DE102014104318A1

DE102014104318A1 - Flow manipulation assembly for a turbine exhaust diffuser

Info

Publication number: DE102014104318A1
Application number: DE102014104318.9A
Authority: DE
Inventors: Srinivas PAKKALA; Kunal Upendra Sakekar; Manjunath Chengappa; Moorthi Subramaniyan; Lisa Anne Wichmann; Kamlesh Mundra; Antanu Sadhu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2014-10-23
Also published as: US20140314549A1; CN203891945U; CH708006A2; JP2014211159A

Abstract

Eine Strömungsmanipulationsanordnung für einen Turbinenauslassdiffusor enthält eine Strebe, die eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, wobei die Strebe im Inneren des Turbinenauslassdiffusors angeordnet ist. Ferner sind mehrere verdrehbare Leitschaufeln enthalten, die in enger Nähe zu der Strebe angeordnet und eingerichtet sind, um eine Auslassströmung zu manipulieren, wobei die mehreren verdrehbaren Leitschaufeln koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs relativ zueinander angeordnet sind. Ferner ist ein Aktuator enthalten, der mit den mehreren verdrehbaren Leitschaufeln in Wirkverbindung steht und eingerichtet ist, um eine Verstellung der mehreren verdrehbaren Leitschaufeln auszulösen. Noch weiter ist ein umlaufender Ring enthalten, der die mehreren verdrehbaren Leitschaufeln funktionsmäßig koppelt, wobei der Aktuator eingerichtet ist, um eine Verdrehung einer der verdrehbaren Leitschaufeln unmittelbar auszulösen, und wobei der umlaufende Ring bei einer Drehauslösung durch den Aktuator eine Verdrehung der mehreren verdrehbaren Leitschaufeln auslöst. A flow manipulation assembly for a turbine exhaust diffuser includes a strut having a leading edge and a trailing edge with the strut disposed within the turbine outlet diffuser. Also included are a plurality of rotatable vanes disposed in close proximity to the strut and configured to manipulate an exhaust flow, wherein the plurality of rotatable vanes are coaxially aligned and disposed circumferentially relative to one another. Also included is an actuator operatively connected to the plurality of rotatable vanes and configured to initiate an adjustment of the plurality of rotatable vanes. Still further included is a circumferential ring operatively coupling the plurality of rotatable vanes, the actuator being configured to directly initiate rotation of one of the rotatable vanes, and wherein the rotating ring triggers rotation of the plurality of rotatable vanes in a rotational release by the actuator ,

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNGBACKGROUND TO THE INVENTION

Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Turbinensysteme und insbesondere die Steuerung der Grenzschichtströmung von Komponenten eines Turbinenauslassdiffusors. The subject matter disclosed herein relates to turbine systems, and more particularly to control of boundary layer flow of components of a turbine exhaust diffuser.

Typische Turbinensysteme, wie beispielsweise Gasturbinensysteme, enthalten einen Auslassdiffusor, der mit einem Turbinenabschnitt des Turbinensystems verbunden ist, um die Effizienz der Laufschaufeln der letzten Stufe des Turbinenabschnitts zu steigern. Der Auslassdiffusor ist geometrisch konfiguriert, um schnell die kinetische Energie der Strömung zu verringern und die statische Druckerholung innerhalb des Auslassdiffusors zu steigern. Typical turbine systems, such as gas turbine systems, include an exhaust diffuser connected to a turbine section of the turbine system to increase the efficiency of the last stage blades of the turbine section. The outlet diffuser is geometrically configured to rapidly reduce the kinetic energy of the flow and increase the static pressure recovery within the outlet diffuser.

Üblicherweise ist der Auslassdiffusor für einen Volllastbetrieb ausgelegt, wobei das Turbinensystem jedoch häufig unter Teillast oder an kalten Tagen betrieben wird. Folglich wird aufgrund der Auslegung für Volllast die Leistungseffizienz unter Teillast geopftert. Die Ineffizienz rührt wenigstens zum Teil von einer Strömungsablösung an Auslassdiffusorkomponenten, wie beispielsweise Wänden und Streben, her. Eine Strömungsablösung wird häufig zum Teil durch eine Prallbewegung der Strömung beim Austritt aus der letzten Laufschaufelstufe des Turbinenabschnitts und Eintritt in den Auslassdiffusor hervorgerufen. Die Stärke des Dralls kann als ein „tangentialer Strömungswinkel“ quantifiziert werden, und ein derartiger Winkel kann während einer Teillast bis zu etwa 60° und während eines kalten Tages 20° betragen, was zu einem höheren Anströmwinkel an den Auslassdiffusorkomponenten, wie z.B. den Streben, führt. Eine derartige Strömungscharakteristik führt zu einem Grenzschichtwachstum und einer Strömungsablösung und letztendlich zu einer reduzierten Druckerhöhung. Typically, the exhaust diffuser is designed for full load operation, but the turbine system is often operated under part load or on cold days. Consequently, due to the design for full load, the power efficiency is plugged under part load. The inefficiency results, at least in part, from flow separation on outlet diffuser components, such as walls and struts. Flow separation is often caused in part by an impact movement of the flow exiting the last blade stage of the turbine section and entering the outlet diffuser. The magnitude of the spin may be quantified as a "tangential flow angle" and such angle may be up to about 60 ° during a part load and 20 ° during a cold day, resulting in a higher angle of attack on the outlet diffuser components, such as air. the aspiration leads. Such a flow characteristic leads to a boundary layer growth and a flow separation and ultimately to a reduced pressure increase.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Strömungsmanipulationsanordnung für einen Turbinenauslassdiffusor eine Strebe mit einer Vorderkante und einer Hinterkante, wobei die Strebe im Inneren des Turbinenauslassdiffusors angeordnet ist. Ferner sind mehrere drehbare Leitschaufeln in enger Nähe zu der Strebe angeordnet und eingerichtet, um eine Auslassströmung zu manipulieren, wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs relativ zueinander angeordnet sind. Ferner ist ein Aktuator in Wirkverbindung mit den mehreren drehbaren Leitschaufeln enthalten, und er ist konfiguriert, um eine Einstellung der mehreren drehbaren Leitschaufeln auszulösen. Noch weiter ist ein umlaufender Ring mit den mehreren drehbaren Leitschaufeln betriebsmäßig verbunden, wobei der Aktuator eingerichtet ist, um eine Drehung einer einzelnen der drehbaren Leitschaufeln unmittelbar auszulösen, und wobei der umlaufende Ring bei einer Drehauslösung durch den Aktuator eine Drehung der mehreren drehbaren Leitschaufeln auslöst. In accordance with one aspect of the invention, a turbine exhaust diffuser flow manipulation assembly includes a strut having a leading edge and a trailing edge, the strut being disposed within the turbine outlet diffuser. Further, a plurality of rotatable vanes are disposed in close proximity to the strut and configured to manipulate an exhaust flow, wherein the plurality of rotatable vanes are coaxially aligned and disposed circumferentially relative to one another. Further, an actuator is operatively connected to the plurality of rotatable vanes, and is configured to initiate adjustment of the plurality of rotatable vanes. Still further, a rotating ring is operably connected to the plurality of rotatable vanes, the actuator being arranged to directly initiate rotation of a single one of the rotatable vanes, and wherein the rotating ring initiates rotation of the plurality of rotatable vanes in a rotational release by the actuator.

