專利名稱：帶槽的壓縮機擴散器及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及燃氣渦輪機燃燒技術(shù)，且更具體地，涉及
用以減少與某些工業(yè)燃氣渦輪機的壓縮機排出殼體相關(guān)聯(lián)的空氣動 力學(xué)損失的對壓縮機擴散器的修改。
背景技術(shù)：
已經(jīng)確認，對于某些工業(yè)燃氣渦輪機的壓縮機排出殼體存 在空氣動力學(xué)損失。這種損失由于正好在壓縮機擴散器下游的狹窄的 區(qū)域或"窄點"中的壓縮機排出流的再加速而產(chǎn)生，且這種損失會導(dǎo) 致燃料消耗增加和某些燃燒零件的冷卻減弱。 一般而言，由于高昂的 開發(fā)和安裝成本，具有多通道徑向排出擴散器或具有重新^沒計的流動 套管、襯套等的較新的渦輪機設(shè)計對于現(xiàn)有的燃氣渦輪機而言并不可 行。因此，仍然存在對于適用于現(xiàn)場修改的較低成本的解決方 案的需求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個示例性但非限制性的實施方式，提供了 一種用于燃氣渦輪機的壓縮機擴散器，其包括上游端和下游端，該下 游端由周邊環(huán)形邊緣限定，該環(huán)形邊緣形成有自環(huán)形邊緣處的開口沿 上游方向延伸的多個基本軸向地定向的槽口 。在另 一個示例性但非限制性的實施方式中，本發(fā)明涉及一 種燃氣渦輪機，其包括壓縮機，布置成以便將燃燒氣體沿第一方向供 應(yīng)到渦輪機第 一級的燃燒器罐的環(huán)形排列，其中壓縮機包括擴散器， 該擴散器成形為以便沿相反的第二方向?qū)嚎s機排出空氣引導(dǎo)到燃燒器罐的后端，以用于燃燒；該擴散器具有上游端和形成有多個基本 軸向;也定向的槽口的下游端。在又一個示例性但非限制性的實施方式中，本發(fā)明涉及一 種燃氣渦輪機，其包括壓縮機，布置成以便將燃燒氣體沿第一方向供 應(yīng)到渦輪機的第 一級的燃燒器罐的環(huán)形排列，其中壓縮機包括擴散 器，該擴散器成形為以便將壓縮機排出空氣沿相反的第二方向引導(dǎo)到 燃燒器罐的后端，以用于燃燒；該擴散器具有上游端和下游端；以及 位于下游端處以用于增強壓縮機排出空氣從第一方向到第二方向的 換向的器件。在又一個示例性實施方式中，本發(fā)明涉及一種用于在燃氣 渦輪機燃燒系統(tǒng)中增強空氣流換向的方法，在該燃氣渦輪機燃燒系統(tǒng) 中，壓縮機排出空氣換向而流向燃燒器，該方法包括形成有帶有自 擴散器的下游端沿上游方向延伸的多個基本軸向地定向的槽口的壓 縮機擴散器；以及使至少一個導(dǎo)流葉片與基本軸向地定向的槽口中的 一個或多個相關(guān):f關(guān)?，F(xiàn)在將結(jié)合以下標示的附圖來描述本發(fā)明。


圖1是傳統(tǒng)的燃氣渦輪機壓縮機和燃燒器的局部截面圖； [OOIO]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一個示例性實施例的、經(jīng)修改的壓 縮機擴散器的局部透視圖；圖3是根據(jù)圖2得到的透視形式的放大細節(jié)，其中槽口添
加有轉(zhuǎn)向葉片；圖4是圖3中的但是從擴散器壁的下方觀察所得的壓縮機 擴散器的局部透一見圖；圖5是本發(fā)明的第三示例性實施例的局部透視圖；
圖6是從圖5所示的擴散器的下面觀察所得到的局部透視
圖7是本發(fā)明的第四示例性實施例的局部透視圖；以及
圖8是說明了葉片可如何添加到壓縮機排出殼體支架上的 局部透一見圖。
