用于改善排氣能量回收的系統及方法技術方案

本發明專利技術涉及用于改善排氣能量回收的系統及方法。具體而言，一種系統包括帶有膨脹區段的渦輪，膨脹區段構造成使排氣流沿下游方向膨脹，使得膨脹區段包括多個級，以及在膨脹區段下游聯接的擴散器區段。擴散器區段沿排氣通路接收排氣流，且沿壁接收激勵流，且擴散器區段包括壁，壁包括內表面，如此壁圍繞排氣通路設置，以及在膨脹區段的該多個級的末級處或下游設置在壁中的激勵端口。激勵端口構造成沿壁的內表面引導激勵流以沿壁激勵邊界層，且激勵流的第一壓力高于激勵端口處的排氣流的第二壓力。

【技術實現步驟摘要】

本文公開的主題涉及燃氣渦輪發動機，諸如用于改善排氣回收的系統及方法。
技術介紹
燃氣渦輪系統大體上包括壓縮機、燃燒器和渦輪。燃燒器燃燒壓縮空氣和燃料的混合物以產生熱燃燒氣體，熱燃燒氣體被引導至渦輪以產生功，諸如驅動發電機。壓縮機壓縮來自進氣口的空氣，且隨后將壓縮空氣引導至燃燒器。用于渦輪的傳統空隙控制單元使用來自燃氣渦輪的壓縮機區段的加壓放出空氣來用于渦輪葉片的空隙控制。然而，用于壓縮放出空氣的能量損失，從而降低燃氣渦輪系統的效率。
技術實現思路
在范圍上與原來提出的專利技術相當的某些實施例在下文中概述。這些實施例不意在限制提出的專利技術的范圍，而相反，這些實施例僅意在提供本專利技術的可能形式的簡要概括。實際上，本專利技術可包含可與下文所述的實施例相似或不同的多種形式。在第一實施例中，一種系統包括構造成使排氣流在多個膨脹區段中沿下游方向膨脹的渦輪。渦輪包括冷卻歧管和圍繞擴散器區段設置的通路。擴散器區段構造成沿排氣通路接收排氣流和沿排氣通路的壁以及沿壁的內表面接收激勵流，其中許多激勵端口在膨脹區段的多個級的末級處或下游設置在壁中，使得激勵端口沿壁的內表面引導激勵流以沿壁激勵邊界層，且激勵流的第一壓力大于激勵端口處的排氣流的第二壓力。在第二實施例中，一種方法包括使排氣流通過渦輪區段的多個渦輪級膨脹，使得排出氣體沿下游方向流過多個渦輪級，在渦輪區段下游的擴散器區段中接收排出氣體，以及通過在渦輪區段下游噴射激勵流來加強擴散器區段的激勵端口下游的激勵流的邊界層，使得邊界層設置在擴散器區段的壁與排出氣體之間，激勵流具有高于激勵端口處的排出氣體的壓力，且邊界層構造成減小穿過擴散器區段的排出氣體的壓力損失。在第三實施例中，一種冷卻歧管圍繞渦輪的膨脹區段設置，使得冷卻歧管構造成朝膨脹區段的渦輪殼引導冷卻流。擴散器區段可聯接到冷卻歧管，使得擴散器區段構造成從膨脹區段接收排出氣體且從冷卻歧管接收冷卻流，且擴散器區段包括激勵端口，其構造成在壁與排出氣體之間利用冷卻流激勵邊界層。技術方案1. 一種系統，包括：渦輪，包括：構造成使排氣流沿下游方向膨脹的膨脹區段，其中所述膨脹區段包括多個級；以及在所述膨脹區段下游聯接的擴散器區段，其中所述擴散器區段構造成沿排氣通路接收所述排氣流且沿壁接收激勵流，且所述擴散器區段包括：包括內表面的所述壁，其中所述壁圍繞所述排氣通路設置；以及在所述膨脹區段的所述多個級的末級處或下游設置在所述壁中的激勵端口，其中所述激勵端口構造成沿所述壁的內表面引導所述激勵流以沿所述壁激勵邊界層，且所述激勵流的第一壓力高于所述激勵端口處的排氣流的第二壓力。技術方案2. 根據技術方案1所述的系統，其中，所述激勵流包括蒸汽或二氧化碳。技術方案3. 