A clear understanding of the flow characteristics in the older generation of industrial gas turbines operating with silo combustors is important for potential upgrades. Non-uniformities in the form of circumferential and radial variations in internal flow properties can have a significant impact on the gas turbine stage performance and durability. This paper presents a comprehensive study of the underlying internal flow features involved in the advent of non-uniformities from twin-silo combustors and their propagation through a single axial turbine stage of the Siemens v94.2 industrial gas turbine. Results indicate the formation of strong vortical structures alongside large temperature, pressure, velocity, and flow angle deviations that are mostly located in the top and bottom sections of the turbine stage caused by the excessive flow turning in the upstream tandem silo combustors. A favorable validation of the simulated exhaust gas temperature (EGT) profile is also achieved via comparison with the measured data. A drop in isentropic efficiency and power output equivalent to 2.28% points and 2.1 MW, respectively is observed at baseload compared to an ideal straight hot gas path reference case. Furthermore, the analysis of internal flow topography identifies the underperforming turbine blading due to the upstream non-uniformities. The findings not only have implications for the turbine aerothermodynamic design, but also the combustor layout from a repowering perspective.

清楚了解使用筒仓燃烧器运行的较老一代工业燃气轮机的流量特性对于潜在的升级很重要。内部流动特性的圆周和径向变化形式的不均匀性可能对燃气轮机级的性能和耐用性产生重大影响。本文对双筒燃烧室不均匀性的出现及其在西门子v94.2工业燃气轮机的单个轴流涡轮级中的传播所涉及的潜在内部流动特征进行了全面的研究。结果表明，在较大的温度，压力，速度，由于上游串联筒仓燃烧器中的过度转向，导致大部分位于涡轮机级顶部和底部的流量角偏差。通过与测量数据进行比较，还可以对模拟废气温度（EGT）曲线进行良好验证。与理想的直线热气路径参考案例相比，在基本负载下，等熵效率和功率输出分别降低了2.28％点和2.1 MW。此外，对内部流动形貌的分析确定了由于上游不均匀性导致性能不佳的涡轮叶片。这些发现不仅对涡轮机空气动力学设计有影响，而且从换能的角度来看也对燃烧室布局产生影响。通过与测量数据进行比较，还可以对模拟废气温度（EGT）曲线进行良好验证。与理想的直线热气路径参考案例相比，在基本负载下，等熵效率和功率输出分别降低了2.28％点和2.1 MW。此外，对内部流动形貌的分析确定了由于上游不均匀性导致性能不佳的涡轮叶片。这些发现不仅对涡轮机空气动力学设计有影响，而且从换能的角度来看也对燃烧室布局产生影响。通过与测量数据进行比较，还可以对模拟废气温度（EGT）曲线进行良好验证。与理想的直线热气路径参考案例相比，在基本负载下，等熵效率和功率输出分别降低了2.28％点和2.1 MW。此外，对内部流动形貌的分析确定了由于上游不均匀性而导致性能欠佳的涡轮叶片。这些发现不仅对涡轮机空气动力学设计有影响，而且从换能的角度来看也对燃烧室布局产生影响。与理想的直线热气路径参考案例相比，在基本负载下分别观察到了相应的变化。此外，对内部流动形貌的分析确定了由于上游不均匀性导致性能不佳的涡轮叶片。这些发现不仅对涡轮机空气动力学设计有影响，而且从换能的角度来看也对燃烧室布局产生影响。与理想的直线热气路径参考案例相比，在基本负载下分别观察到了相应的变化。此外，对内部流动形貌的分析确定了由于上游不均匀性导致性能不佳的涡轮叶片。这些发现不仅对涡轮机空气动力学设计有影响，而且从换能的角度来看也对燃烧室布局产生影响。