CH709269A2 - Abgaskammer für Radialdiffusor. - Google Patents

Abstract

Ein Abgasdiffusor für eine Turbomaschine weist einen Diffusor (101) auf, der auf einem Turbinenrotor angeordnet und mit einer Achse des Turbinenrotors ausgerichtet ist. Der Diffusor (101) ist dazu eingerichtet, Turbinenabgas im Wesentlichen um 90 Grad aus einer ersten Strömungsrichtung entlang der ersten Achse (114) abzulenken. Eine Abgaskammer steht in Fluidverbindung mit einem und umschliesst ein Auslassende des Diffusors (101). Die Abgaskammer steht in Fluidverbindung mit einem Verbindungskanal, der dazu eingerichtet ist, Abgas für eine andere Turbomaschine bereitzustellen. Die Abgaskammer weitet sich auf das Volumen bezogen zwischen dem Diffusor (101) und dem Verbindungskanal auf.

Description

Hintergrund der Erfindung

[0001] Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Systeme von Abhitzedampferzeugern (HRSG) mit Gasturbinen-Abgaskomponenten, und insbesondere eine Turbinenabgaskammer, die dazu eingerichtet ist, einen gleichförmigen Abgasstrom in den Abhitzedampferzeuger zu unterstützen.

[0002] In Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk-Systemen kann erhitztes Abgas von den Gasturbinen durch die Abhitzedampferzeugersysteme als eine Quelle für Hitze verwendet werden, die an eine Wasserquelle übertragen werden kann, um überhitzten Dampf zu erzeugen. Der überhitzte Dampf kann in den Dampfturbinen als Energiequelle verwendet werden. Das erhitzte Abgas einer Gasturbine kann zu dem Abhitzedampferzeugersystem unter anderem über eine Abgaskammer und einen Diffusor übertragen werden, der dazu beitragen kann, die kinetische Energie des die letzte Stufe der Gasturbine erhitzten Abgases in potentielle Energie in Form eines erhöhten statischen Drucks umzuwandeln. Ist es einmal zu dem Abhitzedampferzeugersystem geliefert, kann das erhitzte Abgas eine Reihe von Wärmetauscherelementen, wie etwa Überhitzer, Zwischenüberhitzer, Verdampfer, Vorwärmer, usw. durchströmen. Die Wärmetauscherelemente können dazu verwendet werden, Hitze von dem erhitzten Abgas an die Wasserquelle zu übertragen, um überhitzten Dampf zu erzeugen. Es ist ein Konstruktionsziel, einen gleichförmigen Strom durch die Abgaskammer zu unterstützen ohne die Diffusorleistung negativ zu beeinflussen, das heisst, eine Diffusionsströmung ohne wahrnehmbaren totalen Druckverlust zu ermöglichen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0003] Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Abgasdiffusor für eine Turbomaschine vorhanden, der einen in einem Turbinenrotor angeordneten Diffusor aufweist, der mit der Achse des Turbinenrotors axial ausgerichtet ist, wobei der Diffusor dazu eingerichtet ist, das Turbinenabgas im Wesentlichen um 90 Grad aus einer ersten Strömungsrichtung entlang der Achse abzulenken; eine Abgaskammer steht in Fluidverbindung mit einem Auslassende und umschliesst das des Diffusors, wobei die Abgaskammer in Fluidverbindung mit einem Verbindungskanal steht, der dazu eingerichtet ist, das Abgas an eine andere Turbomaschine zu liefern; wobei sich die Abgaskammer in einer Richtung zum Verbindungskanal hin bezogen auf das Volumen erweitert.

[0004] Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Turbomaschine vorhanden, die einen Gasturbinenabschnitt aufweist, der einen Turbinenrotor aufweist; ein Radialdiffusor ist entlang einer ersten Achse des Turbinenrotors ausgerichtet; eine Abgaskammer weist einen Einlass auf, der einen Teil des Radialdiffusors aufnimmt, wobei die Abgaskammer sich entlang einer zweiten Achse erstreckt, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der ersten Achse ausgerichtet ist, wobei sich die Abgaskammer bezogen auf das Volumen entlang der zweiten Achse erweitert.