Der Turbinenauslassdiffusor der Strömungsmanipulationsanordnung kann ein axialer Diffusor sein, der aufweist: eine Innentrommel, die sich in einer Längsrichtung des Turbinenauslassdiffusors erstreckt; eine Außenwand, die radial außen von der Innentrommel angeordnet ist, wobei sich die Strebe zwischen der Innentrommel und der Außenwand erstreckt und mit diesen betriebsmäßig verbunden ist und wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln mit wenigstens entweder der Innentrommel und/oder der Außenwand betriebsmäßig verbunden sind. The turbine outlet diffuser of the flow manipulation assembly may be an axial diffuser having: an inner drum extending in a longitudinal direction of the turbine outlet diffuser; an outer wall disposed radially outwardly of the inner drum, the strut extending between and operatively connected to the inner drum and the outer wall, and wherein the plurality of rotatable vanes are operatively connected to at least one of the inner drum and the outer wall.

Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner ein drehbares Element aufweisen, das mit dem Aktuator betriebsmäßig verbunden ist und sich durch jede der mehreren drehbaren Leitschaufeln erstreckt, wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln um eine Achse drehbar sein können, die durch das drehbare Element definiert ist. The flow manipulation assembly of any of the aforementioned types may further include a rotatable member operatively connected to the actuator and extending through each of the plurality of rotatable vanes, wherein the plurality of rotatable vanes may be rotatable about an axis defined by the rotatable member ,

Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner mehrere Streben aufweisen, die koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs angeordnet sind, wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln an wenigstens einer von einer axial stromaufwärtigen Stelle und einer axial stromabwärtigen Stelle der mehreren Streben angeordnet sein können. The flow manipulation assembly of any of the aforementioned types may further include a plurality of struts coaxially aligned and disposed along the circumference, wherein the plurality of rotatable vanes may be disposed on at least one of an axially upstream location and an axially downstream location of the plurality of struts.

Der umlaufende Ring einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung kann mit mehreren Lagern betriebsmäßig verbunden sein, die eingerichtet sind, um ein Gleiten des umlaufenden Ringes innerhalb einer Schlitzstruktur zu ermöglichen. The peripheral ring of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be operatively connected to a plurality of bearings configured to permit sliding of the circumferential ring within a slot structure.

Die mehreren drehbaren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können in Umfangsrichtung benachbart zu der Strebe angeordnet und axial mit dieser ausgerichtet sein. The plurality of rotatable vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be circumferentially disposed adjacent to and axially aligned with the strut.

Die mehreren drehbaren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können über einen Bereich von Winkelpositionen verdrehbar sein, der einem Bereich der Auslassströmungsbedingungen entspricht. The plurality of rotatable vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be rotatable over a range of angular positions corresponding to a range of exhaust flow conditions.

Der Bereich der Winkelpositionen kann eine erste Position, die einer ersten Bedingung entspricht, und eine zweite Position aufweisen, die einer zweiten Bedingung entspricht, wobei die erste Bedingung eine Bedingung bei voller Drehzahl und Volllast aufweisen kann und die zweite Bedingung eine Teillastbedingung aufweist. The range of angular positions may include a first position corresponding to a first condition and a second position corresponding to a second condition, the first condition being a full speed and full load condition and the second condition has a partial load condition.

Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine Getriebeanordnung aufweisen, die eingerichtet ist, um mechanische Leistung von dem Aktuator auf das drehbare Element zu übertragen. The flow manipulation assembly of any of the aforementioned types may further include a gear assembly configured to transfer mechanical power from the actuator to the rotatable member.

Der Turbinenauslassdiffusor einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung kann ein radialer Diffusor sein, der eine Innenwand und eine Außenwand aufweisen kann, wobei die Strebe mit wenigstens entweder der Innenwand und/oder der Außenwand betriebsmäßig verbunden sein kann. The turbine outlet diffuser of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be a radial diffuser having an inner wall and an outer wall, wherein the strut may be operatively connected to at least one of the inner wall and the outer wall.

Die mehreren drehbaren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können mit der Strebe betriebsmäßig verbunden sein. The plurality of rotatable vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be operatively connected to the strut.

Die mehreren drehbaren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können über einen Bereich von Winkelpositionen verdrehbar sein, der einem Bereich von Auslassströmungsbedingungen entspricht. The plurality of rotatable vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be rotatable over a range of angular positions corresponding to a range of exhaust flow conditions.

Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner aufweisen: eine äußere Dichtungsanordnung, die zwischen den mehreren drehbaren Leitschaufeln und der Außenwand angeordnet ist; und eine innere Dichtungsanordnung, die zwischen den mehreren drehbaren Leitschaufeln und der Innentrommel angeordnet ist. The flow manipulation assembly of any of the aforementioned types may further include: an outer seal assembly disposed between the plurality of rotatable vanes and the outer wall; and an inner seal assembly disposed between the plurality of rotatable vanes and the inner drum.

Die mehreren drehbaren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können in einer Radialrichtung bewegbar sein. The plurality of rotatable vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be movable in a radial direction.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Strömungsmanipulationsanordnung für einen Turbinenauslassdiffusor eine Innentrommel, die sich in eine Längsrichtung des Turbinenauslassdiffusors erstreckt. Ferner ist eine Außenwand enthalten, die radial außen von der Innentrommel angeordnet ist. Ferner ist eine Strebe enthalten, die sich zwischen der Innentrommel und der Außenwand erstreckt und betriebsmäßig mit diesen verbunden ist, wobei die Strebe eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist. Noch weiter ist wenigstens eine Leitschaufel enthalten, die axial stromaufwärts von der Vorderkante oder stromabwärts von der Hinterkante der Strebe angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Leitschaufel wahlweise in Umfangsrichtung relativ zu der Strebe verstellbar ist. In another aspect of the invention, a turbine exhaust diffuser flow manipulation assembly includes an inner drum extending in a longitudinal direction of the turbine exhaust diffuser. Further, an outer wall is included, which is arranged radially outside of the inner drum. Also included is a strut extending between and operatively connected to the inner drum and the outer wall, the strut having a leading edge and a trailing edge. Still further included is at least one vane disposed axially upstream of the leading edge or downstream of the trailing edge of the strut, wherein the at least one vane is selectively adjustable circumferentially relative to the strut.

Die Strömungsmanipulationsanordnung kann ferner einen Motor aufweisen, der mit der wenigstens einen Leitschaufel in Wirkverbindung steht und eingerichtet ist, um eine Einstellung der wenigstens einen Leitschaufel auszulösen. The flow manipulation assembly may further include a motor operatively associated with the at least one vane and configured to initiate adjustment of the at least one vane.

Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner mehrere Streben aufweisen, die koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs angeordnet sind, wobei die wenigstens eine Leitschaufel mehrere Leitschaufeln aufweisen kann, die koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs angeordnet sind. The flow manipulation assembly of any of the aforementioned types may further comprise a plurality of struts coaxially aligned and disposed along the circumference, wherein the at least one guide vane may comprise a plurality of vanes coaxially aligned and disposed along the circumference.

Die mehreren Leitschaufeln einer beliebigen vorstehend erwähnten Strömungsmanipulationsanordnung können in einer ersten Position während einer ersten Bedingung einer Auslassströmung mit den mehreren Streben längs des Umfangs ausgerichtet sein und während einer zweiten Bedingung der Auslassströmung zu wenigstens einer weiteren Position sein. The plurality of vanes of any of the aforementioned flow manipulation assemblies may be aligned with the plurality of struts along the circumference in a first position during a first condition of exhaust flow, and with at least one further position during a second condition of the exhaust flow.

