本发明专利技术涉及一种用于燃气轮机（1）的排气扩散器（20），所述排气扩散器具有用于引导扩散流（30）的环形的外壁（28），在所述外壁中设有同心于外壁（28）设置的、用于影响扩散流（30）的环形的导向元件（32）。为了改进排气扩散器（20）的空气动力学效果并且针对燃气轮机的多个运行状态来同时最佳地调整所述排气扩散器而提出，导向元件（32）具有径向向内指向的面（34），所述面具有环绕的、在纵截面中呈凸形的轮廓以用于形成排流元件，并且导向元件（32）能够轴向地在两个位置之间移动，使得所述导向元件（32）在第一位置中实现在导向元件（32）和外壁（28）之间的流动并且在第二位置中尽可能阻止在导向元件（32）和外壁（28）之间的流动。此外，提出一种用于运行燃气轮机（1）的方法，其中为了降低空气动力学损失并且提高压力恢复，在质量流增大的情况下将导向元件（32）朝第二位置的方向移动或者直至移动至第二位置中并且/或者在减小质量流的情况下将导向元件（32）朝第一位置的方向移动或者直至移动至第一位置中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于燃气轮机的排气扩散器，其具有用于引导扩散流的环形的外 壁，在所述扩散流中设有同心于外壁设置的、用于影响扩散流的环形的导向元件。此外，本 专利技术涉及一种用于运行具有所述类型的排气扩散器的燃气轮机的方法。
技术介绍
长久以来从现有技术中已知燃气轮机和应用于所述燃气轮机的排气扩散器。例 如，从DE19805115A1中已知具有10°和更大的相对大的张角的排气扩散器。所述排气扩散 器通过在扩散通道的中央设有用于延长此外短的燃气轮机毂的在轴向方向上延伸的导向 体来达到大的张角。通过应用导向体将排气扩散器构成为环形扩散器。由此，避免在燃气 轮机毂之后的回流区的更大的区域，这对排气扩散器的效率产生有利的影响。然而缺点是， 导向体相对长并且因此由于其长度而必须通过附加的支柱来进行支撑。此外，不考虑支承 柱的空气动力学影响。已知的短的燃气轮机毂大多直接地在燃气轮机转子的涡轮侧的轴承之后终止。然 而，所述燃气轮机毂具有尤其大的回流区。当然，短的燃气轮机毂也是尤其价格低廉的。此外，从EP1970539A1中已知一种排气扩散器，其在内部中具有与外壁同心的环 形的导向元件。在此，导向元件构造成，使得在外壁和导向元件之间构成有喷嘴通道，借助 所述喷嘴通道能够加速在壁附近的流动。由此可避免在导向元件的下游、在壁附近的流分 离。然而不会借助于导向元件影响在排气扩散器的中央的流，回流能够出现在所述排气扩 散器的中央处。此外，US5, 209，634A1公开一种具有可调节的毂几何形状的蒸汽轮机斜流式扩散 器以用于调节可穿流的扩散器横截面。此外，寻求避免设置在燃气轮机毂之后的回流区或者最小化其大小的可能性，因 此本身在燃气轮机的部分负载运行中能够达到排气扩散器的大的效率并且能够确保大的 运行可靠性。在下游伸展过远的回流区中存在所述回流区能够到达设置在排气扩散器的下 游的锅炉的危险，这显著地使得所述锅炉的工作方式变差。这即使在那里安装有加力燃烧 室的情况下也导致回火，由此燃气轮机和加力燃烧室的组合运行受到强烈限制。
技术实现思路
本专利技术基于下述目的，提出一种用于燃气轮机的节约空间的排气扩散器，所述排 气扩散器在实现尽可能高的燃气轮机的效率的情况下针对燃气轮机的每种运行状态避免 流分离和回流区并且针对燃气轮机的每种运行状态确保设置在燃气轮机下游的锅炉和加 力燃烧室的可靠运行。本专利技术的另一目的是，为此提出一种用于运行具有排气扩散器的燃 气轮机的方法。针对排气扩散器的目的借助根据权利要求1的特征所述的排气扩散器来实现。针对方法的目的借助根据权利要求8的特征所述的方法来实现。用于燃气轮机的根据本专利技术的排气扩散器具有用于引导扩散流的环形的外壁， 在所述扩散流中设有同心于外壁设置的、用于影响扩散流的环形的导向元件，其中导向 元件的径向向内指向的面具有环绕的、在纵截面中是凸形的轮廓以用于形成排流元件 (Verdrangungselement )，并且导向元件能够轴向地在两个位置之间移动,使得导向 元件在第一位置中实现在导向元件和外壁之间的流动并且在第二位置中阻止在导向元件 和外壁之间的流动。用于运行具有排气扩散器的燃气轮机的根据本专利技术的方法提出，在穿流过燃气轮 机的质量流增大的情况下，导向元件朝着第二位置的方向移动或者移动至第二位置中，并 且/或者在减小质量流的情况下，导向元件朝着第一位置的方向移动或者移动至第一位置 中。本专利技术基于下述知识，在热天和在燃气轮机部分负载运行时出现的小质量流的情 况下，质量流的主要份额在燃气轮机的排气扩散器中朝外、即朝着外壁转移，使得造成在毂 之后的极其显著的并且长的回流区。在例如在冷天或者在满负载运行中出现的大质量流的 情况下，质量流的主要份额更容易向内、即朝着毂或者中央转移。