根據技術方案1所述的系統，其中，所述系統包括聯接至所述渦輪的冷卻歧管，其中所述冷卻歧管構造成朝圍繞所述膨脹區段的所述多個級設置的渦輪殼引導冷卻流，且所述激勵端口構造成從所述冷卻歧管接收所述冷卻流的至少一部分作為所述激勵流。技術方案4. 根據技術方案3所述的系統，其中，所述系統包括聯接至所述渦輪的壓縮機，其中所述渦輪構造成驅動所述壓縮機，且所述冷卻流包括來自所述壓縮機的放出流。技術方案5. 根據技術方案3所述的系統，其中，所述系統包括聯接至所述渦輪的壓縮機和渦輪排放殼，其中所述渦輪構造成驅動所述壓縮機，所述渦輪排放殼構造成從所述壓縮機接收壓縮的空氣流，且所述渦輪排放殼圍繞所述冷卻歧管和主渦輪殼的膨脹區段設置。技術方案6. 根據技術方案5所述的系統，其中，所述系統包括封殼，其中所述渦輪包括航改燃氣渦輪，且壓縮機排放殼設置在所述封殼內。技術方案7. 根據技術方案6所述的系統，其中，所述冷卻流和所述壓縮空氣流與所述封殼隔離。技術方案8. 根據技術方案1所述的系統，其中，所述系統包括聯接至下游區段的下游系統，其中所述下游系統構造成從所述排氣流和所述激勵流取得能量。技術方案9. 根據技術方案8所述的系統，其中，所述下游系統包括余熱回收蒸汽發生器(HRSG)。技術方案10. 根據技術方案1所述的系統，其中，所述壁的內徑沿下游方向增大，且所述壁與所述擴散器區段的軸線之間的角度為大約5°到30°。技術方案11. 一種方法，包括：使排出氣體通過渦輪區段的多個渦輪級膨脹，其中所述排出氣體沿下游方向流過所述多個渦輪級；在所述渦輪區段下游的擴散器區段中接收所述排出氣體；以及激勵所述擴散器區段的激勵端口下游的邊界層，其中所述邊界層沿所述擴散器區段的壁設置，所述激勵流具有高于所述激勵端口處的排出氣體的壓力，且所述邊界層構造成減小穿過所述擴散器區段的排出氣體的壓力損失。技術方案12. 根據技術方案11所述的方法，其中，所述方法包括：經由聯接至所述擴散器區段的下游系統從所述激勵流和所述排出氣體取得能量。技術方案13. 根據技術方案12所述的方法，其中，所述下游系統包括余熱回收蒸汽發生器(HRSG)。技術方案14. 根據技術方案13所述的方法，其中，所述激勵流包括蒸汽流，且所述蒸汽流從所述HRSG接收。技術方案15. 根據技術方案11所述的方法，其中，所述方法包括經由冷卻流冷卻所述渦輪區段，其中所述激勵端口構造成接收所述冷卻流作為所述激勵流。技術方案16. 根據技術方案15所述的方法，其中，冷卻所述渦輪區段包括使所述冷卻流通過冷卻歧管朝圍繞所述多個渦輪級設置的渦輪殼引導，且所述冷卻歧管構造成將所述冷卻流從所述渦輪殼引導至所述激勵端口。技術方案17. 根據技術方案16所述的方法，其中，所述方法包括經由利用所述冷卻流冷卻所述渦輪殼來控制所述渦輪殼與所述渦輪區段的旋轉構件之間的空隙。技術方案18. 一種燃氣渦輪系統，包括：圍繞渦輪的膨脹區段設置的冷卻歧管，其中所述冷卻歧管構造成朝所述膨脹區段的渦輪殼引導冷卻流；以及聯接至所述冷卻歧管的擴散器區段，其中所述擴散器區段構造成從所述膨脹區段接收排出氣體和從所述冷卻歧管接收冷卻流，且所述擴散器區段包括激勵端口，其構造成在壁與所述排出氣體之間利用所述冷卻流激勵邊界層。技術方案19. 根據技術方案18所述的燃氣渦輪系統，其中，所述冷卻流包括蒸汽流。技術方案20. 