WO2010010277A1 - Exhaust diffuser for a gas turbine - Google Patents

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WO2010010277A1
WO2010010277A1 PCT/FR2009/051413 FR2009051413W WO2010010277A1 WO 2010010277 A1 WO2010010277 A1 WO 2010010277A1 FR 2009051413 W FR2009051413 W FR 2009051413W WO 2010010277 A1 WO2010010277 A1 WO 2010010277A1
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WO
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section
deflector
sheath
central axis
baffle
Prior art date
Application number
PCT/FR2009/051413
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French (fr)
Inventor
Thierry Piffre
Philippe Claudon
Liberto Gandia
Sébastien Cloarec
Original Assignee
Ge Energy Products France Snc
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Filing date
Publication date
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Priority to DE112009001754T priority patent/DE112009001754T5/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/30—Exhaust heads, chambers, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/12—Two-dimensional rectangular
    • F05D2250/121—Two-dimensional rectangular square
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet

Definitions

  • the invention relates to the field of gas turbines and in particular the field of diffusers for gas turbines installed between the turbine and silencers of the exhaust duct downstream of the gas turbines.
  • the blades of the rotor transform the kinetic energy of the combustion gases into thermomechanical energy.
  • a stator collector of the turbine recovers the gases that have passed through the blades.
  • Such a collector generally has a circular cross section.
  • a transition sheath connects the stator collector of the turbine to the silencer.
  • the silencers for reducing the noise of the exhaust gases are generally inserted on exhaust pipes of polygonal section, for example rectangular, and in particular square.
  • the diffuser is inserted between the turbine and the silencer. It makes it possible to reduce the speed of the gases by widening its flow in the section of the duct through which the gases of the turbine escape.
  • the diffuser thus ensures the transition of the flow of a circular section conduit to a polygonal section conduit.
  • Some turbines for example for congestion constraints, can not integrate the diffuser around the rotor of the turbine.
  • the gas flow from the turbine has maximum flow velocities at the center of the turbine manifold section.
  • the flow of gas is concentrated along the central axis of the outlet manifold of the turbine.
  • the invention provides a gas turbine exhaust diffuser for homogenizing the flow within the exhaust duct and reducing the flow velocity of the hot gases within the silencer without creating too much loss of load.
  • the diffuser of the invention makes it possible to improve the homogeneity of the flow velocities inside the exhaust duct.
  • the diffuser of the invention is compatible with turbines whose gas flow is concentrated along the central axis of the outlet manifold of the turbine.
  • the turbine is connected to a silencer with polygonal input section, for example square.
  • the gas turbine exhaust diffuser comprises a tubular transition sheath having a central axis, a circular section duct inlet end intended to be connected downstream of the turbine and an outlet end. sleeve intended to be connected upstream of an exhaust duct.
  • the sheath outlet end has a cross section of generally polygonal shape.
  • the diffuser further includes at least one deflector, attached to the transition sheath and disposed with respect to the sheath inlet end so as to deflect a portion of an inflow of gas.
  • the deflector includes a tubular wall coaxial with the central axis and flared toward the outlet end of the sheath.
  • the tubular wall has, at one end of the duct inlet end side, a circular deflector inlet section and at the opposite end a generally polygonal deflector outlet section.
  • the deflector output section has a number of corner areas and an orientation about the central axis of said corner areas corresponding to the corners of the polygonal section of the duct outlet end.
  • the deflector is tubular and coaxial with the central axis of the transition sheath makes this diffuser compatible with turbines whose flow of gas is concentrated in the center of the turbine collector. Indeed, at least part of these high velocity gases enter the flared tubular shape and see its reduced flow rate.
  • At least another portion of the exhaust stream flows out of the flared tubular shape.
  • the inlet section of the baffle is circular whereas the outlet section is polygonal. This causes a greater deviation of the gas flow towards the corners of the transition sheath. This homogenizes the flow velocity at the silencer inlet.
  • the corner zones of the general polygonal shape of the outlet straight section of the deflector are rounded.
  • the baffle wall comprises a distribution of orifices passing through the wall, located near the corner zones of the exit section of the deflector.
  • the flow gases outside the tubular wall have a higher pressure than those flowing inside said wall.
  • the holes allow the outside gases to reach the inside of the tubular wall. This reduces the stagnant areas that may form on the inside of the corner areas of the baffle. This prevents turbulence and reduces the pressure loss of the baffle.
  • the orifices of the wall of the deflector are distributed in areas of the wall having a greater inclination relative to the central axis than the areas of the wall devoid of through holes.
  • the orifices reduce turbulence in areas of higher inclination where eddies are likely to form.
  • the diameter of the inlet section, of the at least one tubular deflector is less than half the diameter of the inlet end of the transition sheath, and preferably less than one third of said diameter. This makes it possible to particularly diffuse the central zone of the inflow of hot gases. This is particularly advantageous for turbines with a flow of hot gases out of gas concentrated around the central axis.
  • the diffuser comprises a plurality of tubular wall deflectors and each having a circular inlet section.
  • the plurality of coaxial deflectors makes it possible to shorten the diffuser for the same widening of the flow section.
  • the diffuser comprises an outer baffle inside which are disposed one or more inner baffles coaxial with the central axis; at least the outer baffle has an outlet section of generally polygonal shape.
  • deflectors are generally conical and substantially homothetic to each other.
  • a slight axial offset may exist between the homothetic shapes to facilitate the flow of annular flows between the conical baffles.
  • the pairs of adjacent deflectors one immediately surrounding the other, have longitudinal sections whose inclination difference with respect to the central axis is less than a threshold, said threshold being preferably less than 10 °. , in particular less than 7 °.
  • the flow of gas entering the diffuser is divided between an external flow to the upper deflector, an annular flow between each diffuser and a central flow.
  • the different flows are guided and undergo in parallel their own speed reduction due to the increase of the inclination of a deflector relative to its adjacent deflector.
  • the fact that the different coaxial flows are guided reduces the turbulence and the pressure drop of the diffuser.
  • the deflector or baffles are fixed to the transition sheath by retaining means comprising three connecting arms, each of the connecting arms having an end articulated around a point of attachment of the deflector, and a opposite end connected to the transition sheath.
  • the holding means have a fastening plane perpendicular to the central axis and comprise a first and a second arm arranged symmetrically with respect to a median longitudinal plane and mounted so as to be movable in said fastening plane; the point of attachment to the baffle of a third link arm being remote from the attachment plane and / or the third arm being mounted to be movable in the median longitudinal plane.
  • the articulated arms make it possible to hold the baffle in the central position despite the large thermal expansions that they can undergo.
  • the transition sheath may have an inner lining in contact with the hot gases of the order of 600 0 C to 700 0 C.
  • the articulated arms are attached to a robust outer face of the sheath transition whose temperature is of the order of 200 0 C.
  • the other end of the articulated arms is in contact with the baffle, at the temperature of the hot gases between 600 ° and 700 ° C.
  • FIG. 1 is a longitudinal section of FIG. turbine assembly, diffuser, silencer;
  • - Figure 2 is a perspective view of the deflector and retaining means, seen from downstream;
  • Figure 3 is a cross section on the plane III-III of Figure 1, seen from downstream;
  • Figure 4 is a cross section along the plane IV-IV of Figure 1 seen from upstream;
  • Figure 5 is a longitudinal section of the deflector according to the plane VV of Figures 2 and 4;
  • FIG. 6 is a longitudinal section of the deflector along the plane VI-VI of FIGS. 2 and 4.
  • an exhaust diffuser 1 is between the sectional planes III and IV of FIG. exhaust diffuser 1 is inserted downstream of a turbine 2 and upstream of a silencer 3 and an exhaust pipe 4, the assembly extending along a central axis 10 of the turbine 2
  • the exhaust diffuser 1 comprises a transition sheath 5 having, in the plane IV, an inlet end 6 of the sheath 5, connected to a manifold 7 of the turbine 2.
  • the transition sheath 5 has at its end 6 at the opposite end, the transition sheath 5 has in the plane III-III an outlet end 8 of the sheath 5 connected to the muffler 6 of the duct inlet 6 a circular section in the extension of the collector 7 of the turbine 2.
  • the transition sheath 5 has, at its outlet end 8, a section of general polygonal shape. In the case illustrated in FIG. 1, the outlet end of sheath 8 has a square cross section.
  • the exhaust diffuser 1 also comprises a deflector assembly 1 1 composed of three concentric conical deflectors 12, 12 ', 12 "and an outer deflector 13.
  • the three conical deflectors 12, 12', 12" and the outer deflector 13 are connected by connecting radii 14 so that the deflector assembly 1 1 is a rigid one-piece assembly.
  • the conical baffle 12 is the innermost baffle radially closest to the central axis 10.
  • the outer baffle 13 surrounds the set of conical deflectors 12, 12 ', 12 ".
  • the conical baffles 12, 12 ', 12 "and the outer baffle 13 each have a tubular shape having an axis coaxial with the central axis 10 and a baffle inlet section respectively 12a, 12a', 12a", 13a located at the end of the tubular shape on the side of the duct inlet end 6.
