專利名稱：燃氣輪機的廢氣導(dǎo)向器以及混合該燃氣輪機的廢氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1和2的前序部分所述的一種燃氣輪機的廢氣導(dǎo)向器。此外，本發(fā)明涉及如權(quán)利要求13的前序部分所述的一種用于混合燃氣輪機的廢氣的方法。
背景技術(shù)：
燃氣輪機和其他的裝置一起被用在發(fā)電廠，尤其是用于在復(fù)合循環(huán)燃氣輪機發(fā)電廠(CCGT)里來發(fā)電。在CCGT發(fā)電廠里，燃氣輪機和蒸汽輪機作為整體裝置來驅(qū)動發(fā)電機。燃氣輪機通過燃燒礦物燃料并利用發(fā)電機來產(chǎn)生電流。產(chǎn)生的高熱廢氣被輸送到廢氣導(dǎo)向器，然后經(jīng)由氣體分流器引導(dǎo)或者被直接送入到廢熱鍋爐中處理。該廢熱鍋爐相當(dāng)于一個汽化器，其利用所述燃氣輪機的熱廢氣產(chǎn)生蒸汽，用以驅(qū)動所述蒸汽輪機，然后該蒸汽輪機又驅(qū)動另一發(fā)電機來發(fā)電。
通常，人們都希望使CCGT發(fā)電廠實現(xiàn)盡可能的緊湊。這種緊湊在很大程度上取決于位于燃氣輪機出口和進入廢熱鍋爐或氣體分流器的入口之間的廢氣導(dǎo)向器的長度。在燃氣輪機出口連接件區(qū)域中的廢氣導(dǎo)向器的氣流道的截面積，要比進入廢熱鍋爐或氣體分流器的入口時的截面積小好幾倍。在使用廢熱鍋爐時，這是因為所述熱廢氣在廢熱鍋爐中將要流向的傳熱面積必須盡可能的大，以使CCGT發(fā)電廠獲得良好的效率。同樣在使用氣體分流器時，也希望流體迎向一個大的面積。此外，在上述兩種情況下都希望流體在整個通道橫截面上盡可能的均勻。
眾所周知，為了實現(xiàn)流體與沿盡可能不變的主流向擴展的氣流道壁面的接觸，引入導(dǎo)向板、偏轉(zhuǎn)板、偏轉(zhuǎn)柵或者類似結(jié)構(gòu)，以在廢氣導(dǎo)向器氣流道的擴展橫截面區(qū)域中，作為安裝表面產(chǎn)生紊流。這樣就有可能獲得盡可能短的廢氣導(dǎo)向器，同時在進入廢熱鍋爐或氣體分流器的入口時仍然可以得到相對均勻的流體。但是，特別是隨著氣流道開度角的增加，使用上述已知的結(jié)構(gòu)只能在有限的程度上實現(xiàn)流體在擴展氣流道壁面上的穩(wěn)定接觸。此外，上述已知的安裝表面常常會導(dǎo)致高的壓力損失，并且在某種程度上僅得到輕微的紊流效果。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于改進廢氣導(dǎo)向器，使其在實現(xiàn)盡可能緊湊的同時，避免高的壓力損失。
通過如權(quán)利要求1和2所述的廢氣導(dǎo)向器以及如權(quán)利要求13所述的混合所述廢氣的方法，上述目的得以實現(xiàn)。
因此，主要是通常已知的燃氣輪機上的廢氣導(dǎo)向器，所述廢氣導(dǎo)向器包括氣流道，該氣流道的橫截面在沿主流向的至少一些區(qū)域里擴展，并且在該氣流道中引入了會影響流動的安裝表面。此外，廢熱鍋爐或氣流分流器連接在該廢氣導(dǎo)向器的下游。根據(jù)本發(fā)明的廢氣導(dǎo)向器不同于已知的廢氣導(dǎo)向器，因為其帶有安裝表面，該表面用作產(chǎn)生前沿渦流的渦流裝置，該渦流裝置位于所述氣流道的擴展橫截面區(qū)域內(nèi)。進一步地，該渦流裝置以如此的方式設(shè)置，使得由此產(chǎn)生的前沿渦流把廢氣流均勻地分布在進入廢熱鍋爐或氣體分流器的入口時的截面上。
