[实用新型]用于排气扩散器的支柱的空气动力学整流部、排气扩散器以及燃气涡轮

说明书

本文描述的技术方案的实施例涉及一种用于排气扩散器的支柱的空气动力学整流部。空气动力学整流部包括：前缘部分，暴露于从上游叶片到达的气流，空气动力学整流部在排气扩散器的轴向方向上邻近叶片布置，其特征在于，前缘部分在径向方向上从空气动力学整流部的外端延伸到内端，其中前缘部分在径向方向上是弯曲的。

技术领域

本发明的实施例总体地涉及燃气涡轮，更具体地涉及用于排气扩散器的支柱的空气动力学整流部，包括有空气动力学整流部的排气扩散器，以及包括有排气扩散器的燃气涡轮。

背景技术

空气动力学整流部布置在多级燃气涡轮最后一级叶片的后面，并且保护支撑星以使其免遭热废气。为了减少气流损耗并且为了确保通过排气扩散器的低损耗气流，需要空气动力学整流部的优化的空气动力学设计，以实现其高效率和良好的性能。

目前，一个主要的挑战在于使空气动力学整流部的几何形状适应于针对部分载荷范围内的各种设计点。由于在部分载荷下的最后一级涡轮转子的流出角度可能部分地偏离设计点，而空气动力学整流部的几何形状又不可改变，这就会导致部分载荷气流在与整流部的前缘发生相互作用之后与侧表面产生较大的分离。由此，使得整个机器的效率降低。另外，这还导致了由增加的入射角所引起的壳体的航空力学激振。

在EP2410139A1中提出了一种排气扩散器。该排气扩散器包括可渗透的内壁，该内壁在气流穿过空气动力学整流部之后影响在内壁区域中的气流，从而使扩散器中的流动损耗最小化。然而，该公开并不涉及对空气动力学整流部的几何形状的任何修改，因此仍未解决气流与空气动力学整流部之间的空气动力学相互作用可能劣化的问题。

发明内容

本公开的实施例提供了一种用于排气扩散器的优化的空气动力学整流部。

在第一方面，提供了一种用于排气扩散器的空气动力学整流部。空气动力学整流部包括：暴露于从上游叶片到达的气流的前缘部分，空气动力学整流部在排气扩散器的轴向方向上邻近叶片布置，其特征在于，前缘部分在径向方向上从空气动力学整流部的外端延伸到内端，并且该前缘部分在径向方向上是弯曲的，由此，在排气气流的流动路径处形成凹部。

根据本发明的各种实施例，在气流方向上形成的凹部以及前缘部分处的三维表面允许在各种部分载荷条件下具有各种流出角度的气流以低损耗通过。由此，扩散器可以在较宽的载荷范围内更高效地运行。

此外，利用适当设计和优化的弯曲表面，可以实现气流与弯曲表面之间更好的空气动力学相互作用，这改善了扩散器的性能，诸如提高了效率，并且同时降低了壳体的激振。

在一些实施例中，弯曲的前缘部分包括被构造为三次Bézier曲线的第一轮廓曲线，第一轮廓曲线与外端和内端相交。

在一些实施例中，弯曲的前缘部分包括被构造为抛物线的第一轮廓曲线，该抛物线具有在轴向方向上延伸的对称轴，第一轮廓曲线与外端和内端相交。

在一些实施例中，第一轮廓曲线被形成为使得从外端到抛物线的对称轴的在径向方向上的第一距离小于从内端到抛物线的对称轴的在径向方向上的第二距离。

在一些实施例中，第一轮廓曲线被形成为使得从外端到抛物线的对称轴的在径向方向上的第一距离等于从内端到抛物线的对称轴的在径向方向上的第二距离。

在一些实施例中，第一轮廓曲线被形成为使得从外端到抛物线的对称轴的在径向方向上的第一距离大于从内端到抛物线的对称轴的在径向方向上的第二距离。

在一些实施例中，空气动力学整流部在垂直于径向方向的平面上具有包括的中心线的轮廓，其中该中心线是直线并与轴向方向对准。

在第二方面，提供了一种排气扩散器。该排气扩散器包括：根据本公开的第一方面的多个空气动力学整流部；以及在多个空气动力学整流部的内端处附接到多个空气动力学整流部的轮毂。