  • 12a, 12a ', 12a ", 13a are circular and concentric with the central axis 10.
  • the conical deflectors 12, 12', 12" and outer 13 also have a deflector outlet section respectively 12b, 12b ', 12b " 13b at the opposite end of the tubular shape on the outlet end 8 side of the sheath 5.
  • a plane noted (b) in Figure 1 marks the beginning of the shape transition of the sheath 5 between a circular section and a square section. Between the duct inlet end 6 and the plane (b), the transition sheath 5 is conically shaped and coaxial with the central axis 10. Between the shape transition plane (b) and the end of 8, the transition sheath 5 has flat areas 17 connected to rounded areas 18 by transition edges 19. The shape of the flat areas 17 and rounded areas 18 will be described more explicitly in FIG. illustrated in FIG. 2, the exit sections 12b, 12b ',
  • the outlet section 13b of the outer baffle 13 is of generally polygonal shape having rectilinear sides 20 and corner areas 21.
  • the outer baffle 13 has a wall 22 comprising flat portions 23 of triangular shape and rounded portions 24. The rounded portions 24 provide the transition between the inlet section 13a of the outer baffle 13 and the corner areas 21 of the outlet section 13b.
  • the outer wall 22 also comprises zones 25 provided with orifices 26 passing through the wall 22 and solid zones 27 not provided with orifices 26.
  • the zones 25 provided with orifices 26 extend along the wall 22 on either side of the two longitudinal and diagonal planes, one of which is illustrated VI in FIGS. 2 and 4.
  • the longitudinal and diagonal planes VI comprise the central axis 10 and join the corner areas 21 of the outlet section 13b.
  • the zone 25 provided with orifices 26 extends on either side of the diagonal longitudinal section plane VI by an angle ⁇ of plus or minus 22 degrees, visible in FIG. 4.
  • the zones 25 provided with orifices 26 correspond to zones of greater inclination with respect to the central axis 10 than the solid zones 27.
  • the retaining means 15 attach the outer baffle 13 to attachment points 16a, 16b, 32, 33 located on the transition sheath 5 in a fastening plane denoted (a) in Figure 1.
  • the retaining means 15 comprise a first connecting arm 28 and a second connecting arm 30, respectively connected to points of contact. fixing 32 and 33 of the transition sheath 5 located on the attachment plane (a).
  • the first link arm 28 is connected to an attachment point 29 located on a right lateral side of the baffle 13 and the second link arm 30 is connected to an attachment point 31 located on a left lateral side of the outer baffle 13.
  • the first link arm 28 and the second link arm 30 are hinged around the attachment points 32, 33 and around the attachment points 29, 31 so as to be movable in the attachment plane (a).
  • the retaining means 15 also comprise a third link arm 34 connected to a point of attachment 35 (FIG. 1) of the deflector 13 located near the inlet section 13a. Dots Fasteners 31 and 33 of the first and second arms 28, 30 are located near the outlet section 13b of the baffle 13. The point of attachment 35 is located away from the attachment plane (a).
  • the third arm 34 is attached to an intermediate attachment point 36 located axially in the attachment plane (a).
  • the intermediate fixing point 36 is connected by two intermediate arms 37a and 37b to the two fixing points 16a, 16b of the transition sheath 5.
  • the third connecting arm 34, the point of attachment 35 and the intermediate fixing point 36 are located in a median longitudinal plane (I) illustrated in FIG. 1.
  • the attachment points 32 and 33, the first and second connecting arms 28, 30, the two intermediate arms 37a, 37b, and their attachment points 16a, 16b are arranged symmetrically with respect to the median longitudinal plane (I).
  • the retaining means 15 (see Figure 1) are fixed on a robust wall of the transition sheath 5. A thermal coating, not shown in the figures) lining the inside of the transition sheath 5. Thus, the hot gases rise the temperature of the coating and the central deflector between 600 0 C and 700 0 C. However, the means 15 for retaining the articulated arms on the transition sheath 5 are at about 200 ° C. The retaining means 15 hold the deflector assembly
  • first and the second connecting arm 28, 30 moves in the attachment plane (a) in the directions indicated by the arrows in FIG. 3.
  • the first and second connecting arms 28, 30 allow to retain the deflector 13 when it expands radially.
  • the third connecting arm 34 serves to retain the outer baffle 13 when the latter expands longitudinally. As illustrated in FIGS. 1 and 3, the intermediate arms 37a, 37b expand so that the intermediate fixing point 36 remains in a vertical median plane located in the attachment plane (a) and equidistant from the attachment points 32 and 33 of the first and second arms The attachment point 35 of the third arm 34 to the deflector 13 allows a longitudinal expansion of the deflector 1 1 without it being offset laterally with respect to the central axis 10.
  • the retaining means 15 make it possible to withstand the mechanical forces exerted on the deflector 11 due to the dynamic pressure of the gas flow.
  • the connecting arms 28, 30, 34 have a profiled cross-section to reduce the mechanical forces exerted by the gases.
  • the connecting arms 28, 30, 34 may be hollow and have a rhomboid cross section whose major axis is substantially parallel to the central axis 10. This reduces the mass attached to the transition sheath 5, while imparting good mechanical strength to the retaining means 15 and low resistance to the flow of exhaust gas.
  • the attachment points 16a, 16b, 32, 33, 36 or clamps points 29 are equipped with rings low coefficient of friction with the stainless steel, and will withstand temperatures of the order of 650 0 C. This makes it possible to reduce the mechanical stresses during the expansion of the diffuser 1.
  • Such rings may be a forging alloy based on cobalt, chromium, tungsten and nickel.
  • This alloy may comply with ASTM F90 or NF ISO 58325 (97) specifications.
  • FIG. 3 shows the shape of the transition sheath 5.
  • the fine mixed lines indicate the shape of the straight sections of the transition sheath of the different section planes (a), (b),
  • the incoming gas flow is divided between a central flow 41, three annular flows 42, 43, 44 and an external flow 45.
  • the central flow 41 enters the interior of the conical deflector 12 by the inlet section 12a.
  • the annular flow 42 flows between the conical deflector 12 and the conical baffle 12 'penetrating between the inlet section 12a and the inlet section 12a'.
  • the annular flow 43 flows between the conical deflector 12 'and the conical deflector 12 "penetrating between the inlet sections 12a' and 12a".
  • the annular flow 44 flows between the conical deflector 12 "and the outer baffle 13 penetrating between the inlet section 12a" and the inlet section 13a.
  • the external flow 45 flows outside the outer baffle 13 between the outer baffle 13 and the transition sheath 5.
  • the set of baffles 12, 12 ', 12 ", 13 all have the same axial length, for example 1410 mm
  • the wall of these baffles may be made of metal that is resistant to the temperature of the gas. Exhaust, eg stainless steel
  • the wall thickness may be 20 mm
  • the diameter of the inlet section 12a is 400 mm
  • that of the outlet section 12b is 682 mm
  • the diameter of the The inlet section 12a 'is 842mm, that of the outlet section 12b' is 1341mm
  • the diameter of the inlet section 12a 'is 1240mm that of the outlet section 12b' is 2086mm.
  • the conical deflectors 12, 12 ', 12 “have a first cylindrical portion progressively connected with a conical portion which has opening half-angles of respectively 6.6 degrees, 1 1, 7 degrees and 19.3 degrees.
  • the half-angle at the apex of the conical deflectors 12, 12 ', 12 “corresponds to the inclination of the wall of the corresponding conical deflector with respect to the central axis 10.
  • the diameter of the inlet section 13a is 1840 mm.
  • the exit section 13b has a generally square shape.
  • the distance between the rectilinear sides 20 is 3123 mm and the radius of curvature of the corner areas 21 is 607 mm.
  • the wall 22 of the outer baffle 13 has an inclination with respect to the axis of an angle of 24.5 degrees, that is to say 5, 2 degrees more than the inclination of the immediately adjacent conical deflector 12 "In the diagonal longitudinal section plane VI, the inclination of the wall 22 of the outer deflector 13 has an inclination with respect to the axis of 30, 2 degrees, that is, 10.9 degrees more than the inclination of the immediately adjacent conical baffle 12 ".
  • the central flow 41 of gas sees its flow rate slow down in proportion to the inclination with respect to the central axis 10 of the conical deflector 12.
  • the annular flows 42, 43, 44 see their flow velocity slow down proportionally. the inclination difference relative to the central axis 10 that form the two adjacent deflector between which flows said annular flow.
  • the speed reduction of the central flow 41, and the two annular flows 42, 43 is substantially homogeneous.
  • the annular flow 44 sees its flow velocity more slowed down in the diagonal longitudinal planes VI than in the transverse longitudinal planes V.
  • the external flow 45 is deflected by the external surface of the outer deflector 13. In the diagonal longitudinal section plane VI, the external flow 45 meets the orifices 46. A portion of the outer flow 45 passes through the orifices 46 to join the annular flow
  • the orifices 26 make it possible to reduce the slowing down of the gas flow velocity in the zones provided with orifices 26. This reduces the turbulence of the annular flow 44 near the corner zones 21.
