本文公開(kāi)的主題涉及渦輪機(jī)領(lǐng)域，并且更具體涉及包括流混合葉(flow mixing lobe)的渦輪機(jī)擴(kuò)散器。

背景技術(shù)：

燃?xì)廨啓C(jī)通常包括壓縮機(jī)部分、渦輪部分和燃燒器組件。燃燒器組件使來(lái)自壓縮機(jī)部分的流體與燃料混合來(lái)形成可燃混合物?？扇蓟旌衔锶紵孕纬蔁釟怏w，其沿渦輪部分的熱氣體通路經(jīng)過(guò)。渦輪部分包括一定數(shù)目的級(jí)，其具有安裝到轉(zhuǎn)子上的翼型件，該轉(zhuǎn)子將來(lái)自熱氣體的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械旋轉(zhuǎn)能。來(lái)自壓縮機(jī)的附加流體經(jīng)過(guò)翼型件和渦輪部分的其它區(qū)段以用于冷卻目的。熱氣體作為排出氣體從渦輪部分進(jìn)入排氣擴(kuò)散器中。排氣擴(kuò)散器幾何地構(gòu)造成快速地減小流的動(dòng)能，且加強(qiáng)排氣擴(kuò)散器內(nèi)的靜壓恢復(fù)。排氣擴(kuò)散器通常包括用于機(jī)械支承的一個(gè)或更多個(gè)靜止支柱。排出氣體可從排氣擴(kuò)散器進(jìn)入下游構(gòu)件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)示例性實(shí)施例的一個(gè)方面，一種渦輪機(jī)擴(kuò)散器包括具有限定擴(kuò)散器流動(dòng)通路的內(nèi)表面的本體、從內(nèi)表面延伸的多個(gè)靜止支柱，以及以環(huán)形陣列布置在內(nèi)表面上的多個(gè)流混合葉。多個(gè)流混合葉構(gòu)造和設(shè)置成朝本體的內(nèi)表面引導(dǎo)顯著高動(dòng)量流。

根據(jù)示例性實(shí)施例的另一個(gè)方面，渦輪機(jī)包括壓縮部分，以及可操作地連接到壓縮機(jī)部分上的渦輪部分。渦輪部分包括出口。包括至少一個(gè)燃燒器的燃燒器組件流體地連接到壓縮機(jī)部分和渦輪部分上。擴(kuò)散器流體地連接到渦輪部分的出口上。擴(kuò)散器包括具有限定擴(kuò)散器流動(dòng)通路的內(nèi)表面的本體、從內(nèi)表面延伸的多個(gè)靜止支柱，以及以環(huán)形陣列布置在內(nèi)表面上的多個(gè)流混合葉。多個(gè)流混合葉構(gòu)造和設(shè)置成朝本體的內(nèi)表面引導(dǎo)顯著高動(dòng)量流。

根據(jù)示例性實(shí)施例的又一個(gè)方面，一種使排出氣體從渦輪機(jī)進(jìn)入擴(kuò)散器中的方法包括將熱氣體朝渦輪機(jī)的渦輪部分的出口傳遞、將熱氣體輸送至擴(kuò)散器的入口中、將熱氣體的一部分朝沿周向圍繞擴(kuò)散器的內(nèi)表面布置的多個(gè)流混合葉指引、將熱氣體的一部分形成為顯著高動(dòng)量流、將顯著高動(dòng)量流朝擴(kuò)散器的內(nèi)表面引導(dǎo)，以及使顯著高動(dòng)量流與沿內(nèi)表面經(jīng)過(guò)的邊界層流相混合。

本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種渦輪機(jī)擴(kuò)散器，包括：具有限定擴(kuò)散器流動(dòng)通路的內(nèi)表面的本體；從所述內(nèi)表面延伸的多個(gè)靜止支柱；以及以環(huán)形陣列布置在所述內(nèi)表面上的多個(gè)流混合葉，其中所述多個(gè)流混合葉構(gòu)造和設(shè)置成朝所述本體的所述內(nèi)表面引導(dǎo)顯著高動(dòng)量流。

本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述多個(gè)流混合葉片中的每一個(gè)均包括第一葉部件和第二葉部件，第一和第二葉部件中的每一個(gè)從所述內(nèi)表面沿徑向向外延伸到所述擴(kuò)散器流動(dòng)通路中。

本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，所述第一和第二葉部件中的至少一者從所述內(nèi)表面基本垂直地延伸。

本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，所述第一和第二葉部件中的至少一者與所述內(nèi)表面成角延伸。

本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，還包括：在所述第一與第二葉部件之間延伸的翼型件部分。

