專利名稱：尖部流道輪廓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此公開的主題涉及在渦輪的出口與擴(kuò)散器的入口之間的接口處的尖部流道輪廓。
背景技術(shù)：
在渦輪中，高能流體沿通路流動，在該通路處高能流體與布置在變化的渦輪級處的渦輪動葉(bucket)相互作用，以產(chǎn)生渦輪動葉繞轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械能。流體最終離開通路并進(jìn)入擴(kuò)散器，其設(shè)置在最后的渦輪級的下游。擴(kuò)散器用于調(diào)節(jié)流體流，該流體流然后朝設(shè)置在擴(kuò)散器的下游的諸如熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)的附加裝備引導(dǎo)。現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪的趨勢尤其地朝著提高流體的排氣能量和速度。這在很大程度上是由于通過提高質(zhì)量流而提高功率輸出的需要，但是最后的渦輪級的渦輪動葉的材料和機(jī)械限制常常指示，渦輪出口環(huán)形面積可能不能夠與需求相關(guān)的所需質(zhì)量流的增加等同地增長。為了彌補(bǔ)該差異，于是需要頻繁地增大渦輪排氣動能，這將降低燃?xì)鉁u輪效率，除非可在擴(kuò)散器中回收動能。較大面積比的擴(kuò)散器將允許回收較多的動能，而且將縮小可操作性范圍，其限定為擴(kuò)散器在其中良好運(yùn)行的區(qū)域。當(dāng)擴(kuò)散器沒有良好運(yùn)行時，朝下游裝備移動的不均勻的流體流引起對該裝備的損傷的危險。例如，在裝備為HRSG的情況下，不均勻的流體流導(dǎo)致HRSG的振動和劣化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種設(shè)備，該設(shè)備包括渦輪，其包括殼體和渦輪動葉，渦輪動葉具有接近殼體的尖部和相對于通過渦輪的流體流動方向限定的后緣；以及擴(kuò)散器， 其限定在中心表面與殼體的下游區(qū)段之間，擴(kuò)散器流體地聯(lián)接至渦輪并設(shè)置在后緣的下游，在距后緣大約0. 5倍在尖部處測量的渦輪動葉弦長的范圍內(nèi)，殼體的下游區(qū)段的傾斜 (slope)相對于尖部的傾斜成至少6度的角度，以及中心表面和殼體的下游區(qū)段從后緣起至少大致平行或偏離。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種設(shè)備，該設(shè)備包括渦輪，其包括殼體和渦輪動葉，渦輪動葉具有接近殼體的尖部和相對于通過渦輪的流體流動方向限定的后緣；以及擴(kuò)散器，其流體地聯(lián)接至渦輪并設(shè)置在后緣的下游，擴(kuò)散器形成為限定從后緣起并在殼體的下游區(qū)段內(nèi)的擴(kuò)散器流道，擴(kuò)散器流道具有從后緣起至少不遞減的橫截面積，在距后緣大約0. 5倍在尖部處測量的渦輪動葉的渦輪動葉弦長的范圍內(nèi)，殼體的下游區(qū)段的傾斜相對于尖部的傾斜成至少6度的角度。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種設(shè)備，該設(shè)備包括渦輪，其包括平臺、殼體和渦輪動葉，渦輪動葉具有聯(lián)接至平臺的轂部、接近殼體的尖部和相對于通過渦輪的流體流動方向限定的后緣；以及擴(kuò)散器，其限定在中心表面與殼體的下游區(qū)段之間，擴(kuò)散器流體地聯(lián)接至渦輪并設(shè)置在后緣的下游，如下情形中的至少一個或多個在距后緣大約0. 5倍在轂部處測量的渦輪動葉弦長的范圍內(nèi)，轂部的傾斜相對于中心表面的傾斜成至少6度的角度；和在距后緣大約0. 5倍在尖部處測量的渦輪動葉弦長的范圍內(nèi)，殼體的下游區(qū)段的傾斜相對于尖部的傾斜成至少6度的角度，以及中心表面和殼體的下游區(qū)段從后緣起至少大致平行或偏離。這些及其它的優(yōu)點(diǎn)和特征將從以下結(jié)合附圖的說明變得更加明顯。


