專利名稱：具有等離子體致動(dòng)器的燃?xì)鉁u輪機(jī)排氣擴(kuò)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明中所公開(kāi)的主題涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)，并且更具體地，涉及具有用于產(chǎn)生等離子體的等離子體致動(dòng)器的燃?xì)鉁u輪機(jī)排氣擴(kuò)壓器(diffuser)。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)通常包括壓縮機(jī)、燃燒器、一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴、渦輪和排氣擴(kuò)壓器?？諝馔ㄟ^(guò)進(jìn)氣部進(jìn)入燃?xì)鉁u輪機(jī)，并且由壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。壓縮空氣接著與由燃料噴嘴供給的燃料混合?？諝?燃料混合物以特定的燃燒比供給至燃燒器。燃燒產(chǎn)生加壓排放氣體，所產(chǎn)生的加壓排放氣體對(duì)渦輪的葉片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。排氣擴(kuò)壓器可以用于通過(guò)降低渦輪出口處的靜壓來(lái)改進(jìn)最后一級(jí)渦輪葉片(也稱作最后一級(jí)斗葉)的效率。排氣擴(kuò)壓器通常占用大量空間。排氣擴(kuò)壓器包括定位在排氣擴(kuò)壓器的發(fā)散壁之間的進(jìn)口和出口。排氣擴(kuò)壓器的軸向長(zhǎng)度在排氣擴(kuò)壓器的進(jìn)口與出口之間測(cè)量得到。如果擴(kuò)壓器的軸向長(zhǎng)度不足并且過(guò)短，那么可能在排氣擴(kuò)壓器的發(fā)散壁處出現(xiàn)流動(dòng)分離，從而造成壓力損失。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種燃?xì)鉁u輪機(jī)，該燃?xì)鉁u輪機(jī)包括渦輪、排氣擴(kuò)壓器、和等離子體致動(dòng)器(plasma actuator)0渦輪釋放排放氣體。排氣擴(kuò)壓器從渦輪接收排放氣體。排氣擴(kuò)壓器具有進(jìn)口和出口、以及定位在進(jìn)口與出口之間的至少一個(gè)壁。等離子體致動(dòng)器沿?cái)U(kuò)壓器的至少一個(gè)壁產(chǎn)生等離子體。所述排氣擴(kuò)壓器包括內(nèi)部擴(kuò)壓器和外部擴(kuò)壓器，其中所述內(nèi)部擴(kuò)壓器大體與所述外部擴(kuò)壓器同心。所述內(nèi)部擴(kuò)壓器包括內(nèi)壁，并且其中所述等離子體致動(dòng)器沿所述內(nèi)部擴(kuò)壓器的所述內(nèi)壁布置。，所述外部擴(kuò)壓器包括外壁，并且其中所述等離子體致動(dòng)器沿所述內(nèi)部擴(kuò)壓器的所述外壁布置。所述內(nèi)部擴(kuò)壓器包括大體環(huán)形的構(gòu)造。所述外部擴(kuò)壓器包括大體錐形的構(gòu)造。所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括定位在所述內(nèi)部擴(kuò)壓器與所述外部擴(kuò)壓器之間的至少一個(gè)人行通道，其中所述至少一個(gè)人行通道包括人行通道外表面，并且其中另一個(gè)等離子體致動(dòng)器沿所述人行通道外表面定位。所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括排氣立柱，所述排氣立柱定位在所述排氣擴(kuò)壓器的內(nèi)壁與外壁之間，所述排氣立柱具有橫截面，其中所述排氣立柱的所述橫截面包括翼型形狀。所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括排氣立柱等離子體致動(dòng)器，所述排氣立柱等離子體致動(dòng)器沿所述排氣立柱的外表面布置。所述等離子體致動(dòng)器包括內(nèi)部電極、外部電極、以及介電材料。本發(fā)明還提供一種燃?xì)鉁u輪機(jī)，包括:渦輪，所述渦輪釋放排放氣體；排氣擴(kuò)壓器，所述排氣擴(kuò)壓器用于從所述渦輪接收排放氣體，所述排氣擴(kuò)壓器具有進(jìn)口和出口，所述排氣擴(kuò)壓器包括:內(nèi)部擴(kuò)壓器，所述內(nèi)部擴(kuò)壓器布置在所述進(jìn)口與所述出口之間，所述內(nèi)部擴(kuò)壓器具有內(nèi)壁；外部擴(kuò)壓器，所述外部擴(kuò)壓器布置在所述進(jìn)口與所述出口之間，所述外部擴(kuò)壓器具有外壁，所述內(nèi)部擴(kuò)壓器大體與所述外部擴(kuò)壓器同心；以及等離子體致動(dòng)器，所述等離子體致動(dòng)器沿所述內(nèi)壁和所述外壁中的至少一個(gè)產(chǎn)生等離子體。所述內(nèi)部擴(kuò)壓器包括大體環(huán)形的構(gòu)造。所述外部擴(kuò)壓器包括大體錐形的構(gòu)造。