[发明专利]涡轮排气扩散系统和方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题涉及用于涡轮系统的排气扩散。

背景技术

燃气涡轮系统可包括联接到燃气涡轮发动机的排气扩散器。燃气涡轮发动机燃烧燃料以产生热的燃烧气体，其流过涡轮以驱动负载和/或压缩机。排气扩散器接受来自涡轮的排气，并逐渐地减少压力和速度。不幸的是，排气扩散器经常耗费相当大量的空间。例如，排气扩散器可能与燃气涡轮发动机一样长。因此，执行用于减小排气扩散器的底座(footprint)并因此减小燃气涡轮系统的总的底座的设计策略可以证明是有利的。

发明内容

以下概括了与最初要求保护的本发明范围相称的某些实施例。这些实施例不意图限制所要求保护的本发明的范围，而是这些实施例仅仅意图提供本发明的可能的形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与下面提到的实施例类似或不同的各种形式。

根据第一实施例，系统包括燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括燃烧部段和联接到燃烧部段的涡轮部段。涡轮部段包括涡轮级(其具有联接到转子的多个涡轮叶片)、围绕多个涡轮叶片设置的固定护罩和在固定护罩与多个涡轮叶片的各个末端之间的间隙。涡轮叶片可具有附连或不附连到其末端的旋转的护罩。燃气涡轮发动机包括联接到涡轮部段的扩散器部段。扩散器部段包括外壁，其限定了在多个涡轮叶片下游的膨胀流路径。外壁包括第一壁部分，其具有相对于多个涡轮叶片的旋转轴线的第一角度，并且该间隙构造成使顶端泄漏流能够沿着外壁激发(energize)边界层。

根据第二实施例，系统包括旋转部段。旋转部段包括多个联接到转子的叶片、围绕多个叶片设置的固定护罩和在固定护罩与多个叶片的各个末端之间的间隙，其中该间隙构造成使能够发生顶端泄漏流。涡轮叶片可具有附连或不附连到其末端的旋转的护罩。该系统还包括扩散器部段，其包括外壁，外壁限定在多个涡轮叶片下游的膨胀流路径。外壁包括第一壁部分，其具有相对于多个叶片的旋转轴线的第一角度，并且该间隙构造成通过利用顶端泄漏流沿着外壁维持边界层使能够增加第一角度。

根据第三实施例，一种方法包括使顶端泄漏流能够在涡轮级的多个涡轮叶片与固定护罩之间经过。该方法还包括利用顶端泄漏流沿着涡轮扩散器的壁激发边界层。

附图说明

当参照附图阅读以下详细的描述时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，其中在所有附图中相似的标号表示相似的部件，其中：

图1是沿着纵向轴线截取的燃气涡轮发动机的横截面的侧视图；

图2是根据一个实施例的图1的燃气涡轮发动机的局部的横截面的侧视图，其显示了在带有无护罩的涡轮叶片的涡轮部段中的顶端间隙和在扩散器部段中的大的角度；

图3是没有间隙的燃气涡轮发动机的一个实施例的局部的横截面的侧视图；

图4是带有第一间隙的燃气涡轮发动机的一个实施例的局部的横截面的侧视图；

图5是带有第二间隙的燃气涡轮发动机的一个实施例的局部的横截面的侧视图；

图6是根据一个实施例的显示在带有大角度的扩散器部段的轴向长度上的压力恢复的曲线图；

图7是根据一个实施例的显示在带有大角度的扩散器部段中的轴向速度对径向位置的曲线图；

图8是根据一个实施例的显示在带有大角度的扩散器部段中的径向速度对径向位置的曲线图；

图9是横向于纵向轴线的在叶片的旋转的被罩住的末端与固定护罩之间具有间隙的燃气涡轮发动机的一个实施例的横截面图；

图10是沿着图9的线10-10截取的带有间隙的燃气涡轮发动机的一个实施例的局部的横截面的侧视图；以及

图11是蒸汽涡轮发动机的局部的横截面的侧视图。

部件列表：

118    燃气涡轮发动机

119    纵向轴线

120    燃烧器

130    涡轮

132    压缩机

160    燃料喷嘴

162    燃烧器部段

163    进气部段

172    过渡件

174    第一级

176    级

178    末级

180    叶片

182    转子叶轮

184    轴

186    喷嘴组件

188    排气扩散器部段

190    扩散器部段的长度

192    燃气涡轮发动机的总长

194    间隙