具有廢氣擴(kuò)散器和支撐肋的燃?xì)廨喌闹圃旆椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)(10)，所述燃?xì)廨啓C(jī)具有連接到渦輪單元(24)上的廢氣擴(kuò)散器(21)，所述廢氣擴(kuò)散器的擴(kuò)散器通道(33)由通道壁(40)在外部限界并且在通道壁上設(shè)有多個(gè)向內(nèi)部延伸的用于固定燃?xì)廨啓C(jī)(10)的徑向軸承(51)的中空的支撐肋(35)，其中包括管路的、用于排氣空氣的至少一個(gè)排氣管道(47)在流出側(cè)終止在廢氣擴(kuò)散器(21)上，所述排氣管道的流入側(cè)的端部與燃?xì)廨啓C(jī)(10)的壓縮機(jī)(18)連接。為了尤其在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)至少部分地補(bǔ)償支撐肋(35)的錯(cuò)誤入流而提出，支撐肋(35)在其內(nèi)部端部上具有轂(48)，在所述轂的軸向端部上設(shè)有用于將排氣空氣排放到擴(kuò)散器通道中的另外的開(kāi)口(49)。
【專利說(shuō)明】具有廢氣擴(kuò)散器和支撐肋的燃?xì)廨啓C(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有連接到渦輪單元上的廢氣擴(kuò)散器的燃?xì)廨啓C(jī)，所述廢氣擴(kuò)散器的擴(kuò)散器通道由壁在外部限界并且在所述壁上設(shè)有多個(gè)向內(nèi)部延伸的用于固定燃?xì)廨啓C(jī)的徑向軸承的中空的支撐肋，其中包括管路的、用于排氣空氣的至少一個(gè)排氣管道在流出側(cè)終止在廢氣擴(kuò)散器上，所述排氣管道的流入側(cè)的端部與燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)連接。

【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)和其工作方式非常好地從廣泛可用的現(xiàn)有技術(shù)中已知。所述燃?xì)廨啓C(jī)始終包括廢氣擴(kuò)散器作為廢氣路段的一部分，通過(guò)所述廢氣路段能夠繼續(xù)引導(dǎo)從燃?xì)廨啓C(jī)中流出的廢氣。如果燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)為用于簡(jiǎn)單循環(huán)，英語(yǔ)稱作為Simple Cycle，那么廢氣或者被引向煙道。在復(fù)合循環(huán)發(fā)電廠中(英語(yǔ)也稱作Combined Cycle)，廢氣路段將廢氣引向鍋爐，借助于所述鍋爐將包含在廢氣中的熱能轉(zhuǎn)換成用于蒸汽輪機(jī)的蒸汽。
[0003]廢氣擴(kuò)散器的工作點(diǎn)首先取決于其體積流。所述體積流已知地主要由環(huán)境溫度、壓縮機(jī)入口導(dǎo)向葉片位置以及加熱溫度影響。
[0004]廢氣擴(kuò)散器應(yīng)滿足多個(gè)要求:一方面，在設(shè)計(jì)點(diǎn)中需要最大的壓力回收以實(shí)現(xiàn)最大的效率。同時(shí)，在偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)效率應(yīng)按照可能性僅輕微下降。另一方面，所述廢氣擴(kuò)散器不應(yīng)具有不穩(wěn)定的工作性能，這否則可能由于振動(dòng)激發(fā)而損害發(fā)電廠設(shè)施的機(jī)械整體性。此外，所述廢氣擴(kuò)散器應(yīng)在出口處具有盡可能均勻的速度分布以實(shí)現(xiàn)良好的鍋爐效率。同樣地，有意義的是，當(dāng)工作點(diǎn)在低部分負(fù)荷運(yùn)行期間改變時(shí)，避免突變效應(yīng)。最后，此外，廢氣擴(kuò)散器也應(yīng)構(gòu)造成小的進(jìn)而是低成本的。