Die Strömungsmanipulationsanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner mehrere Streben aufweisen, die koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs angeordnet sind, wobei die wenigstens eine Leitschaufel mehrere Leitschaufeln aufweisen kann, die an einer axial stromabwärtigen Stelle der mehreren Streben koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs angeordnet sind. The flow manipulation assembly of any of the aforementioned types may further include a plurality of struts coaxially aligned and disposed along the circumference, wherein the at least one guide vane may include a plurality of vanes coaxially aligned at an axially downstream location of the plurality of struts and disposed along the circumference ,

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Strömungsmanipulationsanordnung für einen radialen Turbinenauslassdiffusor eine Innenwand. Ferner ist eine Außenwand enthalten. Ferner ist eine Strebe enthalten, die mit wenigstens einer von der Innenwand und der Außenwand betriebsmäßig verbunden ist. Noch weiter ist wenigstens eine drehbare Leitschaufel enthalten, die in der Nähe der Strebe angeordnet ist, wobei die wenigstens eine drehbare Leitschaufel über einen Bereich von Winkelpositionen hinweg wahlweise verdrehbar und in wenigstens eine von einer Axialrichtung und einer Radialrichtung verstellbar ist. In yet another aspect of the invention, a flow manipulation assembly for a radial turbine outlet diffuser includes an interior wall. Furthermore, an outer wall is included. Further included is a strut operatively connected to at least one of the inner wall and the outer wall. Still further included is at least one rotatable vane disposed proximate the strut, the at least one rotatable vane being selectively rotatable over a range of angular positions and adjustable in at least one of an axial direction and a radial direction.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offenkundiger. These and other advantages and features will become more apparent from the following description taken in conjunction with the drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders aufgezeigt und deutlich beansprucht. Das Vorstehende sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen: The subject matter contemplated as the invention is pointed out and distinctly claimed in the appended claims at the conclusion of the specification. The foregoing and other features and advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:

1 eine schematische Darstellung eines Turbinensystems; 1 a schematic representation of a turbine system;

2 eine Perspektivansicht einer Strömungsmanipulationsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform; 2 a perspective view of a Strömungsmanipulationsanordnung according to a first embodiment;

3 eine schematische Seitenansicht der Strömungsmanipulationsanordnung nach 2; 3 a schematic side view of the flow manipulation according to 2 ;

4 eine Draufsicht auf Leitschaufeln und Streben der Strömungsmanipulationsanordnung nach 2; 4 a plan view of vanes and struts of the flow manipulation assembly according to 2 ;

5 eine Draufsicht auf mehrere funktionsmäßig gekoppelte Leitschaufeln; 5 a plan view of a plurality of functionally coupled vanes;

6 eine schematische Perspektivansicht der mehreren funktionsmäßig gekoppelten Leitschaufeln; 6 a schematic perspective view of the plurality of functionally coupled vanes;

7 eine Perspektivansicht der Strömungsmanipulationsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform; 7 a perspective view of the flow manipulation assembly according to a second embodiment;

8 eine Vorderansicht der Strömungsmanipulationsanordnung nach 7; 8th a front view of the flow manipulation assembly according to 7 ;

9 eine Draufsicht auf die Strömungsmanipulationsanordnung nach 7; 9 a plan view of the Strömungsmanipulationsanordnung after 7 ;

10 eine Draufsicht auf die Strömungsmanipulationsanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform unter Veranschaulichung von Leitschaufeln in einer ersten Position; 10 a plan view of the Strömungsmanipulationsanordnung according to a third embodiment, illustrating vanes in a first position;

11 eine Draufsicht auf die Strömungsmanipulationsanordnung nach 10 unter Veranschaulichung der Leitschaufeln in einer zweiten Position; 11 a plan view of the Strömungsmanipulationsanordnung after 10 illustrating the vanes in a second position;

12 eine schematische Darstellung eines Steuermechanismus der Strömungsmanipulationsanordnung nach 10; und 12 a schematic representation of a control mechanism of the flow manipulation according to 10 ; and

13 eine schematische Darstellung der Strömungsmanipulationsanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform. 13 a schematic representation of the Strömungsmanipulationsanordnung according to a fourth embodiment.

Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. The detailed description explains embodiments of the invention together with advantages and features by way of example with reference to the drawings.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Bezugnehmend auf 1 ist ein Turbinensystem, wie beispielsweise ein Gasturbinensystem, bei dem Bezugszeichen 10 schematisch dargestellt. Das Turbinensystem 10 enthält einen Verdichterabschnitt 12, einen Brennkammerabschnitt 14, einen Turbinenabschnitt 16, eine Welle 18 und eine Brennstoffdüse 20. Es sollte erkannt werden, dass eine Ausführungsform des Turbinensystems 10 mehrere Verdichter 12, Brennkammern 14, Turbinen 16, Wellen 18 und Brennstoffdüsen 20 enthalten kann. Der Verdichterabschnitt 12 und der Turbinenabschnitt 16 sind über die Welle 18 miteinander verbunden. Die Welle 18 kann eine einzelne Welle oder durch mehrere Wellensegmente gebildet sein, die miteinander verbunden sind, um die Welle 18 zu bilden. Referring to 1 is a turbine system, such as a gas turbine system, at the reference numeral 10 shown schematically. The turbine system 10 contains a compressor section 12 , a combustion chamber section 14 , a turbine section 16 , a wave 18 and a fuel nozzle 20 , It should be appreciated that one embodiment of the turbine system 10 several compressors 12 , Combustion chambers 14 , Turbines 16 , Waves 18 and fuel nozzles 20 may contain. The compressor section 12 and the turbine section 16 are over the wave 18 connected with each other. The wave 18 may be a single shaft or formed by a plurality of shaft segments which are interconnected to the shaft 18 to build.

Der Brennkammerabschnitt 14 verwendet einen brennbaren flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas oder ein wasserstoffreiches Synthesegas, um das Turbinensystem 10 zu betreiben. Zum Beispiel stehen die Brennstoffdüsen 20 mit einer Luftversorgung und einer Brennstoffversorgung 22 in Strömungsverbindung. Die Brennstoffdüsen 20 erzeugen ein Luft-Brennstoff-Gemisch und geben das Luft-Brennstoff-Gemisch in den Brennkammerabschnitt 14 aus, wodurch eine Verbrennung herbeigeführt wird, die ein heißes unter Druck stehendes Abgas erzeugt. Der Brennkammerabschnitt 14 leitet das heiße unter Druck stehende Gas durch ein Übergangsstück hindurch in einen Turbinenleitapparat (oder „ein Leitapparat der ersten Stufe“) sowie weitere Stufen von Schaufeln und Leitapparaten, die eine Drehung der Turbinenlaufschaufeln im Inneren eines äußeren Gehäuses 24 des Turbinenabschnitts 16 bewirken, hinein. Anschließend wird das heiße unter Druck stehende Gas von dem Turbinenabschnitt 16 zu einem Auslassdiffusor 26 befördert, der mit einem Teil des Turbinenabschnitts, wie z.B. dem Außengehäuse 24, betriebsmäßig verbunden ist. The combustion chamber section 14 uses a combustible liquid and / or gaseous fuel, such as natural gas or a hydrogen-rich syngas, around the turbine system 10 to operate. For example, stand the fuel nozzles 20 with an air supply and a fuel supply 22 in fluid communication. The fuel nozzles 20 generate an air-fuel mixture and introduce the air-fuel mixture into the combustion chamber section 14 resulting in combustion that generates a hot pressurized exhaust gas. The combustion chamber section 14 directs the hot pressurized gas through a transition piece into a turbine nozzle (or "first stage nozzle") as well as further stages of vanes and nozzles, which rotate the turbine blades inside an outer housing 24 of the turbine section 16 bring in. Subsequently, the hot pressurized gas from the turbine section 16 to an outlet diffuser 26 transported with a part of the turbine section, such as the outer housing 24 , is operationally connected.

