废气羽流控制结构和包括该废气羽流控制结构的动力产生装置的制作方法

背景技术：

本公开整体涉及工业机器废气羽流控制，并且更具体地，涉及用于控制例如动力产生装置中废气羽流的结构。

多种工业机器产生分布到大气中的废气。例如，基于地面的动力产生系统产生废气，所述废气通过烟道(即，烟囱)而被引导到大气中，所述烟道在允许废气逸出到环境中之前引导和冷却废气。某些机构可能颁布环境或安全法律和/或法规，这些法律和/或法规相对于系统的废气羽流呈现操作限制。例如，在动力产生系统位于机场附近的情况下，政府法律或法规可能出于安全目的而限制较低海拔处废气烟道羽流速度。例如，澳大利亚住宅航空安全局(casa)要求380米海拔处废气烟道羽流速度小于6.1米/秒(m/s)。控制废气烟道羽流速度的机构通常需要控制对动力产生系统的性能产生负面影响的上游、内部操作参数。

技术实现要素：

本公开的第一方面提供了一种废气羽流控制结构，该废气羽流控制结构包括：安装构件，所述安装构件被构造成安装到废气流源；至少一个分隔器构件，所述至少一个分隔器构件可操作地联接到所述安装构件并且被定位成与离开所述废气流源的初始废气流流体连通；以及分流器构件，所述分流器构件相对于所述至少一个分隔器构件可操作地联接，以将径向离开所述废气流源的所述初始废气流的至少一部分朝向所述至少一个分隔器构件径向引导，每个分隔器构件将所述初始废气流分离成多个废气流；以及多个周边间隔开的径向延伸的叶片，所述多个周边间隔开的径向延伸的叶片被定位成将所述多个废气流中的每个废气流分离成多个附加废气流，所述多个附加废气流中的每个附加废气流具有比所述初始废气流慢的速度。

本公开的第二方面提供了一种动力产生装置，该动力产生装置包括：动力产生系统，所述动力产生系统产生初始废气流；烟道，所述烟道被构造成将所述初始废气流引导到大气；以及废气羽流控制结构，所述废气羽流控制结构包括：安装构件，所述安装构件被构造成安装到所述烟道；至少一个分隔器构件，所述至少一个分隔器构件可操作地联接到所述安装构件并且被定位成与来自所述烟道的所述初始废气流流体连通；以及分流器构件，所述分流器构件相对于所述至少一个分隔器构件可操作地联接，以将径向离开所述烟道的所述初始废气流的至少一部分朝向所述至少一个分隔器构件径向引导，每个分隔器构件将所述初始废气流分离成多个废气流；以及多个周边间隔开的径向延伸的叶片，所述多个周边间隔开的径向延伸的叶片被定位成将所述多个废气流中的每个废气流分离成多个附加废气流，所述多个附加废气流中的每个附加废气流具有比所述初始废气流慢的速度。

本公开的示例性方面被设计成解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。

附图说明

从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：

图1示出了示例性工业机器的示意图，在该工业机器中可采用根据本公开的实施方案的废气羽流控制结构。

图2示出了根据本公开的实施方案的废气羽流控制结构的实心透视图。

图3示出了根据本公开的实施方案的废气羽流控制结构的透明透视图。

图4示出了根据本公开的实施方案的废气羽流控制结构的局部横截面侧视图。

图5示出了根据本公开的其他实施方案的废气羽流控制结构的实心透视图。

图6示出了根据本公开的另外其他实施方案的废气羽流控制结构的实心透视图。

图7示出了根据本公开的更多实施方案的废气羽流控制结构的实心透视图。

图8示出了根据本公开的附加实施方案的废气羽流控制结构的实心透视图。

应当注意，本公开的附图未必按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。

具体实施方式

作为初始事项，为了清楚地描述当前技术，当引用和描述工业机器内的相关机器部件时，将有必要选择某些术语。在可能范围内，通用行业术语将以与术语的接受含义一致的方式来使用和采用。除非另有说明，否则应当对此类术语给出与本申请的上下文和所附权利要求书的范围一致的广义解释。本领域的普通技术人员将了解，通常可以使用若干不同或重叠术语来引用特定部件。在本文中可描述为单个零件的物体可以包括多个部件并且在另一个上下文中被引用为由多个部件组成。另选地，本文中可描述为包括多个部件的物体可在别处称为单个零件。

此外，本文中可能会定期使用若干描述性术语，并且在本节开始时定义这些术语应当证明是有帮助的。除非另有说明，否则这些术语以及其定义如下。如本文所用，“下游”和“上游”是指示相对于流体(诸如，来自废气流源例如废气烟道的废气流)流动的方向的术语。术语“下游”对应于流体流动的方向，并且术语“上游”是指与流动(即流动发出的方向)相反的方向。