本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案中，所述翼型件部分包括基本矩形截面和曲線截面中的一者。

本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案中，所述翼型件部分包括從所述第一和第二葉部件中的對(duì)應(yīng)一者成非垂直角延伸的第一和第二翼型件部件。

本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述第一和第二葉部件中的至少一者包括從所述第一和第二葉部件中的一者沿周向向外延伸的底座區(qū)段，所述底座區(qū)段連結(jié)至所述本體的所述內(nèi)表面。

本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，所述底座區(qū)段從所述第一和第二葉部件中的一者遠(yuǎn)離所述第一和第二葉部件中的另一者基本垂直地向外延伸。

本發(fā)明的第十技術(shù)方案提供了一種渦輪機(jī)，包括：壓縮機(jī)部分；可操作地連接至所述壓縮機(jī)部分的渦輪部分，所述渦輪部分包括出口；包括流體地連接至所述壓縮機(jī)部分和所述渦輪部分的至少一個(gè)燃燒器的燃燒器組件；以及流體地連接至所述渦輪部分的所述出口的擴(kuò)散器，所述擴(kuò)散器包括：具有限定擴(kuò)散器流動(dòng)通路的內(nèi)表面的本體；從所述內(nèi)表面延伸的多個(gè)靜止支柱；以及以環(huán)形陣列布置在所述內(nèi)表面上的多個(gè)流混合葉，其中所述多個(gè)流混合葉構(gòu)造和設(shè)置成朝所述本體的所述內(nèi)表面引導(dǎo)顯著高動(dòng)量流。

本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第十技術(shù)方案中，所述多個(gè)流混合葉中的每一個(gè)均包括第一葉部件和第二葉部件，第一和第二葉部件中的每一個(gè)從所述內(nèi)表面沿徑向向外延伸到所述擴(kuò)散器流動(dòng)通路中。

本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，所述第一和第二葉部件中的至少一者從所述內(nèi)表面基本垂直地延伸。

本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，所述第一和第二葉部件中的至少一者與所述內(nèi)表面成角延伸。

本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，還包括：在所述第一與第二葉部件之間延伸的翼型件部分。

本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，所述翼型件部分包括基本矩形截面和曲線截面中的一者。

本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第十四技術(shù)方案中，所述翼型件部分包括從所述第一和第二葉部件中的對(duì)應(yīng)一者成非垂直角延伸的第一和第二翼型件部件。

本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第十一技術(shù)方案中，所述第一和第二葉部件中的至少一者包括從所述第一和第二葉部件中的一者沿周向向外延伸的底座區(qū)段，所述底座區(qū)段連結(jié)至所述本體的所述內(nèi)表面。

本發(fā)明的第十八技術(shù)方案提供了一種將排出氣體從渦輪機(jī)傳遞到擴(kuò)散器的方法，所述方法包括：使熱氣體朝所述渦輪機(jī)的渦輪部分的出口傳遞；將所述熱氣體輸送到所述擴(kuò)散器的入口中；將所述熱氣體的一部分朝圍繞所述擴(kuò)散器的內(nèi)表面沿周向布置的多個(gè)流混合葉指引；將所述熱氣體的一部分形成為顯著高動(dòng)量流；朝所述擴(kuò)散器的所述內(nèi)表面引導(dǎo)所述顯著高動(dòng)量流；以及使所述顯著高動(dòng)量流與沿所述內(nèi)表面?zhèn)鬟f的邊界層流混合。

本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第十八技術(shù)方案中，朝所述擴(kuò)散器的所述內(nèi)表面引導(dǎo)所述顯著高動(dòng)量流包括指引從渦輪機(jī)的渦輪部分的出口傳遞的流跨過(guò)多個(gè)流混合葉的翼型件部分。

本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第十九技術(shù)方案中，指引所述流跨過(guò)多個(gè)流混合葉的翼型件部分包括使所述流經(jīng)過(guò)在所述多個(gè)流混合葉的第一與第二葉部件之間延伸的翼型件部分。

這些及其它優(yōu)點(diǎn)和特征將從連同附圖的以下描述中變得更清楚。

附圖說(shuō)明

認(rèn)作是本公開(kāi)內(nèi)容的主題在說(shuō)明書(shū)結(jié)束部分處的權(quán)利要求中具體指出且明確提出。公開(kāi)內(nèi)容的前述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)從連同附圖的以下詳細(xì)描述中清楚，在附圖中：

圖1繪出了按照示例性實(shí)施例的包括具有流混合葉的排氣擴(kuò)散器的渦輪機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖；

