用于改善排气能量回收的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及用于改善排气能量回收的系统及方法。具体而言，一种系统包括带有膨胀区段的涡轮，膨胀区段构造成使排气流沿下游方向膨胀，使得膨胀区段包括多个级，以及在膨胀区段下游联接的扩散器区段。扩散器区段沿排气通路接收排气流，且沿壁接收激励流，且扩散器区段包括壁，壁包括内表面，如此壁围绕排气通路设置，以及在膨胀区段的该多个级的末级处或下游设置在壁中的激励端口。激励端口构造成沿壁的内表面引导激励流以沿壁激励边界层，且激励流的第一压力高于激励端口处的排气流的第二压力。

【技术实现步骤摘要】

本文公开的主题涉及燃气涡轮发动机，诸如用于改善排气回收的系统及方法。
技术介绍
燃气涡轮系统大体上包括压缩机、燃烧器和涡轮。燃烧器燃烧压缩空气和燃料的混合物以产生热燃烧气体，热燃烧气体被引导至涡轮以产生功，诸如驱动发电机。压缩机压缩来自进气口的空气，且随后将压缩空气引导至燃烧器。用于涡轮的传统空隙控制单元使用来自燃气涡轮的压缩机区段的加压放出空气来用于涡轮叶片的空隙控制。然而，用于压缩放出空气的能量损失，从而降低燃气涡轮系统的效率。
技术实现思路
在范围上与原来提出的专利技术相当的某些实施例在下文中概述。这些实施例不意在限制提出的专利技术的范围，而相反，这些实施例仅意在提供本专利技术的可能形式的简要概括。实际上，本专利技术可包含可与下文所述的实施例相似或不同的多种形式。在第一实施例中，一种系统包括构造成使排气流在多个膨胀区段中沿下游方向膨胀的涡轮。涡轮包括冷却歧管和围绕扩散器区段设置的通路。扩散器区段构造成沿排气通路接收排气流和沿排气通路的壁以及沿壁的内表面接收激励流，其中许多激励端口在膨胀区段的多个级的末级处或下游设置在壁中，使得激励端口沿壁的内表面引导激励流以沿壁激励边界层，且激励流的第一压力大于激励端口处的排气流的第二压力。在第二实施例中，一种方法包括使排气流通过涡轮区段的多个涡轮级膨胀，使得排出气体沿下游方向流过多个涡轮级，在涡轮区段下游的扩散器区段中接收排出气体，以及通过在涡轮区段下游喷射激励流来加强扩散器区段的激励端口下游的激励流的边界层，使得边界层设置在扩散器区段的壁与排出气体之间，激励流具有高于激励端口处的排出气体的压力，且边界层构造成减小穿过扩散器区段的排出气体的压力损失。在第三实施例中，一种冷却歧管围绕涡轮的膨胀区段设置，使得冷却歧管构造成朝膨胀区段的涡轮壳引导冷却流。扩散器区段可联接到冷却歧管，使得扩散器区段构造成从膨胀区段接收排出气体且从冷却歧管接收冷却流，且扩散器区段包括激励端口，其构造成在壁与排出气体之间利用冷却流激励边界层。技术方案1. 一种系统，包括：涡轮，包括：构造成使排气流沿下游方向膨胀的膨胀区段，其中所述膨胀区段包括多个级；以及在所述膨胀区段下游联接的扩散器区段，其中所述扩散器区段构造成沿排气通路接收所述排气流且沿壁接收激励流，且所述扩散器区段包括：包括内表面的所述壁，其中所述壁围绕所述排气通路设置；以及在所述膨胀区段的所述多个级的末级处或下游设置在所述壁中的激励端口，其中所述激励端口构造成沿所述壁的内表面引导所述激励流以沿所述壁激励边界层，且所述激励流的第一压力高于所述激励端口处的排气流的第二压力。技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述激励流包括蒸汽或二氧化碳。技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统包括联接至所述涡轮的冷却歧管，其中所述冷却歧管构造成朝围绕所述膨胀区段的所述多个级设置的涡轮壳引导冷却流，且所述激励端口构造成从所述冷却歧管接收所述冷却流的至少一部分作为所述激励流。技术方案4. 根据技术方案3所述的系统，其中，所述系统包括联接至所述涡轮的压缩机，其中所述涡轮构造成驱动所述压缩机，且所述冷却流包括来自所述压缩机的放出流。技术方案5. 根据技术方案3所述的系统，其中，所述系统包括联接至所述涡轮的压缩机和涡轮排放壳，其中所述涡轮构造成驱动所述压缩机，所述涡轮排放壳构造成从所述压缩机接收压缩的空气流，且所述涡轮排放壳围绕所述冷却歧管和主涡轮壳的膨胀区段设置。技术方案6. 根据技术方案5所述的系统，其中，所述系统包括封壳，其中所述涡轮包括航改燃气涡轮，且压缩机排放壳设置在所述封壳内。技术方案7. 根据技术方案6所述的系统，其中，所述冷却流和所述压缩空气流与所述封壳隔离。技术方案8. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统包括联接至下游区段的下游系统，其中所述下游系统构造成从所述排气流和所述激励流取得能量。技术方案9. 根据技术方案8所述的系统，其中，所述下游系统包括余热回收蒸汽发生器(HRSG)。技术方案10. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述壁的内径沿下游方向增大，且所述壁与所述扩散器区段的轴线之间的角度为大约5°到30°。技术方案11. 