根據技術方案18所述的燃氣渦輪系統，其中，所述燃氣渦輪系統包括：圍繞所述燃氣渦輪系統的燃燒器、所述冷卻歧管和所述膨脹區段設置的壓縮機排放殼，其中所述壓縮機排放殼構造成接收壓縮的空氣流，且將所述壓縮的空氣流引導至所述燃燒器，所述壓縮機排放殼構造成將所述冷卻流、所述壓縮的空氣流和所述排出氣體與所述壓縮機排放殼周圍的外部環境隔離開。附圖說明在參照附圖閱讀以下詳細描述時，本專利技術的這些及其它特征、方面和優點將變得更好理解，附圖中相似的標號表示附圖各處相似的部分，在附圖中：圖1為燃氣渦輪系統和用于改善排氣能量回收的系統的實施例的框圖；圖2為燃氣渦輪系統和改善的排氣能量回收系統的實施例的徑向截面視圖；圖3為通過柯恩達吹送孔/槽口呈現出柯恩達效應的燃氣渦輪系統的實施例的框圖；圖4為使用來自排氣能量回收系統中的壓縮機的壓縮空氣的燃氣渦輪系統的實施例的框圖；圖5為使用來自排氣能量回收系統中的下游過程的壓縮空氣的燃氣渦輪系統的實施例的框圖；圖6為燃氣渦輪系統的燃氣渦輪的膨脹區段和擴散器區段的實施例的透視圖；圖7為燃氣渦輪系統的燃氣渦輪的膨脹區段和擴本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種系統，包括：渦輪，包括：構造成使排氣流沿下游方向膨脹的膨脹區段，其中所述膨脹區段包括多個級；以及在所述膨脹區段下游聯接的擴散器區段，其中所述擴散器區段構造成沿排氣通路接收所述排氣流且沿壁接收激勵流，且所述擴散器區段包括：包括內表面的所述壁，其中所述壁圍繞所述排氣通路設置；以及在所述膨脹區段的所述多個級的末級處或下游設置在所述壁中的激勵端口，其中所述激勵端口構造成沿所述壁的內表面引導所述激勵流以沿所述壁激勵邊界層，且所述激勵流的第一壓力高于所述激勵端口處的排氣流的第二壓力。

【技術特征摘要】
2015.05.08 US 14/7079381. 一種系統，包括：渦輪，包括：構造成使排氣流沿下游方向膨脹的膨脹區段，其中所述膨脹區段包括多個級；以及在所述膨脹區段下游聯接的擴散器區段，其中所述擴散器區段構造成沿排氣通路接收所述排氣流且沿壁接收激勵流，且所述擴散器區段包括：包括內表面的所述壁，其中所述壁圍繞所述排氣通路設置；以及在所述膨脹區段的所述多個級的末級處或下游設置在所述壁中的激勵端口，其中所述激勵端口構造成沿所述壁的內表面引導所述激勵流以沿所述壁激勵邊界層，且所述激勵流的第一壓力高于所述激勵端口處的排氣流的第二壓力。2. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述激勵流包括蒸汽或二氧化碳。3. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統包括聯接至所述渦輪的冷卻歧管，其中所述冷卻歧管構造成朝圍繞所述膨脹區段的所述多個級設置的渦輪殼引導冷卻流，且所述激勵端口構造成從所述冷卻歧管接收所述冷卻流的至少一部分作為所述激勵流。4. 根據權利要求3所述的系統，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：MM巴拉迪，A沙米姆，JA科特羅內奧，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：美國;US