JP5551316B2 - Exhaust diffuser for gas turbine and method - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービン用の、特に、据え置きすなわち地上配備用途のガスタービン用の排気ディフューザーに関する。   The present invention relates to an exhaust diffuser for a gas turbine, in particular for a gas turbine for stationary or ground deployment applications.

ガスタービン、たとえば発電に使用されるものにおいて、排気ディフューザーは、ガスタービン内の排気流の速度を低減し、したがってタービンの最終段から出てくる排気から圧力を回復する役割を果たす。ガス速度の低減は、排気設備への流体の流れに関連する応力を低減し、排出ガスからの圧力を回復させることによってタービンの効率レベルを高め、したがって流れのヘッド損失を制限する。   In gas turbines, such as those used for power generation, the exhaust diffuser serves to reduce the speed of the exhaust flow in the gas turbine and thus restore pressure from the exhaust coming out of the last stage of the turbine. The reduction in gas velocity reduces the stress associated with the flow of fluid to the exhaust facility and increases the efficiency level of the turbine by restoring pressure from the exhaust gas, thus limiting flow head loss.

排気ディフューザーにおいて、排気からの圧力回復は、ディフューザーのアウトレット対インレット面積比に直接比例するが、これは、最終タービン段に続く効率的な流動拡散の程度を制御する。だが、ディフューザーの所与の軸方向長さに関する高いアウトレット対インレット面積比(すなわち、大きなディフューザー角)は、ディフューザー壁からのガスの流れの剥離につながるガスの急激な膨張を引き起こし、これが、今度は、ディフューザーによる圧力回復の低減を引き起こす。ディフューザー壁からの流れ剥離の問題を解決するための過去の試みは、たとえば吸引あるいは吹き込み、とりわけタービュレーターによる境界層制御の利用を伴うものであった。   In exhaust diffusers, pressure recovery from the exhaust is directly proportional to the diffuser outlet to inlet area ratio, which controls the extent of efficient flow diffusion following the final turbine stage. However, a high outlet to inlet area ratio (i.e., a large diffuser angle) for a given axial length of the diffuser causes a rapid expansion of the gas that in turn leads to a separation of the gas flow from the diffuser wall, which in turn is , Causing reduced pressure recovery by the diffuser. Past attempts to solve the problem of flow separation from the diffuser wall have involved, for example, suction or blowing, especially the use of boundary layer control by turbulators.

実際、排気ディフューザーは、全負荷での流れ剥離を考慮して、全負荷で最大圧力回復を実現する面積比を有するように設計される。そうした例では、圧力回復は、したがってタービンによって取り出される仕事は、ガスタービンが部分負荷で作動する場合には、実質的に低下する。   In fact, the exhaust diffuser is designed to have an area ratio that achieves maximum pressure recovery at full load, taking into account flow separation at full load. In such instances, pressure recovery, and therefore the work taken out by the turbine, is substantially reduced when the gas turbine operates at part load.

本発明の目的は、過度の流れ剥離を低減するかあるいは排除することによって、さまざまな運転負荷において、より高い圧力回復を実現するための据え置き型ガスタービン用の排気ディフューザーアセンブリおよびその方法を提供することである。   It is an object of the present invention to provide an exhaust diffuser assembly and method for a stationary gas turbine to achieve higher pressure recovery at various operating loads by reducing or eliminating excessive flow separation. That is.

上記目的は、請求項１に記載の排気ディフューザーアセンブリ、ならびに請求項１１に記載の方法によって達成される。   The object is achieved by an exhaust diffuser assembly according to claim 1 and a method according to claim 11.

本発明の根底にあるアイディアは、ディフューザーのジオメトリーを制御することによって排気ディフューザーの圧力回復を制御する機構を提供することである。このために、提案される排気ディフューザーアセンブリは、可変ジオメトリーディフューザー壁を有し、これは、ディフューザー壁に対して付着するガスの合成流れ場を発生させるために、長手方向ディフューザー軸線に対するディフューザー壁の開き角を調整することを可能とする。ディフューザー壁ジオメトリーの可変性は、マスフローすなわち運転負荷における調整のための提案されるディフューザーアセンブリの適応性をもたらす。   The idea underlying the present invention is to provide a mechanism to control exhaust diffuser pressure recovery by controlling the geometry of the diffuser. For this purpose, the proposed exhaust diffuser assembly has a variable geometry diffuser wall, which produces a combined flow field of gas adhering to the diffuser wall, with respect to the longitudinal diffuser axis. It is possible to adjust the opening angle. The variability of the diffuser wall geometry provides the adaptability of the proposed diffuser assembly for adjustment in mass flow, i.e. operating load.