一种方法，包括：使排出气体通过涡轮区段的多个涡轮级膨胀，其中所述排出气体沿下游方向流过所述多个涡轮级；在所述涡轮区段下游的扩散器区段中接收所述排出气体；以及激励所述扩散器区段的激励端口下游的边界层，其中所述边界层沿所述扩散器区段的壁设置，所述激励流具有高于所述激励端口处的排出气体的压力，且所述边界层构造成减小穿过所述扩散器区段的排出气体的压力损失。技术方案12. 根据技术方案11所述的方法，其中，所述方法包括：经由联接至所述扩散器区段的下游系统从所述激励流和所述排出气体取得能量。技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其中，所述下游系统包括余热回收蒸汽发生器(HRSG)。技术方案14. 根据技术方案13所述的方法，其中，所述激励流包括蒸汽流，且所述蒸汽流从所述HRSG接收。技术方案15. 根据技术方案11所述的方法，其中，所述方法包括经由冷却流冷却所述涡轮区段，其中所述激励端口构造成接收所述冷却流作为所述激励流。技术方案16. 根据技术方案15所述的方法，其中，冷却所述涡轮区段包括使所述冷却流通过冷却歧管朝围绕所述多个涡轮级设置的涡轮壳引导，且所述冷却歧管构造成将所述冷却流从所述涡轮壳引导至所述激励端口。技术方案17. 根据技术方案16所述的方法，其中，所述方法包括经由利用所述冷却流冷却所述涡轮壳来控制所述涡轮壳与所述涡轮区段的旋转构件之间的空隙。技术方案18. 一种燃气涡轮系统，包括：围绕涡轮的膨胀区段设置的冷却歧管，其中所述冷却歧管构造成朝所述膨胀区段的涡轮壳引导冷却流；以及联接至所述冷却歧管的扩散器区段，其中所述扩散器区段构造成从所述膨胀区段接收排出气体和从所述冷却歧管接收冷却流，且所述扩散器区段包括激励端口，其构造成在壁与所述排出气体之间利用所述冷却流激励边界层。技术方案19. 根据技术方案18所述的燃气涡轮系统，其中，所述冷却流包括蒸汽流。技术方案20. 根据技术方案18所述的燃气涡轮系统，其中，所述燃气涡轮系统包括：围绕所述燃气涡轮系统的燃烧器、所述冷却歧管和所述膨胀区段设置的压缩机排放壳，其中所述压缩机排放壳构造成接收压缩的空气流，且将所述压缩的空气流引导至所述燃烧器，所述压缩机排放壳构造成将所述冷却流、所述压缩的空气流和所述排出气体与所述压缩机排放壳周围的外部环境隔离开。附图说明在参照附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的标号表示附图各处相似的部分，在附图中：图1为燃气涡轮系统和用于改善排气能量回收的系统的实施例的框图；图2为燃气涡轮系统和改善的排气能量回收系统的实施例的径向截面视图；图3为通过柯恩达吹送孔/槽口呈现出柯恩达效应的燃气涡轮系统的实施例的框图；图4为使用来自排气能量回收系统中的压缩机的压缩空气的燃气涡轮系统的实施例的框图；图5为使用来自排气能量回收系统中的下游过程的压缩空气的燃气涡轮系统的实施例的框图；图6为燃气涡轮系统的燃气涡轮的膨胀区段和扩散器区段的实施例的透视图；图7为燃气涡轮系统的燃气涡轮的膨胀区段和扩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：涡轮，包括：构造成使排气流沿下游方向膨胀的膨胀区段，其中所述膨胀区段包括多个级；以及在所述膨胀区段下游联接的扩散器区段，其中所述扩散器区段构造成沿排气通路接收所述排气流且沿壁接收激励流，且所述扩散器区段包括：包括内表面的所述壁，其中所述壁围绕所述排气通路设置；以及在所述膨胀区段的所述多个级的末级处或下游设置在所述壁中的激励端口，其中所述激励端口构造成沿所述壁的内表面引导所述激励流以沿所述壁激励边界层，且所述激励流的第一压力高于所述激励端口处的排气流的第二压力。

【技术特征摘要】
2015.05.08 US 14/7079381. 一种系统，包括：涡轮，包括：构造成使排气流沿下游方向膨胀的膨胀区段，其中所述膨胀区段包括多个级；以及在所述膨胀区段下游联接的扩散器区段，其中所述扩散器区段构造成沿排气通路接收所述排气流且沿壁接收激励流，且所述扩散器区段包括：包括内表面的所述壁，其中所述壁围绕所述排气通路设置；以及在所述膨胀区段的所述多个级的末级处或下游设置在所述壁中的激励端口，其中所述激励端口构造成沿所述壁的内表面引导所述激励流以沿所述壁激励边界层，且所述激励流的第一压力高于所述激励端口处的排气流的第二压力。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激励流包括蒸汽或二氧化碳。3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括联接至所述涡轮的冷却歧管，其中所述冷却歧管构造成朝围绕所述膨胀区段的所述多个级设置的涡轮壳引导冷却流，且所述激励端口构造成从所述冷却歧管接收所述冷却流的至少一部分作为所述激励流。4. 根据权利要求3所述的系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：MM巴拉迪，A沙米姆，JA科特罗内奥，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US