由此降低流在外壁附近的 比例，这能够引起在外壁处的流分离。因此整体上期望的是，使在排气扩散器之内的质量流 分布均匀。然而，为了均匀化而必须根据燃气轮机的运行状态来将质量流更多地朝着外壁转 移或者朝着排气扩散器的中央转移。为了实现上述内容，本专利技术以不可预见的方式将两种 措施组合。为了向外移动质量流，导向元件构造成是可轴向移动的，由此能够调节导向元件 和外壁之间的间距。随着间距的增大，能够将更大比例的流朝向外壁偏转，这降低在壁附近 的流分离的可能性。此外，导向元件在其向内指向的面上具有环绕的、在纵截面中凸形的轮 廓以用于形成排流元件。由此，环形的导向元件的内部轮廓得到拉瓦尔(Laval)喷管的形 状。这导致，由导向元件俘获的扩散流更多地朝着毂或者扩散器中央偏转。导向元件的圆 形开口的相对面积份额相较于排气扩散器本身的与位置相关的可穿流的横截面越大，这就 越适用。在设置在第二位置中的导向元件中，——所述导向元件贴靠在外壁上——，排气 扩散器的横截面积相当于导向元件的横截面积。因此，比例等于I。通过在排气流的下游 的方向上轴向地移动导向元件，排气扩散器的可穿流的横截面——在导向元件的入流横截 面积所在的轴向位置上的横截面——增大，相反地，导向元件的入流横截面积保持不变。由 此降低横截面积的相对比——比例下降到I之下——，使得收缩作用随着导向元件和外壁 之间的间距增大而降低，这也是期望的，因为在该情况下，与朝着排气扩散器的中央转移相 比，流的份额应当更多地朝着外壁转移。因此，本专利技术基于未预料到的认知，即尽管应用向内指向的收缩部但可以增强在 壁附近的流。因此，借助根据本专利技术的解决方案能够与质量流的大小无关地改进排气扩散 器的效率，因为尽可能地避免了归因于相对大的回流区或者基于在壁附近的流分离的空气 动力学损失。在从属权利要求中说明有利的设计方案。根据第一有利的设计方案，当导向元件设置在第二位置中时，排流元件设置在排 气扩散器的下述轴向部段中，设置在排气扩散器中央的毂体终止于所述轴向部段中。由于设置在中央的毂体的端部而在毂体的湍流区域中形成回流区，所述回流区能够借助于设置 在导向元件上的收缩部来缩短。然而，为此需要的是，收缩部轴向直接地位于毂体的端部的 下游。必须避免在毂体的端部和收缩部的轴向位置之间的过大的轴向间距，由此收缩部也 实现期望的空气动力学效果，即将流份额朝中央转移，也就是说朝着排气扩散器的流中心 转移。优选地，能够将导向元件的径向向外指向的面以面接触的方式贴靠在外壁的部段 上。通过将导向元件面接触地贴靠在外壁上而有效地避免在壁附近最小的间隙流，因为导 向元件特别紧密地贴靠在外壁上。因此，有效地避免其大小过小进而避免无效的壁流。根据另一有利的扩展方案，导向元件经由沿着外壁的周边分布的肋支承。该布置 实现用于支承导向元件的简单的构造。根据前述设计方案的第一变型形式，肋刚性地固定 在外壁上，其中在每个肋的内部端部上设有用于轴向移动导向元件的驱动器。有利地，为此 设有可在两侧加载的液压活塞，借助所述液压活塞能够相对于肋进而也相对于外壁轴向地 移动导向元件。所述第一变型形式具有能够将肋和导向元件在其尺寸方面刚性地构成的优 点。这就是说，导向元件的直径和肋的长度都不必须是可变的，以便能够确保导向元件的可 移动性。根据第二变型形式，肋分别铰接在外壁和导向元件上，其中铰接件的旋转轴线在 排气扩散器的切线方向上延伸。所述设计方案提供下述优点本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.15 EP 10007333.71.用于燃气轮机(I)的排气扩散器(20)，所述排气扩散器具有用于引导扩散流(30)的环形的外壁(28)，在所述外壁中设有同心于所述外壁(28)设置的、用于影响所述扩散流(30)的环形的导向元件(32)，其中所述导向元件(32)能够轴向地在两个位置之间移动， 其特征在于，所述导向元件(32)的径向向内指向的面(34)具有环绕的、在纵截面中呈凸形的轮廓以用于形成排流元件，并且所述导向元件(32)在第一位置中实现在导向元件(32)和外壁(28)之间的流动，并且在第二位置中阻止在导向元件(32)和外壁(28)之间的流动。2.根据权利要求1所述的排气扩散器(20)，其中，当所述导向元件(32)设置在所述第二位置中时，所述排流元件设置在所述排气扩散器(20 )的下述轴向部段中，设置在所述排气扩散器(20 )的中央的毂体(26 )轴向地终止在所述轴向部段中。3.根据权利要求2所述的排气扩散器(20)，其中所述导向元件(32)的径向向外指向的面能够面...
【专利技术属性】
技术研发人员：马克·布勒克，托比亚斯·布哈尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：
国别省市：
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