ある実施形態では、上記ディフューザージオメトリー制御手段は、ディフューザー壁の表面上に配置された一つ以上のアクチュエータを備え、当該一つ以上のアクチュエータは、ディフューザー壁の開き角「α」を結果として調整するためにディフューザー壁に調整可能な圧力を加えるよう構成される。   In one embodiment, the diffuser geometry control means comprises one or more actuators disposed on the surface of the diffuser wall, the one or more actuators adjusting the opening angle “α” of the diffuser wall as a result. Configured to apply an adjustable pressure to the diffuser wall in order to

好ましい実施形態では、一つ以上のアクチュエータは、ディフューザー壁からのガスの流れ剥離のポイントを越えて合成流れ場を引き起こすために開き角「α」を増大させ、そして、流れ剥離のポイントの実質的に近位でかつその前方にあるディフューザー壁を通過するガスの合成流れを発生させるためにディフューザー壁に対してガスの流れを再付着させるために開き角「α」を続いて減少させるよう制御可能である。付着流れに関する膨張のレート(すなわち開き角)の増大に伴って圧力回復が増大するので、所与のマスフローレートに関する剥離ポイントの直前で流れ場を維持することは、当該マスフローレートにおいて圧力回復を最大化するであろう。   In a preferred embodiment, the one or more actuators increase the opening angle “α” to cause a composite flow field beyond the point of gas flow separation from the diffuser wall, and a substantial amount of flow separation points. Can be controlled to subsequently reduce the opening angle "α" to reattach the gas flow to the diffuser wall to generate a combined flow of gas through the diffuser wall that is proximal to and in front of it It is. Maintaining the flow field just before the separation point for a given mass flow rate maximizes pressure recovery at that mass flow rate, as pressure recovery increases with increasing rate of expansion (i.e., opening angle) for attached flow. It will become.

ある実施形態では、提案されるディフューザーアセンブリは、さらに、ディフューザー壁を経て流動するガスの流動経路内に配置された圧力プローブを具備してなり、流れ剥離のポイントは、開き角「α」の二つの漸進的に増大する設定値間の検出された圧力の減少に基づいて検出される。上記実施形態は、流れ剥離を検出するための簡単な手段を提供する。なぜなら、ガス流動経路内の圧力は、流れ剥離が生じた後に急激に減少するからである。   In one embodiment, the proposed diffuser assembly further comprises a pressure probe disposed in the flow path of the gas flowing through the diffuser wall, where the point of flow separation is a double of the opening angle “α”. Detection is based on a decrease in detected pressure between two progressively increasing setpoints. The above embodiment provides a simple means for detecting flow separation. This is because the pressure in the gas flow path decreases rapidly after flow separation occurs.

代替実施形態では、提案されるディフューザーアセンブリは、さらに、流れ剥離のポイントを検出するために、ディフューザー壁内のガスの流動経路内に配置された音波プローブを具備する。   In an alternative embodiment, the proposed diffuser assembly further comprises a sonic probe disposed in the gas flow path in the diffuser wall to detect the point of flow separation.

その上さらなる実施形態では、上記流れ剥離のポイントは、流れの局所的方向を検出するよう構成された流れ可視化手段によって特定される。   In yet a further embodiment, the point of flow separation is identified by a flow visualization means configured to detect the local direction of the flow.

代表的実施形態では、上記ディフューザー壁は、螺旋形態へと巻かれた一片のシートメタルからなる。そうしたディフューザー壁は、開き角の調整に関する融通性を向上させる。   In an exemplary embodiment, the diffuser wall is made of a piece of sheet metal wound into a spiral configuration. Such a diffuser wall increases the flexibility of adjusting the opening angle.

別な代表的実施形態では、上記ディフューザー壁は、円錐形状へと巻かれた一片のシートメタルからなり、ここで、当該一片のシートメタルのエッジは互いにスライド可能である。上記実施形態は製造の簡素化を実現する。   In another exemplary embodiment, the diffuser wall consists of a piece of sheet metal wound into a conical shape, wherein the edges of the piece of sheet metal are slidable relative to each other. The above embodiment achieves simplified manufacturing.

さらに別な代表的実施形態では、上記ディフューザー壁は、長方形断面を有する可変部分を具備し、ディフューザー壁は、可変部分において、ヒンジによって、固定部分に対して屈曲可能に取り付けられる。上記実施形態は、より高い精度および拡張されたジオメトリー制御を実現する。   In yet another exemplary embodiment, the diffuser wall includes a variable portion having a rectangular cross section, and the diffuser wall is flexibly attached to the fixed portion by a hinge at the variable portion. The above embodiment achieves higher accuracy and extended geometry control.

さらに別な実施形態では、上記ディフューザー壁は、長方形のコーナーを形成するＬ字形プレートによって形成された長方形断面ジオメトリーを有し、当該Ｌ字形プレート間にはフラットなプレートが配置されており、このフラットなプレートの上で、長方形断面形状が対角線方向に沿って調整可能であるように、Ｌ字形プレートはスライド可能である。これによって、長方形のコーナーにアクチュエータを配置することによって長方形の対角線の方向に沿って、ディフューザー壁の長方形ジオメトリーを均一に変形させる(同じアスペクトを維持する)ことが可能となる。   In yet another embodiment, the diffuser wall has a rectangular cross-sectional geometry formed by L-shaped plates that form rectangular corners, and flat plates are disposed between the L-shaped plates. On the flat plate, the L-shaped plate is slidable so that the rectangular cross-sectional shape can be adjusted along the diagonal direction. This allows the rectangular geometry of the diffuser wall to be uniformly deformed (maintain the same aspect) along the diagonal direction of the rectangle by placing actuators at the corners of the rectangle.