通常需要描述相对于中心轴线设置在不同径向位置的零件。术语“径向”是指垂直于轴线的移动或位置。例如，如果第一部件比第二部件更靠近轴线，则本文将说明第一部件沿第二部件“径向向内”或在第二部件的“内侧”。另一方面，如果第一部件比第二部件更远离轴线驻留，则本文可以说明第一部件是第二部件的“径向向外”或“外侧”。术语“轴向”是指平行于轴线的移动或定位。最后，术语“周向”是指围绕轴线的移动或定位。在本公开中，应当理解，此类术语可相关于废气流源(例如，烟道)的中心轴线来应用。

此外，在本文中可以有规律地使用若干描述性术语，如下所述。术语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地使用，以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示单独部件的位置或重要性。

本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的并且不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地指出。将进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。

在元件或层被称为“处于另一个元件或层上”、“接合到另一个元件或层”、“连接到另一个元件或层”或“联接到另一个元件或层”的情况下，它可直接处于另一元件或层上、接合到另一元件或层、连接到另一元件或层或联接到另一元件或层，或者可存在居间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接处于另一个元件或层上”、“直接接合到另一个元件或层”、“直接连接到另一个元件或层”或“直接联接到另一个元件或层”时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“在…之间”与“直接在…之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。

如上所述，本公开提供了一种废气羽流控制结构。该结构可包括安装构件，所述安装构件被构造成安装到废气流源，诸如产生废气的工业机器的烟道(烟雾烟道)。至少一个分隔器构件可操作地联接到安装构件并且被定位成与来自废气流源的初始废气流流体连通。分流器构件相对于分隔器构件可操作地联接，以将初始废气流的至少一部分朝向分隔器构件径向引导。每个分隔器构件将初始废气流分离成多个废气流。多个周边间隔开的径向延伸的叶片也可将废气流分离成附加废气流。附加废气流中的每个附加废气流具有比初始废气流慢的速度。该结构降低了废气流速度并且可为初始废气流提供背压。本发明还公开了一种包括此结构的动力产生装置。

转到图1，示出了例如经由燃烧反应而产生初始废气流92的示例性工业机器90的各部分的示意图。本公开将相对于动力产生装置94来描述。应当强调并且将显而易见的是，本公开的教导内容适用于产生初始废气流92的任何工业机器90，例如，任何燃烧系统。动力产生装置94可采用任何现在已知或以后开发的形式。在一个示例中，动力产生装置94可包括联合循环动力装置(ccpp)形式的动力产生系统100，如图1所示。在本示例中，ccpp是具有两个发生器的多轴系统，但是本领域技术人员将容易理解，本公开的教导适用于任何种类的ccpp。ccpp可包括气体涡轮系统102和蒸汽涡轮系统104。

气体涡轮系统102可通过轴106而机械地联接到第一发生器108，该第一发生器产生电能。气体涡轮系统102可包括压缩机110和燃烧器112。气体涡轮系统102还包括联接到共同压缩机/涡轮轴106的气体涡轮114。在一个实施方案中，气体涡轮系统102为7ha.03发动机，其可从南卡罗来纳州格林维尔市的通用电气公司(generalelectriccompany,greenville,s.c.)商购获得。本公开不限于任一种特定的gt系统，并且可以与其他发动机一起植入，包括例如通用电气公司的ha、f、b、lm、gt、tm和e级发动机型，以及其他公司的发动机型。

在操作中，空气进入压缩机110的入口，被压缩并且然后被排放到燃烧器112，在该燃烧器中气态燃料(例如，天然气)和/或液体燃料(例如，油)燃烧以产生驱动气体涡轮114的高能燃烧气体。在气体涡轮114中，热气体的能量转换为功，一些功用于通过旋转轴106驱动压缩机110，其余部分的功可用于经由轴106驱动负载(诸如，第一发生器108)以产生电力的有用功。

蒸汽涡轮系统104包括蒸汽涡轮120，该蒸汽涡轮通过轴124而可操作地联接到另一个发生器122。蒸汽涡轮系统104可包括一个或多个蒸汽涡轮，例如，如图所示，高压(hp)涡轮126、中压(ip)涡轮128和低压(lp)涡轮130，它们各自联接到轴124。每个蒸汽涡轮126、128、130包括机械地联接到轴124的多个旋转桨叶(未示出)。

ccpp还可包括蒸汽源132，该蒸汽源可包括可操作地连接到气体涡轮系统102和蒸汽涡轮系统104的热回收蒸汽发生器(hrsg)134。如所理解的，hrsg134使用来自气体涡轮系统102的废气136来产生供蒸汽涡轮系统104使用的蒸汽流138。hrsg134可包括常规hrsg构造，诸如用于常规ccpp中的那些，并且/或者可体现为另一种类型的热交换器或用于使用废气能量产生蒸汽的类似部件。