視為本發(fā)明的主題在說明書的結(jié)尾處的權(quán)利要求中特別地指出并明確地要求保護(hù)。本發(fā)明的前述及其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明顯現(xiàn)，其中圖1是處于變化負(fù)載的擴(kuò)散器性能的圖解說明；以及圖2是根據(jù)實(shí)施例的渦輪和擴(kuò)散器的側(cè)視圖；圖3是根據(jù)替代性實(shí)施例的渦輪和擴(kuò)散器的側(cè)視圖；以及圖4是根據(jù)另一實(shí)施例的渦輪和擴(kuò)散器的側(cè)視圖。詳細(xì)說明參考附圖作為示例解釋本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。部件列表
10設(shè)備
20潤輪
21環(huán)形平臺
22環(huán)形殼體
23流體通道
24上游區(qū)段
25渦輪出口
26中間級
27末級
28中間級渦輪動葉
29末級渦輪動葉
30轂部
31翼型區(qū)段
32尖部
33后緣
40擴(kuò)散器
41中心表面
42下游區(qū)段
43擴(kuò)散器流道
45=HRSG
具體實(shí)施方式
參考圖1，提供了處于變化負(fù)載的擴(kuò)散器性能的圖解說明。如圖1所示，擴(kuò)散器出口速度保持在較低速度，其中當(dāng)渦輪以中間負(fù)載百分比運(yùn)轉(zhuǎn)時，擴(kuò)散器性能較好地運(yùn)行。在諸如全速空載(FSNL)狀態(tài)的部分負(fù)載狀態(tài)下，渦輪的出口流剖面的特征為特別低的轂部速度和較高的尖部速度，并且在特定的部分負(fù)載狀態(tài)下，擴(kuò)散器轂部邊界層將分開并導(dǎo)致降低的性能和越來越不均勻的并且尖部較強(qiáng)的擴(kuò)散器出口流。相反，在較高的負(fù)載狀態(tài)下， 相反的效果出現(xiàn)并導(dǎo)致不均勻的轂部較強(qiáng)的出口流。根據(jù)多個方面，提供一種轂部流道輪廓，其具有接近末級動葉和下游擴(kuò)散器的入口的凹曲度。凹曲度引起靜壓的局部提高，這將導(dǎo)致動葉在轂部壁的緊接的附近具有降低的功提取。該降低的功提取引起徑向速度分布，該徑向速度分布的特征為流體以靠近轂部壁局部較高的速度進(jìn)入擴(kuò)散器。該“激勵的”轂部邊界層可在不分開的情況下支持更強(qiáng)的擴(kuò)散，從而允許使用較大面積比的擴(kuò)散器，導(dǎo)致改善的性能。在渦輪殼體上可提供相似的尖部流道輪廓，以同樣地提供用于激勵的尖部邊界層。因此，根據(jù)多個方面并如圖1所示，擴(kuò)散器的運(yùn)行良好區(qū)可朝全速空載區(qū)(FSNL)和全速滿載(FSFL)區(qū)擴(kuò)展。參考圖2和3，提供設(shè)備10，該設(shè)備10包括渦輪20和擴(kuò)散器40。渦輪20包括環(huán)形平臺21和環(huán)形殼體22，該環(huán)形殼體22周邊地圍繞環(huán)形平臺21以限定流體通道23，流體從上游區(qū)段M沿著流體通道23流至渦輪出口 25并流過該渦輪出口 25。渦輪20可相對于沿著流體通道23的流體流動方向分級地順序布置，諸如中間級沈和末級27。在每一級處， 諸如中間級渦輪動葉28和末級渦輪動葉四的渦輪動葉排周向地圍繞環(huán)形平臺21布置。末級渦輪動葉四包括聯(lián)接至環(huán)形平臺21的外徑向區(qū)段的轂部30、具有與流過流體通道23的流體相互作用的翼型形狀并從轂部30徑向延伸的翼型區(qū)段31、和尖部32。尖部32設(shè)置在翼型區(qū)段31的遠(yuǎn)端處，并接近環(huán)形殼體22的內(nèi)表面。末級渦輪動葉四還包括相對于沿著流體通道23的流體流動方向沿轂部30、翼型區(qū)段31和尖部32的后側(cè)限定的后緣33。在每一級處的相應(yīng)排中的每個渦輪動葉大致如上所述地形成的情況下，機(jī)械能可源自在每級處的渦輪動葉由沿著流體通道23流動的流體與渦輪動葉的相互作用所引起的旋轉(zhuǎn)。擴(kuò)散器40限定在中心表面41與殼體22的下游區(qū)段42之間，該中心表面41可以是擴(kuò)散器中心體的外部面向表面。擴(kuò)散器40流體地聯(lián)接至渦輪20，并設(shè)置在末級渦輪動葉四的后緣33的下游。因此，當(dāng)流體在末級渦輪動葉四的后緣33上流動并流過該后緣 33時，流體離開渦輪20并進(jìn)入擴(kuò)散器40。在擴(kuò)散器40內(nèi)，流體沿擴(kuò)散器流道43流動，由此流體流被調(diào)節(jié)用于例如在熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)45中在下游的進(jìn)一步使用。如圖2所示，在轂部30與環(huán)形平臺21之間的轂部界線50處限定的轂部30的傾斜可相對于中心表面41的傾斜以至少6度扭曲(kink)或成角度。