以下、図示する実施形態を参照して、本発明について、さらに詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the illustrated embodiments.

ガスタービン用の排気ディフューザーアセンブリの概略図である。1 is a schematic view of an exhaust diffuser assembly for a gas turbine. FIG. ディフューザージオメトリーと共にガスの圧力の変化を示す代表的なグラフであり、剥離のポイントも示している。It is the typical graph which shows the change of the pressure of gas with a diffuser geometry, and also shows the point of exfoliation. 可変ジオメトリーディフューザー壁の第１実施形態の概略図である。1 is a schematic view of a first embodiment of a variable geometry diffuser wall. FIG. 可変ジオメトリーディフューザー壁の第２実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a second embodiment of a variable geometry diffuser wall. 可変ジオメトリーディフューザー壁の第３実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a third embodiment of a variable geometry diffuser wall. 可変ジオメトリーディフューザー壁の第４実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a fourth embodiment of a variable geometry diffuser wall. 可変ジオメトリーディフューザー壁の第５実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a fifth embodiment of a variable geometry diffuser wall.

図１を参照すると、たとえば地上配備用途の発電機および駆動機械において使用される据え置き型ガスタービン用の排気ディフューザーアセンブリ１(「ディフューザー１」とも言う)が示されている。ディフューザー１は、タービンセクション６０の最終段からの主流ガスを受け入れるための第１の断面積Ａ１を有するインレット３を有する。ガス５は、ディフューザーインレット３から、第２の断面積Ａ２を有するディフューザーアウトレット４へと延在する開拡ディフューザー壁７によって形成される管路を経て長手方向軸線２に沿って流動する。ディフューザーアウトレット４はガス５を排気ダクト８０へと誘導する。 Referring to FIG. 1, there is shown an exhaust diffuser assembly 1 (also referred to as “diffuser 1”) for a stationary gas turbine used, for example, in generators and drive machines for ground deployment applications. The diffuser 1 has an inlet 3 having a first cross-sectional area A 1 for receiving mainstream gas from the final stage of the turbine section 60. The gas 5 flows along the longitudinal axis 2 through a conduit formed by an open diffuser wall 7 extending from the diffuser inlet 3 to a diffuser outlet 4 having a second cross-sectional area A2. The diffuser outlet 4 guides the gas 5 to the exhaust duct 80.

ディフューザー壁７は、インレット３とアウトレット４との間でガスを膨張させることでガスからの圧力を回復させる役割を果たす。これは、ガスの全ヘッド損失を低減し、これによってガス５から取り出される仕事を増大させる。ディフューザー壁７は、長手方向軸線２に対して、開き角「α」をなす。既存のディフューザーにおいては、この開き角は、通常、約５〜６°で固定される。本発明によれば、ガス５からの圧力回復はディフューザー壁７のジオメトリーを制御することによって、すなわち、開き角「α」を、そして結果的に、アウトレット面積Ａ２対インレット面積Ａ１の比「Ｒ」を調整することによって制御される(ここでＲ＝Ａ２/Ａ１)。固定された長さのディフューザーに関して、面積比「Ｒ」は開き角「α」の増大に伴って増加することは明らかである。概して、圧力回復は、ガス５の流れがディフューザー壁７から分離させられるまで、開き角「α」あるいは面積比「Ｒ」の増大に伴って増加する。流れの剥離はガス５からの圧力回復を低下させる。より高い圧力回復を実現するために、開き角「α」は、ディフューザー壁７に付着するガス５の合成流れを発生させるよう調整される。このために、ディフューザー壁７は調整可能なジオメトリーを有し、ここで、角度「α」は変更可能である。可変ジオメトリーディフューザー壁の代表的な実施形態について、以下、図３ないし図７を参照して説明する。再び図１を参照すると、アウトレット５の断面積Ａ２の結果的に生じる変化に対応するために、可変シール１２が、排気ダクト８０に対するディフューザー壁７の接続部に設けられている。図示する実施形態では、一つ以上のアクチュエータ９がディフューザー壁７の表面(内側あるいは外側)上に配置される。図示する実施形態では、アクチュエータ９はディフューザー壁７の外面上に配置される。アクチュエータ９は、たとえば、油圧あるいは空気圧で作動するアクチュエータからなっていてもよく、これは、ディフューザー壁７の開き角「α」を結果的に調整するために、ディフューザー壁７に調整可能な圧力を加えるために、コントローラー１０によって制御される。 The diffuser wall 7 serves to recover the pressure from the gas by expanding the gas between the inlet 3 and the outlet 4. This reduces the total head loss of the gas and thereby increases the work taken out of the gas 5. The diffuser wall 7 forms an opening angle “α” with respect to the longitudinal axis 2. In existing diffusers, this opening angle is usually fixed at about 5-6 °. According to the invention, the pressure recovery from the gas 5 is achieved by controlling the geometry of the diffuser wall 7, ie the opening angle “α” and consequently the ratio of outlet area A 2 to inlet area A 1 “ It is controlled by adjusting R ”(where R = A 2 / A 1 ). It is clear that for a fixed length diffuser, the area ratio “R” increases with increasing opening angle “α”. Generally, pressure recovery increases with increasing opening angle “α” or area ratio “R” until the flow of gas 5 is separated from diffuser wall 7. Flow separation reduces pressure recovery from gas 5. In order to achieve a higher pressure recovery, the opening angle “α” is adjusted to generate a combined flow of gas 5 adhering to the diffuser wall 7. For this purpose, the diffuser wall 7 has an adjustable geometry, where the angle “α” can be changed. Exemplary embodiments of variable geometry diffuser walls are described below with reference to FIGS. Referring again to FIG. 1, a variable seal 12 is provided at the connection of the diffuser wall 7 to the exhaust duct 80 to accommodate the resulting change in the cross-sectional area A 2 of the outlet 5. In the embodiment shown, one or more actuators 9 are arranged on the surface (inside or outside) of the diffuser wall 7. In the illustrated embodiment, the actuator 9 is arranged on the outer surface of the diffuser wall 7. Actuator 9 may comprise, for example, an actuator that operates hydraulically or pneumatically, which results in an adjustable pressure on diffuser wall 7 in order to eventually adjust the opening angle “α” of diffuser wall 7. Controlled by the controller 10 to add.

