[发明专利]用于燃气轮机的排气扩散器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机的排气扩散器，所述排气扩散器具有朝向扩散器出口扩宽的流动通道，在所述排气扩散器的中央设有轴向延伸的导向体。

背景技术

这类排气扩散器用于使燃气轮机的排气流动减速，并且用于回收动压的至少一部分。为了得出具有10°或更大的相对大的张角的排气扩散器，例如从DE 198 05 115A1中已知，在扩散器通道的中央设有轴向延伸的导向体。通过使用所述导向体，排气扩散器构造为环形扩散器。因此，避免了在燃气轮机轮毂的后方的回流区的更大的区域，这对排气扩散器的效率产生有利的影响。然而不利的是，所述导向体是相对长的，并且因此由于其长度必须通过附加的支柱来支承。此外，不考虑支承柱的空气动力的影响。

此外，从US 5,791,136中已知一种带有中央滚筒体的、燃气轮机的排气扩散器，在所述中央滚筒体的侧表面上设有多个抗扭地设置的叶片。所述叶片用于在低的压降的情况下使燃气轮机的排气流均匀化。

发明内容

因此，本发明基于的目的是，提供一种用于燃气轮机的节约空间的排气扩散器，为了获得燃气轮机的尽可能高的效率，所述排气扩散器可实现对压力回收的改进。此外，所述排气扩散器应可实现扩散器出流的均匀化，以至于在连接在燃气轮机的下游的废热蒸汽发生器中，实现来自燃气轮机的热的排气的尽可能均匀的入流。

根据本发明，所述目的通过具有权利要求1所述的特征的排气扩散器得以实现。为此，这种类型的排气扩散器的导向体至少在其纵向延伸部的轴向部段中具有多个在外周上分布的、设置在导向元件之间的凹部，其中，每个导向元件沿螺旋线延伸。

本发明基于下述认识，即，应利用在成漩涡的入流的情况下在后方的星形支承件的支承柱上引发的二次流，以便增强在轮毂端的后方的混匀，并且因此进一步缩短在轮毂的后方的回流区的长度。对此，所述排气扩散器的基本上构造为锥体或圆柱体的导向体具有在外周上分布的凹部和导向元件，以便最优地引导和增强二次流。所述二次流将流体从支承柱的压力侧引导到螺旋状的轨道上。因此，通过使用凹部和导向元件，二次流能够离扩散器的中轴线更近，并且与在现有技术的情况下相比，支承体能够更短地构成，而不会在此降低其效率。由于支承体的缩短的长度，所述支承体也能够构造为独立的。本发明的特别的优点在于利用在倾斜的和/或带轮廓的支承柱上产生的二次流，以便借助于轮毂侧的凹部将流体朝向轮毂轴更近地引导，以便进一步减小在轮毂的后方的回流区的尺寸以及尤其是长度。这导致排气扩散器的进一步提升的效率。

由于导向元件相对于中轴线而倾斜的定向（斜度），得出用于对流动进行去漩涡的、非常有效而且节约空间的结构。在此，螺旋线的斜度相对大，以至于螺旋线仅略微相对于排气扩散器的中轴线倾斜。所述斜度也能够沿其延伸而降低。但是，所述斜度优选增加，以便获得来自排气扩散器的尽可能低漩涡的出流。所述构造在轴向的排气扩散器中是尤其有利的，其中导向元件的数量等于支承柱的数量，所述支承柱设置在排气扩散器中或者直接设置在所述排气扩散器的上游，以用于在涡轮侧支承燃气轮机的转子。

在有利的扩展方案中，导向体具有垂直于排气扩散器的中轴线设置的横截面轮廓，所述横截面轮廓是星形的，并且其尖角由相应的导向元件形成。借助于星形的横截面轮廓，能够实现现在构造为环形扩散器的排气扩散器的内壁的明显更高的强度。因此，显著降低了导向体的导致由于流动引起的振动的倾向。因此也可能的是，导向体设计为仅在一侧固定，以至于所述导向体朝向扩散器出口的端部以自由悬垂的方式在排气扩散器中伸出。因此，由于导向体的较高的强度，能够避免导向体受空气动力干扰的以及增加成本的在出流侧的支承。

在适宜的改进形式中，每个导向元件都具有从排气扩散器的中轴线径向向外伸出的外尖部，所述外尖部距中轴线（即在垂直于中轴线设置的横截面中）的最短距离随着距扩散器出口的轴向距离的减小而减小。在此，每个凹部具有设置在径向内部的基面，所述基面距中轴线（即在垂直于中轴线设置的横截面中）的最短距离随着距扩散器出口的轴向距离的减小而同样地减小。因此，在轮毂侧也获得排气扩散器的流动横截面的扩宽，这有助于排气扩散器的轴向的结构长度的进一步缩短。因此，流动横截面的增大不必仅通过排气扩散器的外环形壁的直径的变大来实现。所述措施也减小了排气扩散器的轴向的结构长度。