[发明专利]一种能够提升气动性能的新型排气扩压器结构

说明书

本发明公开了一种能够提升气动性能的新型排气扩压器结构，该新型排气扩压器包括采用二维直列弯支撑板或三维弯扭构型支撑板。可以使得上游动力涡轮排出的带有旋流的气流在流过支撑板时流动分离减小，总压损失降低，进而提升排气扩压器的静压恢复性能。本发明的新型排气扩压器结构内部的二维直列弯支撑板或三维弯扭构型支撑板在轮毂壁面上型线的弯度和支撑板整体的厚度可根据上游动力涡轮排出气体的旋流强度和流量大小进行匹配设计，以达到排气扩压器的最佳性能。同时，二维直列弯支撑板或三维弯扭支撑板的轴向倾斜布局方式可进一步减弱排气扩压器内部的流动阻塞效应，进而增加排气扩压器的静压恢复性能。

技术领域

本发明属于叶轮机械技术领域，特别涉及一种能够提升气动性能的新型排气扩压器结构。

背景技术

排气扩压器作为燃气轮机的重要组成部分，一般安装在动力涡轮下游，其内部流道为一个扩张形的通道，用于对动力涡轮排出的气体进行减速扩压。排气扩压器的静压恢复能力可以将动力涡轮出口燃气的部分动能转化为出口静压(一般为环境压力)，从而降低动力涡轮出口的背压，增加动力涡轮的膨胀比，使得燃气轮机整体功率输出得以增加。

随着现代工业的发展，燃气轮机的使用越来越广泛，如何提高其运行效率，降低燃油成本成为一个关键的问题，现如今，诸如燃烧室，压气机等部件已具有相当高的效率，进一步提升这些部件效率的经济成本和技术难度都较大，但排气扩压器气动性能的提升仍有相当大的余地。静压恢复系数是评价排气扩压器气动性能的核心指标，研究表明，排气扩压器的静压恢复系数每提升0.1，燃气轮机整体的功率输出可提升0.8％。

排气扩压器内均安装有支撑板结构，一方面用于加强排气扩压器壳体的稳定性，另一方面则作为冷却气和润滑油的运输通道。而支撑板与排气扩压器内的气流干涉会导致排气扩压器内复杂的流动状态，进而对排气扩压器的气动性能产生影响。传统的排气扩压器内部采用的支撑板为常规的二维直列对称支撑板，排气扩压器内支撑板的布局方式采用常规的垂直于轮毂壁面的径向布局方式。这种支撑板结构具有结构简单，加工容易的特点，但这种支撑板结构在面对上游动力涡轮排出的带有旋流的气体时，气流会在支撑板附近发生严重的流动分离，增大排气扩压器的总压损失系数，降低排气扩压器的静压恢复能力。因此，对排气扩压器内支撑板构型的改进是提升排气扩压器气动性能的重要手段，具有重要的工程应用价值。

发明内容

针对传统典型二维直列对称支撑板结构在大进气旋流下流动损失较大，静压恢复性能较低的缺陷，为提高排气扩压器在大进气旋流下的静压恢复性能，本发明的目的在于提供一种能够提升气动性能的新型排气扩压器结构，能够减弱轮毂壁面附近流动分离，增强静压恢复能力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种能够提升气动性能的新型排气扩压器结构，包括外壳体和内轮毂，外壳体的内壁和内轮毂的外壁通过若干支撑板连接，进气气流从相邻支撑板的板面之间流过，所述支撑板在内轮毂壁面上采用具有弯度的翼型型线。

在一个实施例中，所述支撑板在外壳体壁面上采用具有弯度的翼型型线。

在一个实施例中，沿排气扩压器的径向，所述支撑板的翼型型线相同，形成二维直列弯支撑板。

在一个实施例中，所述支撑板在外壳体壁面上采用无弯度对称翼型型线。

在一个实施例中，所述支撑板的板面从内轮毂至外壳体平滑渐变，形成三维弯扭构型支撑板。

在一个实施例中，所述支撑板沿排气扩压器的轴向倾斜。

在一个实施例中，所述支撑板的尾缘线与排气扩压器的径向方向的夹角即轴向倾斜角α的取值范围为0＜α≤45°，前缘线可与尾缘线平行。

在一个实施例中，所述支撑板的弦长c为排气扩压器轴向长度L的1/4-1/3。