所述渦流裝置是通常已知的一種安裝部件，例如，正如在EP0638732A1中已經(jīng)描述過的擴散器(diffuser)。該公開內(nèi)容也可以經(jīng)參考被應(yīng)用到本發(fā)明中。該渦流裝置的基本特征是它能夠產(chǎn)生前沿渦流。這些前沿渦流也稱作夾帶渦流，可以被想象成是朝著流向的、且其直徑沿該方向增大的小型龍卷風(fēng)。該渦流首先從渦流裝置的側(cè)邊緣向外旋轉(zhuǎn)，然后向內(nèi)彎曲，這樣直徑上對置的渦流就沿相反方向旋轉(zhuǎn)。如果從這種類型的渦流裝置的下游觀察，所述前沿渦流看起來就像兩只蝸牛在相反方向上卷曲。
這些前沿渦流的有利之處在于它們是非常穩(wěn)定的渦流系統(tǒng)，能夠特別有效地導(dǎo)致氣流的混合。因此大量均勻的紊流特性在這種渦流裝置之后形成。同時，可以這樣定位該渦流裝置，使得由此產(chǎn)生的紊流幾乎持續(xù)不斷地與沿主流向擴展的氣流道壁面相接觸。從而該氣流道的橫截面可以在非常短的距離里沿主流向劇烈地擴展，使得廢氣導(dǎo)向器變得非常地緊湊，而氣流道和進入廢熱鍋爐或氣體分流器的入口時的流體橫截面上的流量分布仍然是均勻的。因此該渦流裝置以的方式有意識地定位，使得在盡可能最短的流動距離之后氣流道橫截面上出現(xiàn)均勻的流量分布。同時，因為渦流安裝表面具有相對較小的流阻，該渦流裝置幾乎不會導(dǎo)致任何壓力損失。渦流裝置沒有把整個表面作為導(dǎo)向表面，而是使用它的前沿來產(chǎn)生渦流場，該渦流場沒有使用擴展所需的附加安裝表面或?qū)虮砻娑诹飨蛏献詣拥財U展，并且充滿了流道中的低流動性的空間。從而減小了整體的壓力損失。
氣流道擴展處的開度角優(yōu)選地至少為30°或者更大。開度角越大，對產(chǎn)生前沿渦流的安裝表面的應(yīng)用就越有利，因為如果使用引起阻礙的典型的安裝表面，劇烈擴展的流道可能只具有均勻流，卻伴隨著大量的壓力損失。如本發(fā)明所述的廢氣導(dǎo)向器會形成非常緊湊的結(jié)構(gòu)，而在這些新設(shè)備中仍然只有低的壓力損失。渦流裝置以最小間隔附著在流道擴展部一端的前面。該最小間隔允許所述前沿渦流像袋子那樣膨脹并能夠與壁面接觸，所述壁面設(shè)置在安裝表面的下游并且一直擴展著。
本發(fā)明的另一有利之處在于，在渦流裝置之后由前沿渦流形成的廢氣的大量均勻的紊流特性，并不太依賴于當(dāng)前流過氣流道的氣體量，而更多的是依賴于所使用的安裝表面來實現(xiàn)。因此，例如當(dāng)燃氣輪機的輸出忽上或忽下變化時，該渦流裝置不用隨著氣體量的每次變化而不斷地調(diào)整。
此外，在廢氣導(dǎo)向器中放置燃燒器以輔助燃燒廢氣流是為人所熟知的。這些燃燒器往往使用礦物燃料工作，例如天然氣。在輔助燃燒時天然氣同廢氣中仍然含有的氧氣一起燃燒。通過這些燃燒器所進行的輔助燃燒，CCGT發(fā)電廠的效率可以得到提高，并且蒸汽輪機的流動特性可以適應(yīng)特殊的需求。