Obwohl es vorstehend als ein Gasturbinensystem veranschaulicht und beschrieben ist, wird erkannt, dass das Turbinensystem 10 alternativ ein Dampfturbinensystem sein kann. Wie nachstehend beschrieben ist, sind verschiedene Ausführungsformen des Auslassdiffusors 26, wie beispielsweise ein axialer Auslassdiffusor und ein radialer Auslassdiffusor, vorgesehen. Although illustrated and described above as a gas turbine system, it is recognized that the turbine system 10 alternatively may be a steam turbine system. As described below, there are various embodiments of the outlet diffuser 26 , such as an axial outlet diffuser and a radial outlet diffuser.

Indem nun auf die 2 und 3 Bezug genommen wird, ist eine erste Ausführungsform einer Strömungsmanipulationsanordnung 50 innerhalb des Auslassdiffusors 26 veranschaulicht. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Auslassdiffusor 26 ein axialer Auslassdiffusor, der axial stromabwärts von einer letzten Stufe des Turbinenabschnitts 16 angeordnet ist. Der Auslassdiffusor 26 enthält einen Einlass 28, der eingerichtet ist, um eine Auslassströmung 60 aus dem Turbinenabschnitt 16 zu empfangen. Ein Auslass 32 ist an einer stromabwärtigen Stelle relativ zu dem Einlass 28 angeordnet. Eine Innentrommel 34 erstreckt sich relativ axial entlang einer Längsrichtung des Auslassdiffusors 26 wenigstens teilweise zwischen dem Einlass 28 und dem Auslass 32 und enthält eine Außenfläche 36. Radial außen von der Innentrommel 34 und insbesondere radial außen von der Außenfläche 36 beabstandet ist eine Außenwand 38, die eine Innenfläche 40 aufweist. Die Außenwand 38 kann mit einer relativ divergierenden Konfiguration eingerichtet sein, so dass nach einem Eintritt in den Einlass 28 des Auslassdiffusors 26 die kinetische Energie der Auslassströmung 30 verringert wird. Insbesondere kommt es zu einer Überführung des dynamischen Drucks in den statischen Druck innerhalb des Auslassdiffusors 26 aufgrund der divergierenden Konfiguration der Außenwand 38. Die Auslassströmung 30 strömt durch den Bereich, der durch die Außenfläche 36 der Innentrommel 34 und die Innenfläche 40 der Außenwand 38 definiert ist. By now on the 2 and 3 Reference is made to a first embodiment of a flow manipulation assembly 50 inside the outlet diffuser 26 illustrated. In the illustrated embodiment, the outlet diffuser is 26 an axial outlet diffuser located axially downstream of a last stage of the turbine section 16 is arranged. The outlet diffuser 26 contains an inlet 28 which is designed to be an outlet flow 60 from the turbine section 16 to recieve. An outlet 32 is at a downstream location relative to the inlet 28 arranged. An inner drum 34 extends relatively axially along a longitudinal direction of the outlet diffuser 26 at least partially between the inlet 28 and the outlet 32 and contains an outer surface 36 , Radially outside of the inner drum 34 and in particular radially outward of the outer surface 36 spaced is an outer wall 38 that have an inner surface 40 having. The outer wall 38 can be set up with a relatively divergent configuration, allowing for entry into the inlet 28 the outlet diffuser 26 the kinetic energy of the outlet flow 30 is reduced. In particular, there is a transfer of the dynamic pressure in the static pressure within the outlet diffuser 26 due to the divergent configuration of the outer wall 38 , The outlet flow 30 flows through the area passing through the outer surface 36 the inner drum 34 and the inner surface 40 the outer wall 38 is defined.

Ferner ist zwischen der Außenfläche 36 der Innentrommel 34 und der Innenfläche 40 der Außenwand 38 wenigstens eine, sind jedoch gewöhnlich mehrere Streben 42 angeordnet, wobei beispielhafte Ausführungsformen eine Anzahl von Streben im Bereich von vier (4) bis zwölf (12) Streben enthalten, die in einer koaxialen Ausrichtung längs des Umfangs im Abstand zueinander angeordnet sind. Die mehreren Streben 42 dienen dazu, die Innentrommel 34 und die Außenwand 38 in einer festen Beziehung zueinander zu halten sowie eine Tragunterstützung zu erzielen. Da die Strebe 42 innerhalb des Bereichs zwischen der Innentrommel 34 und der Außenwand 38 angeordnet ist, strömt die Auslassströmung 30 an der Strebe 42 vorbei. Folglich beeinflusst die Strebe 42 die Strömungseigenschaften der Auslassströmung 30 und somit das gesamte Leistungsverhalten des Auslassdiffusors. Die mehreren Streben 42 sind als ein Tragflächenprofil gestaltet oder von einem Tragflächenprofil umgeben, und es sollte erkannt werden, dass die genaue Geometrie und die genauen Abmessungen der mehreren Streben 42 von denjenigen, die veranschaulicht sind, je nach der Anwendung variieren können. Jede der mehreren Streben 42 enthält eine Vorderkante 44 und eine Hinterkante 46. Furthermore, between the outer surface 36 the inner drum 34 and the inner surface 40 the outer wall 38 but at least one, are usually several struts 42 wherein exemplary embodiments include a number of struts in the range of four (4) to twelve (12) struts spaced apart in coaxial alignment along the circumference. The multiple struts 42 serve to the inner drum 34 and the outer wall 38 to maintain a firm relationship with each other and to provide supportive support. Because the strut 42 within the area between the inner drum 34 and the outer wall 38 is arranged, the outlet flow flows 30 at the strut 42 past. Consequently, the strut affects 42 the flow characteristics of the outlet flow 30 and thus the overall performance of the outlet diffuser. The multiple struts 42 are designed as an airfoil or surrounded by an airfoil, and it should be appreciated that the exact geometry and dimensions of the multiple struts 42 those that are illustrated may vary depending on the application. Each of the several struts 42 contains a leading edge 44 and a trailing edge 46 ,

Während die Auslassströmung 30 aus dem Turbinenabschnitt 16 austritt, steigt der tangetiale Strömungswinkel am Laufschaufelaustritt der letzten Stufe (4) der Auslassströmung 30 aufgrund der divergierenden Konfiguration der Außenwand 38 des Auslassdiffusors 26 sowie verschiedener Betriebsbedingungen, was dadurch zu einer Strömungsablösung in Bereichen in der Nähe der Außenfläche 36 der Innentrommel 34 sowie in Bereichen in der Nähe der verschiedenen Außenflächen der mehreren Streben 42 führt. Um die vorstehend beschriebene Strömungsablösung zu reduzieren, wird die Auslassströmung 30 durch die Strömungsmanipulationsanordnung 50 manipuliert, wie dies nachstehend im Einzelnen beschrieben ist. While the outlet flow 30 from the turbine section 16 exit, the tangential flow angle at the last stage bucket exit increases ( 4 ) of the outlet flow 30 due to the divergent configuration of the outer wall 38 the outlet diffuser 26 and various operating conditions, thereby causing flow separation in areas near the outer surface 36 the inner drum 34 as well as in areas near the various outer surfaces of the multiple struts 42 leads. In order to reduce the flow separation described above, the outlet flow 30 by the flow manipulation assembly 50 manipulated as described in detail below.