上述したように、付着流れに関して、圧力回復は開き角「α」あるいは面積比「Ｒ」の増大に伴って増加する。好ましい実施形態では、圧力回復は、流れ剥離のポイントの直前にあるディフューザー壁７内のガス５の流れ場を維持することで最大化される。このために、アクチュエータ９は、流れ剥離のポイントを越えて合成流れ場を発生させるように開き角「α」あるいは面積比「Ｒ」を先ず増大させるように制御される。続いて、アクチュエータ９は、ディフューザー壁７に対して流れを再付着させるために、そして流れ剥離のポイント前方でかつその近位にある合成流れ場を発生させるために、開き角「α」あるいは面積比「Ｒ」を減少させるように制御される。   As described above, with respect to the adhesion flow, the pressure recovery increases as the opening angle “α” or the area ratio “R” increases. In a preferred embodiment, pressure recovery is maximized by maintaining the gas 5 flow field in the diffuser wall 7 just prior to the point of flow separation. For this purpose, the actuator 9 is controlled to first increase the opening angle “α” or the area ratio “R” so as to generate a composite flow field beyond the point of flow separation. Subsequently, the actuator 9 opens the opening angle “α” or area to reattach the flow to the diffuser wall 7 and to generate a composite flow field in front of and proximal to the point of flow separation. Controlled to reduce the ratio “R”.

流れ剥離のポイントは、ディフューザー壁７内のガス５の流動経路内に配置されたフローセンサー１１によって検出される。フローセンサー７は、たとえば、圧力プローブを含んでいてもよい。付着流れに関して、開き角「α」の増大に伴って、圧力プローブによって検出された圧力値は増大する。これは、図２に曲線１３で示されているが、ここで、軸線１４は開き角「α」を表し、そして軸線１５は、ガス５の流動経路内に配置された圧力プローブ１１による、対応する検出圧力「Ｐ」を表す。図から明らかであるように、「α」の増大に伴って、検出された圧力は、検出圧力が最大値を得るポイント１６に達する(α＝αＳ)まで増大する。「α」がこの閾値αＳを超えて増大する場合、流れはディフューザー壁から剥離し始め、その結果、検出される圧力は低下するが、これは正から負への曲線１３のスロープの変化によって検出される。流れ剥離のポイント１６は、したがって、開き角「α」の二つの漸進的に増加する設定値間の検出された圧力「Ｐ」の減少に基づいて検出される。この実施形態において提案する技術は、閾値角αＳを特定するために、流れ剥離のポイント１６を超えて流れ場を発生させるために「α」を増大させることを、そして、ディフューザー壁に対して流れを再付着させると共に、合成流れ場を流れ剥離のポイント１６の直前にあるポイント１７に到達させるために、続いて「α」をαＳよりも小さい値αＤまで低減させることを伴う。通常、剥離ポイント１６の領域における曲線１３の一部分はフラットであり、ゼロに等しいかあるいはほとんど等しいスロープを有する。この部分に対応する流れ場は、好ましくは、回避される。なぜなら、これは、剥離および付着流れが交互に生じる不安定流れ場であることを示すからである。流れ剥離のポイント１６の「実質的に近位でかつその前方」にある所望のポイント１７は、この場合には、正のスロープを有する曲線１３上の、ポイント１６に最も近接したポイントとして特定される。 The point of flow separation is detected by a flow sensor 11 arranged in the flow path of the gas 5 in the diffuser wall 7. The flow sensor 7 may include a pressure probe, for example. With respect to the adhesion flow, as the opening angle “α” increases, the pressure value detected by the pressure probe increases. This is shown by the curve 13 in FIG. 2, where the axis 14 represents the opening angle “α” and the axis 15 corresponds to the pressure probe 11 arranged in the flow path of the gas 5. Represents the detected pressure “P”. As is apparent from the figure, as “α” increases, the detected pressure increases until the detected pressure reaches a point 16 where the maximum value is reached (α = α S ). If “α” increases beyond this threshold α S , the flow begins to delaminate from the diffuser wall, resulting in a decrease in the detected pressure, which is caused by a change in the slope of curve 13 from positive to negative. Detected. The flow separation point 16 is thus detected based on a decrease in the detected pressure “P” between two progressively increasing setpoints of the opening angle “α”. The technique proposed in this embodiment is to increase “α” to generate a flow field beyond the flow separation point 16 to identify the threshold angle α S , and to the diffuser wall causes reattach the flow, in order to reach a point 17 immediately preceding the stripping point 16 flows through the synthesis flow field, followed involves reducing the "alpha" to a smaller value alpha D than alpha S. Typically, a portion of curve 13 in the region of peel point 16 is flat and has a slope equal to or nearly equal to zero. A flow field corresponding to this part is preferably avoided. This is because this indicates an unstable flow field in which separation and adhesion flow occur alternately. The desired point 17 "substantially proximal and forward" of the flow separation point 16 is in this case identified as the point closest to point 16 on the curve 13 with a positive slope. The