這種類型的燃燒器會在廢氣導(dǎo)向器中產(chǎn)生熱的廢氣流，該廢氣流必須在流入廢熱鍋爐或氣體分流器之前同其余的渦輪廢氣混合。已知的在氣流道中帶有燃燒器的廢氣導(dǎo)向器的不足之處在于，燃燒器和進入廢熱鍋爐或氣體分流器的入口時之間的距離必須相對較大，這樣廢氣才能在離開該廢氣導(dǎo)向器之前充分混合。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，渦流裝置放置和定位為使得由此產(chǎn)生的前沿渦流按預(yù)定的方式把至少一個燃燒器的熱廢氣流與其余廢氣混合。從而該熱廢氣流與其余廢氣的混合可以在相對較短的距離里完成，以致縮短了燃燒器和廢熱鍋爐或氣體分流器之間的距離，這樣就使整個廢氣導(dǎo)向器變得更加緊湊。
通常，可以把至少一個燃燒器放置在沿主流向看去的渦流裝置的上游或下游。也可以把至少一個燃燒器放置在渦流裝置的旁邊。優(yōu)選地，渦流裝置安置在至少一個燃燒器的上游，因此熱氣流在出現(xiàn)后立即被已經(jīng)形成的前沿渦流卷入，從而所需的混合距離可以被進一步縮短。
在另一個優(yōu)選的實施方案中，所述燃燒器安置在渦流裝置的表面邊緣之后的區(qū)域里，例如位于渦流裝置背向著廢氣流的供給流體的背后區(qū)域里。這種方案的優(yōu)點在于，容積流量相對較小的熱廢氣流被卷入到了已經(jīng)由更大容積流量的其余較冷廢氣產(chǎn)生的前沿渦流中，因此可以在一個非常短的混合距離里實現(xiàn)均勻化。此外，如果燃燒器設(shè)置在渦流裝置前一半的區(qū)域里會更為有利，因為熱廢氣噴嘴可以被卷入到早先在渦流裝置最前端的邊緣區(qū)域中形成的渦流場里。從而該混合距離可以被進一步縮短。
此外，也可以在廢氣導(dǎo)向器中放置多個燃燒器，該渦流裝置設(shè)置為使得所有燃燒器的熱廢氣流與其余廢氣混合，從而使廢氣流在整個氣流道橫截面上是均勻的。這些燃燒器可以彼此相鄰設(shè)置，也可以從主流向看去一個放在另一個的后面。
在另一個優(yōu)選的實施方案中，渦流裝置所產(chǎn)生的前沿渦流定位為使得當(dāng)從整個流動橫截面看去時，該渦流所引起的流動在進入廢熱鍋爐或氣體分流器的入口時具有基本恒定的速率。其優(yōu)勢在于有助于進一步優(yōu)化在廢熱鍋爐中的汽化過程和/或提高氣流分流器中氣流的導(dǎo)向性。
從燃氣輪機中出來的廢氣流不僅具有沿主流向的、高的軸向速度，同時還具有由于氣體在渦輪的最末葉柵中的流動和膨脹而產(chǎn)生的繞著該主流動軸線的螺旋。因為整個廢氣流繞著該主流動軸線旋轉(zhuǎn)，故該螺旋為球形螺旋。該螺旋的切向速度可以達到30m/s和更高。這種方案的不利之處在于，該球形螺旋可能會在廢熱鍋爐或氣體分流器中產(chǎn)生振蕩，導(dǎo)致這些設(shè)備受損。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案中，渦流裝置設(shè)置為使得由該渦流裝置產(chǎn)生的前沿渦流系統(tǒng)消除了廢氣流的球形螺旋，以致于在廢氣流進入廢熱鍋爐或氣體分流器之前該球形螺旋已基本被消除，并且該球形切向速度因此幾乎降低為零。因此前面所述的設(shè)備發(fā)生損壞的風(fēng)險波顯著降低。
渦流裝置至少具有一個渦流片。這些渦流片可以制成圓形、橢圓形、矩形、卵形、拋物面形、菱形或者甚至是三角形，例如，呈直線形或折痕形的實施例和/或呈三角形或呈雨滴形橫截面的實施例中的渦流片都可以適用。
