[发明专利]具有气流空气力学系统的涡轮机和方法

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮机领域，更具体地，涉及用于涡轮机的气流空气力学系统。

背景技术

一般地，涡轮机燃烧燃料以驱动涡轮，从而为发电机、泵以及类似装置等提供动力。燃料，例如天然气、精炼油、合成气体等被输送到燃烧器，并与空气和/或其他稀释剂混合，从而形成可燃混合物。混合物燃烧形成热气，所述热气被输送到涡轮部分。在涡轮部分中，热气膨胀通过一连串定子和转子。转子会将来自热气的热能转化成机械旋转能。

在操作中，热气的一部分沿着气路自由流动，所述气路延伸穿过涡轮机。热气的另一部分会撞击(impinge)沿着气路定位的翼型(airfoil)。撞击翼型的气体部分会变慢，因此，相对于沿着气路自由通过的气体而言，该部分具有较低动量。具体而言，与撞击翼型表面的气体部分相比，沿着气路自由流过的气体部分具有更高的动量。具有较高动量的气体部分还会撞击后面的翼型。当具有较高动量的气体撞击翼型表面时，翼型的前缘处会形成头波(bow wave)。头波与沿着气路流动的气体(处于低动量以及处于高动量)相互作用，产生压力变化，所述压力变化会减小涡轮机中的回流余量(back flow margin)。回流余量的定义为，气路外部的冷却空气压力与沿着气路流动的热气的压力之间的压力差。正回流余量限制热气从气路泄漏。沿着气路流动的气体的损耗会导致涡轮机的输出减少，且可能因吸入热气而损坏辅助流动/冷却部件。

发明内容

根据示例性实施例的一个方面，一种涡轮机包括空气力学系统，所述涡轮机具有压缩机部分，以及与所述压缩机部分流体连通的燃烧器部分。涡轮部分与所述燃烧器部分流体连通，并以机械方式连接到所述压缩机部分。所述涡轮部分包括：气路；第一级，其具有沿着所述气路布置的多个第一翼型构件；以及第二级，其具有在所述第一级的下游沿着所述气路布置的多个第二翼型构件。所述多个第一翼型构件经配置以拦截(intercept)来自所述燃烧器部分的处于第一动量的燃烧气体，并形成具有第二动量的尾迹区(wake zone)，所述第二动量低于所述第一动量。所述涡轮机包括气流空气力学系统，所述系统配置并设置成通过以下方式来改进沿着所述气路的气流空气力学：对所述多个第二翼型构件相对于所述多个第一翼型构件周向设置时序(clocking)，以拦截处于所述第二动量的所述尾迹区。

根据示例性实施例的另一方面，一种用于改进涡轮机的空气力学的方法包括：朝向沿涡轮的气路布置的多个第一翼型构件引导具有第一动量的燃烧气体；使处于所述第一动量的所述燃烧气体穿过所述多个第一翼型构件；在所述多个第一翼型构件的下游形成尾迹区，其中尾迹区具有低于所述第一动量的第二动量。多个第二翼型构件的前缘定位于所述多个第一翼型构件的下游，以便拦截所述尾迹区，并减小所述多个第一翼型构件与多个第二翼型构件之间的空气力学的力，从而改进沿着所述气路的空气力学。

通过以下说明并结合附图可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。

附图说明

本发明的权利要求书特别指出并明确主张了本发明的主题。通过以下详细说明并结合附图，可以清楚地了解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1是根据示例性实施例的包括回流余量改进系统的燃气涡轮机的示意图；以及

图2是根据示例性实施例的回流余量改进系统的示意图。

具体实施方式部分参考附图以实例方式解释本发明的各项实施例以及优点和特征。

元件符号列表：