所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括定位在所述內(nèi)部擴(kuò)壓器與所述外部擴(kuò)壓器之間的至少一個(gè)人行通道，其中所述至少一個(gè)人行通道包括人行通道外表面，并且其中另一個(gè)等離子體致動(dòng)器沿所述人行通道外表面定位。所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括排氣立柱，所述排氣立柱定位在所述排氣擴(kuò)壓器的內(nèi)壁與外壁之間，所述排氣立柱具有橫截面，其中所述排氣立柱的所述橫截面包括翼型形狀。所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括排氣立柱等離子體致動(dòng)器，所述排氣立柱等離子體致動(dòng)器沿所述排氣立柱的外表面布置。通過(guò)下文結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的這些和其它的優(yōu)點(diǎn)以及特征將變得更加顯而易見(jiàn)。


被認(rèn)為是本發(fā)明的主題在說(shuō)明書(shū)結(jié)尾處的權(quán)利要求書(shū)中特別指出并且明確要求保護(hù)。通過(guò)下文結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它的特征以及優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，在附圖中:圖1是具有壓縮機(jī)的示例性燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的局部橫截面示意圖；圖2是圖1中所示的排氣擴(kuò)壓器的橫截面圖；圖3是沿圖2中剖面線3-3所示的排氣擴(kuò)壓器的橫截面圖；圖4是沿圖2中剖面線4-4所示的排氣立柱的橫截面圖；以及圖5是如圖2至圖4中所示的等離子體致動(dòng)器的放大圖。參照附圖通過(guò)示例的詳細(xì)的描述解釋了本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。
具體實(shí)施例方式圖1示出了由附圖標(biāo)記10表示的示意的示例性發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)10是具有壓縮機(jī)20、燃燒器22、渦輪24、和排氣擴(kuò)壓器26的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)?？諝馔ㄟ^(guò)連接至壓縮機(jī)20的進(jìn)氣部30進(jìn)入發(fā)電系統(tǒng)10，并且由壓縮機(jī)20進(jìn)行壓縮。壓縮空氣接著以特定的燃燒比與由燃料噴嘴34供給的燃料混合。燃燒產(chǎn)生熱加壓排放氣體，所產(chǎn)生的熱加壓排放氣體對(duì)定位在渦輪24內(nèi)的葉片(未示出)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。排放氣體從渦輪24被送至排氣擴(kuò)壓器26。圖2是排氣擴(kuò)壓器26的側(cè)視圖的示例性圖示。排氣擴(kuò)壓器26包括進(jìn)口 40、出口42、內(nèi)部擴(kuò)壓器44和外部擴(kuò)壓器46。內(nèi)部擴(kuò)壓器44包括內(nèi)壁48，并且外部擴(kuò)壓器50包括外壁52。內(nèi)壁48和外壁52都定位在進(jìn)口 40與出口 42之間。內(nèi)部擴(kuò)壓器44的內(nèi)壁48大體與外部擴(kuò)壓器46的外壁52同心。內(nèi)部擴(kuò)壓器44和外部擴(kuò)壓器46都圍繞軸線A-A定向。在如圖所示的實(shí)施例中，外部擴(kuò)壓器46的外壁52包括大體分散/發(fā)散(diverging)的構(gòu)造。排氣擴(kuò)壓器26的進(jìn)口 40從渦輪24 (示于圖1中)接收排放氣體56。等離子體發(fā)生器或致動(dòng)器60定位在內(nèi)壁48的外表面54上，并且等離子體致動(dòng)器62定位在外壁52的外表面58上。應(yīng)當(dāng)注意到，盡管圖2示出了位于內(nèi)壁48上的等離子體致動(dòng)器60、以及定位在外壁52上的等離子體致動(dòng)器62，但是內(nèi)壁48或外壁52中僅有一個(gè)也可以包括等離子體致動(dòng)器60和62中的一個(gè)。圖3是沿剖面線3-3截取的排氣擴(kuò)壓器26的剖面圖。如圖3中可見(jiàn)，內(nèi)壁48和外壁52都包括360°構(gòu)造。具體而言，現(xiàn)在參照?qǐng)D2至圖3，內(nèi)部擴(kuò)壓器44的內(nèi)壁48包括大體環(huán)形的構(gòu)造，并且外部擴(kuò)壓器46的外壁52包括大體錐形的構(gòu)造。一系列人行通道(manways)68定位在內(nèi)壁48與外壁52之間。人行通道68提供人員進(jìn)入內(nèi)部擴(kuò)壓器44的路徑。在如圖3中所示的實(shí)施例中，人行通道68均以120°構(gòu)造彼此分隔開(kāi)，然而，應(yīng)當(dāng)理解，人行通道68也可以以多種構(gòu)造布置。