえば、マンウェイ２０２の下流端２５２と中心軸１０５との間の角度）を使用して記述されることができる。上流角度２５４は、９０°より大きい（たとえば、垂直でない）任意の適した角度とすることができ、下流角度２５６は、９０°より小さい（たとえば、垂直でない）任意の適した角度とすることができる。たとえば、上流角度２５４は、約９５°〜１１５°、９３°〜１０５°、または１００°〜１２０°の範囲内とすることができる。具体的には、上流角度２５４は、約１０５°とすることができる。一方、下流角度２５６は、約６５°〜８５°、７５°〜８７°、または６０°〜８０°の範囲内とすることができる。特に、下流角度２５６は、約８５°とすることができる。さらに、上流角度２５４および下流角度２５６は、補角である（すなわち、両者は、結合して１８０°に等しくなる）。 In general, there are two sides of each manway 202. Specifically, an upstream end 250 (eg, the side of the manway 202 closest to the strut 200) and a downstream end 252 (eg, the side of the manway 202 furthest from the strut 200). As shown by way of example, the angle between the manway 202 and the central axis 105 is an upstream angle 254 (eg, an angle between the upstream end 250 and the central axis 105) and a downstream angle 256 (eg, of the manway 202). The angle between the downstream end 252 and the central axis 105). The upstream angle 254 can be any suitable angle greater than 90 ° (eg, not vertical) and the downstream angle 256 can be any suitable angle less than 90 ° (eg, not vertical). it can. For example, the upstream angle 254 can be in the range of about 95 ° to 115 °, 93 ° to 105 °, or 100 ° to 120 °. Specifically, the upstream angle 254 can be about 105 °. On the other hand, the downstream angle 256 can be in the range of about 65 ° to 85 °, 75 ° to 87 °, or 60 ° to 80 °. In particular, the downstream angle 256 can be about 85 °. Further, the upstream angle 254 and the downstream angle 256 are complementary angles (ie, they combine to equal 180 °).
上述したように、ガスタービンエンジン１００の動作中に、排気ガスは、排気ディフューザシステム１８８を通って流れる。排気ガスは、排気ディフューザシステム１８８に入り、ストラット２００の周りに流れ、その後、排気ガスが排気ディフューザシステム１８８を出る前に、排気ガス流エリア２４０を通り、マンウェイ２０２の周りに流れる。したがって、マンウェイ２０２は、渦励振を起こさせる場合がある。しかし、渦励振の振幅および周波数は、中心軸１０５に垂直であるマンウェイ２０２を有するシステムの場合に比べて、低い場合がある。より具体的には、マンウェイ２０２が、排気ガスの衝突流からそれた角度を持つため、渦励振の振幅および周波数は、垂直のマンウェイ２０２と比較して劇的に低減されることができる。 As described above, exhaust gas flows through the exhaust diffuser system 188 during operation of the gas turbine engine 100. The exhaust gas enters the exhaust diffuser system 188 and flows around the strut 200, and then flows around the manway 202 through the exhaust gas flow area 240 before the exhaust gas exits the exhaust diffuser system 188. Therefore, the manway 202 may cause vortex excitation. However, the amplitude and frequency of the vortex excitation may be lower than in a system with a manway 202 that is perpendicular to the central axis 105. More specifically, because the manway 202 has an angle that deviates from the impinging flow of exhaust gas, the amplitude and frequency of vortex excitation can be dramatically reduced compared to the vertical manway 202. .
要約すると、本発明の技術的効果は、オペレータがアクセストンネル２０６内に入りそこで作業するためのより大きなアクセスを提供することを含む。さらに、アクセストンネル２０６内でのパイプ間の熱伝達は、パイプがアクセストンネル２０６内で互いに離れるにつれて減少する。さらに、渦励振の振幅および周波数が減少する（たとえば、排気ディフューザシステム１８８を通る排気ガスの流れがあまり乱されない）。結果として、中心軸１０５に垂直であるマンウェイ２０２を有するシステムと比較すると、本実施形態において、圧力損失の減少、ノイズの減少、および総合ディフューザ性能の増加が存在する可能性がある。 In summary, the technical effects of the present invention include providing an operator with greater access to enter and work in the access tunnel 206. Further, heat transfer between the pipes in the access tunnel 206 decreases as the pipes move away from each other in the access tunnel 206. In addition, the amplitude and frequency of the vortex excitation is reduced (eg, the exhaust gas flow through the exhaust diffuser system 188 is less disturbed). As a result, there may be a decrease in pressure loss, a decrease in noise, and an increase in overall diffuser performance in this embodiment as compared to a system having a manway 202 that is perpendicular to the central axis 105.