扭曲或成角度可出現(xiàn)在后緣33處或者至少在距后緣33大約0. 5倍渦輪動葉弦長^的范圍內(nèi)。弦長凡在轂部30 處和/或沿轂部界線50測量。傾斜轂部30與傾斜的中心表面41形成角度α 10根據(jù)實(shí)施例，角度α 在從中心表面41的平面測量時大于或等于6度，并且尤其地可以是大約10度或更大。此外，中心表面41和殼體22的下游區(qū)段42在從后緣33觀察并向下游前進(jìn)通過擴(kuò)散器40時至少大致平行或相互偏離。也就是說，擴(kuò)散器40可以是較大面積比的擴(kuò)散器，并且擴(kuò)散器流道43可具有至少從后緣33起不遞減的橫截面積，并且在某些情況下可具有從后緣33起增大的橫截面積。如圖3所示，殼體22的下游區(qū)段42的傾斜可相對于尖部32的傾斜以至少6度扭曲或成角度，尖部32的傾斜沿尖部32的徑向遠(yuǎn)端軸向地限定。扭曲或成角度可出現(xiàn)在后緣33處或至少在距后緣33大約0. 5倍渦輪動葉弦長I；的范圍內(nèi)。弦長IY在尖部32處測量。傾斜的下游區(qū)段42與傾斜的尖部32形成角度α 2。根據(jù)實(shí)施例，角度α 2在從尖部32的平面測量時大于或等于6度，并且尤其地可以是大約10度或更大。此外，中心表面 41和殼體22的下游區(qū)段42在從后緣33觀察并向下游前進(jìn)通過擴(kuò)散器40時至少大致平行或相互偏離。也就是說，擴(kuò)散器40可以是較大面積比的擴(kuò)散器，并且擴(kuò)散器流道43可具有至少從后緣33起不遞減的橫截面積，并且在某些情況下可具有從后緣33起增大的橫截面積。參考圖4并根據(jù)附加的實(shí)施例，可結(jié)合以上參考圖2和3描述的特征。也就是說， 轂部30與平臺21之間的界線的傾斜可相對于中心表面41的傾斜扭曲或成角度，殼體22 的下游區(qū)段42的傾斜可相對于尖部32的傾斜扭曲或成角度。該扭曲或成角度可出現(xiàn)在距后緣33大約0. 5倍分別測量于轂部30和尖部32處的渦輪動葉弦長的范圍內(nèi)，并且分別可通過由轂部30的界線與中心表面41的傾斜形成角度和通過由殼體22的下游區(qū)段42與尖部32的傾斜形成角度而形成。如上所述，在如上所述地測量的情況下，每個的扭曲或成角度可大于或等于6度，并且尤其地可以是大約10度或更大。此外，中心表面41和殼體22 的下游區(qū)段42在從后緣33觀察并向下游前進(jìn)通過擴(kuò)散器40時至少大致平行或相互偏離。在轂部30、尖部32或兩者處的扭曲或成角度可提高接近于后緣33在中心表面41 處和在殼體22的下游區(qū)段42處的靜壓和總壓。結(jié)果，在擴(kuò)散器40內(nèi)更下游的位置處，靜壓可以是大致均勻的。因此，可避免或顯著減少對HRSG 45或任何其它裝備的損傷。盡管只結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但應(yīng)容易理解的是，本發(fā)明不局限于這樣公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明可變型，以結(jié)合在此以前沒有描述、但與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)脑S多變體、變更、替換或等同布置。另外，盡管已描述本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明的方面可僅包括描述的實(shí)施例中的一些。因此，本發(fā)明不視為受前述說明限制，而是僅受所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備(10)，包括渦輪(20)，其包括殼體和渦輪00)動葉，所述渦輪00)動葉具有接近所述殼體的尖部 (32)和相對于通過所述渦輪OO)的流體流動方向限定的后緣(3 ；以及擴(kuò)散器(40)，其限定在中心表面與所述殼體的下游區(qū)段0 之間，所述擴(kuò)散器 (40)流體地聯(lián)接至所述渦輪00)并設(shè)置在所述后緣(3 的下游，在距所述后緣(33)大約0.5倍在所述尖部(32)處測量的渦輪00)動葉弦長的范圍內(nèi)，所述殼體的下游區(qū)段0 的傾斜相對于所述尖部(3 的傾斜成至少6度的角度，以及所述中心表面Gl)和所述殼體的下游區(qū)段0 從所述后緣(3 起至少大致平行或偏離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其特征在于，所述渦輪OO)動葉包括末級(XT) 