用于燃气轮机的排气扩压器及其方法技术

本发明专利技术涉及排气扩压器组件（1）、尤其是用于固定式燃气轮机的排气扩压器组件和结合该排气扩压器组件的方法。提出的排气扩压器组件（1）包括纵向轴线（2）、接收涡轮主流气体（5）的扩压器入口（3）、扩压器出口（4）、和扩张的扩压器壁（7），扩压器壁具有可调几何形状并且形成导管以便所述气体（5）经由导管从所述扩压器入口（3）流动到所述扩压器出口（4）。扩压器壁（7）与所述纵向轴线（2）形成扩张角“α”。提出的扩压器组件（1）还包括扩压器几何形状控制装置（9，10），用于通过调节所述扩压器壁（7）的所述扩张角“α”以产生所述气体（5）的附着于所述扩压器壁（7）的结果流场来控制在所述扩压器入口（3）与所述扩压器出口（4）之间的从所述气体（5）的压力回收。

【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、尤其用于在固定的或基于地面的应用中的燃气轮机的排气扩压器。
技术介绍
在燃气轮机中，例如在用在发电装置中的燃气轮机中，排气扩压器用于降低燃气轮机中的排气流动的速度，进而用于从来自末级涡轮的排出气体回收压力。气体速度的减小降低了与排气设备上的流体流动相关的应カ并且通过从排出气体回收压カ从而限制了流动的压头损失而提高了涡轮的性能等级。在排气扩压器中，从排出气体的压カ回收与扩压器的出口/入口面积比成正比，所述面积比控制了末级涡轮之后的有效流动扩压的量。然而，对于给定的扩压器纵向长度而言的高的出口/入口面积比(也就是大的扩压器角度)引起气体的快速扩张，从而导致气体与扩压器壁的流动分离，这又导致借助于扩压器的压カ回收的减小。过去解决与扩压器壁的流动分离的问题的尝试包括使用边界层控制，例如，尤其使用借助于抽吸或吹送、紊流器的边界层控制。实际上，排气扩压器设计成具有在考虑到全负荷时的流动分离的情况下在全负荷时提供最大的压カ回收的面积比。在这种情况下，当燃气轮机在部分负荷下工作时，压カ回收、进而通过涡轮获取的功基本上减小。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于固定式燃气轮机的排气扩压器组件和其方法，以用于在不同的工作负荷下通过减少或消除过多的流动分离来实现较高的压カ回收。上述目的通过根据权利要求1所述的排气扩压器组件和根据权利要求11所述的方法来实现。本专利技术的基本思想是提供一种通过控制扩压器的几何形状来控制排气扩压器中的压カ回收的机构。为此，所提出的排气扩压器组件具有几何形状可变的扩压器壁，这允许对相对于纵向扩压器轴线的扩压器壁的扩张角进行调节，以便产生气体的附着至扩压器壁的结果流场。扩压器壁几何形状的可变性允许提出的扩压器组件对质量流的调整、也就是对工作负荷的调整具有适应性。在一个实施方式中，所述扩压器几何形状控制装置包括设置在所述扩压器壁的表面上的一个或多个致动器，所述ー个或多个致动器适于对所述扩压器壁施加可调节的压力，以作为结果地调节所述扩压器壁的所述扩张角“ a ”。在优选的实施方式中，其中所述ー个或多个致动器适于增大所述扩张角“ a ”以产生超过所述气体与所述扩压器壁的流动分离点的结果流场、并且随后减小所述扩张角“ a ”以使所述气体的流动再次附着于所述扩压器壁，以便产生经过所述扩压器壁的所述气体的基本上紧邻所述流动分离点并在所述流动分离点之前的结果流动。因为压カ回收随着附着的流动的扩展速率(也就是扩张角)的増大而增加，对于任ー给定的质量流速率将流场刚好維持在分离点之前可使在此质量流速率下的压カ回收最大化。