具體實施例方式起初參看圖1，示意了環(huán)管式換向流動燃燒器10。燃燒器 IO與若干個其它類似的燃燒器(或燃燒器罐)一起以環(huán)形陣列布置在渦 輪機轉(zhuǎn)子周圍，并且產(chǎn)生在各個渦輪機級中驅(qū)動渦輪機葉輪所需的氣 體。在運行時，由流動箭頭A標示的來自壓縮機12的排出空氣流過 擴散器28，并且在其經(jīng)過燃燒器10的外側(cè)時換向，然后在其進入燃 燒器的前端時再次換向。燃燒空氣和燃料在燃燒室14(顯示了其中一 個)中燃燒，從而產(chǎn)生高溫氣體，該高溫氣體流過過渡導(dǎo)管16到達18 處標示的第一渦輪機級。在其到達燃燒器10的途中，壓縮機排出空氣流過流動套管 20，該流動套管20沿徑向在流動套管20和燃燒器襯套24之間形成 環(huán)形間隙或通道22。類似的流動套管26包圍過渡導(dǎo)管16，且在襯套 24和過渡導(dǎo)管16之間的交接處與流動套管20結(jié)合。將理解的是，排 出空氣通過流動套管中的孔的陣列(未示出)流入間隙22中。到這一點 為止，渦輪機燃燒器布置是傳統(tǒng)的設(shè)計。轉(zhuǎn)到圖2,在第一個示例性但非限制性的實施例中，多個基 本軸向地定向的槽口 30在壓縮機殼體28(通常被稱為壓縮機擴散器) 的后端中、沿周向環(huán)繞擴散器且在一系列壓縮機殼體支承支架32之 間形成。這些槽口增強了壓縮機排出空氣的流動方向的反轉(zhuǎn)。在這個示例性但非限制性的實施例中，為各個燃燒器"罐" 提供了兩個槽口30，占據(jù)了徑向地定向的支架32對之間的空間。槽 口 30自擴散器的下游邊緣處的開口沿上游方向延伸，/人而為壓縮才幾 排出空氣提供額外的流徑區(qū)域且使之更早地進行徑向轉(zhuǎn)向，以使朝向 燃燒器的流動換向，從而至少部分地避免窄點的出現(xiàn)。通過在換向流出現(xiàn)的否則會變狹窄的流徑位置處纟是供增大的流徑面積，該位置處的 壓降得以降低。將了解的是，可使用其它槽口構(gòu)造，例如每個罐具有 一個或二個以上的槽口。在這種槽口構(gòu)造的變型中，可以使擴散器的
下游邊緣為連續(xù)的，從而使得槽口 30在擴散器的下游邊緣處閉合。另一種空氣流轉(zhuǎn)向增強可通過在各個槽口 30中添加偏轉(zhuǎn)器 葉片34來實現(xiàn)。圖3中顯示了該布置，其中單個葉片34安裝在槽口 30內(nèi)，且其定向成以便協(xié)助使流入槽口中的空氣轉(zhuǎn)向，即利用其面向 流的凹側(cè)(來使空氣轉(zhuǎn)向)。葉片34在槽口的兩側(cè)上延伸(參見圖4), 以使j支流過擴散器的空氣撞擊，同時葉片34在空氣經(jīng)過擴散器壁時 繼續(xù)具有轉(zhuǎn)向效果。注意，在圖3中，壓縮機定向M的，從而使得 空氣流相對于圖l和2也是反的。每個槽口的葉片數(shù)量進行變化也是 可行的。例如，圖5和6顯示了其中三個類似地定向的轉(zhuǎn)向葉片36 安裝在各個槽口 38中的布置。圖7示意了另一個備選布置，其中每個罐提供了一個槽口 40,且轉(zhuǎn)向葉片或偏轉(zhuǎn)器葉片42安裝在槽口的下游、最近的相鄰支 架44上。圖8示意了一對轉(zhuǎn)向葉片或偏轉(zhuǎn)器葉片46可如何附連到支 架48的相對側(cè)上的一個實例。特別地，各個葉片46設(shè)有具有支架接 合面52的安裝基底50,該支架接合面52具有符合支架的表面輪廓。 葉片可使用螺絲緊固件54或其它適當?shù)钠骷?例如鉚釘?shù)?來進行附 連。如以上所表明，每個罐的槽口數(shù)量，以及轉(zhuǎn)向葉片的數(shù)量和位置 可按需要而改變。目前，優(yōu)選的布置是每個罐具有兩個槽口 30，每個 槽口帶有一個轉(zhuǎn)向葉片34,其或者處于槽口中或者安裝在最近的相鄰 支架32上。在圖7的變型中，偏轉(zhuǎn)器葉片46可以在沒有槽口 40的情 況下單獨使用。雖然沒有槽口和葉片的組合那么有效，但是葉片獨自 將仍然提供對空氣流換向的一些增強。本文所述的擴散器修改可在現(xiàn)有的渦輪機發(fā)動機上實地實 施，或者在工廠中實施，從而對服務(wù)性消費者和新設(shè)備消費者提供性能改進。雖然已經(jīng)結(jié)合目前4皮認為是最實用且優(yōu)選的實施例的內(nèi)容