在改進方案中，渦流裝置帶有多個在流動橫截面上彼此相鄰放置的渦流片。這些渦流片可以彼此鏈接或者也可以單獨地附著在壁面上。從而形成了像鏈條一樣環(huán)繞著整個橫截面的渦流裝置。這就意味著例如在矩形的氣流道中，在所有情況下至少一個渦流片位于頂部、底部、左邊和右邊。
優(yōu)選地，渦流裝置具有多個以串聯(lián)形式放置的渦流片。這里串聯(lián)可以理解成一個渦流片位于另一個渦流片后面的功能序列。這樣就形成了一個階梯形狀，單個渦流片在一個斜面上偏置地布置或可想象地也可對角地布置。其重要之處僅在于氣流從一個渦流片傳遞到下一個渦流片，產(chǎn)生了最佳的感應(yīng)效應(yīng)。
渦流片相對于主流向的迎角被設(shè)置成可以方便地進行調(diào)節(jié)。通過對該迎角的調(diào)整，就使渦流裝置可以適應(yīng)氣體導(dǎo)向的特定工作情況。因此，例如考慮到燃氣輪機處于起動階段時的流動狀態(tài)，渦流片就可以在該起動階段中設(shè)置成不同于后來在燃氣輪機工作階段時的角度。廢熱鍋爐的輸出也可以通過這種調(diào)整而被優(yōu)化。如果設(shè)置了多個渦流片，它們可以彼此獨立地單獨調(diào)整，或者設(shè)置成渦流片系統(tǒng)，該系統(tǒng)例如包括多個位于共同旋轉(zhuǎn)軸上的渦流片。從而，通過旋轉(zhuǎn)或以彼此之間固定設(shè)置的功能關(guān)系的樞轉(zhuǎn)，在其工作模式中，多個渦流片可以一起被改變。
根據(jù)本發(fā)明，其目的也通過在氣流道中混合燃氣輪機的廢氣和位于該氣流道中的至少一個燃燒器所產(chǎn)生的熱廢氣流的方法得到實現(xiàn)，，其中所述氣流道具有沿主流向在至少一些區(qū)域里擴展的橫截面，并且至少一個前沿渦流系統(tǒng)在該氣流道的擴展區(qū)域中產(chǎn)生。所述前沿渦流系統(tǒng)包括兩個彼此反向旋轉(zhuǎn)、且在所有情況下向中心旋轉(zhuǎn)的前沿渦流，所述前沿渦流系統(tǒng)由渦流片產(chǎn)生。該前沿渦流系統(tǒng)定位為使其可以把至少一個燃燒器所產(chǎn)生的熱廢氣流卷入，從而在最短的可能距離內(nèi)把這些氣流與其余廢氣混合。
優(yōu)選地，在如本發(fā)明所述方法的一個改進方案中，該前沿渦流系統(tǒng)定位為使得廢氣流在離開燃氣輪機時產(chǎn)生的球形螺旋被基本消除。


接下來，將在附圖所示示例性實施方案的基礎(chǔ)上對本發(fā)明作進一步的解釋。在這些示意圖中圖1示出了廢氣導(dǎo)向器的側(cè)視圖；圖2示出了另一個廢氣導(dǎo)向器的側(cè)視圖；圖3示出了沿圖1中的A-A線的剖視圖；圖4示出了沿圖2中的B-B線的剖視圖；圖5示出了通過另一個廢氣導(dǎo)向器的B-B線的剖視圖；圖6示出了通過圖5所示的廢氣導(dǎo)向器的A-A線的剖視圖；圖7示出了具有圓形面積的渦流片；圖8示出了具有橢圓形面積的渦流片；圖9示出了具有類似圓弧形截面形狀面積的渦流片；圖10示出了具有梯形面積的渦流片；圖11示出了具有菱形面積的渦流片；圖12示出了具有三角形面積的渦流片；
圖13示出了具有梯形面積和縱向折痕的渦流片；圖14示出了沿圖13中的C-C線的剖視圖；圖15示出了具有三角形面積和成角度邊緣的渦流片；并且圖16示出了沿圖15中的D-D線剖視圖。
具體實施例方式
