具有扩散器中的导流装置的热能机 |
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| 申请号 | CN201580063375.5 | 申请日 | 2015-11-19 | 公开(公告)号 | CN107002509A | 公开(公告)日 | 2017-08-01 |
| 申请人 | 西门子股份公司; | 发明人 | F·富克斯; M·黑克劳; N·赫尔佐克; P·T·马维罗马蒂斯; S·穆特克; J·米尔; M·普鲁斯; R·雷克尔特; J·施派泽; R·沃尔塔特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 热能 机(1)，尤其是一种 燃气轮机 (2)，具有用于压缩沿着机械纵向 中轴 线(6)在轴向流动方向(4)上流动的空气 质量 流(5)的 压缩机 (3)，具有在轴向上连接在该压缩机(3)下游的扩散器(7)，以及具有两个相对的、在径向上更靠外布置的筒仓 燃烧室 ，从扩散器(7)中溢出的空气质量流(5)能够通过由热能机(1)的壳体部件(10)相应构造的扩散器出口区域(9)流出到所述筒仓燃烧室中，并且在所述筒仓燃烧室处所述扩散器出口区域(9)在径向上汇入到导向筒仓燃烧室的流入通道(15、16)中，其中扩散器出口区域(9)被构造为，使得从扩散器(7)溢出的空气质量流(5)不对称地流出，以均匀地导向筒仓燃烧室的流入通道(15、16)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种热能机(1)，尤其是燃气轮机(2)，具有用于压缩沿着机械纵向中轴线(6)在轴向的流动方向(4)上流动的空气质量流(5)的压缩机(3)，具有在轴向上连接在所述压缩机(3)的下游的扩散器(7)，以及具有两个相对的、径向上更靠外布置的筒仓燃烧室，从所述扩散器(7)溢出的空气质量流(5)能够通过由所述热能机(1)的壳体部件(10)相应构造的扩散器出口区域(9)流出到所述筒仓燃烧室中，并且在所述筒仓燃烧室处所述扩散器出口区域(9)在径向上汇入到导向所述筒仓燃烧室的流入通道(15、16)中，其中在所述扩散器出口区域(9)中布置至少一个流出装置(17)，通过所述流出装置(17)由所述扩散器(7)溢出的空气质量流(5)的一部分能够朝所述筒仓燃烧室的所述流入通道(15、16)转向。 |
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| 说明书全文 | 具有扩散器中的导流装置的热能机技术领域[0001] 本发明涉及一种热能机，尤其是燃气轮机，其具有压缩机以压缩沿着机械纵向中轴线在轴向流动方向上流动的空气质量流，具有轴向上在该压缩机下游连接的扩散器，以及具有两个相对的、径向上更靠外布置的筒仓燃烧室，从扩散器溢出的空气质量流能够通过由热能机的壳体部件相应构成的扩散器出口区域流出到该筒仓燃烧室中，并且在该筒仓燃烧室处该扩散器出口区域在径向上汇入到导向筒仓燃烧室的流入通道。 背景技术[0002] 一般的热能机也作为现有技术中的燃气轮机通常是已知的，其中在轴向的流动方向上安置在压缩机或者是压缩机出口下游之后的扩散器尤其一方面用于使空气质量流的延迟和压力升高，另一方面使得尽可能均匀地进入由内壳、中壳、燃烧室入口区域或者是燃烧室输送区域以及扩散器出口构成的增压室中。在此目前扩散器出口区域被构造为，使得来自扩散器的空气质量流径向对称地均匀流出且该空气质量流接着进一步被径向法兰连接的燃烧室装置引导至流入通道中。 [0003] 在此，在现有技术中基本上分为三种不同的燃烧室变体。在第一变体中将燃烧室设计为环面状的燃烧室。其通常也被称为环形燃烧室，例如在EP 1 508 680 A1中。 [0004] 在例如在公开文件CH 703225 A2中所示的第二变体中，燃气轮机大多包括七个或者十二个所谓的管状燃烧室。在此，这些管状燃烧室都在一个假想的圆中平放地以均匀的周向间距围绕燃气轮机的机械轴线分布布置。于是其各自的热气体流通过过渡零件在涡轮机入口处汇集成环流。此外US 2014/0060001 A1示出了管状燃烧室的特殊变体。 [0005] 作为第三变体已知所谓的筒仓燃烧室，其中仅仅两个平放或者竖立布置的筒仓设置在剩余的燃气轮机的侧面。燃烧室处于该筒仓中，从而两个筒仓的热气体流在涡轮机入口处汇集成环流。 [0006] 尤其在前述筒仓燃烧室中不利的是，由压缩机提供的、输入到筒仓的燃烧室输送区域的空气质量流的一部分与流入通道中的流动方向方向不一致。该方向偏差能够对空气质量流的整体流动特性造成不利的影响，由此经常仅仅有限地均匀流入尤其是流入通道中，因此涡轮机总体上低效地工作。 发明内容[0007] 本发明的任务是，进一步研发这种类型的热能机，以至少消除前述缺点。 [0008] 该任务由以下热能机、尤其是由燃气轮机解决，该热能机具有用于压缩沿着机械纵向中轴线在轴向流动方向上流动的空气质量流的压缩机，具有轴向上在该压缩机下游连接的扩散器，以及具有两个相对的、径向上更靠外布置的筒仓燃烧室，从扩散器溢出的空气质量流能够通过由热能机的壳体部件相应构成的扩散器出口区域流出到该筒仓燃烧室中，并且在该筒仓燃烧室处该扩散器出口区域在径向上汇入到导向筒仓燃烧室的流入通道，其中在扩散器出口区域中设置至少一个流出装置，通过该至少一个流出装置从扩散器溢出的空气质量流的一部分可以有针对性地朝筒仓燃烧室的流入通道转向。 [0009] 该结构使得扩散器出口区域被构造为，使得从扩散器溢出的空气质量流关于其环形的扩散器出口不对称地流出到流入通道中，以均匀地引导至筒仓燃烧室的流入通道，关于空气质量流的流动损耗能够显著降低，从而也能够整体上更高效地运行热能机。 [0010] 也就是能够说，本发明关注的是，从扩散器溢出的空气质量流有针对性地径向不对称地流出，以能够均匀地向筒仓燃烧室的侧面以及相互相对设置的流入通道传输。 [0011] 在此通过相应的结构上的措施在扩散器的下游如此改变扩散器的流出，使得空气质量流或者相对于空气质量流被压缩的燃烧空气得到在筒仓燃烧室的流入通道的方向上的优选方向。这尤其涉及空气质量流的以下这些部分，其主流动方向与由流入通道预设的主流动方向不同。 [0012] 目前，来自扩散器的空气质量流径向对称地流出，即其在扩散器的周向方向均匀且集中地、围绕机械纵向中轴线均匀分布地从扩散器流出来，直到空气质量流的部分要么无障碍地流入到流入通道中或者是流入到流入通道的开口中，或者碰撞内壳且接着从那里以某种方式进一步到达流入通道中。 [0013] 应当理解的是，所提出的这些结构上的措施能够是不同的，以将来自扩散器的空气质量流在本发明的意义上有针对性地导向流入通道。 [0014] 因此，构成扩散器后续连接的增压室或者构成扩散器出口区域的单个或者多个构件能够例如被设计为，使得该构件也用作导流装置并且因此局部地转向从扩散器溢出的空气质量流，以均匀地传输筒仓燃烧室的流入通道的空气流动的相关部分。由此使得关于机械纵向中轴线和扩散器出口的所有周向位置不对称地、更精确地说径向不对称地流出空气。 [0015] 能够限定增压室或者扩散器出口区域的这些构件例如包括热能机的内壳、中壳、扩散器出口、筒仓燃烧室入口或者是筒仓燃烧室传输区域或者类似物。换言之：内壳、中壳、扩散器出口、筒仓燃烧室入口或者筒仓燃烧室传输区域能够同时被构造为导流装置，只要它们的轮廓有针对性地被构造用于局部流动转向所述的空气流。 [0016] 术语扩散器的“下游”在此描述在流动方向上处于扩散器后面的区域。 [0017] 术语“热能机”在本发明的意义上主要涉及涡轮机，尤其还是燃气轮机。就此而言，术语“热能机”和“涡轮机”在此被同义地使用。 [0018] 根据一种尤其优选的技术方案，扩散器被设计为环形扩散器，其中两个流入通道对应于筒仓燃烧室的结构相对布置且设置两个导流装置，它们靠近壳体部件壁地、相对地布置在流入通道之间。 [0019] 借此尤其能够将空气流的该部分有效地转向流入通道，其流出方向在离开扩散器出口时与流入通道的主流动方向偏离很多。 [0020] 附加地或者替代地有利的是，在扩散器下游在壳体部件内布置至少一个流出装置，该流出装置被设计为，使得从扩散器溢出的空气质量流径向不对称地流出，以将流入通道均匀地导向筒仓燃烧室。通过这种流出装置能够相应地修改在本发明的意义上的热能机，而不必在此显著地改变热能机的壳体部件或者类似物。因此在必要时也能够加装流出装置。 [0021] 当从扩散器溢出的空气质量流在径向地碰撞壳体部件壁之前不对称地流出时，空气质量流的一部分可能已经获取有利的流动方向改变。优选地，空气质量流的经碰撞部分相比目前以更小的锐角碰撞例如内壳，从而使空气质量流总体上在扩散器出口区域中能够较不强烈地涡旋且能够有效地导向流入通道。 [0022] 如果扩散器出口区域或者至少一个布置在壳体部件内、扩散器下游的流出装置在扩散器的周向方向上不对称地构造，那么空气质量流在其整体上能够更有效地导入到流入通道中。 [0023] 当扩散器出口区域或者至少一个布置在壳体部件内、扩散器下游的流出装置关于机械纵向中轴线定制的中间平面具有两个从中间平面在径向上向外延伸的流出面时，来自扩散器的空气质量流能够特别好地导向流入通道中，该流出面在中间平面上方或者在中间平面中具有到机械纵向中轴线的最小间距。 [0024] 在本发明中，该中间平面优选地垂直于由筒仓燃烧室装置的纵向延伸限定的筒仓燃烧室装置的纵向轴线延伸。 [0025] 当两个流出面至少部分地围绕机械纵向中轴线弯曲时，尤其来自扩散器的空气质量流的、不直接朝流入通道的开口的方向流动的部分能够在本发明的意义上得到有利的流动方向变化。 [0026] 就这点而言，两个流出面关于机械纵向中轴线均具有适当选择的半径，该半径限制了各个流出面的相应的弯曲。 [0027] 在此背景下，当两个流出面面对机械纵向中轴线被凹形地构造时，也是有利的，由此空气质量流的部分能够有针对性地在流入通道的开口或者汇入口的方向上朝着在径向上更靠外转向。 [0028] 同样有效地是，当两个流出面从中间平面开始以变化的曲率在径向上进一步向外延伸。由此能够得到空气质量流的有关部分的尤其有针对性的流动转向。 [0029] 此外有利的是，两个流出面在面向中间平面一侧的区域中相对于在背对中间平面一侧的区域中构造为更剧烈地弯曲。由此使该转向的部分更好地沿着流出面导入直至流入通道中。 [0030] 当两个流出面关于机械纵向中轴线具有相同的半径伸延时，来自扩散器的空气质量流能够在此尤其均匀地分布在两个相对布置的、在径向上更靠外布置的筒仓燃烧室上。 [0031] 优选地，尽管本发明修改了扩散器出口区域，但是这不损害可由扩散器获得的静态压力提高。 [0032] 有利地，在根据本发明的热能机上通过经调整的空气质量流能够实现基本上均匀地流入到筒仓燃烧室中。当分配给筒仓燃烧室的空气质量流的部分对应地已经相应地随着某些经调整的流流入到流入通道时，在筒仓燃烧室的燃烧过程中不平衡负载也能够有利地降低。附图说明 [0033] 根据本发明的其他特征、效果和优点根据所附的附图和下文的描述阐述，其中作为热能机示范性地示出和描述具有如此构造的扩散器出口区域的涡轮机，即从扩散器溢出的空气质量流不对称地流出。 [0034] 其中： [0035] 图1示出了燃气轮机的扩散器出口区域的横截面示意图；和 [0036] 图2示出了根据图1的扩散器出口区域的非常简化的纵截面示意图。 具体实施方式[0037] 图1和图2中至少部分示出的涡轮机1是燃气轮机2。 [0038] 在此，涡轮机1主要包括用于压缩在轴向流动方向4上流动的空气质量流5的压缩机3(见图2)(仅示范性地用数字标记)。 [0039] 在此，压缩机3同中心地围绕同样表示机械轴线的涡轮机纵向中轴线6布置。 [0040] 压缩机3的下游，即在流动方向4上设置在压缩机3的后面，在轴向上下游连接地布置扩散器7，其中该扩散器7具有同中心地围绕涡轮机纵向中轴线6构造的扩散器出口8，从该扩散器出口8出来的空气质量流5相应地减速到达扩散器出口区域9中。 [0041] 扩散器出口区域9尤其通过涡轮机1的内壳10限定并且最终汇入两个在侧面上法兰连接在内壳10上的流入通道15和16，它们又从涡轮机1的两个筒仓燃烧室出口区域(未示出)导向两个相对的、径向上更靠外布置的筒仓燃烧室(同样未示出)。 [0042] 在这两个筒仓燃烧室装置中输送来自扩散器7的空气质量流5，其中根据本发明如此构造扩散器出口区域9，使得从扩散器7溢出的空气质量流5有针对性地非对称地流出，以均匀地导向筒仓燃烧室的流入通道15和16。 [0043] 空气质量流5的这种不对称地向扩散器7流出或者是从扩散器出口8出来在该实施例中尤其好地通过相应构造的流出装置17实现。 [0044] 特别地，在空气质量流5径向上钝地撞击在壳体部件壁18之前，从扩散器7溢出的空气质量流5不对称地流出。 [0045] 在此，该扩散器出口区域9或者在扩散器7下游布置的流出装置17在扩散器7的周向方向19上非对称地构造并且靠近壳体部件壁布置。 [0046] 流出装置17关于由涡轮机纵向中轴线6表示的中间平面20具有两个从该中间平面20开始朝径向方向21在径向上向外延伸的流出面22和23，它们在该区域中或者在中间平面 20中具有到涡轮机纵向中轴线6的最小间距24。 [0047] 流出面22和23是凹形的，并且基本上围绕涡轮机纵向中轴线6弯曲地构造。 [0048] 这些流出面22和23至少部分地如此构成扩散器出口区域9，使得空气质量流5的至少一部分25(仅示范性地表示且以数字标记)有利地转向且在此有利地被导向流入通道15和16的汇入口26或者27中，由此使从扩散器7溢出的空气质量流5能够总体上均匀地被引向流入通道15和16。 [0049] 这具体意味着，通过相应的结构上的措施，即通过流出装置17，在扩散器7的下游如此改变扩散器7的流出，使得空气质量流5以优选方向28或者29转向筒仓燃烧室的流入通道15或者16。这尤其涉及空气质量流5的以下这些部分25，其主流动方向30与通过流入通道15或者16预设的通道主流动方向31或者32不同。 [0050] 这尤其好地实现，因为这两个流出面22或者23从中间平面20开始以在径向方向21上的变化的曲率进一步径向向外延伸。 [0051] 两个流出面22和23尤其在面向中间平面20的一侧34上的区域33中相对于在背对中间平面20的一侧36上的另一个区域35中更剧烈弯曲地构造。 [0052] 在此如此设置流出装置17，使得通过空气质量流5的另一部分实现流出装置17的背流37，由此保障例如内壳10的在此未示出的构件的冷却。 [0053] 就此而言，当流出装置17尤其间隔于扩散器出口区域8内的壳体部件壁18布置时，是尤其有利的。 [0054] 在此再次指出，中间平面20垂直于通过筒仓燃烧室装置的纵向延伸限定的筒仓燃烧室装置的纵轴线38延伸。 [0055] 在该实施例中仅仅示出了一个流出装置17，其同心地在两个流入通道15和16之间、在同心的第一中间区域40中靠近壳体部件壁安置。 [0056] 应当理解的是，另一个这样的流出装置17也能够布置在同心的另一个中间区域41中。 [0057] 尽管本发明在细节上通过该优选的实施例进一步阐述和描述，但是本发明不限于该公开的实施例，且其他变体方案能够由专业人员由此推导，而不脱离本发明的保护范围。 |
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