在操作中，来自蒸汽源132(例如，hrsg134以及可能的其他源)的蒸汽进入hp涡轮126、ip涡轮128和/或lp涡轮130的入口，并且被引导以在其桨叶上施加力，从而致使轴124旋转。如所理解的，来自上游涡轮的蒸汽可以稍后在下游涡轮中采用。由蒸汽源132如此产生的蒸汽驱动蒸汽涡轮系统104的至少一部分，在该蒸汽涡轮系统中附加功被提取到驱动轴124，并且诸如第二发生器122的附加负载继而产生附加的电力。应当理解，发生器108、122和轴106、124可具有本领域已知的任何尺寸或类型，并且可取决于其应用或其所连接到的系统而不同。发生器和轴的共同编号是为了清楚起见，并且不一定表明这些发生器或轴是相同的。

虽然动力产生装置94已被描述为使动力产生系统100作为ccpp，但应当理解，动力产生装置94可包括动力产生系统100作为单循环动力装置，例如，仅包括gt系统102，从而产生初始废气流92(以虚线表示)。如本领域所理解的，来自动力产生系统100的废气可作为初始废气流92而离开gt系统102和/或hrsg134。

参考图2至图4，图2示出了根据本公开的实施方案的废气羽流控制结构210的实心透视图，图3示出了该结构的透明透视图，并且图4示出了该结构的局部横截面侧视图。如本文所用，“废气羽流”是从点源(即，废气流源212，诸如流体地联接到例如工业机器诸如动力产生装置94(图1)中的燃烧反应的烟道)释放的任何含有污染物的气体。废气流源212可包括任何形式的烟道(即，烟囱)，从而在允许初始废气流92逸出到大气214之前引导和/或冷却该初始废气流。如图所示，初始废气流92具有大致平行于废气流源212的纵向跨度(例如，基本上竖直)的出口方向。在一个非限制性示例中，初始废气流92可具有相对高的温度(例如，>400摄氏度(℃)和相对高的出口速度(例如，>5米/秒)。在没有结构210的情况下，废气流源212将初始废气流92直接排放到大气214。

废气羽流控制结构210(下文称为“结构210”)可包括被构造成将结构210联接到废气流源212的安装构件220。如图3最佳所示，安装构件220可包括其中具有开口224的基座构件222，并且如图4最佳所示，包括从基座构件222延伸的安装延伸部226。安装延伸部226被构造用于将结构210联接到废气流源212。为此，安装延伸部226可包括任何现在已知或以后开发的元件以联接到废气流源212的端部230(图4)，即，其取决于废气流源212的端部230的形式。在一个非限制性示例中，废气流源212可包括例如砖或钢的巨大管道，并且端部230可为该巨大管道的出口端。在该示例中，如图4所示，安装延伸部226可包括例如被构造成配合在端部230内或联接到该端部的衬圈。任何形式的紧固件(未示出)均可用于将安装构件220固定到废气流源212。

基座构件222可联接到安装延伸部226并且可被构造成支撑结构210的其余部分。基座构件222可包括例如其中具有开口224的圆形板228。圆形板228可为单个材料件或联接在一起的多个节段。就后一种结构而言，每个基座构件222可包括共同限定开口224的多个板节段，这些板节段类似于图2和图3中分隔器构件240的多边形外边缘所示。

结构210还可包括至少一个分隔器构件240，该至少一个分隔器构件可操作地联接到安装构件220并且被定位成与离开废气流源212的初始废气流92流体连通。在图2至图4中，示出了一个分隔器构件240，并且在图5中，示出了多个分隔器构件240a、240b。也可采用两个以上分隔器构件240。每个分隔器构件240将初始废气流92分离成多个废气流242。如图4最佳所示，当初始废气流92遇到分隔器构件240并被分离成废气流242时，废气流242可经过每个分隔器构件240的下表面250下方并且可经过分隔器构件240的上表面252上方。废气流242各自具有比初始废气流92慢的速度。

每个分隔器构件240可包括具有限定于其中的开口246(图2至图3)的板244。开口246与初始废气流92的一部分248流体连通。也就是说，开口246接收初始废气流92的未撞击分隔器构件240的下表面250且径向流动的部分248。也就是说，部分248为初始废气流92的未撞击分隔器构件240的下表面250且因此尚未径向流过结构210的任何其余部分。

如图5所示，在使用多个分隔器构件240a-b的情况下，每个分隔器构件240与相邻的分隔器构件间隔开。每个后续的分隔器构件(例如，240b)可包括具有限定于其中的开口246的板244，其与初始废气流92的未被先前的上游分隔器构件(例如，240a)拦截且径向向外引导的部分248流体连通。