在如下所述的實施方案中，相同的部件具有相同的附圖標(biāo)記。
圖1示出了具有氣流道15的廢氣導(dǎo)向器10，該氣流道15連接了包括葉輪13的、并向廢熱鍋爐11排氣的燃氣輪機12。由附圖標(biāo)記14標(biāo)示的箭頭指出了燃氣輪機12的廢氣的主流向。這里，在所示的廢氣導(dǎo)向器10中，該主流向14在氣流道縱向軸線方向上沿著X方向延伸。該氣流道15被設(shè)置成矩形，并在它的直接同燃氣輪機12連接的前方區(qū)域中具有平行延伸的壁面。在氣流道15的其他部分中，它的橫截面同時向下和向上擴展，這種擴展在上部和下部區(qū)域里都具有恒定的斜度，并且一直延伸到氣流道15同廢熱鍋爐11的連接部。沿主流向14看去，在氣流道15的分流區(qū)域的上游部分中，一上一下放置著兩個渦流片16′。這些渦流片16′相對于主流向14形成了角度±α，其中上面的渦流片16′相對于主流向14形成了正角α，而下面的渦流片16′相對于主流向14形成了負(fù)角α。進一步地，這些渦流片16′彼此呈軸向?qū)ΨQ設(shè)置，其中鏡像軸沿著X方向延伸。在這些渦流片背向著流體的背流面上，形成了前沿渦流17，該前沿渦流相對于主流向橫向地、呈圓錐形地向下游擴展。渦流片16′設(shè)置為使得由此產(chǎn)生的前沿渦流所引起的流動幾乎持續(xù)不斷地與擴展的氣流道壁面相接觸，而不會出現(xiàn)流動分離。前沿渦流17在每個渦流片16′的后面形成了前沿渦流系統(tǒng)26，該系統(tǒng)存在兩個在相反的方向上朝著這些渦流片16′的中部旋轉(zhuǎn)的渦流17，所述渦流17非常地穩(wěn)定和強有力。圖1所示的這樣前沿渦流系統(tǒng)26與位于更下游處的另一個渦流片16″相結(jié)合。所述渦流片16″相對于主流向14橫向地放置，并且與在Y方向上延伸的軸線形成角度，使得在它背向著流體的背流面上也產(chǎn)生了前沿渦流17。從Y方向看去，該渦流片16″大致位于前面兩個渦流片16′的中間。所有這些渦流片16′，16″都具有一個圓形面積并同等設(shè)置。
在從主流向14看去的更下游處，三個燃燒器18沿著Y軸方向上下放置。通過燃燒天然氣和廢氣中包含的殘留氧氣，這些燃燒器18產(chǎn)生了朝著廢熱鍋爐11方向的下游流動的熱廢氣流19。渦流片16′，16″放置為使得由此產(chǎn)生的前沿渦流17卷入燃燒器18所產(chǎn)生的熱廢氣流19，并且在相對較短的距離里將它們和其余廢氣均勻混合。從Y方向看去，中間燃燒器18正好位于渦流片16″后面的該渦流片背向著流體的背流面區(qū)域里。該燃燒器熱廢氣流19甚至被渦流片16″上剛形成的前沿渦流17所卷入，這樣廢氣流的均勻化可以在一個特別短的距離里實現(xiàn)。兩個更靠近氣流道邊緣的燃燒器的熱廢氣流由渦流片16′的前沿渦流系統(tǒng)所卷入，從而也與廢氣流相混合。通過由渦流片16′，16″所產(chǎn)生的前沿渦流17，廢氣均勻地分布在廢熱鍋爐11的入口區(qū)域27的流動橫截面上，并且熱廢氣流19同其余廢氣充分混合。