圖2繪出了圖1的擴(kuò)散器的局部截面?zhèn)纫晥D；

圖3繪出了安裝到圖1的擴(kuò)散器的內(nèi)表面上的流混合葉；

圖4繪出了圖3的流混合葉的透視圖；

圖5繪出了按照示例性實(shí)施例的另一個(gè)方面的流混合葉；

圖6繪出了按照示例性實(shí)施例的又一個(gè)方面的流混合葉；

圖7繪出了按照示例性實(shí)施例的再一個(gè)方面的流混合葉；

圖8繪出了按照示例性實(shí)施例的再一個(gè)方面的流混合葉；

圖9繪出了按照示例性實(shí)施例的方面的包括翼型件部分的流混合葉的截面視圖；以及

圖10繪出了按照示例性實(shí)施例的另一個(gè)方面的包括翼型件部分的流混合葉的截面視圖。

詳細(xì)描述通過(guò)參照附圖的實(shí)例連同優(yōu)點(diǎn)和特征闡釋了本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1中大體上在2處指出了按照示例性實(shí)施例的渦輪機(jī)系統(tǒng)。渦輪機(jī)系統(tǒng)2包括渦輪機(jī)4，其具有經(jīng)由共同的壓縮機(jī)/渦輪軸10可操作地連接到渦輪部分8上的壓縮機(jī)部分6。燃燒器組件12流體地連接在壓縮機(jī)部分6與渦輪部分8之間。燃燒器組件12包括至少一個(gè)燃燒器14，其沿渦輪部分8的熱氣體通路(也未單獨(dú)標(biāo)出)引導(dǎo)燃燒產(chǎn)物。進(jìn)氣系統(tǒng)20流體地連接至壓縮機(jī)部分6的入口(未單獨(dú)標(biāo)出)。負(fù)載22機(jī)械地鏈接到渦輪機(jī)4上。

在操作中，空氣經(jīng)過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)20進(jìn)入壓縮機(jī)部分6中。例如，進(jìn)氣系統(tǒng)20可通過(guò)降低濕度、改變溫度等來(lái)調(diào)節(jié)空氣?？諝獯┻^(guò)壓縮機(jī)部分6的多級(jí)而被壓縮，且進(jìn)入渦輪部分8和燃燒器組件12。空氣在燃燒器14中與燃料、稀釋劑等混合以形成可燃混合物?？扇蓟旌衔飶娜紵?4經(jīng)由過(guò)渡件(未示出)作為熱氣體進(jìn)入渦輪部分8中。熱氣氣體沿渦輪部分8的熱氣體通路流動(dòng)，且作為排氣進(jìn)入排氣擴(kuò)散器30中。排氣擴(kuò)散器30幾何上構(gòu)造成快速地減少排出氣體的動(dòng)能，且在輸送至下游裝置(未示出)之前增大靜壓恢復(fù)。下游裝置可將排出氣體引導(dǎo)至環(huán)境，或獲得可用于其它目的的附加能量。

如圖2中所示，排氣擴(kuò)散器30包括具有限定擴(kuò)散器流動(dòng)通路44的外表面41和內(nèi)表面42的本體40。排氣擴(kuò)散器30包括流體地聯(lián)接到渦輪部分8的出口(未單獨(dú)標(biāo)出)的入口46，以及出口47。排氣擴(kuò)散器30也示為包括多個(gè)靜止支柱，其中一個(gè)在50處指出，其從內(nèi)表面42沿徑向向內(nèi)延伸到擴(kuò)散器流動(dòng)通路44。靜止支柱50調(diào)節(jié)沿?cái)U(kuò)散器流動(dòng)通路44朝出口47流動(dòng)的排出氣體。

按照示例性實(shí)施例，排氣擴(kuò)散器30包括安裝到內(nèi)表面42上的多個(gè)流混合葉，其中一個(gè)在54處指出。按照示例性實(shí)施例的方面，流混合葉54可布置在入口46下游末級(jí)葉片高度的大約0.05倍到末級(jí)葉片高度的大約10倍之間的距離。在所示示例性方面中，流混合葉54可布置在入口46下游和支柱50上游。按照示例性實(shí)施例的另一個(gè)方面，流混合葉54可布置在入口46下游大約2英寸(5.08cm)。按照示例性實(shí)施例的又一個(gè)方面，流混合葉54可布置在入口46下游大約1.50英寸(3.81cm)。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解的是，流混合葉54的位置可變化。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，流混合葉可布置在支柱50下游。