[0005]對(duì)于最優(yōu)化的擴(kuò)散器流動(dòng)而言尤其有意義的是，不僅在外壁上、而且也在從廢氣擴(kuò)散器到鍋爐入口的過(guò)渡部上避免分離區(qū)和回流區(qū)。如果所述分離區(qū)和回流區(qū)還是出現(xiàn)，其大小應(yīng)是相對(duì)小的。在光滑的擴(kuò)散器外壁的內(nèi)面上的分離主要通過(guò)過(guò)小的局部流動(dòng)能量造成，所述過(guò)小的局部流動(dòng)能量不能夠抵抗在下游增大的壓力。對(duì)此的原因除了擴(kuò)散器的開(kāi)口角度之外還有在最后的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片級(jí)上的出流并且尤其還有在其葉梢上的溢流?；亓鲄^(qū)能夠必要時(shí)在部分負(fù)荷運(yùn)行中構(gòu)成，尤其是在轂之后和在外壁上。在此，所述回流區(qū)能夠在下游達(dá)到一定范圍，使得甚至在鍋爐入口的區(qū)域中出現(xiàn)朝向這些區(qū)的上游定向的流動(dòng)。在應(yīng)用加力燃燒室時(shí)，能夠通過(guò)回流產(chǎn)生回火，這可能會(huì)限制燃?xì)廨啓C(jī)和加力燃燒室的組合的工作方式。
[0006]為了抵抗這種空氣動(dòng)力學(xué)的現(xiàn)象，已知的是，在燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，將壓縮機(jī)質(zhì)量流的一部分經(jīng)由壓縮機(jī)抽氣裝置和多個(gè)排氣管道直接引向擴(kuò)散器流。在此，排氣管道到擴(kuò)散器中的口部大多在成本方面最優(yōu)化，使得所述口部更確切地說(shuō)以對(duì)角線的方式設(shè)置在擴(kuò)散器的罩面上。此外，通過(guò)在一些環(huán)周部位上排放，在擴(kuò)散器流之內(nèi)出現(xiàn)冷的流束。結(jié)合擴(kuò)散器中的不穩(wěn)定的流動(dòng)，這引起擴(kuò)散器壁的不穩(wěn)定的熱負(fù)荷因此在那里促進(jìn)裂紋形成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有連接到渦輪單元上的廢氣擴(kuò)散器的燃?xì)廨啓C(jī)，所述廢氣擴(kuò)散器能夠抵抗在現(xiàn)有技術(shù)中已知的問(wèn)題。
[0008]意在燃?xì)廨啓C(jī)的目的借助這種根據(jù)權(quán)利要求1的特征的燃?xì)廨啓C(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中給出并且能夠以任意的方式彼此組合。
[0009]根據(jù)本發(fā)明提出，排氣管道的流出側(cè)的端部經(jīng)由支撐肋的空腔與轂流體地連接以將排氣空氣繼續(xù)引導(dǎo)直到轂中并且排氣空氣在轂側(cè)排放，以便減小轂之后的回流區(qū)或者以便作為附壁射束減小必要時(shí)錐形變化的轂端部上的分離趨勢(shì)。
[0010]根據(jù)一個(gè)有利的改進(jìn)形式，排氣管道的流出側(cè)的端部與支撐肋的空腔流體地連接，其中支撐肋具有用于將排氣空氣排放到擴(kuò)散器通道中的開(kāi)口。通過(guò)將排氣空氣引導(dǎo)到后面的星形支承件的支撐肋中并且在支撐肋的后緣上優(yōu)選地排放，排氣空氣能夠有針對(duì)性地用于降低在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)在那么被大程度錯(cuò)誤入流的支撐肋處的分離。此外，以所述方式，由支撐肋形成的星形支承件和其部分一例如其板式包覆件一能夠有針對(duì)性地冷卻。這與額定負(fù)荷運(yùn)行相比能夠?qū)崿F(xiàn)部分負(fù)荷運(yùn)行中的渦輪機(jī)出口溫度的升高，由此在部分負(fù)荷運(yùn)行中又能夠抵抗火焰溫度的降低進(jìn)而抵抗廢氣的CO值的與之關(guān)聯(lián)的升高。
[0011]要注意的是，排氣空氣通過(guò)設(shè)置在支撐肋中的開(kāi)口的排放也能夠與排放無(wú)關(guān)地通過(guò)轂設(shè)置。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]本發(fā)明根據(jù)唯一的附圖來(lái)詳細(xì)闡述。唯一的實(shí)施例示出燃?xì)廨啓C(jī)的部分縱剖圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1示出固定式燃?xì)廨啓C(jī)10的部分縱剖圖。燃?xì)廨啓C(jī)10在內(nèi)部具有圍繞旋轉(zhuǎn)軸線12轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的轉(zhuǎn)子14，所述轉(zhuǎn)子也稱作為渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。沿著轉(zhuǎn)子14依次為抽吸殼體16、軸流式渦輪壓縮機(jī)18、環(huán)面狀的具有多個(gè)彼此旋轉(zhuǎn)對(duì)稱設(shè)置的燃燒器22的環(huán)形燃燒室20、渦輪單元24和渦輪機(jī)排氣殼體26。在燃?xì)廨啓C(jī)10的渦輪輸出殼體26上連接有沒(méi)有進(jìn)一步示出的渦輪廢氣分配器。這兩個(gè)部件是燃?xì)廨啓C(jī)廢氣擴(kuò)散器21的部分。替代環(huán)形燃燒室，燃?xì)廨啓C(jī)也能夠構(gòu)造成具有多個(gè)管形燃燒室。