圖2示出了另一個廢氣導(dǎo)向器10，其中氣流道15的流動橫截面只朝著主流向14的上面擴展。下壁面在X方向上從燃氣輪機12一直延伸到廢熱鍋爐11(vessel)。兩個在Y方向上一上一下地放置的渦流片16′和16″位于氣流道15擴展區(qū)域的上游部分中。這些渦流片16′和16″相對于主流向14形成了如同圖1中的相應(yīng)部件完全一樣的角度。渦流片16′放置為使得由此產(chǎn)生的前沿渦流17如圖1中的相應(yīng)渦流一樣，持續(xù)不斷地與擴展的氣流道壁面相接觸，從而使流體不會受制于氣流道15的擴展橫截面。這些渦流片16產(chǎn)生的前沿渦流17同渦流片16″所產(chǎn)生的前沿渦流系統(tǒng)26相互作用，把廢氣流與燃燒器18的熱廢氣流19混合，確保廢氣流均勻地分布在廢熱鍋爐11(vessel)的入口區(qū)域27的流動橫截面上。
圖3示出了圖1的A-A剖面，同時圖4示出了圖2的B-B剖面。因此圖3和4分別示出了氣流道15的橫截面，致使主流向14朝著附圖平面向里延伸。
如圖3所示，在氣流道15中沿Z方向放置了一上一下的兩排，每一排都具有三個彼此相鄰設(shè)置的渦流片16′。在這兩排之間沿Y方向放置了兩個彼此相鄰的渦流片16″。沿Z方向延伸的這兩排渦流片16′分別附著在一個連接管28上，該連接管28沿著Z方向從流道一側(cè)延伸到另一側(cè)，并且一排的全部三個渦流片16′都附著于其上。渦流片16″各自附著在不同的連接管28上，這些連接管沿Y方向從氣流道15上沿向下延伸到其下沿。渦流片16′，16″各自永久地固定在連接管28上，這樣可以通過轉(zhuǎn)動連接管28來改變渦流片16′，16″的迎角。連接管28設(shè)置為使得它們可以從氣流道15的外面來轉(zhuǎn)動。由于沿Z方向彼此相鄰地設(shè)置的渦流片16′一起被固定在連接管28上，故它們也只能一起被調(diào)節(jié)。與此相反，渦流片16″各自附著在不同的連接管28上，因此它們的迎角可以被單獨地調(diào)節(jié)。
如圖4所示，在所有的情況下，兩個渦流片16′和兩個渦流片16″都在Z方向上彼此相鄰地設(shè)置。在這里，渦流片16′也附著在接合的連接管28上，而與此相反，渦流片16″都各自固定在不同的連接管28上。但是與圖3不同，渦流片16″的連接管28并不是從上部穿過整個氣流道15到下部。取而代之的是，這些連接管28附著在流道下沿，并且沿Y方向伸入氣流道15中一直到達渦流片16″的高度，在那里它們截止。
圖5和6再次示出了根據(jù)本發(fā)明的廢氣流道的另一個示例性實施方案10的產(chǎn)生前沿渦流的安裝部件16的工作模式，其中畫在氣流道15中的箭頭形流線顯示了廢氣的流動。如圖5所示，廢氣流首先未受干擾地朝著安裝表面16流動。由于安裝表面16只是朝著廢氣流略微傾斜，因此在安裝表面16的前面幾乎沒有阻塞。呈袋子形擴展的前沿渦流17形成在背向著廢氣流的安裝表面16的上方，該廢氣流與位于安裝表面16背后區(qū)域中的擴展的流道壁面15相接觸。因此，同通常的會阻礙廢氣流的安裝部件相比，安裝表面16在流動方向上起作用卻沒有阻礙流向。如圖6的頂視圖所示，渦流17成對地形成在安裝表面16的前部區(qū)域里，使得它們在相反的方向上從安裝表面16的側(cè)邊緣向內(nèi)彎曲。燃燒器18背對著安放在安裝表面16后面的前沿渦流17的有效區(qū)域里，使得它的氣流可以同其余廢氣流很好地混合。