  • the fact that the outer deflector 13 has a polygonal outlet section 13b can divert a quantity of gas towards the corners of the end 8 of sheath outlet 5.
  • the orifices 26 can prevent this deviation of the flow of gas towards the corners s accompanied by excessive slowing down in corner areas 21.

Abstract

The invention relates to an exhaust diffuser (1) for a gas turbine (2) including: a tubular transition sheath (5) having a central axis (10); a circular cross-sectional sheath input end (6) to be connected downstream from the turbine (2); and a sheath output end (8) to be connected upstream from an exhaust pipe (4), the sheath output end (8) having a generally polygonal cross-section; the diffuser (1) also including at least one baffle (13) attached to the transition sheath (5) and placed relative to the sheath input end (6) so as to be able to divert part of an incoming gas flow. The baffle (13) includes a tubular wall coaxial to the central axis (10) and opening out in the direction of the sheath output end (8); the tubular wall having, on one end on the side of the sheath input end (6), a circular baffle input section (13a) and, on the opposite end, a generally polygonal baffle output section (13b), said baffle output section (13b) having a number of corner areas and an orientation around the central axis (10) of said corner areas corresponding to the corners of the polygonal section of the sheath output end (8).

Description

Diffuseur d'échappement pour turbine à gaz Exhaust diffuser for gas turbine
L 'invention concerne le domaine des turbines à gaz et en particulier le domaine des diffuseurs pour turbines à gaz installés entre la turbine et des silencieux du conduit d' échappement en aval des turbines à gaz.The invention relates to the field of gas turbines and in particular the field of diffusers for gas turbines installed between the turbine and silencers of the exhaust duct downstream of the gas turbines.
Les gaz issus de turbines à gaz quittent le dernier étage de détente avec une très grande vitesse. Il est nécessaire de réduire considérablement cette vitesse avant de rej eter les gaz à l' atmosphère de façon à traiter convenablement le bruit à l' échappement de la turbine.The gases from gas turbines leave the last stage of relaxation with a very high speed. It is necessary to reduce this speed considerably before releasing the gases to the atmosphere so as to properly treat the exhaust noise of the turbine.
Dans une turbine, les aubes du rotor transforment l 'énergie cinétique des gaz de la combustion en énergie thermomécanique. Un collecteur du stator de la turbine récupère les gaz ayant traversé les pales. Un tel collecteur présente généralement une section droite circulaire. Une gaine de transition relie le collecteur du stator de la turbine au silencieux.In a turbine, the blades of the rotor transform the kinetic energy of the combustion gases into thermomechanical energy. A stator collector of the turbine recovers the gases that have passed through the blades. Such a collector generally has a circular cross section. A transition sheath connects the stator collector of the turbine to the silencer.
Les silencieux permettant de réduire le bruit de l'échappement des gaz sont généralement insérés sur des conduits d' échappement de section polygonale, par exemple rectangulaire, et notamment carrée.The silencers for reducing the noise of the exhaust gases are generally inserted on exhaust pipes of polygonal section, for example rectangular, and in particular square.
De cette manière, les baffles évitant la propagation sonore sont plus simples à concevoir et présentent des parois plates. De plus, le rendement des silencieux est d' autant meilleur que la vitesse d' écoulement des gaz entre les baffles est homogène dans la section droite du conduit d'échappement.In this way, speakers avoiding sound propagation are simpler to design and have flat walls. In addition, the efficiency of the silencers is all the better that the flow velocity of the gases between the baffles is homogeneous in the cross section of the exhaust duct.
Le diffuseur est inséré entre de la turbine et le silencieux. Il permet de réduire la vitesse des gaz en élargissant son écoulement dans la section du conduit à travers lequel s' échappent les gaz de la turbine. Le diffuseur assure donc la transition du flux d'un conduit à section circulaire vers un conduit à section polygonale.The diffuser is inserted between the turbine and the silencer. It makes it possible to reduce the speed of the gases by widening its flow in the section of the duct through which the gases of the turbine escape. The diffuser thus ensures the transition of the flow of a circular section conduit to a polygonal section conduit.
De plus, les performances globales de la turbine à gaz imposent sont affectées par la perte de charge crée dans l' écoulement. Ainsi il est important de réduire au maximum la perte de charge en particulier dans le diffuseur. Enfin, le dimensionnement des gaines et des organes diffusants a un impact économique important surtout pour les turbines à gaz de grande taille. En particulier, on recherche des diffuseurs compacts axialement et/ou radialement. La demande de brevet EP 0 595 692 décrit un diffuseur d' échappement de turbine à gaz permettant d' assurer la transition entre un conduit circulaire et un conduit carré. Quatre ailettes sont disposées à proximité des coins de la section carrée, de manière à diriger les gaz d' échappement vers les coins de ladite section. L 'extrémité amont des ailettes est située à proximité du bulbe du rotor de la turbine. Certaines turbines à gaz ont de profil du flux d'air, en sortie de la dernière rue, non concentré. D ' autres en revanche peuvent avoir un profil concentré au centre de la voie d' air. Le diffuseur proposé dans le brevet EP 0 595 692 ne convient que pour des écoulements de gaz à section annulaire autour du bulbe du rotor de la turbine. Autrement dit, l'inconvénient d'un tel diffuseur est qu'il n'est pas adapté lorsque le flux est concentré au centre de la voie d' air.In addition, the overall performance of the gas turbine is affected by the pressure drop created in the flow. Thus it is important to minimize the pressure drop especially in the diffuser. Finally, the dimensioning of sheaths and diffusing bodies has a significant economic impact especially for large gas turbines. In particular, compact diffusers are sought axially and / or radially. The patent application EP 0 595 692 describes a gas turbine exhaust diffuser for ensuring the transition between a circular duct and a square duct. Four fins are disposed near the corners of the square section so as to direct the exhaust gases toward the corners of said section. The upstream end of the fins is located near the rotor bulb of the turbine. Some gas turbines have a profile of the airflow, leaving the last street, unconcentrated. Others, on the other hand, may have a concentrated profile in the center of the airway. The diffuser proposed in patent EP 0 595 692 is only suitable for gas flows annular section around the bulb of the rotor of the turbine. In other words, the disadvantage of such a diffuser is that it is not suitable when the flow is concentrated in the center of the airway.
Certaines turbines, par exemple pour des contraintes d' encombrement, ne peuvent intégrer le diffuseur autour du rotor de la turbine. Dans ce cas, le flux de gaz issus de la turbine présente des vitesses d' écoulement maximales au centre de la section du collecteur de la turbine. Autrement dit, l' écoulement des gaz est concentré le long de l' axe central du collecteur de sortie de la turbine.Some turbines, for example for congestion constraints, can not integrate the diffuser around the rotor of the turbine. In this case, the gas flow from the turbine has maximum flow velocities at the center of the turbine manifold section. In other words, the flow of gas is concentrated along the central axis of the outlet manifold of the turbine.
L 'invention propose un diffuseur d' échappement pour turbine à gaz, permettant d'homogénéiser l' écoulement à l'intérieur du conduit d' échappement et de réduire la vitesse d' écoulement des gaz chauds à l' intérieur du silencieux, sans créer trop de perte de charge. Le diffuseur de l'invention permet d' améliorer l'homogénéité des vitesses d' écoulement à l'intérieur du conduit d' échappement. Le diffuseur de l' invention est compatible avec des turbines dont l' écoulement des gaz est concentré le long de l' axe central du collecteur de sortie de la turbine. La turbine est raccordée à un silencieux à section d' entrée polygonale, par exemple carrée. Selon un mode de réalisation, le diffuseur d'échappement pour turbine à gaz comprend une gaine de transition tubulaire présentant un axe central, une extrémité d' entrée de gaine à section circulaire destinée à être raccordée en aval de la turbine et une extrémité de sortie de gaine destinée à être raccordée en amont d'un conduit d' échappement. L 'extrémité de sortie de gaine présente une section droite de forme générale polygonale.The invention provides a gas turbine exhaust diffuser for homogenizing the flow within the exhaust duct and reducing the flow velocity of the hot gases within the silencer without creating too much loss of load. The diffuser of the invention makes it possible to improve the homogeneity of the flow velocities inside the exhaust duct. The diffuser of the invention is compatible with turbines whose gas flow is concentrated along the central axis of the outlet manifold of the turbine. The turbine is connected to a silencer with polygonal input section, for example square. According to one embodiment, the gas turbine exhaust diffuser comprises a tubular transition sheath having a central axis, a circular section duct inlet end intended to be connected downstream of the turbine and an outlet end. sleeve intended to be connected upstream of an exhaust duct. The sheath outlet end has a cross section of generally polygonal shape.
Le diffuseur comprend en outre au moins un déflecteur, fixé à la gaine de transition et disposé par rapport à l' extrémité d' entrée de gaine de manière à pouvoir dévier une partie d'un flux entrant de gaz.The diffuser further includes at least one deflector, attached to the transition sheath and disposed with respect to the sheath inlet end so as to deflect a portion of an inflow of gas.