再び図１を参照すると、代替実施形態においては、流れ剥離のポイントを検出するための流れセンサー１１は音波プローブからなっていてもよい。これに代えて、流れ剥離のポイントは、流れの局所的方向を検出する流れ可視化あるいはイメージング技術を用いて検出できる。全ての場合において、流れ剥離ポイントのポイントを越えて流れの集束を可能とする可変ジオメトリーは、流れ剥離のポイントの識別を可能とする。いったん、流れ剥離のポイントが識別されると、ディフューザーのジオメトリーは、ディフューザー壁に対して流れを再付着させるために調整可能である。ここで提案する可変ジオメトリーは、圧力回復がガスタービンが部分負荷で動作しているときでさえ最大化され得るように、マスフロー内で上記技術の適応性を変化させることを可能とする。   Referring again to FIG. 1, in an alternative embodiment, the flow sensor 11 for detecting the flow separation point may comprise a sonic probe. Alternatively, the flow separation point can be detected using flow visualization or imaging techniques that detect the local direction of the flow. In all cases, a variable geometry that allows flow focusing beyond the point of the flow separation point allows identification of the point of flow separation. Once the flow separation point is identified, the diffuser geometry can be adjusted to reattach the flow to the diffuser wall. The variable geometry proposed here makes it possible to vary the applicability of the technique within the mass flow so that pressure recovery can be maximized even when the gas turbine is operating at part load.

図３を参照すると、可変ジオメトリーディフューザー壁７の第１実施形態が示されている。ここで、ディフューザー壁７は、円錐形状を形成するために螺旋状に複数回巻かれたメタルシート１８からなる。螺旋形状は、ジオメトリー調整のために必要な弾力性を提供する。アクチュエータ９は、作動時に、ディフューザー壁７の開き角を増大あるいは減少させるために必要な圧力を加えるために、これらターンの一つ以上の外面上に配置可能である。図４に示す第２実施形態では、ディフューザー壁７は、円錐形状に巻かれたメタルシート２０から形成されるが、端部２１および２２は互いに溶接されず、開き角あるいは面積比が変化するように、ディフューザー壁７の外面上に配置された一つ以上のアクチュエータ９によって圧力を加えた際に互いにスライドする。   Referring to FIG. 3, a first embodiment of a variable geometry diffuser wall 7 is shown. Here, the diffuser wall 7 is made of a metal sheet 18 that is wound in a spiral shape to form a conical shape. The helical shape provides the elasticity necessary for geometry adjustment. Actuators 9 can be placed on one or more outer surfaces of these turns to apply the pressure required to increase or decrease the opening angle of the diffuser wall 7 during operation. In the second embodiment shown in FIG. 4, the diffuser wall 7 is formed of a metal sheet 20 wound in a conical shape, but the end portions 21 and 22 are not welded to each other so that the opening angle or the area ratio changes. In addition, when pressure is applied by one or more actuators 9 arranged on the outer surface of the diffuser wall 7, they slide on each other.