渦輪OO)動葉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其特征在于，所述尖部(3 的傾斜沿所述尖部 (32)的徑向遠(yuǎn)端軸向地限定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其特征在于，所述殼體的下游區(qū)段0 的傾斜與所述尖部(3 的傾斜之間的差為大約10度或更大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其特征在于，所述中心表面和所述殼體的下游區(qū)段0 從所述后緣(3 起偏離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其特征在于，還包括裝備，其包括熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) (45)并且設(shè)置在所述擴(kuò)散器GO)的下游，所述流體從所述擴(kuò)散器GO)流至所述裝備。
7.一種設(shè)備(10)，包括渦輪(20)，其包括殼體和渦輪OO)動葉，所述渦輪OO)動葉具有接近所述殼體的尖部 (32)和相對于通過所述渦輪OO)的流體流動方向限定的后緣(3 ；以及擴(kuò)散器(40)，其流體地聯(lián)接至所述渦輪OO)并設(shè)置在所述后緣(33)的下游，所述擴(kuò)散器GO)形成為限定從所述后緣(3 起并在所述殼體的下游區(qū)段0 內(nèi)的擴(kuò)散器GO) 流道，所述擴(kuò)散器GO)流道具有從所述后緣(3 起至少不遞減的橫截面積，在距所述后緣(3 大約0.5倍在所述尖部(3 處測量的所述渦輪OO)動葉的渦輪 (20)動葉弦長的范圍內(nèi)，所述殼體的下游區(qū)段G2)的傾斜相對于所述尖部(32)的傾斜成至少6度的角度。
8.一種設(shè)備(10)，包括渦輪(20)，其包括平臺、殼體和渦輪OO)動葉，所述渦輪OO)動葉具有聯(lián)接至所述平臺的轂部(30)、接近所述殼體的尖部(3 和相對于通過所述渦輪OO)的流體流動方向限定的后緣(33)；以及擴(kuò)散器(40)，其限定在中心表面與所述殼體的下游區(qū)段0 之間，所述擴(kuò)散器 (40)流體地聯(lián)接至所述渦輪OO)并設(shè)置在所述后緣(3 的下游，如下情形中的至少一個或多個在距所述后緣(33)大約0. 5倍在所述轂部(30)處測量的渦輪OO)動葉弦長的范圍內(nèi)，所述轂部(30)的傾斜相對于所述中心表面Gl)的傾斜成至少6度的角度；和在距所述后緣(3 大約0. 5倍在所述尖部(3 處測量的渦輪OO) 動葉弦長的范圍內(nèi)，所述殼體的下游區(qū)段G2)的傾斜相對于所述尖部(32)的傾斜成至少6度的角度，以及所述中心表面Gl)和所述殼體的下游區(qū)段0 從所述后緣(3 起至少大致平行或偏離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備(10)，其特征在于，所述渦輪00)動葉包括末級(XT) 渦輪00)動葉。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備(10)，其特征在于，還包括裝備，其包括熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) (45)并且設(shè)置在所述擴(kuò)散器GO)的下游，所述流體從所述擴(kuò)散器GO)流至所述裝備。
全文摘要
本發(fā)明涉及尖部流道輪廓。提供設(shè)備(10)，該設(shè)備(10)包括渦輪(20)，其包括殼體和渦輪(20)動葉，渦輪(20)動葉具有接近殼體的尖部(32)和相對于通過渦輪(20)的流體流動方向限定的后緣(33)；以及擴(kuò)散器(40)，其限定在中心表面(41)與殼體的下游區(qū)段(42)之間，擴(kuò)散器(40)流體地聯(lián)接至渦輪(20)并設(shè)置在后緣(33)的下游，在距后緣(33)大約0.5倍在尖部(32)處測量的渦輪(20)動葉弦長的范圍內(nèi)，殼體的下游區(qū)段(42)的傾斜相對于尖部(32)的傾斜成至少6度的角度，以及中心表面(41)和殼體的下游區(qū)段(42)從后緣(33)起至少大致平行或偏離。
文檔編號F02C7/00GK102373972SQ20111028019
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者C·A·比勒, G·L·塞登 申請人:通用電氣公司