[0014]軸流式渦輪壓縮機(jī)18包括構(gòu)成為環(huán)形的壓縮機(jī)通道連同在其中級(jí)聯(lián)地依次跟隨的由轉(zhuǎn)子葉片環(huán)和導(dǎo)向葉片環(huán)構(gòu)成的壓縮級(jí)。設(shè)置在轉(zhuǎn)子14上的轉(zhuǎn)子葉片27借助其自由終止的葉身梢部與壓縮機(jī)通道的外部通道壁相對(duì)置。壓縮機(jī)通道經(jīng)由壓縮級(jí)出口擴(kuò)散器36通到集氣室38中。在其中，環(huán)形燃燒室20設(shè)有其燃燒腔28，所述燃燒腔與渦輪單元24的環(huán)形的熱氣體通道30連通。在渦輪單元24中設(shè)置四個(gè)相繼接入的渦輪機(jī)級(jí)32。在轉(zhuǎn)子14上聯(lián)接有發(fā)電機(jī)或做功機(jī)械(分別沒(méi)有示出)。
[0015]在燃?xì)廨啓C(jī)10的渦輪輸出殼體26上連接有渦輪廢氣分配器。這兩個(gè)部件是渦輪機(jī)廢氣擴(kuò)散器21的部分。在渦輪廢氣分配器的下游設(shè)有同樣沒(méi)有進(jìn)一步示出的廢氣氣體系統(tǒng)。所述廢氣氣體系統(tǒng)和潤(rùn)輪機(jī)廢氣擴(kuò)散器21形成廢氣擴(kuò)散器系統(tǒng)。
[0016]在燃?xì)廨啓C(jī)廢氣擴(kuò)散器21中設(shè)有流入側(cè)環(huán)形的擴(kuò)散器通道33，所述擴(kuò)散器通道在徑向外部由錐形的通道壁40限界。在通道壁40上沿著擴(kuò)散器通道33的環(huán)周分布有六個(gè)支撐肋35，在縱剖圖中示出所述支撐肋中的僅一個(gè)支撐肋。也能夠存在其他數(shù)量的支撐肋。每個(gè)支撐肋35在其內(nèi)部都具有支撐部37，所述支撐部通過(guò)板式包覆件39受到保護(hù)以防止與廢氣直接接觸。板式包覆件39具有入流緣41和出流緣43，其中所述入流緣和出流緣在橫截面中類似于壓縮機(jī)葉片的葉身的輪廓以空氣動(dòng)力學(xué)的方式成型。在支撐肋35的內(nèi)部端部上設(shè)置有轂48，所述轂形成用于設(shè)置在內(nèi)部的渦輪側(cè)的徑向軸承51的殼體。雖然存在支撐部37，在板式包覆件39的內(nèi)部還存在空腔45。能夠經(jīng)由排氣管道47將壓縮機(jī)質(zhì)量流的一部分輸送給所述空腔。排氣管道47在此包括三個(gè)管路，其中僅示出一個(gè)管路。也能夠存在多于三個(gè)或更少的管路。沒(méi)有示出的管路沿著燃?xì)廨啓C(jī)10的環(huán)周分布。在每個(gè)管路中還設(shè)有閥作為用于關(guān)閉和部分地或完全地打開(kāi)管路的執(zhí)行機(jī)構(gòu)46。所有管路將壓縮機(jī)18或集氣室38與空腔45連接在一起，以便將排氣空氣輸送給所述空腔。
[0017]在支撐肋35的流出緣43中和/或在支撐肋(35)的凸?fàn)畹某槲鼈?cè)的下游區(qū)域中設(shè)有多個(gè)開(kāi)口 49，經(jīng)由所述開(kāi)口能夠?qū)⑤斔徒o支撐肋35的排氣空氣引入到擴(kuò)散器通道33中。也能夠與支撐肋35中是否存在開(kāi)口 49無(wú)關(guān)地在轂48中設(shè)有開(kāi)口 49以用于排放排氣空氣。尤其地，后一種設(shè)計(jì)方案適合于避免在轂48的下游的回流區(qū)。
[0018]在燃?xì)廨啓C(jī)10運(yùn)行時(shí)，軸流式壓縮機(jī)18通過(guò)抽吸殼體16將環(huán)境空氣34作為要壓縮的介質(zhì)抽吸并且將所述環(huán)境空氣壓縮。壓縮空氣通過(guò)壓縮機(jī)輸出端擴(kuò)散器36引導(dǎo)到集氣室38中，從那里開(kāi)始流入到燃燒器22中。經(jīng)由燃燒器22，燃料也到達(dá)燃燒腔28中。在那里，燃料在添加壓縮空氣的情況下燃燒生成熱氣體M。熱氣體M隨后流動(dòng)到熱氣體通道30中，在那里以做功的方式在渦輪單元24的渦輪機(jī)葉片上膨脹。在此期間釋放的能量由轉(zhuǎn)子14接收并且一方面用于驅(qū)動(dòng)軸流式壓縮機(jī)18并且另一方面用于驅(qū)動(dòng)做功機(jī)械或發(fā)電機(jī)。