図５に示す第３実施形態では、ディフューザー壁７はシートメタルからなり、かつ、長方形断面を有する可変部分２３および固定部分２４を含む(これはインレット３において円形断面を有してもよい)。長方形部分２３はフラットなプレート２５,２６,２７,２８からなり、その一つ以上はヒンジ２９によって固定部分２４に屈曲可能に連結されているが、このヒンジ２９は、それによって開き角／面積比を調整するために、その上に配置されたアクチュエータ９から圧力を加えた際に、固定部分２４に対して個々の面２５,２６,２７,２８が回動することを可能とする。図示する実施形態では、プレート２５および２７は、角運動の方向が矢印３０で示すようなものとなるようにヒンジ結合されている。面２６および２８は面２５および２７の動作の間、曲げにさらされるが、この実施形態は、角運動のより優れた精度および制御を実現する。図６に示す類似の実施形態において、ディフューザー壁７は、矢印３７で示すような対向プレート３１および３３の角運動を可能とするために、フレキシブルジョイント３６によって円形タービンマニホールド３５に直接連結されたフラットプレート３１,３２,３３,３４によって形成された長方形断面を有する。図７に示す長方形ディフューザー壁のさらに別な実施形態では、ディフューザー壁７は長方形(ここでは正方形)のコーナーを形成するＬ字形(アングル)プレート３８,３９,４０,４１からなる。Ｌ字形プレート３８,３９,４０,４１の間にはフラットプレート４２,４３,４４,４５が配置されており、これは、Ｌ字形プレート３８,３９,４０,４１と共に、長方形ディフューザー壁７の側面を形成する。図示するように、Ｌ字形プレートは、ディフューザー壁７の長方形断面ジオメトリーが、長方形ディフューザー壁７のコーナー４８,４９,５０,５１の上に配置されたアクチュエータ(図示せず)によって対角線方向４６および４７に沿って調整可能であるように、フラットプレート４２,４３,４４,４５に対してスライド可能である。   In the third embodiment shown in FIG. 5, the diffuser wall 7 is made of sheet metal and includes a variable portion 23 and a fixed portion 24 having a rectangular cross section (which may have a circular cross section in the inlet 3). The rectangular portion 23 comprises flat plates 25, 26, 27, 28, one or more of which are flexibly connected to the fixed portion 24 by a hinge 29, which hinge 29 is thereby opened by an opening angle / area ratio. When the pressure is applied from the actuator 9 disposed thereon, the individual surfaces 25, 26, 27, and 28 can be rotated with respect to the fixed portion 24. In the illustrated embodiment, plates 25 and 27 are hinged so that the direction of angular motion is as indicated by arrow 30. Although surfaces 26 and 28 are subjected to bending during the movement of surfaces 25 and 27, this embodiment provides better accuracy and control of angular motion. In a similar embodiment shown in FIG. 6, the diffuser wall 7 is a flat connected directly to the circular turbine manifold 35 by a flexible joint 36 to allow angular movement of the opposing plates 31 and 33 as indicated by arrows 37. It has a rectangular cross section formed by the plates 31, 32, 33, 34. In yet another embodiment of the rectangular diffuser wall shown in FIG. 7, the diffuser wall 7 consists of L-shaped (angle) plates 38, 39, 40, 41 that form rectangular (here square) corners. Flat plates 42, 43, 44, 45 are arranged between the L-shaped plates 38, 39, 40, 41, which together with the L-shaped plates 38, 39, 40, 41, are arranged on the side surfaces of the rectangular diffuser wall 7. Form. As shown, the L-shaped plate has a rectangular cross-section geometry of the diffuser wall 7 diagonally 46 and 47 by actuators (not shown) disposed on the corners 48, 49, 50, 51 of the rectangular diffuser wall 7. Can be slidable relative to the flat plates 42, 43, 44, 45.

本発明について、ある好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明はこの具体的な実施形態に限定されない。むしろ、本発明を実施するために目下最良のモードを記述する本明細書に鑑みると、本発明の範囲および趣旨から逸脱しない数多くの変更および変形は当業者にとって自明である。したがって、本発明の範囲は、本明細書によってではなく、特許請求の範囲によって規定される。特許請求の範囲の等価記載の趣旨および範囲内にある全ての変化、変更、変形は、その範囲内のものであると見なされる。   Although the present invention has been described with reference to certain preferred embodiments, the present invention is not limited to these specific embodiments. Rather, many modifications and variations will be apparent to practitioners skilled in this art in view of this specification that describes the best mode presently for practicing the invention. Accordingly, the scope of the invention is defined by the claims rather than by the specification. All changes, modifications, and variations that fall within the spirit and scope of the equivalent claims are considered to be within the scope.

１ 排気ディフューザーアセンブリ
２ 長手方向軸線
３ インレット
４ アウトレット
５ ガス
７ ディフューザー壁
９ アクチュエータ
１０ コントローラー
１１ フローセンサー
１２ 可変シール
１８ メタルシート
２０ メタルシート
２１,２２ 端部
２３ 可変部分
２４ 固定部分
２５,２６,２７,２８ フラットプレート
２９ ヒンジ
３１,３２,３３,３４ フラットプレート
３５ 円形タービンマニホールド
３６ フレキシブルジョイント
３８,３９,４０,４１ Ｌ字形(アングル)プレート
４２,４３,４４,４５ フラットプレート
４８,４９,５０,５１ コーナー
６０ タービンセクション
８０ 排気ダクト DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust diffuser assembly 2 Longitudinal axis 3 Inlet 4 Outlet 5 Gas 7 Diffuser wall 9 Actuator 10 Controller 11 Flow sensor 12 Variable seal 18 Metal sheet 20 Metal sheet 21,22 End 23 Variable part 24 Fixed part 25,26,27, 28 Flat plate 29 Hinge 31, 32, 33, 34 Flat plate 35 Circular turbine manifold 36 Flexible joint 38, 39, 40, 41 L-shaped (angle) plate 42, 43, 44, 45 Flat plate 48, 49, 50, 51 Corner 60 Turbine section 80 Exhaust duct

Claims (6)