人行通道68中的每一個(gè)人行通道68的外表面70也都可以包括等離子體致動(dòng)器72。人行通道68中的每一個(gè)人行通道68的外表面70都暴露于來(lái)自渦輪24 (示于圖1中)的排放氣體56。再次參照?qǐng)D2，排氣立柱80定位在內(nèi)壁48與外壁52之間的排氣擴(kuò)壓器26內(nèi)。排氣立柱80包括由剖面線4-4表示的橫截面?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4，其圖示了剖面4-4處的排氣立柱80,排氣框架立柱80包括成形為弧形翼型(cambered airfoil)的橫截面。翼型包括上曲面部分82和下曲面部分84。排氣立柱80具有外表面86，其中等離子體致動(dòng)器88可以沿外表面86定位在上曲面部分82或下曲面部分84上。應(yīng)當(dāng)注意到，盡管圖4示出了弧形翼型，但是應(yīng)當(dāng)理解，翼型也可以包括大體對(duì)稱的構(gòu)造。圖5是示例性等離子體致動(dòng)器90的放大圖，示例性等離子體致動(dòng)器90可以沿內(nèi)壁48、外壁52、沿人行通道68的外表面70、或者在排氣立柱80 (示于圖2中)的外表面86上使用。等離子體致動(dòng)器90包括內(nèi)部電極92、外部電極94、和介電材料96。介電材料96構(gòu)造成適形/符合于錐形或大體彎曲的表面。即，介電材料96構(gòu)造成適形于非平面表面。因此，等離子體致動(dòng)器90構(gòu)造成適形于成錐形、或者包括大體彎曲外形的物體的外表面。例如，現(xiàn)在參照?qǐng)D2，等離子體致動(dòng)器60沿大體環(huán)形的外表面54布置，并且等離子體致動(dòng)器62沿大體錐形的外表面58布置。再次參照?qǐng)D5，交流(AC)電源100同時(shí)連接至內(nèi)部電極92和外部電極94。交流電源100向內(nèi)部電極92和外部電極94提供交流功率。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，等離子體致動(dòng)器90的功率消耗是15瓦特每線性英尺等離子體(15Watts per linear foot ofplasma)。當(dāng)交流電壓的幅值達(dá)到閾值時(shí)，來(lái)自渦輪24 (示于圖1中)的排放氣體56在最大電勢(shì)(electric potential)區(qū)域中電離，以形成等離子體102。等離子體102開(kāi)始于外部電極94的邊緣104,并且遍布通過(guò)鄰近介電材料96的外部電極94突起的區(qū)域106。等離子體102在排放氣體56上產(chǎn)生力的作用，該力接著造成沿彎曲表面110的壓力分布的改變。壓力分布的改變大體減少或者基本防止當(dāng)?shù)入x子體致動(dòng)器90由交流電源100供電時(shí)的流動(dòng)分離。因此，在如圖2至圖5中所示的實(shí)施例中，等離子體致動(dòng)器90通過(guò)增大排放氣體56的靜壓來(lái)改進(jìn)最后一級(jí)渦輪葉片(未示出)、或者渦輪24 (示于圖1中)的最后一級(jí)斗葉的效率。如圖2至圖5中所示的等離子體致動(dòng)器提供相對(duì)簡(jiǎn)單的穩(wěn)健設(shè)計(jì)，并且還通過(guò)實(shí)時(shí)控制來(lái)提供量相對(duì)較低的功率消耗。盡管已經(jīng)僅結(jié)合數(shù)量有限的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)易于理解，本發(fā)明并不限于這種所公開(kāi)的實(shí)施例。相反，能夠?qū)⒈景l(fā)明修改成結(jié)合到目前為止并未進(jìn)行描述但是與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的改型、變型、替代或等同布置。此夕卜，盡管已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各個(gè)方面可以僅包括所描述的實(shí)施例中的一些。因此，本發(fā)明并不受到上文的描述的限制，而是僅僅通過(guò)所附權(quán)利要求的范圍進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)鉁u輪機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括: 渦輪，所述渦輪釋放排放氣體； 排氣擴(kuò)壓器，所述排氣擴(kuò)壓器用于從所述渦輪接收排放氣體，所述排氣擴(kuò)壓器具有進(jìn)口、出口、以及布置在所述進(jìn)口與所述出口之間的至少一個(gè)壁；以及 等離子體致動(dòng)器，所述等離子體致動(dòng)器沿所述排氣擴(kuò)壓器的所述至少一個(gè)壁產(chǎn)生等離子體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述排氣擴(kuò)壓器包括內(nèi)部擴(kuò)壓器和外部擴(kuò)壓器，其中所述內(nèi)部擴(kuò)壓器大體與所述外部擴(kuò)壓器同心。