この書面による説明は、本発明を、その最良のモードを含めて開示するために、また、当業者が、任意のデバイスまたはシステムを作り使用すること、および任意の組み込まれた方法を実施することを含めて本発明を実施することを可能にするために、例を使用する。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって規定され、かつ、当業者が思いつく他の例を含むことができる。こうした他の例は、特許請求の範囲の字義通りの言葉に相違しない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の字義通りの言葉とごくわずかな差違を有する等価な構造要素を有する場合、特許請求の範囲内にあることが意図される。 This written description is intended to disclose the present invention, including its best mode, and to enable any person skilled in the art to make and use any device or system and to implement any incorporated methods. Examples are used to enable the present invention to be practiced including: The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. If these other examples have structural elements that do not differ literally from the claims, or if they have equivalent structural elements that have very little difference from the literal terms of the claims, then It is intended to be within the scope of the claims.
１００ ガスタービンエンジン
１０２ 軸方向
１０４ 半径方向
１０５ 中心軸
１０６ 円周方向
１０８ 燃料ノズル
１１０ 燃焼器セクション
１２０ 燃焼器
１２２ 空気取込みセクション
１２４ 圧縮機
１３０ タービンセクション
１７２ トランジションピース
１７４、１７６、１７８ ステージ
１８０ ブレード
１８２ ロータホイール
１８４ シャフト
１８６ ノズル組立体
１８８ 排気ディフューザシステム
１９４ 隙間
１９５ 最後のタービンバケットブレード
１９６ 静止シュラウド
１９８ 外壁
２００ ストラット
２０２、２３６、２３８ マンウェイ
２０４ 内壁
２０５ 角度
２０６ アクセストンネル（収束通路）
２４０ 排気ガス流エリア
２４１、２４２ パイプ
２４３ 進入場所
２４４ ストラット領域
２４６ 距離
２４８ 進入距離
２４９ アクセスドア
２５０ 上流端
２５２ 下流端
２５４ 上流角度
２５６ 下流角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Gas turbine engine 102 Axial direction 104 Radial direction 105 Center axis 106 Circumferential direction 108 Fuel nozzle 110 Combustor section 120 Combustor 122 Air intake section 124 Compressor 130 Turbine section 172 Transition piece 174, 176, 178 Stage 180 Blade 182 Rotor Wheel 184 Shaft 186 Nozzle assembly 188 Exhaust diffuser system 194 Clearance 195 Last turbine bucket blade 196 Stationary shroud 198 Outer wall 200 Struts 202, 236, 238 Manway 204 Inner wall 205 Angle 206 Access tunnel (converging path)
240 exhaust gas flow area 241 242 pipe 243 entry location 244 strut area 246 distance 248 entry distance 249 access door 250 upstream end 252 downstream end 254 upstream angle 256 downstream angle
Claims (20)
外壁と、
収束する内側通路によって形成される内壁であって、タービン排気ガスは、前記外壁と前記内壁との間のエリアを通って流れるように構成される、内壁と、
前記外壁から前記内壁まで延びる第１のマンウェイであって、タービン排気ディフューザシステムの中心軸に垂直でない角度で前記外壁から前記内壁まで延びる、第１のマンウェイとを備えるタービン排気ディフューザシステム。 A turbine exhaust diffuser system,
The outer wall,
An inner wall formed by converging inner passages, wherein the turbine exhaust gas is configured to flow through an area between the outer wall and the inner wall;
A turbine exhaust diffuser system comprising: a first manway extending from the outer wall to the inner wall, the first manway extending from the outer wall to the inner wall at an angle that is not perpendicular to a central axis of the turbine exhaust diffuser system.
タービン排気通路の外壁と、
前記タービン排気通路の内壁によって画定されたアクセス通路であって、タービン排気ディフューザシステムに関するメンテナンスを実施するために、前記アクセス通路にオペレータが入ることを可能にするように構成される、アクセス通路と、
前記タービン排気通路の前記外壁から前記アクセス通路まで延びる複数のマンウェイであって、各マンウェイは、タービン排気ディフューザシステムの中心軸に垂直でない角度で前記タービン排気通路の前記外壁から前記アクセス通路まで延びる、複数のマンウェイとを備えるタービン排気ディフューザシステム。 A turbine exhaust diffuser system,
The outer wall of the turbine exhaust passage,
An access passage defined by an inner wall of the turbine exhaust passage, the access passage configured to allow an operator to enter the access passage to perform maintenance on a turbine exhaust diffuser system;
A plurality of manways extending from the outer wall of the turbine exhaust passage to the access passage, each manway extending from the outer wall of the turbine exhaust passage to the access passage at an angle that is not perpendicular to a central axis of the turbine exhaust diffuser system A turbine exhaust diffuser system comprising a plurality of manways extending.
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