[0019]燃?xì)廨啓C(jī)10的運(yùn)行設(shè)計(jì)成，使得在額定負(fù)荷運(yùn)行中僅有對(duì)于避免廢氣進(jìn)入到開(kāi)口 49中而言所必需量的排氣空氣從開(kāi)口 49中流出。如果燃?xì)廨啓C(jī)所輸出的功率降低到預(yù)定值下，那么設(shè)置在排氣管道47中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)46更大程度打開(kāi)，使得排氣質(zhì)量流明顯增大。預(yù)定值例如能夠是燃?xì)廨啓C(jī)額定功率的80%、70%、50%或也能夠是其他百分比。通過(guò)所述措施，一方面能夠避免支撐肋35上的分離，所述分離在部分負(fù)荷運(yùn)行中可能由于因?yàn)闇p小的廢氣質(zhì)量流造成的錯(cuò)誤入流出現(xiàn)。此外，燃料空氣混合物中的燃燒空氣的百分比份額減小，這引起更高的燃燒溫度并且能夠?qū)O排放保持到小的值上。此外，通過(guò)經(jīng)由轂48排放排氣空氣，能夠避免在轂48的下游的回流區(qū)。
[0020]整體上，借助本發(fā)明提出一種燃?xì)廨啓C(jī)10，所述燃?xì)廨啓C(jī)具有連接到渦輪單元24上的廢氣擴(kuò)散器21，所述廢氣擴(kuò)散器的擴(kuò)散器通道33由通道壁40在外部限界并且在所述通道壁上設(shè)有多個(gè)向內(nèi)部延伸的用于固定燃?xì)廨啓C(jī)10的徑向軸承51的中空的支撐肋35，其中包括管路的、用于排氣空氣的至少一個(gè)排氣管道47在流出側(cè)終止在廢氣擴(kuò)散器21上，所述排氣管道的流入側(cè)的端部與燃?xì)廨啓C(jī)10的壓縮機(jī)18連接。為了尤其在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)至少部分地補(bǔ)償由支撐肋35的錯(cuò)誤入流引起的效率損失而提出，支撐肋35在其內(nèi)部端部上具有轂48，在所述轂的軸向端部上設(shè)有用于將排氣空氣排放到擴(kuò)散器通道中的另外的開(kāi)口 49。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)(10)，所述燃?xì)廨啓C(jī)具有連接到渦輪單元(24)上的廢氣擴(kuò)散器(21)，所述廢氣擴(kuò)散器的擴(kuò)散器通道(33)由通道壁(40)在外部限界并且在所述通道壁上設(shè)有多個(gè)向內(nèi)部延伸的用于固定所述燃?xì)廨啓C(jī)(10)的徑向軸承(51)的中空的支撐肋(35)， 其中包括管路的、用于排氣空氣的至少一個(gè)排氣管道(47)在流出側(cè)終止在所述廢氣擴(kuò)散器(21)上，所述排氣管道的流入側(cè)的端部與所述燃?xì)廨啓C(jī)(10)的壓縮機(jī)連接， 其中所述支撐肋(35)在其內(nèi)部端部上具有轂(48)，所述轂經(jīng)由相應(yīng)的所述支撐肋(35)的空腔與所述排氣通道的流出側(cè)的端部流體地連接， 其特征在于，在所述轂(48)的軸向端部上設(shè)有用于將排氣空氣排放到所述擴(kuò)散器通道(33)中的另外的開(kāi)口(49)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)(10)， 其中所述開(kāi)口(49)僅在轂側(cè)分布在所述支撐肋(35)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)(10)， 其中所述開(kāi)口(49)設(shè)置在所述支撐肋(35)的流出緣上和/或設(shè)置在所述支撐肋(35)的凸?fàn)畹某槲鼈?cè)的下游的區(qū)域中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的燃?xì)廨啓C(jī)(10)， 其中所述支撐肋(35)具有用于將排氣空氣排放到所述擴(kuò)散器通道(33)中的開(kāi)口(49)。
【文檔編號(hào)】F01D25/30GK104145089SQ201380011492
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月28日
【發(fā)明者】馬克·布勒克, 托比亞斯·布哈爾 申請(qǐng)人:西門子公司