[發明專利]改進擴散器性能的流對準裝置

在審

• 申請號: 201710226802.8
• 申請日: 2017-01-21
• 公開（公告）號: CN106988806A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: R·舒罕;M·B·欽加帕
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D25/24
• 分類號: F01D25/24;F01D9/04;F01D25/30
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 嚴志軍,傅永霄

技術領域

本發明涉及用于燃氣渦輪的軸流式渦輪，且具體而言涉及渦輪的排氣以及至擴散器的過渡。

背景技術

氣流從軸流式渦輪排出且進入排氣擴散器，排氣擴散器使氣體減速以將氣體中的動能轉化成壓力且將由氣體施加至渦輪出口的靜壓降低至例如低于大氣壓力。渦輪出口或擴散器入口處的靜壓也稱作渦輪出口處的背壓。

渦輪的效率部分地取決于渦輪出口處的背壓。高效的渦輪比低效的渦輪產生更多的功。背壓越低，則渦輪的效率越高。高效的排氣擴散器相比于低效的排氣擴散器在渦輪的出口處產生較低的背壓。因此，排氣擴散器的效率影響渦輪的效率且因此影響由渦輪產生的功的量。

排氣擴散器的性能不僅受通過排氣擴散器的流動通道的幾何形狀的影響。性能也受跨距方面的流動變化(例如，從擴散器的軸向中心至擴散器的徑向外壁的流動變化)影響。特別地，在擴散器入口處的氣體的流動角度(渦流角度)和氣體的總壓的跨距方面的分布在擴散器性能上具有顯著的影響。總壓是排氣的靜壓和動壓頭(即，動能)的和。排氣擴散器將排氣的動能轉化以恢復氣體壓力。

渦輪排氣相對于反向壓力梯度流過排氣擴散器，其中靜壓在擴散器入口處比在擴散器出口處低。同樣，排氣擴散器的壁(諸如，殼壁或輪轂壁)附近的氣流也必須克服壁和移動氣體之間的摩擦。在擴散器的壁附近的氣流中必須有充足的動能以克服反向壓力梯度和壁摩擦。

由于來自護罩和擴散器對接腔的低動量流泄漏、末梢泄漏、末梢護罩堵塞在壁附近產生的顯著的流混合損耗，排氣中的總壓在擴散器的壁附近可降低。如果總壓在殼壁附近變得太弱，壁附近的流的邊界層將不會具有充足的動能以避免層的分離。邊界層是壁附近的氣體層，其受壁摩擦的影響。當總壓在邊界層中太弱時，邊界層中的氣流從壁分離且導致排氣擴散器中的低效。邊界層分離降低擴散器將動能轉化成壓力的效率，且因此增加渦輪出口或擴散器入口處的背壓。

由于殼壁附近存在的混合損耗，很難在擴散器殼壁附近相對于擴散器的跨距中點維持高的總壓。來自渦輪殼的出口之間的對接腔的低速泄漏以及末梢泄漏流過渦輪的末級，其具有與排出渦輪的高速排氣和排氣中的渦流顯著不同的流動方向。

發明內容

為了抑制擴散器的入口處的邊界層分離，導葉已經增加至環繞渦輪的末級的渦輪罩殼。導葉定向成使護罩和輪葉的末梢之間泄漏的燃燒氣體轉向。泄漏氣體朝離開輪葉的末級的后緣的燃燒氣體的流動方向轉向。通過使泄漏氣體朝離開渦輪的末級的其它氣體的方向轉向，相比于泄漏氣體未轉向將產生的結果，這些氣體的混合具有較小剪切和較低的總壓損耗。

已經構思且在本文中公開了用于軸流式渦輪的渦輪護罩，其中護罩包括：弓形形狀的護罩節段的環形陣列，各自構造成安裝至渦輪殼的內表面，節段具有與渦輪中的末排渦輪輪葉的末梢對準的弓形密封表面，以及定位在護罩節段中的每一個的內表面上且在通過末排的氣流的方向上在下游的導葉，導葉從內表面朝渦輪的軸線向內延伸。

已經構思且在本文公開了軸流式渦輪，其包括：在渦輪的末級中的成排渦輪輪葉；以及圍繞成排渦輪輪葉形成環面的環形護罩，其中護罩包括渦輪輪葉上的末梢的徑向外側的環形密封表面以及成排渦輪輪葉和環形密封表面的下游的導葉，其中導葉沿密封表面的徑向內側延伸。

技術方案1.一種用于軸流式渦輪的渦輪護罩，所述護罩包括：

弓形形狀的護罩節段的環形陣列，各自構造成安裝至渦輪殼的內表面，所述節段具有與所述渦輪中的末排渦輪輪葉的末梢導軌對準的弓形密封表面，以及

導葉，其定位在所述護罩節段中的每一個的內表面上且在通過所述末排的氣流的方向上在末梢導軌的下游，所述導葉從所述內表面朝所述渦輪的軸線向內延伸。

技術方案2.根據技術方案1所述的渦輪護罩，其中，所述導葉中的每一個布置成關于與所述軸線平行且延伸穿過所述導葉的線成角度，且所述角度在零度到四十度的范圍中。

技術方案3.根據技術方案2所述的渦輪護罩，其中，每個導葉的所述角度構造成使通過所述導葉的氣流朝離開所述渦輪輪葉中的每一個上的空氣動力表面的后緣的氣體的流動方向轉向。

技術方案4.根據技術方案1所述的渦輪護罩，其中，所述導葉圍繞所述渦輪的軸線對稱地布置。

技術方案5.根據技術方案1所述的渦輪護罩，其中，所述導葉是數量上等于所述末排中的所述渦輪葉片的數量和以規則間隔布置中的至少一者，其中所述間隔是半度到五度的范圍中的角度。

技術方案6.根據技術方案1所述的渦輪護罩，其中，所述導葉各自具有所述末排中的輪葉的弦長的十分之一到三分之二之間的軸向長度。