Bezugnehmend auf die 4 und 5 in Verbindung mit den 2 und 3 weist die Strömungsmanipulationsanordnung 50 wenigstens eine, jedoch gewöhnlich mehrere drehbare Leitschaufeln 52 auf, die längs des Umfangs voneinander beabstandet und koaxial ausgerichtet sind. Wie vorstehend beschrieben, sind die mehreren Streben an einer axialen Stelle derart angeordnet, dass die Streben koaxial ausgerichtet sind. Die mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 sind in der Nähe der mehreren Streben 42 und an einer Stelle axial stromaufwärts von den mehreren Streben 42 angeordnet. Die mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 weisen eine tragflächenprofilförmige Geometrie auf und sind mit der Innentrommel 34 und/oder der Außenwand 38 zur Unterstützung betriebsmäßig verbunden. Es kann/können eine oder mehrere Dichtungskomponenten 41 zwischen den mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 und der Innentrommel 34 und/oder der Außenwand 38 zur Abdichtung an einer dazwischen befindlichen Grenzstelle angeordnet sein. Die mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 enthalten jeweils ein drehbares Element 54, wie beispielsweise eine Spindel oder eine Stange, das mit dieser betriebsmäßig verbunden ist. In einer Ausführungsform erstreckt sich das drehbare Element 54 in eine Radialrichtung durch einen Teil der mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 hindurch. Das drehbare Element 54 ist ferner mit einer Aktuatoranordnung 56 (2) betriebsmäßig verbunden, die eingerichtet ist, um eine Verdrehung des drehbaren Elementes 54 auszulösen. Insbesondere kann die Aktuatoranordnung 56 mit dem drehbaren Element 54 beispielsweise über eine Ausgangswelle oder ein Ausgangszahnrad der Aktuatoranorndung 56 unmittelbar verbunden oder mit dem drehbaren Element 54 über eine Getriebeanordnung und/oder eine Seilanordnung, auf die allgemein bei 58 verwiesen wird, indirekt verbunden sein. Die Aktuatoranordnung 56 bezieht sich auf verschiedene Motoren, einschließlich eines Servomotors. Alternativ kann ein pneumatischer Aktuator die Einstellung des drehbaren Elementes 54 auslösen. In einer Ausführungsform ist das drehbare Element 54 mit der Innentrommel 34 und/oder der Außenwand 38 über eine Buchse oder eine Lageranordnung verbunden, die an der Innentrommel 34 und/oder der Außenwand 38 montiert ist. Referring to the 4 and 5 in conjunction with the 2 and 3 has the flow manipulation assembly 50 at least one, but usually several rotatable vanes 52 which are spaced apart along the circumference and coaxially aligned. As described above, the plurality of struts are disposed at an axial location such that the struts are coaxially aligned. The multiple rotatable vanes 52 are near the multiple struts 42 and at a location axially upstream of the plurality of struts 42 arranged. The multiple rotatable vanes 52 have a wing profile-shaped geometry and are with the inner drum 34 and / or the outer wall 38 operationally connected to support. It can / can one or more sealing components 41 between the multiple rotatable vanes 52 and the inner drum 34 and / or the outer wall 38 be arranged for sealing at an interface located therebetween. The multiple rotatable vanes 52 each contain a rotatable element 54 such as a spindle or rod operatively connected thereto. In one embodiment, the rotatable element extends 54 in a radial direction through part of the plurality of rotatable vanes 52 therethrough. The rotatable element 54 is further provided with an actuator assembly 56 ( 2 ) operatively connected to a rotation of the rotatable element 54 trigger. In particular, the actuator arrangement 56 with the rotatable element 54 for example, via an output shaft or an output gear of Aktuatoranorndung 56 directly connected or with the rotatable element 54 about a gear assembly and / or a cable assembly, to which in general 58 is referenced, indirectly connected. The actuator assembly 56 refers to various motors, including a servomotor. Alternatively, a pneumatic actuator can be used to adjust the rotatable element 54 trigger. In one embodiment, the rotatable element 54 with the inner drum 34 and / or the outer wall 38 connected via a bushing or a bearing assembly attached to the inner drum 34 and / or the outer wall 38 is mounted.

Die mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 sind um eine Achse, die durch das drehbare Element 54 definiert ist, über einen Bereich von Winkelpositionen hinweg verdrehbar. Der Bereich der Winkelpositionen ergibt vorteilhafterweise zahlreiche Positionen der mehreren drehbaren Leitschaufeln 52, wodurch verschiedene Strömungswinkel der Auslassströmung 30 berücksichtigt werden. Insbesondere sind die mehreren Streben 42 in einer Richtung ausgerichtet, um eine effiziente Strömungscharakteristik der Auslassströmung 30 innerhalb des Auslassdiffusors 26 unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie beispielsweise unter Grundlast oder unter Bedingungen mit voller Drehzahl und Volllast, zu erzielen. Jedoch unterscheiden sich die Strömungswinkel der Auslassströmung 30 bei anderen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise einer Teillastbetriebsbedingung. In den schwankenden Betriebsbedingungen ist die Effizienz aufgrund einer erhöhten Grenzschichtbildung reduziert. Durch eine Drehung der mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 in Stellungen, die geeigneten Strömungsmanipulationspositionen entsprechen, wird die Auslassströmung 30 in einer Weise manipuliert, die als eine „Begradigungs“-Weise bezeichnet wird, die einen gewünschten Strömungswinkel der Auslassströmung 30 beim Passieren der mehreren Streben 42 zur Folge hat. The multiple rotatable vanes 52 are about an axis passing through the rotatable element 54 is rotatable over a range of angular positions. The range of angular positions advantageously yields numerous positions of the plurality of rotatable vanes 52 , whereby different flow angles of the outlet flow 30 be taken into account. In particular, the several struts 42 in one direction aligned to an efficient flow characteristic of the outlet flow 30 inside the outlet diffuser 26 under certain operating conditions, such as under base load or under full speed and full load conditions. However, the flow angles of the outlet flow differ 30 under other operating conditions, such as a partial load operating condition. In fluctuating operating conditions, efficiency is reduced due to increased interfacial formation. By rotating the multiple rotatable vanes 52 in positions corresponding to suitable flow manipulation positions, the outlet flow becomes 30 in a manner referred to as a "straightening" mode that provides a desired flow angle of the outlet flow 30 when passing the several struts 42 entails.