据え置き型ガスタービン用の排気ディフューザーアセンブリ(１)であって、
長手方向軸線(２)と、
タービン主流ガス(５)を受け入れるためのディフューザーインレット(３)と、
ディフューザーアウトレット(４)と、
可変ジオメトリーを有し、かつ、前記ディフューザーインレット(３)から前記ディフューザーアウトレット(４)へのそれを通過する前記ガス(５)の流れのための管路を形成する開拡ディフューザー壁(７)であって、前記ディフューザー壁(７)は、前記長手方向軸線(２)に対して開き角「α」を有する開拡ディフューザー壁(７)と、
前記ディフューザー壁(７)に対して付着する前記ガス(５)の合成流れ場を発生させるために、前記ディフューザー壁(７)の前記開き角「α」を調整することによって、前記ディフューザーインレット(３)と前記ディフューザーアウトレット(４)との間で前記ガス(５)からの圧力の回復を制御するためのディフューザージオメトリー制御手段(９,１０)と、
を具備してなり、
前記ディフューザージオメトリー制御手段(９,１０)は、前記ディフューザー壁(７)の表面上に配置された一つ以上のアクチュエータ(９)を備え、前記一つ以上のアクチュエータ(９)は、前記ディフューザー壁(７)の前記開き角「α」を結果として調整するために前記ディフューザー壁(７)に調整可能な圧力を加えるよう構成されており、
前記一つ以上のアクチュエータ(９)は、前記ディフューザー壁(７)からの前記ガス(５)の流れ剥離のポイントを越えて合成流れ場を引き起こすために前記開き角「α」を増大させ、かつ、前記流れ剥離のポイントの近位でかつその前方にある前記ディフューザー壁(７)を通過する前記ガス(５)の合成流れを発生させるために前記ディフューザー壁(７)に対して前記ガス(５)の流れを再付着させるために前記開き角「α」を続いて減少させるよう構成されており、
前記ディフューザー壁(７)内で前記ガス(５)の流動経路内に配置された圧力プローブ(１１)をさらに具備してなり、前記流れ剥離のポイントは、前記開き角「α」の二つの漸進的に増大する設定値間の検出された圧力の減少に基づいて検出されることを特徴とする排気ディフューザーアセンブリ(１)。 An exhaust diffuser assembly (1) for a stationary gas turbine,
A longitudinal axis (2);
A diffuser inlet (3) for receiving turbine mainstream gas (5);
Diffuser outlet (4),
An open diffuser wall (7) having a variable geometry and forming a conduit for the flow of the gas (5) passing through it from the diffuser inlet (3) to the diffuser outlet (4) The diffuser wall (7) has an open diffuser wall (7) having an opening angle “α” with respect to the longitudinal axis (2);
In order to generate a combined flow field of the gas (5) adhering to the diffuser wall (7), the diffuser inlet (3) is adjusted by adjusting the opening angle “α” of the diffuser wall (7). ) And the diffuser outlet (4), diffuser geometry control means (9, 10) for controlling the recovery of pressure from the gas (5);
Comprising a result, the
The diffuser geometry control means (9, 10) includes one or more actuators (9) disposed on the surface of the diffuser wall (7), and the one or more actuators (9) include the diffuser Configured to apply an adjustable pressure to the diffuser wall (7) to adjust the opening angle "α" of the wall (7) as a result;
The one or more actuators (9) increase the opening angle “α” to cause a combined flow field beyond the point of flow separation of the gas (5) from the diffuser wall (7); and The gas (5) relative to the diffuser wall (7) to generate a combined flow of the gas (5) that passes through the diffuser wall (7) proximal to and in front of the point of flow separation. ) In order to reattach the flow of
It further comprises a pressure probe (11) arranged in the flow path of the gas (5) in the diffuser wall (7), the point of flow separation being two progressive angles of the opening angle “α”. An exhaust diffuser assembly (1), characterized in that it is detected on the basis of a detected decrease in pressure between setpoints that increase in number . 前記ディフューザー壁(７)は、螺旋形態へと巻かれた一片のシートメタル(２０)からなることを特徴とする請求項１に記載のディフューザーアセンブリ(１)。 The diffuser wall (7), a diffuser assembly according to claim 1, characterized in that it consists of a piece which is wound into a helical configuration sheet metal (20) (1). 前記ディフューザー壁(７)は、円錐形状へと巻かれた一片のシートメタル(２０)からなり、前記一片のシートメタルのエッジ(２１,２２)は互いにスライド可能であることを特徴とする請求項１に記載のディフューザーアセンブリ(１)。 The diffuser wall (7) comprises a piece of sheet metal (20) wound into a conical shape, the edges (21, 22) of the piece of sheet metal being slidable relative to each other. 1. A diffuser assembly (1) according to 1. 前記ディフューザー壁(７)は長方形断面を有する可変部分(２３)を具備してなり、前記ディフューザー壁(７)は、前記可変部分(２３)において、ヒンジ(２９)によって、固定部分(２４)に対して屈曲可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のディフューザーアセンブリ(１)。 The diffuser wall (7) includes a variable portion (23) having a rectangular cross section, and the diffuser wall (7) is connected to the fixed portion (24) by a hinge (29) in the variable portion (23). diffuser assembly according to claim 1, characterized in that attached bendable for (1). 