Le déflecteur comprend une paroi tubulaire, coaxiale à l' axe central et évasée en direction de l'extrémité de sortie de gaine. La paroi tubulaire présente, à une extrémité du coté de l' extrémité d' entrée de gaine, une section d'entrée de déflecteur circulaire et à l' extrémité opposée, une section de sortie de déflecteur de forme générale polygonale.The deflector includes a tubular wall coaxial with the central axis and flared toward the outlet end of the sheath. The tubular wall has, at one end of the duct inlet end side, a circular deflector inlet section and at the opposite end a generally polygonal deflector outlet section.
Ladite section de sortie du déflecteur présente un nombre de zones de coins et une orientation autour de l' axe central desdites zones de coins correspondant aux coins de la section polygonale de l' extrémité de sortie de gaine.The deflector output section has a number of corner areas and an orientation about the central axis of said corner areas corresponding to the corners of the polygonal section of the duct outlet end.
Le fait que le déflecteur soit tubulaire et coaxial à l' axe central de la gaine de transition rend ce diffuseur compatible avec des turbines dont l' écoulement des gaz est concentré au centre du colleteur de la turbine. En effet, une partie au moins de ces gaz à vitesse élevée entre dans la forme tubulaire évasée et voit sa vitesse d' écoulement réduite.The fact that the deflector is tubular and coaxial with the central axis of the transition sheath makes this diffuser compatible with turbines whose flow of gas is concentrated in the center of the turbine collector. Indeed, at least part of these high velocity gases enter the flared tubular shape and see its reduced flow rate.
Une autre partie au moins du flux de gaz d' échappement s ' écoule à l' extérieur de la forme tubulaire évasée. La section d' entrée du déflecteur est circulaire alors que la section de sortie est polygonale. Cela provoque une déviation plus importante du flux de gaz en direction des coins de la gaine de transition. Cela homogénéise la vitesse des écoulements à l' entrée du silencieux.At least another portion of the exhaust stream flows out of the flared tubular shape. The inlet section of the baffle is circular whereas the outlet section is polygonal. This causes a greater deviation of the gas flow towards the corners of the transition sheath. This homogenizes the flow velocity at the silencer inlet.
Avantageusement, les zones de coins de la forme générale polygonale de la section droite de sortie du déflecteur, sont arrondies. Selon un mode de réalisation, la paroi du déflecteur comprend une distribution d'orifices traversant la paroi, située à proximité des zones de coins de la section de sortie du déflecteur.Advantageously, the corner zones of the general polygonal shape of the outlet straight section of the deflector are rounded. According to one embodiment, the baffle wall comprises a distribution of orifices passing through the wall, located near the corner zones of the exit section of the deflector.
Les gaz d' écoulement à l'extérieur de la paroi tubulaire présentent une pression supérieure à ceux s ' écoulant à l'intérieur de ladite paroi. Les orifices permettent aux gaz extérieurs de rejoindre le côté intérieur de la paroi tubulaire. Cela diminue les zones stagnantes susceptibles de se former du côté intérieur des zones de coin du déflecteur. Cela évite les turbulences et réduit la perte de charge du déflecteur.The flow gases outside the tubular wall have a higher pressure than those flowing inside said wall. The holes allow the outside gases to reach the inside of the tubular wall. This reduces the stagnant areas that may form on the inside of the corner areas of the baffle. This prevents turbulence and reduces the pressure loss of the baffle.
Avantageusement, les orifices de la paroi du déflecteur sont distribués dans des zones de la paroi présentant une plus forte inclinaison par rapport à l' axe central que les zones de la paroi dépourvues d'orifices traversants. Les orifices réduisent les turbulences dans les zones de plus forte inclinaison où des tourbillons sont susceptibles de se former.Advantageously, the orifices of the wall of the deflector are distributed in areas of the wall having a greater inclination relative to the central axis than the areas of the wall devoid of through holes. The orifices reduce turbulence in areas of higher inclination where eddies are likely to form.
Selon une variante, le diamètre de la section d' entrée, du au moins un déflecteur tubulaire, est inférieur à la moitié du diamètre de l' extrémité d' entrée de la gaine de transition, et de préférence inférieur au tiers dudit diamètre. Cela permet de particulièrement diffuser la zone centrale de l' écoulement entrant des gaz chauds. Cela est particulièrement avantageux pour des turbines à flux des gaz chauds de sortie de gaz concentrés autour de l' axe central.According to a variant, the diameter of the inlet section, of the at least one tubular deflector, is less than half the diameter of the inlet end of the transition sheath, and preferably less than one third of said diameter. This makes it possible to particularly diffuse the central zone of the inflow of hot gases. This is particularly advantageous for turbines with a flow of hot gases out of gas concentrated around the central axis.
Selon un mode de réalisation, le diffuseur comprend une pluralité de déflecteurs à parois tubulaires et ayant chacun une section d' entrée circulaire. La pluralité de déflecteurs coaxiaux permet de raccourcir le diffuseur pour un même élargissement de la section d' écoulement.According to one embodiment, the diffuser comprises a plurality of tubular wall deflectors and each having a circular inlet section. The plurality of coaxial deflectors makes it possible to shorten the diffuser for the same widening of the flow section.
Selon une variante, le diffuseur comprend un déflecteur extérieur à l'intérieur duquel sont disposé un ou plusieurs déflecteurs intérieurs coaxiaux à l' axe central ; au moins le déflecteur extérieur présente une section de sortie de forme générale polygonale.According to a variant, the diffuser comprises an outer baffle inside which are disposed one or more inner baffles coaxial with the central axis; at least the outer baffle has an outlet section of generally polygonal shape.
Avantageusement, plusieurs déflecteurs sont de formes générales coniques et sensiblement homothétiques les uns aux autres. Un léger décalage axial peut exister entre les formes homothétiques de manière à faciliter l' écoulement de flux annulaires entre les déflecteurs coniques.Advantageously, several deflectors are generally conical and substantially homothetic to each other. A slight axial offset may exist between the homothetic shapes to facilitate the flow of annular flows between the conical baffles.
Avantageusement, les paires de déflecteurs adj acents, l'un entourant immédiatement l'autre, présentent des sections longitudinales dont la différence d'inclinaison par rapport à l' axe central est inférieure à un seuil, ledit seuil étant de préférence inférieure à 10°, en particulier inférieure à 7° .Advantageously, the pairs of adjacent deflectors, one immediately surrounding the other, have longitudinal sections whose inclination difference with respect to the central axis is less than a threshold, said threshold being preferably less than 10 °. , in particular less than 7 °.
Le flux de gaz entrant dans le diffuseur se partage entre un flux extérieur au déflecteur supérieur, un flux annulaire entre chaque diffuseur et un flux central. Ainsi, les différents flux sont guidés et subissent en parallèle leur propre réduction de vitesse en raison de l' augmentation de l'inclinaison d'un déflecteur par rapport à son déflecteur adjacent. Le fait que les différents flux coaxiaux soient guidés permet de réduire les turbulences et la perte de charge du diffuseur.The flow of gas entering the diffuser is divided between an external flow to the upper deflector, an annular flow between each diffuser and a central flow. Thus, the different flows are guided and undergo in parallel their own speed reduction due to the increase of the inclination of a deflector relative to its adjacent deflector. The fact that the different coaxial flows are guided reduces the turbulence and the pressure drop of the diffuser.
Selon un mode de réalisation, le ou les déflecteurs sont fixés à la gaine de transition par des moyens de retenue comprenant trois bras de liaison, chacun des bras de liaison présentant une extrémité articulée autour d'un point d' attache du déflecteur, et une extrémité opposée reliée à la gaine de transition.According to one embodiment, the deflector or baffles are fixed to the transition sheath by retaining means comprising three connecting arms, each of the connecting arms having an end articulated around a point of attachment of the deflector, and a opposite end connected to the transition sheath.
Selon une variante, les moyens de retenus présentent un plan de fixation perpendiculaire à l' axe centrale et comprennent un premier et un deuxième bras disposés symétriquement par rapport à un plan longitudinal médian et montés de manière à être mobiles dans ledit plan de fixation; le point d' attache au déflecteur d'un troisième bras de liaison étant situé à distance du plan de fixation et/ou le troisième bras étant monté de manière à être mobile dans le plan longitudinal médian. Les bras articulés permettent de tenir le déflecteur en position centrale malgré les dilatations thermiques importantes qu'ils peuvent subir. La gaine de transition peut présenter un revêtement intérieur en contact avec les gaz chaud de l'ordre de 6000C à 7000C. Les bras articulés sont fixés à une face extérieure robuste de la gaine de transition dont la température est de l'ordre de 2000C . L' autre extrémité des bras articulés est en contact avec le déflecteur, à la température des gaz chauds entre 600° et 7000C .According to a variant, the holding means have a fastening plane perpendicular to the central axis and comprise a first and a second arm arranged symmetrically with respect to a median longitudinal plane and mounted so as to be movable in said fastening plane; the point of attachment to the baffle of a third link arm being remote from the attachment plane and / or the third arm being mounted to be movable in the median longitudinal plane. The articulated arms make it possible to hold the baffle in the central position despite the large thermal expansions that they can undergo. The transition sheath may have an inner lining in contact with the hot gases of the order of 600 0 C to 700 0 C. The articulated arms are attached to a robust outer face of the sheath transition whose temperature is of the order of 200 0 C. The other end of the articulated arms is in contact with the baffle, at the temperature of the hot gases between 600 ° and 700 ° C.
D ' autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d' exemples non limitatifs et illustrée par les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une coupe longitudinale de l' ensemble turbine, diffuseur, silencieux ; - la figure 2 est une vue en perspective du déflecteur et des moyens de retenue, vus depuis l'aval ; la figure 3 est une coupe transversale selon le plan III-III de la figure 1 , vue depuis l' aval ; la figure 4 est une coupe transversale selon le plan IV-IV de la figure 1 vue depuis l'amont ; la figure 5 est une coupe longitudinale du déflecteur selon le plan V-V des figures 2 et 4 ; et la figure 6 est une coupe longitudinale du déflecteur selon le plan VI-VI des figures 2 et 4. Comme illustré en figure 1 , un diffuseur d' échappement 1 est compris entre les plans de coupe III et IV de la figure 1. Le diffuseur d' échappement 1 est inséré en aval d'une turbine 2 et en amont d'un silencieux 3 et d'un conduit d' échappement 4, l' ensemble s' étendant le long d'un axe central 10 de la turbine 2. Le diffuseur d'échappement 1 comprend une gaine de transition 5 présentant, dans le plan IV, une extrémité d' entrée 6 de la gaine 5 , raccordée à un collecteur 7 de la turbine 2. La gaine de transition 5 présente à son extrémité d' entrée de gaine 6 une section circulaire dans le prolongement du collecteur 7 de la turbine 2. A l'extrémité opposée, la gaine de transition 5 présente dans le plan III-III une extrémité de sortie 8 de la gaine 5 raccordée au silencieux 3. La gaine de transition 5 présente, à son extrémité de sortie 8, une section de forme générale polygonale. Dans le cas illustré en figure 1 , l' extrémité de sortie de gaine 8 a une section droite carrée. Le diffuseur d' échappement 1 comprend également un ensemble déflecteur 1 1 composé de trois déflecteurs coniques concentriques 12, 12 ' , 12 " et d'un déflecteur extérieur 13. Les trois déflecteurs coniques 12, 12 ' , 12 " et le déflecteur extérieur 13 sont raccordés par des rayons de raccordement 14 de sorte que l'ensemble déflecteur 1 1 est un ensemble monobloc rigide. Le déflecteur conique 12 est le déflecteur situé le plus à l'intérieur, radialement le plus proche de l' axe central 10. Le déflecteur conique 12 ' entoure le déflecteur conique 12 et est entouré par le déflecteur conique 12" . Le déflecteur extérieur 13 entoure l'ensemble des déflecteurs coniques 12, 12 ' , 12" .Other features and advantages of the invention will appear on reading the detailed description of some embodiments taken as non-limiting examples and illustrated by the appended drawings, in which: FIG. 1 is a longitudinal section of FIG. turbine assembly, diffuser, silencer; - Figure 2 is a perspective view of the deflector and retaining means, seen from downstream; Figure 3 is a cross section on the plane III-III of Figure 1, seen from downstream; Figure 4 is a cross section along the plane IV-IV of Figure 1 seen from upstream; Figure 5 is a longitudinal section of the deflector according to the plane VV of Figures 2 and 4; and FIG. 6 is a longitudinal section of the deflector along the plane VI-VI of FIGS. 2 and 4. As illustrated in FIG. 1, an exhaust diffuser 1 is between the sectional planes III and IV of FIG. exhaust diffuser 1 is inserted downstream of a turbine 2 and upstream of a silencer 3 and an exhaust pipe 4, the assembly extending along a central axis 10 of the turbine 2 The exhaust diffuser 1 comprises a transition sheath 5 having, in the plane IV, an inlet end 6 of the sheath 5, connected to a manifold 7 of the turbine 2. The transition sheath 5 has at its end 6 at the opposite end, the transition sheath 5 has in the plane III-III an outlet end 8 of the sheath 5 connected to the muffler 6 of the duct inlet 6 a circular section in the extension of the collector 7 of the turbine 2. 3. The transition sheath 5 has, at its outlet end 8, a section of general polygonal shape. In the case illustrated in FIG. 1, the outlet end of sheath 8 has a square cross section. The exhaust diffuser 1 also comprises a deflector assembly 1 1 composed of three concentric conical deflectors 12, 12 ', 12 "and an outer deflector 13. The three conical deflectors 12, 12', 12" and the outer deflector 13 are connected by connecting radii 14 so that the deflector assembly 1 1 is a rigid one-piece assembly. The conical baffle 12 is the innermost baffle radially closest to the central axis 10. The taper baffle 12 'surrounds the taper baffle 12 and is surrounded by the taper baffle 12. The outer baffle 13 surrounds the set of conical deflectors 12, 12 ', 12 ".
Les déflecteurs coniques 12, 12 ' , 12" . et le déflecteur extérieur 13 présentent chacun une forme tubulaire ayant un axe coaxial à l'axe central 10 ainsi qu'une section d' entrée de déflecteur respectivement 12a, 12a' , 12a", 13a située à l' extrémité de la forme tubulaire du côté de l'extrémité d' entrée de gaine 6. Les sections d' entrée de déflecteurThe conical baffles 12, 12 ', 12 "and the outer baffle 13 each have a tubular shape having an axis coaxial with the central axis 10 and a baffle inlet section respectively 12a, 12a', 12a", 13a located at the end of the tubular shape on the side of the duct inlet end 6. The deflector inlet sections
12a, 12a' , 12a", 13 a sont circulaires et concentriques à l' axe central 10. Les déflecteurs conique 12, 12 ' , 12"et extérieur 13 présentent également une section de sortie de déflecteur respectivement 12b, 12b ' , 12b " , 13b à l' extrémité opposée de la forme tubulaire du côté de l' extrémité de sortie 8 de la gaine 5.12a, 12a ', 12a ", 13a are circular and concentric with the central axis 10. The conical deflectors 12, 12', 12" and outer 13 also have a deflector outlet section respectively 12b, 12b ', 12b " 13b at the opposite end of the tubular shape on the outlet end 8 side of the sheath 5.
Un plan noté (b) sur la figure 1 marque le début de la transition de forme de la gaine 5 entre une section circulaire et une section carrée. Entre l'extrémité d'entrée de gaine 6 et le plan (b), la gaine de transition 5 est de forme conique et coaxiale à l' axe central 10. Entre le plan de transition de forme (b) et l' extrémité de sortie de gaine 8, la gaine de transition 5 présente des zones plates 17 raccordées à des zones arrondies 18 par des arêtes de transition 19. La forme des zones plates 17 et des zones arrondies 18 sera décrite de manière plus explicite en figure 3. Comme illustrées en figure 2, les sections de sortie 12b, 12b ' ,A plane noted (b) in Figure 1 marks the beginning of the shape transition of the sheath 5 between a circular section and a square section. Between the duct inlet end 6 and the plane (b), the transition sheath 5 is conically shaped and coaxial with the central axis 10. Between the shape transition plane (b) and the end of 8, the transition sheath 5 has flat areas 17 connected to rounded areas 18 by transition edges 19. The shape of the flat areas 17 and rounded areas 18 will be described more explicitly in FIG. illustrated in FIG. 2, the exit sections 12b, 12b ',
12b " de chacun des trois déflecteurs coniques 12, 12 ' , 12" sont circulaires. La section de sortie 13b du déflecteur extérieur 13 est de forme générale polygonale présentant des côtés rectilignes 20 et des zones de coin 21. Le déflecteur extérieur 13 présente une paroi 22 comprenant des parties plates 23 de forme triangulaire et des parties arrondies 24. Les parties arrondies 24 assurent la transition entre la section d' entrée 13a du déflecteur extérieur 13 et les zones de coin 21 de la section de sortie 13b. La paroi extérieure 22 comprend également des zones 25 pourvues d'orifices 26 traversant la paroi 22 et des zones pleines 27 non pourvues d'orifices 26.12b "of each of the three conical deflectors 12, 12 ', 12" are circular. The outlet section 13b of the outer baffle 13 is of generally polygonal shape having rectilinear sides 20 and corner areas 21. The outer baffle 13 has a wall 22 comprising flat portions 23 of triangular shape and rounded portions 24. The rounded portions 24 provide the transition between the inlet section 13a of the outer baffle 13 and the corner areas 21 of the outlet section 13b. The outer wall 22 also comprises zones 25 provided with orifices 26 passing through the wall 22 and solid zones 27 not provided with orifices 26.
Les zones 25 pourvues d'orifices 26 s ' étendent le long de la paroi 22 de part et d' autre des deux plans longitudinaux et diagonaux dont l'un est illustré VI sur les figures 2 et 4. Les plans longitudinaux et diagonaux VI comprennent l' axe central 10 et rejoignent les zones de coin 21 de la section de sortie 13b . La zone 25 pourvue d'orifices 26 s' étend de part et d' autre du plan de coupe longitudinale diagonale VI d'un angle α de plus ou moins 22 degrés, visible en figure 4.The zones 25 provided with orifices 26 extend along the wall 22 on either side of the two longitudinal and diagonal planes, one of which is illustrated VI in FIGS. 2 and 4. The longitudinal and diagonal planes VI comprise the central axis 10 and join the corner areas 21 of the outlet section 13b. The zone 25 provided with orifices 26 extends on either side of the diagonal longitudinal section plane VI by an angle α of plus or minus 22 degrees, visible in FIG. 4.