[0005] Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk-System vorhanden, aufweisend: eine Gasturbine, die einen sich entlang einer ersten Achse erstreckenden Turbinenrotor aufweist; ein Abgasdampferzeuger; eine Dampfturbine, die dazu eingerichtet ist, Dampf von dem Abgasdampferzeuger zu erhalten; ein Radialdiffusor, der entlang der ersten Achse angeordnet ist; und eine Abgaskammer, die einen Abschnitt des Radialdiffusors aufnehmenden Einlass aufweist, wobei die Abgaskammer sich entlang einer zweiten Achse erstreckt, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der ersten Achse ausgerichtet ist, wobei sich die Abgaskammer bezogen auf das Volumen entlang der zweiten Achse erweitert und mit dem Abgasdampferzeuger in Verbindung steht.

[0006] Bei irgendeinem der oben erwähnten Ausführungsbeispiele kann es vorteilhaft sein, dass die Abgaskammer teilweise in einem Paar von nicht parallelen Seitenwänden und einer periphere Randwand enthalten ist, die das Paar von nicht parallelen Seitenwänden verbindet.

[0007] Es kann vorteilhaft sein, dass eine Wand des Paares von nicht parallelen Seitenwänden im Wesentlichen rechtwinklig zu der Achse ausgerichtet ist.

[0008] Es kann vorteilhaft sein, dass die andere Wand des Paares von nicht parallelen Seitenwänden in einem Winkel von 20° bis 50° oder 35° bis 45° relativ zu der einen Wand der nicht parallelen Seitenwände ausgerichtet ist.

[0009] Es kann vorteilhaft sein, dass die periphere Randwand einen mit einem Radius gerundeten Endabschnitt aufweist, der mit einem Paar aus einem oberen und einem unteren Wandabschnitt verbunden ist, die gerade und im Wesentlichen parallel sind.

[0010] Es kann vorteilhaft sein, dass der mit einem Radius gerundete Endabschnitt auf der einen Seite der Achse und das Paar aus dem geraden, im Wesentlichen parallelen oberen bzw. unteren Wandabschnitt diese Achse queren und mit dem Verbindungskanal auf einer entgegengesetzten Seite der Achse verbunden sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0011] Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden werden, wenn die nachfolgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen dieselben Bezugszeichen durchgängig durch die Zeichnungen gleiche Teile darstellen, wobei: <tb>Fig. 1<SEP>ein schematisches Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk-Systems mit einer Gasturbine, einer Dampfturbine und einem Abhitzedampferzeuger ist; <tb>Fig. 2<SEP>eine detaillierte, nur teilweise Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Gasturbine aus Fig. 1 ist, die Wärmetauscherelemente des Abhitzedampferzeugers aus Fig. 1 integriert mit Komponenten eines Abgasdiffusors der Gasturbine aufweist; <tb>Fig. 3<SEP>eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer Abgaskammer in der Art ist, wie sie in der Gasturbine nach Fig. 2 verwendet werden kann; <tb>Fig. 4<SEP>eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Fig. 3 gezeigte Abgaskammer ist; <tb>Fig. 5<SEP>eine perspektivische Ansicht eines Abgasdiffusors und einer Kammer in Übereinstimmung mit einem beispielhaften aber nicht beschränkten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist; <tb>Fig. 6<SEP>eine andere perspektivische Ansicht des in Fig. 5 gezeigten Abgasdiffusors und der Kammer ist; und <tb>Fig. 7<SEP>eine Draufsicht auf den Abgasdiffusor und die Kammer ist, die in den Fig. 5 und 6 gezeigt sind.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0012] Eine oder mehrere konkrete Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben. Es ist beabsichtigt, eine prägnante Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele bereitzustellen, wobei nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung beschrieben werden können. Es versteht sich, dass bei einer Entwicklung irgendeiner tatsächlichen Implementierung, wie bei jedem Ingenieurs- oder Konstruktionsprojekt, eine Vielzahl von implementierungsabhängigen Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie etwa die Übereinstimmung mit systembezogenen und geschäftsbezogenen Bedingungen, die von einer Implementierung zur anderen variieren können. Ausserdem versteht es sich, dass eine solche Entwicklungsleistung komplex und zeitaufwendig ist, aber nichtsdestotrotz ein Routinevorhaben im Entwurf, der Fabrikation und der Herstellung für Fachleute ist, die von dieser Beschreibung profitieren.