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)部擴(kuò)壓器包括內(nèi)壁，并且其中所述等離子體致動(dòng)器沿所述內(nèi)部擴(kuò)壓器的所述內(nèi)壁布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2 所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述外部擴(kuò)壓器包括外壁，并且其中所述等離子體致動(dòng)器沿所述內(nèi)部擴(kuò)壓器的所述外壁布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)部擴(kuò)壓器包括大體環(huán)形的構(gòu)造。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述外部擴(kuò)壓器包括大體錐形的構(gòu)造。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括定位在所述內(nèi)部擴(kuò)壓器與所述外部擴(kuò)壓器之間的至少一個(gè)人行通道，其中所述至少一個(gè)人行通道包括人行通道外表面，并且其中另一個(gè)等離子體致動(dòng)器沿所述人行通道外表面定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括排氣立柱，所述排氣立柱定位在所述排氣擴(kuò)壓器的內(nèi)壁與外壁之間，所述排氣立柱具有橫截面，其中所述排氣立柱的所述橫截面包括翼型形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括排氣立柱等離子體致動(dòng)器，所述排氣立柱等離子體致動(dòng)器沿所述排氣立柱的外表面布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述等離子體致動(dòng)器包括內(nèi)部電極、外部電極、以及介電材料。
11.一種燃?xì)鉁u輪機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括: 渦輪，所述渦輪釋放排放氣體； 排氣擴(kuò)壓器，所述排氣擴(kuò)壓器用于從所述渦輪接收排放氣體，所述排氣擴(kuò)壓器具有進(jìn)口和出口，所述排氣擴(kuò)壓器包括: 內(nèi)部擴(kuò)壓器，所述內(nèi)部擴(kuò)壓器布置在所述進(jìn)口與所述出口之間，所述內(nèi)部擴(kuò)壓器具有內(nèi)壁； 外部擴(kuò)壓器，所述外部擴(kuò)壓器布置在所述進(jìn)口與所述出口之間，所述外部擴(kuò)壓器具有外壁，所述內(nèi)部擴(kuò)壓器大體與所述外部擴(kuò)壓器同心；以及 等離子體致動(dòng)器，所述等離子體致動(dòng)器沿所述內(nèi)壁和所述外壁中的至少一個(gè)產(chǎn)生等離子體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)部擴(kuò)壓器包括大體環(huán)形的構(gòu)造。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述外部擴(kuò)壓器包括大體錐形的構(gòu)造。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括定位在所述內(nèi)部擴(kuò)壓器與所述外部擴(kuò)壓器之間的至少一個(gè)人行通道，其中所述至少一個(gè)人行通道包括人行通道外表面，并且其中另一個(gè)等離子體致動(dòng)器沿所述人行通道外表面定位。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括排氣立柱，所述排氣立柱定位在所述排氣擴(kuò)壓器的內(nèi)壁與外壁之間，所述排氣立柱具有橫截面，其中所述排氣立柱的所述橫截面包括翼型形狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)，其特征在于，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括排氣立柱等離子體致動(dòng)器，所述排 氣立柱等離子體致動(dòng)器沿所述排氣立柱的外表面布置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有等離子體致動(dòng)器的燃?xì)鉁u輪機(jī)排氣擴(kuò)壓器，該燃?xì)鉁u輪機(jī)包括渦輪、排氣擴(kuò)壓器、和等離子體致動(dòng)器。渦輪釋放排放氣體。排氣擴(kuò)壓器從渦輪接收排放氣體。排氣擴(kuò)壓器具有進(jìn)口和出口、以及布置在進(jìn)口與出口之間的至少一個(gè)壁。等離子體致動(dòng)器沿?cái)U(kuò)壓器的至少一個(gè)壁產(chǎn)生等離子體。
文檔編號(hào)F01D25/30GK103206272SQ20131001009
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者A.薩杜, D.D.南達(dá), S.G.薩多希 申請(qǐng)人:通用電氣公司