Ainsi qu'illustré aux figures 2 à 6, les zones 25 pourvues d'orifices 26 correspondent à des zones de plus forte inclinaison par rapport à l'axe central 10 que les zones pleines 27.As illustrated in FIGS. 2 to 6, the zones 25 provided with orifices 26 correspond to zones of greater inclination with respect to the central axis 10 than the solid zones 27.
Des moyens de retenue 15 , illustrés aux figures 1 à 4, rattachent le déflecteur extérieur 13 et tout l' ensemble déflecteur l i a la gaine de transition 5. Les moyens de retenue 15 rattachent le déflecteur extérieur 13 à des points de fixation 16a, 16b, 32, 33 situés sur la gaine de transition 5 dans un plan de fixation noté (a) sur la figure 1. Les moyens de retenue 15 comprennent un premier bras de liaison 28 et un deuxième bras de liaison 30, raccordés respectivement à des points de fixation 32 et 33 de la gaine de transition 5 située sur le plan de fixation (a). Le premier bras de liaison 28 est raccordé à un point d' attache 29 situé sur un côté latéral droit du déflecteur 13 et le deuxième bras de liaison 30 est raccordé à un point d' attache 31 situé sur un côté latéral gauche du déflecteur extérieur 13. Le premier bras de liaison 28 et le deuxième bras de liaison 30 sont articulés autour des points de fixation 32, 33 et autour des points d' attache 29, 31 de manière à être mobiles dans le plan de fixation (a).Retaining means 15, illustrated in FIGS. 1 to 4, connect the outer baffle 13 and the entire baffle assembly 11 to the transition sheath 5. The retaining means 15 attach the outer baffle 13 to attachment points 16a, 16b, 32, 33 located on the transition sheath 5 in a fastening plane denoted (a) in Figure 1. The retaining means 15 comprise a first connecting arm 28 and a second connecting arm 30, respectively connected to points of contact. fixing 32 and 33 of the transition sheath 5 located on the attachment plane (a). The first link arm 28 is connected to an attachment point 29 located on a right lateral side of the baffle 13 and the second link arm 30 is connected to an attachment point 31 located on a left lateral side of the outer baffle 13. The first link arm 28 and the second link arm 30 are hinged around the attachment points 32, 33 and around the attachment points 29, 31 so as to be movable in the attachment plane (a).
Les moyens de retenue 15 comprennent également un troisième bras de liaison 34 raccordé à un point d' attache 35 (figure 1 ) du déflecteur 13 situé à proximité de la section d' entrée 13a. Les points d' attache 31 et 33 des premier et deuxième bras 28 , 30 sont situés à proximité de la section de sortie 13b du déflecteur 13. Le point d' attache 35 est situé à distance du plan de fixation (a). Le troisième bras 34 est rattaché à un point de fixation intermédiaire 36 situé axialement dans le plan de fixation (a). Le point de fixation intermédiaire 36 est raccordé par deux bras intermédiaires 37a et 37b aux deux points de fixation 16a, 16b de la gaine de transition 5. Le troisième bras de liaison 34, le point d'attache 35 et le point de fixation intermédiaire 36 sont situés dans un plan longitudinal médian (I) illustré par la figure 1. Les points de fixations 32 et 33 , les premier et deuxième bras de liaison 28, 30, les deux bras intermédiaires 37a, 37b, et leur points de fixation 16a, 16b sont disposés symétriquement par rapport au plan longitudinal médian (I).The retaining means 15 also comprise a third link arm 34 connected to a point of attachment 35 (FIG. 1) of the deflector 13 located near the inlet section 13a. Dots Fasteners 31 and 33 of the first and second arms 28, 30 are located near the outlet section 13b of the baffle 13. The point of attachment 35 is located away from the attachment plane (a). The third arm 34 is attached to an intermediate attachment point 36 located axially in the attachment plane (a). The intermediate fixing point 36 is connected by two intermediate arms 37a and 37b to the two fixing points 16a, 16b of the transition sheath 5. The third connecting arm 34, the point of attachment 35 and the intermediate fixing point 36 are located in a median longitudinal plane (I) illustrated in FIG. 1. The attachment points 32 and 33, the first and second connecting arms 28, 30, the two intermediate arms 37a, 37b, and their attachment points 16a, 16b are arranged symmetrically with respect to the median longitudinal plane (I).
Les moyens de retenue 15 (voir figure 1 ) sont fixés sur une paroi robuste de la gaine de transition 5. Un revêtement thermique, non illustré sur les figures) tapisse l'intérieur de la gaine de transition 5. Ainsi, les gaz chauds élèvent la température du revêtement et du déflecteur central entre 6000C et 7000C. Cependant les moyens de retenus 15 des bras articulés sur la gaine de transition 5 sont à environ 2000C. Les moyens de retenue 15 maintiennent l' ensemble déflecteurThe retaining means 15 (see Figure 1) are fixed on a robust wall of the transition sheath 5. A thermal coating, not shown in the figures) lining the inside of the transition sheath 5. Thus, the hot gases rise the temperature of the coating and the central deflector between 600 0 C and 700 0 C. However, the means 15 for retaining the articulated arms on the transition sheath 5 are at about 200 ° C. The retaining means 15 hold the deflector assembly
1 1 coaxial à l' axe central 10 quelles que soient la différence de température entre le déflecteur 1 1 et la gaine de transition 5 qui peut être de 4000C à 6000C de manière transitoire. Lorsque le déflecteur extérieur 13 se dilate, le premier et le deuxième bras de liaison 28 , 30 se déplace dans le plan de fixation (a) selon les directions indiquées par les flèches de la figure 3. Les premier et deuxième bras de liaison 28 , 30 permettent de retenir le déflecteur 13 lorsque celui-ci se dilate radialement.1 1 coaxial with the central axis 10 regardless of the temperature difference between the deflector 1 1 and the transition sheath 5 which can be 400 0 C to 600 0 C transiently. When the outer baffle 13 expands, the first and the second connecting arm 28, 30 moves in the attachment plane (a) in the directions indicated by the arrows in FIG. 3. The first and second connecting arms 28, 30 allow to retain the deflector 13 when it expands radially.
Le troisième bras de liaison 34 permet de retenir le déflecteur extérieur 13 lorsque celui-ci se dilate longitudinalement. Ainsi qu'illustré en figures 1 et 3 , les bras intermédiaires 37a, 37b se dilatent de manière que le point de fixation intermédiaire 36 reste dans un plan médian vertical situé dans le plan de fixation (a) et à égale distance des points de fixation 32 et 33 des premier et deuxième bras de liaison 28, 30. Le point d'attache 35 du troisième bras 34 au déflecteur 13 permet une dilatation longitudinale du déflecteur 1 1 sans que celui-ci ne soit décalé latéralement par rapport à l' axe central 10.The third connecting arm 34 serves to retain the outer baffle 13 when the latter expands longitudinally. As illustrated in FIGS. 1 and 3, the intermediate arms 37a, 37b expand so that the intermediate fixing point 36 remains in a vertical median plane located in the attachment plane (a) and equidistant from the attachment points 32 and 33 of the first and second arms The attachment point 35 of the third arm 34 to the deflector 13 allows a longitudinal expansion of the deflector 1 1 without it being offset laterally with respect to the central axis 10.
Les moyens de retenue 15 permettent de résister aux efforts mécaniques exercés sur le déflecteur 1 1 en raison de la pression dynamique du flux de gaz.The retaining means 15 make it possible to withstand the mechanical forces exerted on the deflector 11 due to the dynamic pressure of the gas flow.
Avantageusement, les bras de liaison 28 , 30, 34 présentent une section droite profilée pour réduire les efforts mécaniques exercés par les gaz. Par exemple, les bras de liaison 28, 30, 34 peuvent être creux et présenter une section droite en losange dont le grand axe est sensiblement parallèle à l' axe central 10. Cela permet de réduire la masse accrochée à la gaine de transition 5 , tout en conférant une bonne résistance mécanique aux moyens de retenue 15 et une faible résistance au flux de gaz d' échappement. Avantageusement, les points de fixation 16a, 16b, 32, 33 , 36 ou les points attaches 29 sont équipés de bagues à faible coefficient de frottement avec l' acier inoxydable, et supportant des températures de l'ordre de 6500C . Cela permet de réduire les contraintes mécaniques lors de la dilatation du diffuseur 1. De telles bagues peuvent être un alliage à forger à base de cobalt, de chrome, de tungstène et de nickel.Advantageously, the connecting arms 28, 30, 34 have a profiled cross-section to reduce the mechanical forces exerted by the gases. For example, the connecting arms 28, 30, 34 may be hollow and have a rhomboid cross section whose major axis is substantially parallel to the central axis 10. This reduces the mass attached to the transition sheath 5, while imparting good mechanical strength to the retaining means 15 and low resistance to the flow of exhaust gas. Advantageously, the attachment points 16a, 16b, 32, 33, 36 or clamps points 29 are equipped with rings low coefficient of friction with the stainless steel, and will withstand temperatures of the order of 650 0 C. This makes it possible to reduce the mechanical stresses during the expansion of the diffuser 1. Such rings may be a forging alloy based on cobalt, chromium, tungsten and nickel.