前記ディフューザー壁(７)は、長方形のコーナーを形成するＬ字形プレート(３８,３９,４０,４１)によって形成された長方形断面ジオメトリーを有し、前記Ｌ字形プレート(３８,３９,４０,４１)間にはフラットなプレート(４２,４３,４４,４５)が配置されており、このフラットなプレート(４２,４３,４４,４５)の上で、前記長方形断面形状が対角線方向(４６,４７)に沿って調整可能であるように、前記Ｌ字形プレート(３８,３９,４０,４１)がスライド可能であることを特徴とする請求項１に記載のディフューザーアセンブリ(１)。 The diffuser wall (7) has a rectangular cross-sectional geometry formed by an L-shaped plate (38, 39, 40, 41) forming a rectangular corner, and the L-shaped plate (38, 39, 40, 41). Between the flat plates (42, 43, 44, 45), the rectangular cross-sectional shape is diagonal (46, 47). as is adjustable along the L-shaped plate (38, 39, 40, 41) is a diffuser assembly according to claim 1, characterized in that the slidable (1). 据え置き型ガスタービン用の請求項１ないし請求項５のいずれか1項に記載の排気ディフューザーアセンブリ(１)を作動させるための方法であって、
ディフューザーインレット(３)においてタービン主流ガス(５)を受け入れるステップと、
前記ガス(５)を、前記ディフューザーインレット(３)とディフューザーアウトレット(４)との間で前記ガス(５)の流れのための管路を形成する可変ジオメトリーを有する開拡ディフューザー壁(７)を通過させるステップであって、前記ディフューザー壁(７)はディフューザー長手方向軸線(２)に対して開き角「α」を有するものであるステップと、
前記ディフューザー壁(７)のジオメトリーを制御することによって、前記ディフューザーインレット(３)と前記ディフューザーアウトレット(４)との間での前記ガス(５)からの圧力の回復を制御するステップと、を備え、前記ジオメトリーの前記制御は、前記ディフューザー壁(７)に対して付着した前記ガス(５)の合成流れ場を発生させるために前記ディフューザー壁(７)の開き角「α」を調整することを含み、
前記ディフューザー壁(７)のジオメトリーを制御することは、前記ディフューザー壁(７)の表面上に一つ以上のアクチュエータ(９)を配置することと、前記ディフューザー壁(７)の前記開き角「α」を結果的に調整するために前記ディフューザー壁(７)に調整可能な圧力を加えるために前記一つ以上のアクチュエータ(９)を制御することと、を具備し、
前記方法はさらに、前記ディフューザー壁(７)からの前記ガス(５)の流れ剥離のポイントを越えて合成流れ場を発生させるために前記開き角「α」を増大させるために前記一つ以上のアクチュエータ(９)を制御し、続いて、前記流れ剥離のポイントの近位でかつその前方にある前記ディフューザー壁を通過する前記ガス(５)の合成流れを発生させるために、前記ディフューザー壁(７)に対して前記ガス(５)の流れを再付着させるために、前記開き角「α」を減少させることを備え、
前記方法はさらに、前記ディフューザー壁(７)内で前記ガス(５)の流動経路内に圧力プローブ(１１)を配置することと、前記流れ剥離のポイントを、前記開き角「α」の二つの漸進的に増大する設定値間の検出された圧力の減少に基づいて検出することを備えることを特徴とする方法。 A method for operating an exhaust diffuser assembly (1) according to any one of claims 1 to 5 for a stationary gas turbine comprising :
Receiving the turbine mainstream gas (5) at the diffuser inlet (3);
An open diffuser wall (7) having a variable geometry that forms a conduit for the flow of the gas (5) between the diffuser inlet (3) and a diffuser outlet (4). Passing the diffuser wall (7) with an opening angle “α” with respect to the diffuser longitudinal axis (2);
Controlling the recovery of pressure from the gas (5) between the diffuser inlet (3) and the diffuser outlet (4) by controlling the geometry of the diffuser wall (7). The control of the geometry comprises adjusting an opening angle “α” of the diffuser wall (7) to generate a combined flow field of the gas (5) attached to the diffuser wall (7). seen including,
Controlling the geometry of the diffuser wall (7) involves placing one or more actuators (9) on the surface of the diffuser wall (7) and the opening angle “α” of the diffuser wall (7). Controlling the one or more actuators (9) to apply an adjustable pressure to the diffuser wall (7) to result in adjusting the
The method further includes the one or more to increase the opening angle “α” to generate a composite flow field beyond the point of flow separation of the gas (5) from the diffuser wall (7). In order to control the actuator (9) and subsequently generate a combined flow of the gas (5) passing through the diffuser wall proximal to and in front of the flow separation point, the diffuser wall (7 Reducing the opening angle “α” to reattach the flow of the gas (5) to
The method further includes disposing a pressure probe (11) in the flow path of the gas (5) in the diffuser wall (7), and separating the flow separation point into two opening angles “α”. Detecting based on a decrease in detected pressure between progressively increasing setpoints .
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