In einer Ausführungsform, und unter Bezugnahme auf die 5 und 6, weist ein Umfangssegment der drehbaren Leitschaufeln 60 miteinander betriebsmäßig verbundene drehbare Leitschaufeln auf, die in einer „mechanisch gekoppelten“ Beziehung angeordnet sind. Das Umfangssegment der drehbaren Leitschaufeln 60 weist zwei oder mehrere Leitschaufeln auf, die über einen umlaufenden Ring 62 miteinander funktionsmäßig gekoppelt sind. Es ist vorgesehen, dass eine beliebige Anzahl der mehreren Leitschaufeln das Umfangssegment der drehbaren Leitschaufeln 60 bilden kann. Die gekoppelte Anordnung ermöglicht der Aktuatoranordnung 56 und der Getriebeanordnung und/ oder der Seilanordnung 58, unmittelbar eine Verdrehung eines einzelnen drehbaren Elementes zu vermitteln und dabei indirekt die weiteren Leitschaufeln des Umfangssegmentes der drehbaren Leitschaufeln 60 über den umlaufenden Ring 62 zu verdrehen. Der umlaufende Ring 62 bildet eine Zahnstangenantriebsanordnung mit weiteren drehbaren Elementen, um eine Verdrehung der weiteren Leitschaufeln über eine Zahnradanordnung zwischen dem umlaufenden Ring 62 und den zusätzlichen drehbaren Elementen jeder Leitschaufel zu unterstützen. Alternativ zu oder in Kombination mit der Zahnstangenantriebsanordnung kann der umlaufende Ring 62 mit einem oder mehreren Lagern 63 (6) betriebsmäßig verbunden sein, die ein Gleiten des umlaufenden Ringes 62 innerhalb einer Schlitzstruktur 65 ermöglichen, wodurch eine Drehbewegung jeder der drehbaren Leitschaufeln an dem drehbaren Element 54 der jeweiligen drehbaren Leitschaufeln angetrieben wird. In one embodiment, and with reference to FIGS 5 and 6 , has a circumferential segment of the rotatable vanes 60 interconnected rotatable vanes which are arranged in a "mechanically coupled" relationship. The circumferential segment of the rotatable vanes 60 has two or more vanes over a circumferential ring 62 are functionally coupled to each other. It is contemplated that any number of the plurality of vanes may be the circumferential segment of the rotatable vanes 60 can form. The coupled arrangement allows the actuator assembly 56 and the gear assembly and / or the cable assembly 58 to impart directly a rotation of a single rotatable element and thereby indirectly the other vanes of the peripheral segment of the rotatable vanes 60 over the encircling ring 62 to twist. The encircling ring 62 forms a rack and pinion drive assembly with further rotatable elements to a rotation of the further vanes via a gear arrangement between the rotating ring 62 and to support the additional rotatable elements of each vane. Alternatively to or in combination with the rack and pinion drive arrangement, the circumferential ring 62 with one or more warehouses 63 ( 6 ) operatively connected, which is a sliding of the rotating ring 62 within a slot structure 65 allowing rotation of each of the rotatable vanes on the rotatable member 54 the respective rotatable vanes is driven.

Wie vorstehend beschrieben, sind die mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 über einen Bereich von Winkelpositionen hinweg verdrehbar. Der Bereich der Winkelpositionen entspricht einem Bereich von Betriebsbedingungen des Turbinensystems 10 und insbesondere einem Bereich von Winkeln einer tangentialen Strömung der Auslassströmung 30. Zum Beispiel entspricht eine erste Position einer ersten Bedingung, während eine zweite Position einer zweiten Bedingung entspricht. Die erste Position der mehreren drehbaren Leitschaufeln 52 ist relativ parallel zu den mehreren Streben 42 unter einer ersten Bedingung, die einer Betriebsbedingung des Turbinensystems 10 bei voller Drehzahl und Volllast entspricht, ausgerichtet. Wenn die Drehzahl des Turbinensystems 10 auf eine Teillastbedingung reduziert ist, wie beispielsweise eine Drehzahl von 60%, werden die mehreren verdrehbaren Leitschaufeln 52 zu einem Winkel verdreht, der eine gewünschte Manipulation der Auslassströmung 30, um diese für eine Strömung an den mehreren Streben 42 vorbei gerade auszurichten, erzielt. As described above, the plurality of rotatable vanes 52 rotatable over a range of angular positions. The range of angular positions corresponds to a range of operating conditions of the turbine system 10 and in particular a range of angles of tangential flow of the outlet flow 30 , For example, a first position corresponds to a first condition while a second position corresponds to a second condition. The first position of the multiple rotatable vanes 52 is relatively parallel to the multiple struts 42 under a first condition, that of an operating condition of the turbine system 10 at full speed and full load, aligned. When the speed of the turbine system 10 is reduced to a partial load condition, such as a speed of 60%, the plurality of rotatable vanes 52 twisted to an angle, the desired manipulation of the outlet flow 30 to make this a flow at the multiple struts 42 Aligning straight through achieved.

Indem nun auf die 7–9 Bezug genommen wird, ist eine Strömungsmanipulationsanordnung 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Die zweite Ausführungsform ist in vielerlei Hinsicht der vorstehend im Einzelnen beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich, so dass eine doppelte Beschreibung jeder Komponente nicht erforderlich ist und ähnliche Bezugszeichen verwendet werden, wo dies zutreffend ist. Außerdem wird die zweite Ausführungsform in Verbindung mit einem axialen Auslassdiffusor, wie beispielsweise dem vorstehend im Einzelnen beschriebenen Auslassdiffusor 26, verwendet. In der zweiten Ausführungsform sind die mehreren verdrehbaren Leitschaufeln 52 zu den mehreren Streben 42 längs des Umfangs benachbart angeordnet, aber koaxial mit diesen ausgerichtet. Wie veranschaulicht, ist wenigstens ein Teil der mehreren verdrehbaren Leitschaufeln 52 im Wesentlichen an der gleichen axialen Stelle wenigstens eines Abschnitts der mehreren Streben 42, einschließlich der Vorderkante 44 und/oder der Hinterkante 46 der mehreren Streben 42, angeordnet. Es ist vorgesehen, dass die verdrehbaren Leitschaufeln und die Streben in einer abwechselnden Anordnung in einem Verhältnis von 1:1 angeordnet sein können oder dass alternativ mehr als eine verdrehbare Leitschaufel zwischen den Streben angeordnet sein kann. Außerdem sind, wie in dem Fall der ersten Ausführungsform, eine oder mehrere Dichtungskomponenten 41 an einer Grenzstelle zwischen den mehreren verdrehbaren Leitschaufeln 52 und der Innentrommel 34 und/oder der Außenwand 38 angeordnet. By now on the 7 - 9 Reference is made to a flow manipulation arrangement 100 illustrated according to a second embodiment. The second embodiment is similar in many respects to the first embodiment described above in detail, so a duplicate description of each component is not required and like reference numerals are used where appropriate. In addition, the second embodiment will be associated with an axial outlet diffuser, such as the outlet diffuser described in detail above 26 , used. In the second embodiment, the plurality of rotatable vanes 52 to the several struts 42 arranged adjacent to the circumference, but aligned coaxially therewith. As illustrated, at least a portion of the plurality of rotatable vanes is 52 substantially at the same axial location of at least a portion of the plurality of struts 42 including the leading edge 44 and / or the trailing edge 46 the multiple struts 42 arranged. It is envisaged that the rotatable vanes and the struts may be arranged in an alternating arrangement in a ratio of 1: 1 or, alternatively, that more than one rotatable vane may be disposed between the struts. In addition, as in the case of the first embodiment, one or more sealing components 41 at an interface between the plurality of rotatable vanes 52 and the inner drum 34 and / or the outer wall 38 arranged.