Cet alliage peut être conforme aux spécifications ASTM F90 ou NF ISO 58325 (97).This alloy may comply with ASTM F90 or NF ISO 58325 (97) specifications.
On va à l' aide de la figure 3 décrire la forme de la gaine de transition 5. Les traits mixtes fins indiquent la forme des sections droites de la gaine de transition des différents plans de coupe (a), (b),FIG. 3 shows the shape of the transition sheath 5. The fine mixed lines indicate the shape of the straight sections of the transition sheath of the different section planes (a), (b),
(c), (d), (e). Au fur et à mesure que l'on s' éloigne axialement en passant du plan de coupe (b) au plan de coupe (e), la zone plate 17 s 'élargit et la zone arrondie 18 présente un rayon de courbure de plus en plus réduit. Cela permet ainsi de passer progressivement d'une section circulaire dans le plan de coupe (b) à une section carrée à l' extrémité 8 de sortie de gaine.(c), (d), (e). As one moves axially away from the cutting plane (b) to the cutting plane (e), the flat area 17 widens and the rounded area 18 has a larger radius of curvature. more reduced. This thus makes it possible to progressively move from a circular section in the cutting plane (b) to a square section at the end 8 of the sheath outlet.
On va maintenant, à l' aide des figures 4 à 6, illustrer l' effet de l' ensemble déflecteur 1 1 sur l' écoulement des gaz de la turbine 2 entrant par l' extrémité d' entrée 6 de la gaine de transition 5. Le flux de gaz entrant se partage entre un flux central 41 , trois flux annulaires 42, 43 , 44 et un flux extérieur 45. Le flux central 41 pénètre à l'intérieur du déflecteur conique 12 par la section d' entrée 12a. Le flux annulaire 42 s 'écoule entre le déflecteur conique 12 et le déflecteur conique 12 ' en pénétrant entre la section d' entrée 12a et la section d'entrée 12a' . Le flux annulaire 43 s 'écoule entre le déflecteur conique 12 ' et le déflecteur conique 12" en pénétrant entre les sections d' entrée 12a' et 12a" . Le flux annulaire 44 s 'écoule entre le déflecteur conique 12" et le déflecteur extérieur 13 en pénétrant entre la section d' entrée 12a" et la section d' entrée 13a. Le flux extérieur 45 s' écoule à l' extérieur du déflecteur extérieur 13 entre le déflecteur extérieur 13 et la gaine de transition 5.With reference to FIGS. 4 to 6, the effect of the deflector assembly 11 on the flow of the gases of the turbine 2 entering through the inlet end 6 of the transition sheath 5 will now be illustrated. . The incoming gas flow is divided between a central flow 41, three annular flows 42, 43, 44 and an external flow 45. The central flow 41 enters the interior of the conical deflector 12 by the inlet section 12a. The annular flow 42 flows between the conical deflector 12 and the conical baffle 12 'penetrating between the inlet section 12a and the inlet section 12a'. The annular flow 43 flows between the conical deflector 12 'and the conical deflector 12 "penetrating between the inlet sections 12a' and 12a". The annular flow 44 flows between the conical deflector 12 "and the outer baffle 13 penetrating between the inlet section 12a" and the inlet section 13a. The external flow 45 flows outside the outer baffle 13 between the outer baffle 13 and the transition sheath 5.
Dans un mode de réalisation particulier, l 'ensemble des déflecteurs 12, 12 ' , 12", 13 ont tous une même longueur axiale, par exemple de 1410 mm. La paroi de ces déflecteurs peut être en métal résistant à la température des gaz d' échappement, par exemple en acier inoxydable. L 'épaisseur de la paroi peut être de 20 mm. Le diamètre de la section d' entrée 12a est de 400 mm, celui de la section de sortie 12b de 682 mm. Le diamètre de la section d'entrée 12a' est de 842 mm, celui de la section de sortie 12b ' de 1341 mm. Le diamètre de la section d' entrée 12a" est de 1240 mm, celui de la section de sortie 12b" de 2086 mm. Les déflecteurs coniques 12, 12 ' , 12" présentent une première partie cylindrique se raccordant progressivement avec une partie conique qui présente des demi-angles d'ouverture de respectivement 6,6 degrés, 1 1 ,7 degrés et 19,3 degrés. Le demi-angle au sommet des déflecteurs coniques 12, 12 ' , 12" correspond à l' inclinaison de la paroi du déflecteur conique correspondant par rapport à l'axe central 10.In a particular embodiment, the set of baffles 12, 12 ', 12 ", 13 all have the same axial length, for example 1410 mm, The wall of these baffles may be made of metal that is resistant to the temperature of the gas. Exhaust, eg stainless steel The wall thickness may be 20 mm The diameter of the inlet section 12a is 400 mm, that of the outlet section 12b is 682 mm The diameter of the The inlet section 12a 'is 842mm, that of the outlet section 12b' is 1341mm, the diameter of the inlet section 12a 'is 1240mm, that of the outlet section 12b' is 2086mm. The conical deflectors 12, 12 ', 12 "have a first cylindrical portion progressively connected with a conical portion which has opening half-angles of respectively 6.6 degrees, 1 1, 7 degrees and 19.3 degrees. The half-angle at the apex of the conical deflectors 12, 12 ', 12 "corresponds to the inclination of the wall of the corresponding conical deflector with respect to the central axis 10.
Le diamètre de la section d' entrée 13 a est de 1840 mm. La section de sortie 13b a une forme globalement carrée. La distance entre les côtés rectilignes 20 est de 3123 mm et le rayon de courbure des zones de coin 21 est de 607 mm. Dans le plan de coupe V illustré en figure 5 , la paroi 22 du déflecteur extérieur 13 présente une inclinaison par rapport à l' axe d'un angle de 24,5 degrés, c' est-à-dire 5 ,2 degrés de plus que l'inclinaison du déflecteur conique 12 " immédiatement adjacent. Dans le plan de coupe longitudinale diagonale VI, l'inclinaison de la paroi 22 du déflecteur extérieur 13 présente une inclinaison par rapport à l' axe de 30,2 degrés, c' est-à- dire de 10,9 degrés de plus que l'inclinaison du déflecteur conique 12 " immédiatement adjacent.The diameter of the inlet section 13a is 1840 mm. The exit section 13b has a generally square shape. The distance between the rectilinear sides 20 is 3123 mm and the radius of curvature of the corner areas 21 is 607 mm. In the section plane V illustrated in FIG. 5, the wall 22 of the outer baffle 13 has an inclination with respect to the axis of an angle of 24.5 degrees, that is to say 5, 2 degrees more than the inclination of the immediately adjacent conical deflector 12 "In the diagonal longitudinal section plane VI, the inclination of the wall 22 of the outer deflector 13 has an inclination with respect to the axis of 30, 2 degrees, that is, 10.9 degrees more than the inclination of the immediately adjacent conical baffle 12 ".
Le flux central 41 de gaz voit sa vitesse d' écoulement ralentir à proportion de l'inclinaison par rapport à l'axe central 10 du déflecteur conique 12. Les flux annulaires 42, 43 , 44 voient leur vitesse d' écoulement ralentir de manière proportionnelle à la différence d'inclinaison par rapport à l' axe central 10 que forment les deux déflecteur adjacents entre lesquels s 'écoule ledit flux annulaire. Ainsi, la réduction de vitesse du flux central 41 , et des deux flux annulaires 42, 43 est sensiblement homogène. En revanche, le flux annulaire 44 voit sa vitesse d' écoulement plus ralentie dans les plans longitudinaux diagonaux VI que dans les plans longitudinaux transversaux V.The central flow 41 of gas sees its flow rate slow down in proportion to the inclination with respect to the central axis 10 of the conical deflector 12. The annular flows 42, 43, 44 see their flow velocity slow down proportionally. the inclination difference relative to the central axis 10 that form the two adjacent deflector between which flows said annular flow. Thus, the speed reduction of the central flow 41, and the two annular flows 42, 43 is substantially homogeneous. On the other hand, the annular flow 44 sees its flow velocity more slowed down in the diagonal longitudinal planes VI than in the transverse longitudinal planes V.
