[发明专利]燃气涡轮机的废气扩散器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种用于燃气涡轮机的废气扩散器。更具体地，本发明描述一种减小废气扩散器内的流动分离，以改善燃气涡轮机的效率的装置。

背景技术

燃气涡轮机广泛地用于工业和商业运营中。典型的燃气涡轮机包括在前端的压缩机部段、围绕中间的一个或多个燃烧器和在后端的涡轮机部段。压缩机部段包括旋转叶片和固定轮叶的多个级。环境空气进入压缩机部段，并且旋转叶片和固定轮叶逐渐地将动能施加到工作流体(空气)以使它达到高能状态。工作流体离开压缩机部段并且流动到燃烧器，在燃烧器处工作流体与燃料混合并且点燃以生成具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体离开燃烧器并且流动到涡轮机部段，在涡轮机部段处它们膨胀以产生功。

在涡轮机部段的下游的废气扩散器将离开涡轮机部段的最后级的流动的动能转换成呈增加的静压力的形式的势能。这通过引导流体通过增加面积的管道而实现，在此期间总压力损失的生成将被最小化。废气扩散器典型地包括一个或多个空气动力学翼型，所述空气动力学翼型围绕可以支撑转子轴承的结构撑杆。

来自涡轮机部段的废气在燃气涡轮机部段的负荷范围上的多种多样的入口涡流条件下进入废气扩散器。变化的涡流条件可以导致废气拦截并以变化的入射角在撑杆上流动，导致由于废气流过撑杆时的流动分离而引起的显著的空气动力学损失，例如压力损失。另外，由于从撑杆脱离的涡旋，在扩散器的入口处的高涡流具有导致扩散器内的机械激励的可能。所以，期望能够减小扩散器撑杆上的流动分离，以增强燃气涡轮机的空气动力学性能。

发明内容

本发明的方面和优点在以下描述中进行阐述，或者可以从该描述显而易见，或者可以通过本发明的实施而获悉。

本发明的一个实施例是一种废气扩散器，所述废气扩散器大体上包括外护罩和内护罩，所述内护罩与所述外护罩径向地分离从而在所述外护罩和所述内护罩之间限定流体通道。撑杆在所述外护罩和所述内护罩之间延伸。所述撑杆大体上包括外表面、前缘、后缘、第一侧和第二侧。至少一个紊流器可以沿着所述撑杆的径向跨度定位。所述至少一个紊流器大体上从所述撑杆的外表面向外延伸。所述紊流器跨过所述撑杆的前缘从所述撑杆的第一侧延伸到第二侧。

所述至少一个紊流器从所述撑杆的第一侧向外延伸第一宽度、从所述撑杆的第二侧向外延伸第二宽度并且从所述撑杆的前缘向外延伸第三宽度。

所述第一宽度和所述第二宽度是不对称的。

所述第三宽度小于所述第一宽度或所述第二宽度中的至少一个。

所述至少一个紊流器从所述撑杆的前缘朝后缘跨过所述撑杆的第一侧延伸第一距离并跨过所述撑杆的第二侧延伸第二距离。

所述第一距离和所述第二距离是不对称的。

所述至少一个紊流器至少部分地在所述撑杆的前缘和后缘之间以大致垂直于所述撑杆的前缘的角延伸。

所述至少一个紊流器至少部分地在所述撑杆的前缘和后缘之间以大体上与所述撑杆的前缘成锐角或钝角的角延伸。

本发明的另一实施例是一种废气扩散器，所述废气扩散器具有外护罩、内护罩，所述内护罩与所述外护罩径向地分离从而至少部分地限定在所述外护罩和所述内护罩之间的流体通道。撑杆在所述外护罩和所述内套筒之间延伸。所述撑杆可以包括外表面、前缘、后缘、第一侧和第二侧。沿着所述撑杆的径向跨度定位的至少一个紊流器大体上从所述撑杆的外表面向外延伸。所述紊流器大体上包括沿着所述撑杆的第一侧布置的第一侧部分，沿着所述撑杆的第二侧布置的第二侧部分，和沿着所述撑杆的前缘布置的前缘部分。所述紊流器的所述第一侧部分、所述第二侧部分和所述前缘部分是连续的。

所述至少一个紊流器从所述撑杆的第一侧向外延伸第一宽度、从所述撑杆的第二侧向外延伸第二宽度并且从所述撑杆的前缘向外延伸第三宽度。

所述第一宽度和所述第二宽度是不对称的。

所述第三宽度小于所述第一宽度或所述第二宽度中的至少一个。

所述至少一个紊流器从所述撑杆的前缘朝后缘跨过所述撑杆的第一侧延伸第一距离且跨过所述撑杆的第二侧延伸第二距离。

所述第一距离和所述第二距离是不对称的。

所述至少一个紊流器至少部分地在所述撑杆的前缘和后缘之间以大致垂直于所述撑杆的前缘的角延伸。

所述至少一个紊流器至少部分地在所述撑杆的前缘和后缘之间以大体上与所述撑杆的前缘成锐角或钝角的角延伸。