Indem nun auf die 10–12 Bezug genommen wird, ist eine Strömungsmanipulationsanordnung 200 gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. Die dritte Ausführungsform wird in Verbindung mit einem axialen Auslassdiffusor, wie beispielsweise dem vorstehend im Einzelnen beschriebenen Auslassdiffusor 26, verwendet. Die dritte Ausführungsform enthält mehrere Leitschaufeln 202, die längs des Umfangs voneinander beabstandet und koaxial ausgerichtet sind. Außerdem sind die mehreren Leitschaufeln 202 in wenigstens einer axialen Stufe angeordnet, die sich axial stromaufwärts und/oder stromabwärts von den mehreren Streben 42 befinden kann. By now on the 10 - 12 Reference is made to a flow manipulation arrangement 200 illustrated according to a third embodiment. The third embodiment will be used in conjunction with an axial outlet diffuser, such as the outlet diffuser described in detail above 26 , used. The third embodiment includes a plurality of vanes 202 which are spaced along the circumference and coaxially aligned. In addition, the several vanes 202 disposed in at least one axial step located axially upstream and / or downstream of the plurality of struts 42 can be located.

All die mehreren Leitschaufeln 202 sind in einer im Wesentlichen parallelen Ausrichtung mit den mehreren Streben 42 ausgerichtet, wobei jedoch jede Stufe der Leitschaufeln in einer in Umfangsrichtung versetzbaren Weise verstellbar ist. Insbesondere werden die mehreren Leitschaufeln 202 „nach Art einer Uhr verstellt“, um ihre Ausrichtung zu den mehreren Streben 42 zu verändern. Zum Beispiel sind die mehreren Leitschaufeln 202 in einer ersten Position (10) in Umfangsrichtung mit den mehreren Streben 42 ausgerichtet, während die mehreren Leitschaufeln 202 in einer zweiten Position (11) zu den mehreren Streben 42 in Umfangsrichtung versetzt sind. Wie vorstehend beschrieben, sind die erste Position und die zweite Position bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Turbinensystems 10 von Vorteil. All the several vanes 202 are in a substantially parallel orientation with the plurality of struts 42 however, each stage of the vanes is adjustable in a circumferentially displaceable manner. In particular, the multiple vanes become 202 "Adjusted in the manner of a clock" to their orientation to the multiple struts 42 to change. For example, the multiple vanes 202 in a first position ( 10 ) in the circumferential direction with the plurality of struts 42 aligned while the multiple vanes 202 in a second position ( 11 ) to the several struts 42 offset in the circumferential direction. As described above, the first position and the second position are at different operating conditions of the turbine system 10 advantageous.

Wie in dem Fall der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Strömungsmanipulationsanordnung 200 mit einer Aktuatoranordnung 204, wie beispielsweise einem oder mehreren Motoren, die mit einem umlaufenden Ring 206 direkt oder indirekt zusammenwirken, der die Position der mehreren Leitschaufeln 202 steuert, betätigt. As in the case of the embodiments described above, the flow manipulation assembly becomes 200 with an actuator assembly 204 , such as one or more engines with a rotating ring 206 interact directly or indirectly, the position of the multiple vanes 202 controls, actuates.

Indem nun auf die 13 Bezug genommen wird, ist eine Strömungsmanipulationsanordnung 300 gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht. Die vierte Ausführungsform ist in vielerlei Hinsicht der ersten und der zweiten Ausführungsform, wie sie im Einzelnen vorstehend beschrieben sind, ähnlich, so dass eine doppelte Beschreibung jeder Komponente nicht erforderlich ist und ähnliche Bezugszeichen verwendet werden, wenn es zutreffend ist. Jedoch wird die vierte Ausführungsform im Unterschied zu dem axialen Auslassdiffusor der ersten und zweiten Ausführungsform in Verbindung mit einem radialen Auslassdiffusor 302 verwendet. Der radiale Auslassdiffusor 302 weist entweder einen Dampfturbinendiffusor oder einen Gasturbinendiffusor auf. Der radiale Auslassdiffusor 302 enthält eine Innenwand 304 und eine Außenwand 306 mit wenigstens einer Strebe 308, die mit wenigstens einer von der Innenwand 304 und der Außenwand 306 betriebsmäßig verbunden ist. Wenigstens eine Leitschaufel 310 ist mit der wenigstens einen Strebe 308 betriebsmäßig verbunden, und wie in dem Fall der vorstehenden Ausführungsformen, die verdrehbare Leitschaufeln aufweisen, ist die wenigstens eine Leitschaufel 310 über einen Bereich von Winkelpositionen verdrehbar, der einem Bereich von Auslassströmungsbedingungen entspricht. Außerdem ist die wenigstens eine Leitschaufel 310 wahlweise in der Axialrichtung und/oder der Radialrichtung verstellbar. By now on the 13 Reference is made to a flow manipulation arrangement 300 illustrated according to a fourth embodiment. The fourth embodiment is similar in many respects to the first and second embodiments described in detail above, so that a duplicate description of each component is not required and like reference numerals are used as appropriate. However, unlike the axial outlet diffuser of the first and second embodiments, the fourth embodiment becomes associated with a radial outlet diffuser 302 used. The radial outlet diffuser 302 has either a steam turbine diffuser or a gas turbine diffuser. The radial outlet diffuser 302 contains an inner wall 304 and an outer wall 306 with at least one strut 308 that with at least one of the inner wall 304 and the outer wall 306 is operationally connected. At least one vane 310 is with the at least one strut 308 operatively connected, and as in the case of the above embodiments having rotatable vanes, the at least one vane 310 rotatable over a range of angular positions corresponding to a range of outlet flow conditions. In addition, the at least one vane 310 optionally adjustable in the axial direction and / or the radial direction.

Während die Erfindung im Einzelnen in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben ist, sollte ohne weiteres verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Veränderungen, Modifizierungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch den Rahmen und Umfang der Erfindung entsprechen. Außerdem sollte verstanden werden, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, Aspekte der Erfindung lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demgemäß ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt. While the invention has been described in detail in connection with only a limited number of embodiments, it should be readily understood that the invention is not limited to such disclosed embodiments. Rather, the invention may be modified to incorporate any number of variations, modifications, substitutions, or equivalent arrangements not heretofore described, but which are within the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that while various embodiments of the invention are described, aspects of the invention may only include some of the described embodiments. Accordingly, the invention should not be construed as being limited to the foregoing description, but is limited only by the scope of the appended claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Turbinensystem turbine system
1212: Verdichterabschnitt compressor section
1414: Brennkammerabschnitt combustor section
1616: Turbinenabschnitt turbine section
1818: Welle wave
2020: Brennstoffdüse fuel nozzle
2222: Brennstoffversorgung fuel supply
2424: Außengehäuse outer casing
2626: Auslassdiffusor outlet diffuser
2828: Einlass inlet
3030: Auslassströmung exhaust flow
3232: Auslass outlet
3434: Innentrommel inner drum
3636: Außenfläche outer surface
3838: Außenwand outer wall
4040: Innenfläche palm
4242: Mehrere Streben Several aspirations
4444: Vorderkante leading edge
4646: Hinterkante trailing edge
5050: Strömungsmanipulationsanordnung Flow manipulation arrangement
5252: Mehrere verdrehbare Leitschaufeln Several rotatable vanes
5454: Drehbares Element Rotatable element
5656: Aktuatoranordnung actuator
5858: Getriebeanordnung transmission assembly
6060: Umfangssegment der verdrehbaren Leitschaufeln Circumferential segment of the rotatable vanes
6262: Umlaufender Ring Circulating ring
6363: Ein oder mehrere Lager One or more bearings
6565: Schlitzstruktur slot structure
100100: Strömungsmanipulationsanordnung Flow manipulation arrangement
200200: Strömungsmanipulationsanordnung Flow manipulation arrangement
202202: Mehrere Leitschaufeln Several vanes
300300: Strömungsmanipulationsanordnung Flow manipulation arrangement
302302: Radialer Auslassdiffusor Radial outlet diffuser
304304: Innenwand inner wall
306306: Außenwand outer wall
308308: Wenigstens eine Strebe At least one strut
310310: Wenigstens eine Leitschaufel At least one vane