Le flux extérieur 45 est dévié par la surface extérieure du déflecteur extérieur 13. Dans le plan de coupe longitudinale diagonale VI, le flux extérieur 45 rencontre les orifices 46. Une partie du flux extérieur 45 traverse les orifices 46 pour rejoindre le flux annulaireThe external flow 45 is deflected by the external surface of the outer deflector 13. In the diagonal longitudinal section plane VI, the external flow 45 meets the orifices 46. A portion of the outer flow 45 passes through the orifices 46 to join the annular flow
44. Les orifices 26 permettent de réduire le ralentissement de la vitesse d' écoulement du gaz dans les zones 25 pourvues d'orifices 26. Cela réduit les turbulences du flux annulaire 44 à proximité des zones de coin 21. Le fait que le déflecteur extérieur 13 présente une section de sortie 13b polygonale permet de dévier une quantité de gaz en direction des coins de l' extrémité 8 de sortie de gaine 5. Les orifices 26 permettent d'éviter que cette déviation du flux de gaz en direction des coins ne s' accompagne d'un ralentissement excessif dans les zones de coins 21. 44. The orifices 26 make it possible to reduce the slowing down of the gas flow velocity in the zones provided with orifices 26. This reduces the turbulence of the annular flow 44 near the corner zones 21. The fact that the outer deflector 13 has a polygonal outlet section 13b can divert a quantity of gas towards the corners of the end 8 of sheath outlet 5. The orifices 26 can prevent this deviation of the flow of gas towards the corners s accompanied by excessive slowing down in corner areas 21.

Claims

REVENDICATIONS
1. Diffuseur d'échappement ( 1 ) pour turbine à gaz (2) comprenant une gaine de transition (5) tubulaire présentant un axe central ( 10), une extrémité d' entrée de gaine (6) à section circulaire destinée à être raccordée en aval de la turbine (2) et une extrémité de sortie de gaine (8) destinée à être raccordée en amont d'un conduit d' échappement (4), l'extrémité de sortie de gaine (8) présentant une section droite de forme générale polygonale ; le diffuseur ( 1 ) comprenant en outre au moins un déflecteur ( 13), fixé à la gaine de transition (5) et disposé par rapport à l' extrémité d' entrée de gaine (6) de manière à pouvoir dévier une partie d'un flux entrant de gaz, caractérisé par le fait que le déflecteur ( 13) comprend une paroi tubulaire (22), coaxiale à l' axe central ( 10) et évasée en direction de l' extrémité de sortie de gaine (8) ; la paroi tubulaire (22) présentant, à une extrémité du coté de l' extrémité d' entrée de gaine (6), une section d' entrée de déflecteur ( 13a) circulaire et à l' extrémité opposée, une section de sortie de déflecteur ( 13b) de forme générale polygonale ; ladite section de sortie du déflecteur ( 13b) présentant un nombre de zones de coins (21 ) et une orientation autour de l' axe central (10) desdites zones de coins (21 ) correspondant aux coins de la section polygonale de l' extrémité de sortie de gaine (8).Exhaust diffuser (1) for a gas turbine (2) comprising a tubular transition sheath (5) having a central axis (10), a duct inlet end (6) with a circular section to be connected downstream of the turbine (2) and a duct outlet end (8) intended to be connected upstream of an exhaust duct (4), the duct outlet end (8) having a cross section of general polygonal shape; the diffuser (1) further comprising at least one deflector (13) fixed to the transition sheath (5) and arranged with respect to the duct inlet end (6) so as to be able to deflect a portion of an inflow of gas, characterized in that the deflector (13) comprises a tubular wall (22), coaxial with the central axis (10) and flared towards the duct outlet end (8); the tubular wall (22) having, at one end of the end of the duct inlet end (6), a circular deflector inlet section (13a) and at the opposite end a deflector outlet section; (13b) of polygonal general shape; said outlet section of the baffle (13b) having a number of corner areas (21) and an orientation about the central axis (10) of said corner areas (21) corresponding to the corners of the polygonal section of the end portion; duct outlet (8).
2. Diffuseur selon la revendication 1 , dans lequel les zones de coins (21 ) de la forme générale polygonale de la section droite de sortie ( 13b) du déflecteur (13), sont arrondies. 2. Diffuser according to claim 1, wherein the corner areas (21) of the general polygonal shape of the right cross section (13b) of the baffle (13) are rounded.
3. Diffuseur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la paroi3. Diffuser according to claim 1 or 2, wherein the wall
(22) du déflecteur comprend une distribution d'orifices (26) traversant la paroi (22), située à proximité des zones de coins (21 ) de la section de sortie ( 13b) du déflecteur ( 13).(22) of the deflector comprises a distribution of orifices (26) passing through the wall (22), located near the corner regions (21) of the outlet section (13b) of the deflector (13).
4. Diffuseur selon la revendication 3 , dans lequel les orifices (26) de la paroi (22) du déflecteur (13) sont distribués dans des zones4. Diffuser according to claim 3, wherein the orifices (26) of the wall (22) of the deflector (13) are distributed in zones
(25) de la paroi présentant une plus forte inclinaison par rapport à l' axe central ( 10) que les zones (27) de la paroi dépourvues d'orifices traversants (26). (25) of the wall having a greater inclination relative to the central axis (10) than the areas (27) of the wall without through holes (26).
5. Diffuseur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le diamètre de la section d'entrée (13a) du au moins un déflecteur tubulaire (13) est inférieur à la moitié du diamètre de l'extrémité d'entrée (6) de la gaine de transition (5), et de préférence inférieur au tiers dudit diamètre.Diffuser according to one of the preceding claims, in which the diameter of the inlet section (13a) of the at least one tubular deflector (13) is less than half the diameter of the inlet end (6). transition sheath (5), and preferably less than one third of said diameter.
6. Diffuseur selon l'une des revendications précédentes, comprenant une pluralité (11) de déflecteurs (12, 12', 12", 13) à parois tubulaires et ayant chacun une section d'entrée circulaire (12a, 12a', 12a", 13a). 6. Diffuser according to one of the preceding claims, comprising a plurality (11) of deflectors (12, 12 ', 12 ", 13) with tubular walls and each having a circular inlet section (12a, 12a', 12a" , 13a).
7. Diffuseur selon la revendication 6, comprenant un déflecteur extérieur (13) à l'intérieur duquel est disposé un ou plusieurs déflecteurs intérieurs (12, 12', 12") coaxiaux à l'axe central (10) ; au moins le déflecteur extérieur (13) présente une section de sortie (13b) de forme générale polygonale. 7. Diffuser according to claim 6, comprising an outer baffle (13) within which is disposed one or more inner baffles (12, 12 ', 12 ") coaxial with the central axis (10), at least the deflector outside (13) has an exit section (13b) of generally polygonal shape.
8. Diffuseur selon l'une des revendications 6 à 7, dans lequel plusieurs déflecteurs (12, 12', 12") sont de formes générales coniques et sensiblement homothétiques les uns aux autres.8. Diffuser according to one of claims 6 to 7, wherein a plurality of deflectors (12, 12 ', 12 ") are generally conical shapes and substantially homothetic to each other.
9. Diffuseur selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel les paires de déflecteurs adjacents (12-12', 12'-12", 12"-13), l'un entourant immédiatement l'autre, présentent des sections longitudinales dont la différence d'inclinaison par rapport à l'axe central (10) est inférieure à un seuil, ledit seuil étant de préférence inférieure à 10°, en particulier inférieure à 7°.9. Diffuser according to one of claims 6 to 8, wherein the adjacent pairs of deflectors (12-12 ', 12'-12 ", 12" -13), one immediately surrounding the other, have sections longitudinal axes whose inclination difference with respect to the central axis (10) is less than a threshold, said threshold being preferably less than 10 °, in particular less than 7 °.
10. Diffuseur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le ou les déflecteurs (13, 11) sont fixés à la gaine de transition10. Diffuser according to one of the preceding claims, wherein the or baffles (13, 11) are fixed to the transition sheath.
(5) par des moyens de retenue (15) comprenant trois bras de liaison (28, 30, 34), chacun des bras de liaison présentant une extrémité articulée autour d'un point d'attache (29, 31, 35) du déflecteur (13, 11), et une extrémité opposée (32, 33, 36) reliée à la gaine de transition (5).(5) by retaining means (15) comprising three connecting arms (28, 30, 34), each of the connecting arms having an end articulated around an attachment point (29, 31, 35) of the deflector (13, 11), and an opposite end (32, 33, 36) connected to the transition sheath (5).
11. Diffuseur selon la revendication 10, dans lequel les moyens de retenus (15) présentent un plan de fixation (a) perpendiculaire à l'axe centrale (10)et comprennent un premier et un deuxième bras (28, 30) disposés symétriquement par rapport à un plan longitudinal médian (I) et montés de manière à être mobiles dans ledit plan de fixation (a) ; le point d' attache (35) au déflecteur ( 13 , 1 1 ) d'un troisième bras de liaison (34) étant situé à distance du plan de fixation (a), et/ou le troisième bras (34) étant monté de manière à être mobile dans le plan longitudinal médian (I). 11. Diffuser according to claim 10, wherein the retaining means (15) have a fastening plane (a) perpendicular to the central axis (10) and comprise a first and a second arm (28, 30) arranged symmetrically by ratio to a median longitudinal plane (I) and mounted movably in said attachment plane (a); the point of attachment (35) to the deflector (13, 1 1) of a third link arm (34) being remote from the attachment plane (a), and / or the third arm (34) being mounted from to be mobile in the median longitudinal plane (I).
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