在圖7到圖16中示出了渦流片16的各種實施例。圖7所示的渦流片16是具有圓形面積的盤片。圖8所示的渦流片具有橢圓形的面積。圖9所示的也是圓形的渦流片，但是它帶有扁平的后緣21。該渦流片16位于流體中，使得圓形的前緣20對著流體而扁平的后緣21背向著流體。圖10所示的渦流片具有梯形的面積，其中較窄的前緣20對著流體而較寬的后緣21背向著流體。因此如同圖9所示的渦流片16那樣，圖10所示的渦流片16就會具有從左向右環(huán)繞著它的流動。圖11所示的渦流片具有菱形的面積，而圖12所示的渦流片具有三角形的面積。
圖13和圖14示出了梯形渦流片16的另一個實施例。在這里，渦流片16具有折痕22，該折痕在渦流片16面積的中部沿流動方向從較窄的前緣20一直延伸到較寬的后緣21。如圖13的C-C剖面形成的圖14所示，折痕22延伸為使得面朝著渦流片16的流體的側(cè)面23(迎風(fēng)面)沿流動側(cè)方向略微向下傾斜，同時背向著渦流片16的流體的上部24(背流面)呈凹形。這種形狀會加強前沿渦流并且提高渦流片16的機械穩(wěn)定性。
圖15和圖16示出了渦流片16的另一個實施例，其中該渦流片在頂視圖中具有三角形的面積。此外還設(shè)置了兩條折痕22，它們從渦流片16的尖端25呈放射狀地延伸到它的后緣21。圖16示出了圖15的D-D剖面。由折痕22從渦流片面積上隔開的兩個側(cè)面27是成角度的。圖15和16所示的渦流片16如同圖13和14所示的渦流片16那樣正好位于流體中。從而渦流片16的正對著流體的表面23相對于在它的側(cè)邊緣上的流動是成角度的，同時中間區(qū)域呈平面形。因此渦流片16的背向著流體的上部24也呈凹形。
權(quán)利要求
1.一種燃氣輪機(12)的廢氣導(dǎo)向器(10)，其位于燃氣輪機(12)和下游的廢熱鍋爐(11)之間，并且包括氣流道(15)，該氣流道具有在主流向的至少一些區(qū)域中擴展的橫截面和能影響流動的安裝表面，其特征在于，所述安裝表面是一種能產(chǎn)生前沿渦流(17)的渦流裝置，該渦流裝置位于氣流道(15)的擴展區(qū)域中，并用來使廢氣流在進入廢熱鍋爐(11)的入口時均勻分布在流動橫截面上。
2.一種燃氣輪機(12)的廢氣導(dǎo)向器(10)，其位于燃氣輪機(12)和下游的氣體分流器之間，并且包括氣流道(15)，該氣流道具有在主流向的至少一些區(qū)域中擴展的橫截面和能影響流動的安裝表面，其特征在于，所述安裝表面是一種能產(chǎn)生前沿渦流(17)的渦流裝置，該渦流裝置位于氣流道(15)的擴展區(qū)域中，并用來使廢氣流在進入氣體分流器的入口時均勻分布在流動橫截面上。
3.如權(quán)利要求1所述的廢氣導(dǎo)向器，或者具有至少一個位于氣流道(15)中用以輔助燃燒廢氣流的燃燒器(18)，其特征在于，所述渦流裝置用來將所述至少一個燃燒器(18)所產(chǎn)生的熱廢氣流(19)與其余廢氣混合。
4.如權(quán)利要求3所述的廢氣導(dǎo)向器，其特征在于，所述渦流裝置位于所述至少一個燃燒器(18)的沿主流向(14)的上游。
5.如權(quán)利要求4所述的廢氣導(dǎo)向器，其特征在于，所述至少一個燃燒器(18)位于所述渦流裝置表面邊緣之后的區(qū)域里。