Claims

Strömungsmanipulationsanordnung für einen Turbinenauslassdiffusor, die aufweist: eine Strebe, die eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, wobei die Strebe im Inneren des Turbinenauslassdiffusors angeordnet ist; mehrere drehbare Leitschaufeln, die in enger Nähe zu der Strebe angeordnet und eingerichtet sind, um eine Auslassströmung zu manipulieren, wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs relativ zueinander angeordnet sind; einen Aktuator, der mit den mehreren drehbaren Leitschaufeln in Wirkverbindung steht und eingerichtet ist, um eine Einstellung der mehreren drehbaren Leitschaufeln auszulösen; und einen umlaufenden Ring, der die mehreren drehbaren Leitschaufeln betriebsmäßig koppelt, wobei der Aktuator eingerichtet ist, um eine Verdrehung einer der drehbaren Leitschaufeln unmittelbar auszulösen, und wobei der umlaufende Ring bei einer Drehauslösung durch den Aktuator eine Verdrehung der mehreren drehbaren Leitschaufeln auslöst. A flow manipulation assembly for a turbine exhaust diffuser, comprising: a strut having a leading edge and a trailing edge, the strut being disposed within the turbine outlet diffuser; a plurality of rotatable vanes disposed in close proximity to the strut and configured to manipulate an exhaust flow, the plurality of rotatable vanes being coaxially aligned and disposed circumferentially relative to one another; an actuator operatively connected to the plurality of rotatable vanes and configured to initiate adjustment of the plurality of rotatable vanes; and a rotating ring operatively coupling the plurality of rotatable vanes, the actuator configured to immediately initiate rotation of one of the rotatable vanes, and wherein the rotating ring initiates rotation of the plurality of rotatable vanes in a rotational release by the actuator.

Strömungsmanipulationsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Turbinenauslassdiffusor ein axialer Diffusor ist, der aufweist: eine Innentrommel, die sich in eine Längsrichtung des Turbinenauslassdiffusors erstreckt; und eine Außenwand, die radial außen von der Innentrommel angeordnet ist, wobei sich die Strebe zwischen der Innentrommel und der Außenwand erstreckt und mit diesen betriebsmäßig verbunden ist und wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln mit wenigstens entweder der Innentrommel und/oder der Außenwand betriebsmäßig verbunden sind. The flow manipulation assembly of claim 1, wherein the turbine outlet diffuser is an axial diffuser comprising: an inner drum extending in a longitudinal direction of the turbine outlet diffuser; and an outer wall disposed radially outwardly of the inner drum, the strut extending between and operatively connected to the inner drum and the outer wall, and wherein the plurality of rotatable vanes are operatively connected to at least one of the inner drum and the outer wall.

Strömungsmanipulationsanordnung nach Anspruch 2, die ferner ein drehbares Element aufweist, das mit dem Aktuator betriebsmäßig verbunden ist und sich durch jede der mehreren drehbaren Leitschaufeln erstreckt, wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln um eine Achse verdrehbar sind, die durch das drehbare Element definiert ist; und/oder die ferner mehrere Streben aufweist, die koaxial ausgerichtet und längs des Umfangs angeordnet sind, wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln an wenigstens entweder einer axial stromaufwärtigen Stelle und/oder einer axial stromabwärtigen Stelle der mehreren Streben angeordnet sind. Flow manipulation arrangement according to claim 2, further comprising a rotatable member operatively connected to the actuator and extending through each of the plurality of rotatable vanes, the plurality of rotatable vanes being rotatable about an axis defined by the rotatable member; and or further comprising a plurality of struts coaxially aligned and disposed along the circumference, wherein the plurality of rotatable vanes are disposed on at least one of an axially upstream location and an axially downstream location of the plurality of struts.

Strömungsmanipulationsanordnung nach Anspruch 1, wobei der umlaufende Ring mit mehreren Lagern betriebsmäßig verbunden ist, die eingerichtet sind, um ein Gleiten des umlaufenden Ringes innerhalb einer Schlitzstruktur zu ermöglichen. The flow manipulation assembly of claim 1, wherein the rotating ring is operatively connected to a plurality of bearings configured to permit sliding of the rotating ring within a slot structure.

Strömungsmanipulationsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln in Umfangsrichtung benachbart zu der Strebe angeordnet und axial mit dieser ausgerichtet sind; und/oder wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln über einen Bereich von Winkelpositionen verdrehbar sind, der einem Bereich von Auslassströmungsbedingungen entspricht. Flow manipulation arrangement according to one of the preceding claims, wherein the plurality of rotatable vanes are circumferentially disposed adjacent to and axially aligned with the strut; and or wherein the plurality of rotatable vanes are rotatable over a range of angular positions corresponding to a range of outlet flow conditions.

Strömungsmanipulationsanordnung nach Anspruch 5, wobei der Bereich von Winkelpositionen eine erste Position, die einer ersten Bedingung entspricht, und eine zweite Position aufweist, die einer zweiten Bedingung entspricht, wobei die erste Bedingung eine Bedingung bei voller Drehzahl und Volllast aufweist und die zweite Bedingung eine Teillastbedingung aufweist. The flow manipulation assembly of claim 5, wherein the range of angular positions comprises a first position corresponding to a first condition and a second position corresponding to a second condition, the first condition having a full speed and full load condition and the second condition being a partial load condition having.

Strömungsmanipulationsanordnung nach Anspruch 3, die ferner eine Getriebeanordnung aufweist, die eingerichtet ist, um mechanische Leistung von dem Aktuator auf das drehbare Element zu übertragen. The flow manipulation assembly of claim 3, further comprising a gear assembly configured to transfer mechanical power from the actuator to the rotatable member.

Strömungsmanipulationsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Turbinenauslassdiffusor ein radialer Diffusor ist, der eine Innenwand und eine Außenwand aufweist, wobei die Strebe mit wenigstens entweder der Innenwand und/oder der Außenwand betriebsmäßig verbunden ist.The flow manipulation assembly of claim 1, wherein the turbine outlet diffuser is a radial diffuser having an inner wall and an outer wall, the strut being operatively connected to at least one of the inner wall and the outer wall.

Strömungsmanipulationsanordnung nach Anspruch 8, wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln mit der Strebe betriebsmäßig verbunden sind; und/oder wobei die mehreren drehbaren Leitschaufeln über einen Bereich von Winkelpositionen verdrehbar sind, der einem Bereich von Auslassströmungsbedingungen entspricht. The flow manipulation assembly of claim 8, wherein the plurality of rotatable vanes are operatively connected to the strut; and / or wherein the plurality of rotatable Guide vanes are rotatable over a range of angular positions corresponding to a range of outlet flow conditions.

Strömungsmanipulationsanordnung nach Anspruch 2, die ferner aufweist: eine äußere Dichtungsanordnung, die zwischen den mehreren drehbaren Leitschaufeln und der Außenwand angeordnet ist; und eine innere Dichtungsanordnung, die zwischen den mehreren drehbaren Leitschaufeln und der Innentrommel angeordnet ist. The flow manipulation assembly of claim 2, further comprising: an outer seal assembly disposed between the plurality of rotatable vanes and the outer wall; and an inner seal assembly disposed between the plurality of rotatable vanes and the inner drum.