在一个实施方式中，提出的扩压器组件还包括压カ探头，所述压カ探头设置在流动通过所述扩压器壁的所述气体的流动路径中，其中，基于在所述扩张角“ a ”的两个逐渐増大的设定值之间的感测压カ的降低来检测所述流动分离点。上述实施方式提供简单的检测流动分离的装置，这是因为在流动分离发生之后，气体流动路径中的压カ急剧地降低。在替选的实施方式中，提出的扩压器组件还包括声波探头，所述声波探头设置在所述扩压器壁内的所述气体的流动路径中以检测所述流动分离点。在又ー实施方式中，通过适于检测局部流动方向的流动显示装置来确定所述流动分离点。在示例性的实施方式中，所述扩压器壁由卷绕成螺旋形形状的一片金属板制成。这种扩压器壁为扩张角的调节提供増加的弾性。在另ー个示例性的实施方式中，所述扩压器壁由卷绕成圆锥形形状的一片金属板制成，该片金属板的边缘能够相对于彼此滑动。上述实施方式提供制造简易性。在又一示例性的实施方式中，所述扩压器壁包括具有矩形横截面的可调节部分，所述扩压器壁在所述可调节部分处通过铰链柔性地附连至固定部分。上述实施方式提供更高的精确度和改善的几何形状控制。在再ー实施方式中，所述扩压器壁具有矩形横截面几何形状，该矩形横截面几何形状通过平板和形成矩形的角部的有角板形成，所述有角板通过所述平板间隔开，并且所述有角板能够在所述平板上滑动，使得能够沿着对角线方向调节所述矩形横截面的形状。这使得能够通过在矩形的角部处放置致动器而沿着矩形的对角线方向均匀地改变扩压器壁的矩形几何形状(維持相同的纵横比)。附图说明以下參照在附图中示出的图示实施方式进ー步地描述本专利技术，附图中图1示出用于燃气轮机的排气扩压器组件的示意图，图2是示出气体的压カ随扩压器几何形状的变化的示例性图示，其还示出了流动分离点。图3是可调几何形状的扩压器壁的第一实施方式的示意图，图4是可调几何形状的扩压器壁的第二实施方式的示意图，图5是可调几何形状的扩压器壁的第三实施方式的示意图，图6是可调几何形状的扩压器壁的第四实施方式的示意图，并且图7是可调几何形状的扩压器壁的第五实施方式的示意图。具体实施例方式现在參照图1，其示出用于固定式燃气轮机的排气扩压器组件I (也称作“扩压器1”)，该固定式燃气轮机例如用在基于地面的应用中的发电装置和机械传动装置中。扩压器I具有入口 3，所述入口具有第一横截面面积A1以用于从末级涡轮部段60接收主流气体。气体5沿着纵向轴线2流动通过由从扩压器入口 3延伸至扩压器出ロ 4的扩张的扩压器壁7限定的导管，其中所述扩压器出ロ具有第二横截面面积A2。扩压器出ロ 4将气体5引导向排气管道80。扩压器壁7通过使气体在入口 3和出口 4之间扩张而从气体回收压力。这减少了气体的总压头损失，因此增加了从气体5获取的功。扩压器壁7与纵向轴线2形成扩张角“a ”。在传统的扩压器中，扩张角通常固定在大约5° -6°。依照所提出的技术，通过控制扩压器壁7的几何形状，也就是通过调节扩张角“ a ”进而调节出口面积A2对入口面积A1的比“R”(其中R=A2A1)来控制从气体5的压カ回收。要理解的是，对于固定长度的扩压器，面积比“R”随着扩张角“ a ”的增大而増大。通常，压カ回收随着扩张角“ a ”或面积比R的増大而增加，直到气体5的流动与扩压器壁7分离。流动分离減少了从气体5的压カ回收。为了实现更高的压カ回收，调节扩张角“ a ”以产生气体5附着至扩压器壁7的结果流动。为此，扩压器壁7具有能够改变角度“ a ”的可调几何形状。以下參照图3-7讨论可调几何形状的扩压器壁的示例性的实施方式。重新參照图1，为了适应产生的出ロ 5的横截面面积A2的变化，在扩压器壁7到排气管道80的连接处提供可变的密封件12。在图示的实施方式中，将ー个或多个致动器9放置在扩压器壁7的表面(内部表面或外部表面)上。