6.如權(quán)利要求3至5中任一項所述的廢氣導(dǎo)向器，其特征在于，設(shè)置了多個燃燒器(18)，所述渦流裝置用來將所有燃燒器(18)的熱廢氣流(19)與其余廢氣混合。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的廢氣導(dǎo)向器，其特征在于，所述渦流裝置設(shè)置為使得廢氣流在進入所述廢熱鍋爐(11)或所述氣體分流器的入口時在流動橫截面上具有基本均勻的速率。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的廢氣噴嘴，從燃氣輪機(12)排出而進入所述廢氣導(dǎo)向器(10)中的該廢氣流在主流動軸線周圍具有球形螺旋，其特征在于，所述渦流裝置設(shè)置為使得由渦流裝置所產(chǎn)生的前沿渦流(17)在進入所述廢熱鍋爐(11)或所述氣體分流器之前基本消除了所述廢氣流的球形螺旋。
9.如前述權(quán)利要求中任一個所述的廢氣導(dǎo)向器，其特征在于，所述渦流裝置帶有至少一個渦流片(16，16′，16″)。
10.如權(quán)利要求9所述的廢氣導(dǎo)向器，其特征在于，多個渦流片(16，16′，16″)彼此相鄰地位于流動橫截面中。
11.如權(quán)利要求9或10所述的廢氣導(dǎo)向器，其特征在于，多個渦流片(16，16′，16″)沿流動方向(14)串聯(lián)設(shè)置。
12.如權(quán)利要求9至11中任一項所述的廢氣導(dǎo)向器，其特征在于，至少一個渦流片(16，16′，16″)的迎角(α)相對于主流向(14)是可調(diào)節(jié)的。
13.一種用于在氣流道(15)中將燃氣輪機(12)的廢氣與熱廢氣流(19)混合的方法，所述氣流道(15)具有沿主流向在至少一些區(qū)域中擴展的橫截面，所述熱廢氣流(19)由位于所述氣流道(15)中的至少一個燃燒器(18)所產(chǎn)生，其特征在于，至少一個前沿渦流系統(tǒng)(26)在所述氣流道(15)的擴展區(qū)域里產(chǎn)生，用以將所述廢氣和所述熱廢氣流(19)混合。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，所述廢氣流在離開所述燃氣輪機(12)時具有繞著主流動軸線的球形螺旋，其特征在于，所述至少一個前沿渦流系統(tǒng)(26)設(shè)置為使得所述廢氣流的球形螺旋被基本消除。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃氣輪機的廢氣導(dǎo)向器，所述廢氣導(dǎo)向器設(shè)置在燃氣輪機和下游的廢熱鍋爐或下游的氣體分流器之間并且包括氣流道，該氣流道具有沿主流向在至少一些區(qū)域中擴展的橫截面和能影響流動的安裝表面。為了實現(xiàn)廢氣導(dǎo)向器更為緊湊的結(jié)構(gòu)，同時避免或降低壓力損失，安裝表面被用來作為產(chǎn)生前沿渦流的渦流裝置，該渦流裝置位于氣流道的擴展區(qū)域中，并用來使廢氣流在進入廢熱鍋爐或氣體分流器的入口時均勻分布在流動橫截面上。此外，本發(fā)明涉及一種將燃氣輪機的廢氣與至少一個燃燒器的輔助燃燒中所產(chǎn)生的熱廢氣流混合的方法。通過在氣流道中產(chǎn)生至少一個前沿渦流系統(tǒng)來實現(xiàn)這一完全的混合。
文檔編號B01F5/06GK1920276SQ20061013898
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月23日
發(fā)明者斯特凡·萊澤, 米夏埃爾·卡茨, 米羅斯拉夫·波德霍爾斯基 申請人:巴爾克有限公司