如圖3和4中所示，流混合葉54包括第一葉部件60和第二葉部分61。各個(gè)葉部件60和61從內(nèi)表面42基本垂直地向外延伸。第一葉部件60包括第一底座區(qū)段64，以及第二葉部件61包括第二底座區(qū)段65。第一底座區(qū)段64沿第一方向突出第一葉部件60外，且第二底座區(qū)段65沿與第一方向相反的第二方向突出第二葉部件61外。第一底座區(qū)段64和第二底座區(qū)段65提供第一葉部件60和第二葉部件61中的每一者與內(nèi)表面42之間的附接界面。

另外按照示例性實(shí)施例，流混合葉54包括在第一葉部件60與第二葉部件61之間延伸的翼型件部分70。翼型件部分70與第一底座區(qū)段64和第二底座區(qū)段65間隔開(kāi)，使得在附接到內(nèi)表面42上時(shí)，通道74形成。通道74接收從渦輪部分8傳遞的排出氣體的一部分。按照示例性實(shí)施例的一個(gè)方面，通道74將從渦輪部分6傳遞的高動(dòng)量流的一部分沿徑向向外朝內(nèi)表面42引導(dǎo)。更具體而言，翼型件部分70將顯著高動(dòng)量流的一部分朝內(nèi)表面42沿徑向向外引導(dǎo)，由此生成流渦旋。流渦旋減小內(nèi)表面42處的邊界層增長(zhǎng)，導(dǎo)致流動(dòng)分離的減小。因此，示例性實(shí)施例改善了排氣擴(kuò)散器30中的壓力恢復(fù)，這導(dǎo)致了總體系統(tǒng)效率的提高。這里，應(yīng)當(dāng)理解的是，用語(yǔ)"顯著高動(dòng)量流"描述了具有大約1000ft/sec(大約305m/s)或更高的速度的流。

圖5繪出了按照示例性實(shí)施例的另一個(gè)方面的流混合葉90。流混合葉90包括經(jīng)由翼型件部分94連結(jié)的第一葉部分92和第二葉部分93。各個(gè)葉部分92和93均包括對(duì)應(yīng)的末端部分96,97，其與排氣擴(kuò)散器30的內(nèi)表面42直接地對(duì)接。圖6繪出了包括由翼型件部分105連結(jié)的第一葉部件102和第二葉部件103的流混合葉100。在所示示例性方面中，第一葉部件102和第二葉部件103包括朝彼此向內(nèi)成角的對(duì)應(yīng)的末端部分107和108。

圖7繪出了包括由翼型件部分115連結(jié)的第一葉部件112和第二葉部件113的流混合葉110。在所示的示例性方面中，第一葉部件112和第二葉部件113包括遠(yuǎn)離彼此向外成角的對(duì)應(yīng)的末端部分117和118。圖8繪出了具有由翼型件部分124連結(jié)的第一葉部件122和第二葉部件123的流混合葉120。在所示的示例性方面，翼型件部分124包括第一翼型件部件128和第二翼型件部件129，其從第一葉部件122和第二葉部件123中的對(duì)應(yīng)一個(gè)成角延伸且連結(jié)在成角部分130處。圖9繪出了包括具有大體上矩形截面(未單獨(dú)標(biāo)出)的翼型件部分142的流混合葉140。圖10繪出了包括具有曲線截面(未單獨(dú)標(biāo)出)的翼型件部分152的流混合葉150。

申請(qǐng)人尊重地提出用語(yǔ)"大約"旨在包括基于本申請(qǐng)?zhí)峤蝗掌诳捎玫脑O(shè)備的特定量的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的誤差程度。例如，"大約"可包括給定值的±8%或5%或2%的范圍。

本文中所使用的用語(yǔ)用于僅描述特定實(shí)施例的目的，且不旨在限制示例性實(shí)施例。如本文中所使用的，單數(shù)形式"一個(gè)"、"一種"和"該"旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非向下文清楚地另外指出。還將理解的是，用語(yǔ)"包括"和/或"包含"在用于此說(shuō)明書(shū)中時(shí)表示指出的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或構(gòu)件的存在，但并未排除存在或添加一個(gè)或更多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、構(gòu)件和/或其組合。

盡管僅結(jié)合了有限數(shù)目的實(shí)施例詳細(xì)描述本公開(kāi)內(nèi)容，但應(yīng)容易理解的是，本公開(kāi)內(nèi)容不限于此公開(kāi)實(shí)施例。相反，本公開(kāi)內(nèi)容可改變以結(jié)合迄今未描述的但與本公開(kāi)內(nèi)容的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)目的變型、改型、置換或等同布置。此外，盡管已經(jīng)描述了本公開(kāi)內(nèi)容的各種實(shí)施例，但將理解的是，本公開(kāi)內(nèi)容的方面可僅包括所述實(shí)施例中的一些。因此，本公開(kāi)內(nèi)容未看作前述描述限制，但僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。