對本發(fā)明進行了描述，但是應(yīng)當理解，本發(fā)明不限于所公開的實施例， 相反，本發(fā)明意圖覆蓋包括在所附的權(quán)利要求書的精神和范圍之內(nèi)的 各種修改和等效布置。
權(quán)利要求
1.一種用于燃氣渦輪機的包括上游端和下游端的壓縮機擴散器28，所述下游端由周邊環(huán)形邊緣31限定，所述環(huán)形邊緣形成有自所述環(huán)形邊緣處的開口沿上游方向延伸的多個基本軸向地定向的槽口30。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機擴散器，其特征在于，所述多 個基本軸向地定向的槽口 30中的一個或多個裝配有至少一個導(dǎo)流葉 片34,以有利于空氣流的換向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機擴散器，其特征在于，所述下 游端設(shè)有多個徑向地向外延伸的支承支架32,其中所述多個基本軸向 地定向的槽口 30中的各個位于所述支承支架其中之一的附近。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓縮機擴散器，其特征在于， 一個或 多個支架32設(shè)有與所述基本軸向地定向的槽口 30中相應(yīng)的一個基本 沿軸向?qū)R的導(dǎo)流葉片42。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓縮機擴散器，其特征在于，所述至 少一個導(dǎo)流葉片34包括至少兩個導(dǎo)流葉片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓縮機擴散器，其特征在于，在所述 多個支承支架32中的各對之間存在所述基本軸向地定向的槽口 30中 的兩個。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓縮機擴散器，其特征在于，各個導(dǎo) 流葉片34對來自所述壓縮機的空氣流呈現(xiàn)凹入表面，使得所述空氣 流轉(zhuǎn)向基本180。。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓縮機擴散器，其特征在于，各個導(dǎo) 流葉片34或36在所述基本軸向地定向的槽口中相應(yīng)的一個上方和下 方凸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓縮機擴散器，其特征在于，所述兩 個基本軸向地定向的槽口中的各個均設(shè)有單個轉(zhuǎn)向葉片34。
10. —種用于在燃氣渦輪機燃燒系統(tǒng)中增強空氣流換向的方法， 在所述燃氣渦輪機燃燒系統(tǒng)中，壓縮機排出空氣換向而流向燃燒器，所述方法包4舌形成帶有自所述擴散器的下游端31沿上游方向延伸的多個基本 軸向地定向的槽口 30的壓縮機擴散器28;以及使至少一個導(dǎo)流葉片34與所述基本軸向地定向的槽口中的一個 或多個相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
一種帶槽的壓縮機擴散器及相關(guān)方法。用于燃氣渦輪機的壓縮機擴散器28包括具有上游端和下游端的壓縮機擴散器，下游端由周邊環(huán)形邊緣31限定，該環(huán)形邊緣形成有自下游邊緣處的開口沿上游方向延伸的多個基本軸向地定向的槽口30。
文檔編號F04D29/46GK101634313SQ20091016493
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者C·G·肖特 申請人:通用電氣公司