结构210还包括分流器构件260，该分流器构件相对于分隔器构件240可操作地联接，以将径向离开废气流源212的初始废气流92的至少一部分朝向分隔器构件240径向引导并且最终引导出结构210。如图2至图4所示，分流器构件260可包括至少一节段的锥体262，所述至少一节段的锥体延伸到分隔器构件240的每个开口246中。“至少一节段的”锥体262意指完整的锥形构件或截头锥形构件(所示)。分流器构件260可具有其他形状和尺寸，并且可被定制为以任何期望的方式撞击和/或重新引导初始废气流92或其部分。

如图所示，分流器构件260的外表面264相对于分隔器构件240的每个开口246的内边缘266以间隔开的关系定位。初始废气流92的部分248经过该空间。可选择分流器构件260的外表面264的直径和/或开口246的内径以产生期望的尺寸间距。如图5所示，在使用一个以上分隔器构件240的情况下，每个后续的下游开口(例如，246b)可具有比具有分流器构件260的先前的上游开口(例如，246a)更小的间距。例如，分流器构件260的外表面264相对于上游分隔器构件240a的开口246a的内边缘266a以第一间隔开的关系定位，并且分流器构件260的外表面264相对于下游分隔器构件240b的开口246b的内边缘266b以更小的间隔开的关系定位。分流器构件260可包括例如如图所示成形的钢板。分流器构件260可为单个材料件或联接在一起的多个节段。

在某些实施方案中，结构210还可包括可操作地联接到分流器构件260的覆盖构件270。覆盖构件270可由其支撑分流器构件260，或者可以其他方式支撑分流器构件260。覆盖构件270可为单个材料件或联接在一起的多个节段。

结构210还包括多个周边间隔开的径向延伸的叶片280(下文称为“叶片280”)，这些叶片被定位成将废气流242进一步分离成附加废气流282。叶片280以间隔开的竖直关系支撑分隔器构件240和分流器构件260。附加废气流282可具有比废气流242慢的速度，但也可具有相同的速度。例如，如图5所示，叶片280可联接在基座构件222与最下面的分隔件构件240a(图5)之间，分隔件构件240a、240b之间，以及最上面的分隔件构件240b与分流器构件260或覆盖构件270之间。叶片280可在结构210内竖直地对准(如图所示)或周向地偏移。

叶片280径向延伸，即，它们不是周向延伸的元件，而是具有径向跨度。如图2至图4所示，叶片280可为平面板，其可为平坦的(图2)或弯曲的(图3)。例如，如图3所示，叶片280可包括弯曲板形式的弯曲表面284。然而，如图5所示，叶片280中的每个叶片可包括弯曲表面284，以相对于初始废气流92在非径向方向上重新引导相应的附加废气流282，即，以相对于初始废气流源212将附加废气流282自径向方向重新引导到非径向方向。例如，叶片280可包括例如由多个侧壁制成的翼片形式的弯曲表面284。叶片280可包括任何形式的弯曲表面284以为附加废气流282赋予方向。所赋予的方向可为期望的任何非径向方向。

参考图6至图8，示出了结构210的替代实施方案。如图所示，在某些实施方案中，分隔器构件240可相对于流动方向(fd)(例如，离开废气流源212的初始废气流92的竖直流动方向)以非垂直角度(α)定位，以相对于离开废气流源212的初始废气流92的流动方向(fd)以非垂直角度(α)引导废气流242中的至少一个废气流。如通过比较图6至图7所观察到的，非垂直角度(α)可由使用者来选择。在图6中，例如，非垂直角度(α)可为大约45°；并且在图7中，其可为大约60°。可采用任何非垂直角度(α)来产生附加废气流282在离开结构210时的期望流动方向。在替代方案中或除此之外，如图8所示，分隔件构件240可弯曲(例如，向上弯曲)以相对于离开废气流源212的初始废气流92的流动方向fd以非垂直角度(α)引导附加废气流282。可定制曲率以产生废气流282的期望流动方向和/或速度。

结构210的实施方案通过在更大体积的周围环境空气中混合/扩散初始废气流92来提供羽流速度(动量)和/或温度的降低，由此控制羽流上升、速度和浮力效应。结构210可被定制为满足任何期望政府法规(例如，casa法规)的要求。

如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言可以用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可以可以组合和/或互换。除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围。应用于范围的特定值的“大约”适用于两个终止值，除非另外依赖于测量值的仪器的精度，否则可以指示所述值的+/-10％。

以下权利要求书中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元件执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本公开的描述，但其并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和实质的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述了实施方案以便最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的本公开的各种实施方案。