[發明專利]渦輪排氣結構及燃氣輪機

有效

• 申請號: 201280015503.5
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN103459781A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 北川仁志;坂元康朗;伊藤榮作
• 申請（專利權）人: 三菱重工業株式會社
• 主分類號: F01D25/30
• 分類號: F01D25/30;F02C7/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 蘇卉;車文

技術領域

本發明例如在對壓縮后的高溫高壓空氣供給燃料而使其燃燒，并將所產生的燃燒氣體向渦輪供給而獲得旋轉動力的燃氣輪機中，涉及一種在渦輪的后部配置的渦輪排氣結構以及適用該渦輪排氣結構的燃氣輪機。

背景技術

燃氣輪機由壓縮機、燃燒器、渦輪構成，利用壓縮機壓縮從空氣導入口導入的空氣，由此形成高溫高壓的壓縮空氣，利用燃燒器對該壓縮空氣供給燃料而使其燃燒，高溫高壓的燃燒氣體驅動渦輪，從而驅動與該渦輪連接的發電機。在這種情況下，渦輪在機室內交替地配置有多個靜葉片及動葉片，利用燃燒氣體來驅動動葉片，由此驅動與發電機連接的輸出軸旋轉。并且，驅動渦輪后的燃燒氣體（排氣）的能量通過排氣擴散器逐漸轉換成壓力后向大氣排放，以避免產生損失。

在如此構成的燃氣輪機的渦輪中，排氣擴散器以其流路面積從渦輪出口即擴散器入口朝向排氣的流動方向擴大的方式構成，能夠使利用渦輪回收了動力之后的排氣減速而使壓力恢復。

作為具有這種排氣擴散器的燃氣輪機，例如記載于下述專利文獻1中。

專利文獻1：日本特開2009-203871號公報

發明內容

于是，在上述的排氣擴散器中，當通過排氣的減速而使壓力恢復量增大時，渦輪效率提高而提高了燃氣輪機的性能。為了增大該排氣擴散器的壓力恢復量，與入口的流路面積相比增大出口流路面積是有效的。然而，在排氣擴散器中，當與入口的流路面積相比而急劇增大出口流路面積時，在排氣擴散器的外周側的壁面附近、中心側的壁面附近等，排氣流被剝離，壓力恢復量減小。另一方面，在排氣擴散器中，當與入口的流路面積相比而出口流路面積未急劇增大時，排氣擴散器的長度方向（排氣的流動方向）的長度變大，從而導致排氣擴散器的大型化。

本發明用于解決上述問題，目的在于提供一種通過進行高效的排氣的壓力恢復而能夠提高渦輪效率、提高性能的渦輪排氣結構及燃氣輪機。

用于實現上述目的的本發明的渦輪排氣結構設置呈圓筒形狀而構成燃燒氣體通路的殼體，在上述殼體上連接呈圓筒形狀而構成排氣通路的排氣擴散器，上述渦輪排氣結構的特征在于，在上述排氣擴散器上設置壓力損失體。

因此，通過在排氣擴散器上設置壓力損失體，從燃燒氣體回收動力而向排氣擴散器流動的排氣由壓力損失體對其流動狀態進行整流而均勻化，排氣擴散器的壁面附近的排氣的剝離難以發生，因此此處的壓力恢復量增加，進行高效的排氣的壓力恢復，由此能夠提高渦輪效率而提高性能。

在本發明的渦輪排氣結構中，上述壓力損失體具有多孔部件，該多孔部件配置于上述排氣擴散器的排氣通路中。

因此，通過由配置于排氣通路的多孔部件構成壓力損失體，不僅能夠進行高效的排氣的壓力恢復，而且能夠簡化結構并提高排氣擴散器的剛性。

在本發明的渦輪排氣結構中，其特征在于，上述壓力損失體具有傳熱管，該傳熱管在排氣與在該傳熱管的內部流動的熱交換介質之間進行熱交換。

因此，通過由傳熱管構成壓力損失體，能夠進行高效的排氣的壓力恢復，并且能夠有效地回收排氣所具有的熱能。

在本發明的渦輪排氣結構中，其特征在于，上述壓力損失體將上述排氣擴散器的徑向的外側及內側中的至少任一方的壓力損失設定得比徑向的中間側的壓力損失小。

因此，在排氣擴散器中流動的排氣從壓力損失大的徑向的中間側向壓力損失小的徑向的外側、內側流動，能夠抑制排氣擴散器的壁面附近的排氣的剝離，增加壓力恢復量。

在本發明的渦輪排氣結構中，其特征在于，該渦輪排氣結構設置沿著徑向貫通上述排氣擴散器的支撐結構體，上述壓力損失體配置得比上述支撐結構體靠排氣的流動方向的下游側。

因此，通過將壓力損失體配置于排氣容易從壁面附近剝離的支撐件的下游側，能夠有效地抑制排氣從排氣擴散器的壁面附近的剝離。

另外，本發明的燃氣輪機利用燃燒器向由壓縮機壓縮后的壓縮空氣供給燃料而進行燃燒，將所產生的燃燒氣體向渦輪供給，由此獲得旋轉動力，上述燃氣輪機的特征在于，上述渦輪構成為，在呈圓筒形狀的殼體內將靜葉片體和動葉片體沿著燃燒氣體的流動方向交替配置，在上述殼體上連接呈圓筒形狀的排氣擴散器，在上述排氣擴散器上設置壓力損失體。

因此，通過在排氣擴散器設置壓力損失體，從燃燒氣體回收動力而向排氣擴散器流動的排氣由壓力損失體對其流動狀態進行整流而均勻化，排氣擴散器的壁面附近的排氣的剝離難以發生，因此此處的壓力恢復量增加，進行高效的排氣的壓力恢復，由此能夠提高渦輪效率，從而提高燃氣輪機的性能。

發明效果