在图示的实施方式中，将致动器9放置在扩压器壁7的外部表面上。致动器9例如可包括液压或气动操作的致动器，其通过控制器10进行控制以将可调节的压カ施加到扩压器壁7上从而作为结果地调节扩压器壁7的扩张角“ a ”。如上所述，对于附着的流动，压カ回收随着扩张角“ a ”或面积比“ R”的増大而增加。在优选的实施方式中，通过将扩压器壁7之内的气体5的流场维持在恰好位于流动分离点之前而使压カ回收最大化。为此，控制致动器9以首先増大扩张角“ a ”或面积比“R”而产生超过流动分离点的结果流场。随后，控制致动器9以减小扩张角“ a ”或面积比“R”而使流动再次附着至扩压器壁7并产生在流动分离点之前并且紧邻流动分离点的结果流场。通过放置在气体5的在扩压器壁7之内的流动路径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.26 EP 10007757.71.一种用于固定式燃气轮机的排气扩压器组件(1)，包括-纵向轴线(2)，-扩压器入口( 3 )，用于接收涡轮主流气体(5 )，-扩压器出口(4)，-扩张的扩压器壁(7)，所述扩压器壁具有可调节的几何形状并且形成导管，以便所述气体(5)经由所述导管从所述扩压器入口(3)流动到所述扩压器出口(4)，所述扩压器壁(7)与所述纵向轴线(2)形成扩张角“ α ”，和-扩压器几何形状控制装置(9，10)，用于通过调节所述扩压器壁(7)的所述扩张角 “ α ”以产生所述气体(5)的附着于所述扩压器壁(7)的结果流场来控制在所述扩压器入口 (3 )与所述扩压器出口( 4 )之间的从所述气体(5 )的压力回收。2.根据权利要求1所述的扩压器组件(1)，其中，所述扩压器几何形状控制装置(9，10) 包括设置在所述扩压器壁(7)的表面上的一个或多个致动器(9)，所述一个或多个致动器 (9 )适于对所述扩压器壁(7 )施加可调节的压力，以作为结果地调节所述扩压器壁(7 )的所述扩张角“ α ”。3.根据权利要求2所述的扩压器组件(I)，其中，所述一个或多个致动器(9)适于增大所述扩张角“ α ”以产生超过所述气体(5)与所述扩压器壁(7)的流动分离点的结果流场、 并且随后减小所述扩张角“ α ”以使所述气体(5)的流动再次附着于所述扩压器壁(7)，以便产生经过所述扩压器壁(7)的所述气体(5)的基本上紧邻所述流动分离点并在所述流动分离点之前的结果流动。4.根据权利要求3所述的扩压器组件(1)，还包括压力探头(11)，所述压力探头(11) 设置在所述扩压器壁(7)内的所述气体(5)的流动路径中，其中，基于在所述扩张角“ α ”的两个逐渐增大的设定值之间的感测压力的降低来检测所述流动分离点。5.根据权利要求3所述的扩压器组件(1)，还包括声波探头(11)，所述声波探头(11) 设置在所述扩压器壁(7)内的所述气体(5)的流动路径中以检测所述流动分离点。6.根据权利要求3所述的扩压器组件(I)，其中，通过适于检测局部流动方向的流动显示装置来确定所述流动分离点。7.根据前述权利要求中的任一项所述的扩压器组件(1)，其中，所述扩压器壁(7)由卷绕成螺旋形形状的一片金属板(11)制成。8.根据权利要求1至6中的任一项所述的扩压器组件(1)，其中，所述扩压器壁(7)由卷绕成圆锥形形状的一片金属板(20)制成，该片金属板的边缘(21、22)能够相对于彼此滑动。9.根据权利要求1至6中的任一项所述的扩压...

【专利技术属性】
技术研发人员：博尼·D·马里尼，亚历山大·R·贝克，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：
国别省市：