[0013] Wenn Elemente der verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, meinen die Artikel «eine/einer/eines/einen/einem», «der/die/das» und «diese/dieser/dieses/diesen/diesem», dass ein oder mehrere dieser Elemente vorhanden sind. Die Ausdrücke «aufweisen», «enthalten» und «mit» sind inklusiv zu verstehen und meinen, dass zusätzliche Elemente, andere als die angegebenen Elemente, vorhanden sein können. Jegliche Beispiele von Betriebsparametern sind nicht exklusiv von anderen Parametern der offenbarten Ausführungsbeispiele.

[0014] Fig. 1 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk-Systems 10 mit einer Gasturbine, einer Dampfturbine und einem Abgasdampferzeuger. Insbesondere kann das System 10 eine Gasturbine 12 zum Antreiben einer ersten Last 14 aufweisen. Die erste Last 14 kann z.B. ein elektrischer Generator zur Erzeugung elektrischer Leistung sein. Die Gasturbine 12 kann eine Turbine 16, eine Brennkammereinrichtung 18 und einen Kompressor 20 aufweisen. Das System 10 kann auch eine Dampfturbine 22 zum Antreiben einer zweiten Last 24 aufweisen. Die zweite Last 24 kann auch ein elektrischer Generator zur Erzeugung von elektrischer Leistung sein. Es versteht sich jedoch, dass sowohl die erste als auch die zweite Last 14, 24 auch eine andere Art von Last sein kann, die dazu in der Lage ist, durch die Gasturbine 12 und die Dampfturbine 22 angetrieben zu werden. Ausserdem, obwohl die Gasturbine 12 und die Dampfturbine 22 unterschiedliche Lasten 14 und 24 antreiben können, wie es bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel dargestellt ist, können die Gasturbine 12 und die Dampfturbine 22 auch dazu verwendet werden, im Tandembetrieb eine einzige Last über eine einzige Welle anzutreiben. Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann die Dampfturbine einen Niederdruckabschnitt 26 (LP ST), einen Mitteldruckabschnitt 28 (IP ST) und einen Hochdruckabschnitt 30 (HP ST) aufweisen. Jedoch kann die konkrete Konfiguration der Dampfturbine 22, wie auch der Gasturbine 12, anwendungsabhängig sein und irgendeine Kombination von Abschnitten und/oder Stufen aufweisen.

[0015] Das System 10 kann auch einen mehrstufigen Abhitzedampferzeuger 32 aufweisen. Die vereinfachte Darstellung des Abhitzedampferzeugers 32 und seiner Komponenten ist nicht einschränkend gemeint. Vielmehr ist der veranschaulichte Abhitzedampferzeuger 32 dargestellt, um die allgemeine Ausführung solcher Systeme zu vermitteln. Erhitztes Abgas 34 der Gasturbine 12 kann in den Abhitzedampferzeuger 32 transportiert und dazu verwendet werden, Dampf zu erhitzen, der zum Betreiben der Dampfturbine 22 verwendet wird. Abgas aus dem Niederdruckabschnitt 26 der Dampfturbine 22 kann in einen Kondensator 36 geleitet werden. Das Kondensat des Kondensators 36 kann wiederum in den Niederdruckabschnitt des Abhitzedampferzeugers 32 mit Hilfe einer Kondensatpumpe 38 geleitet werden.

[0016] Das Kondensat kann dann durch einen Niederdruckvorwärmer 40 (LPECON) strömen, der eine zum Erhitzen von Speisewasser mittels Gasen eingerichtete Vorrichtung ist, die dazu verwendet werden kann, das Kondensat zu erhitzen. Von dem Niederdruckvorwärmer 40 kann das Kondensat entweder in einen Niederdruckverdampfer 42 (LPIVAP) oder zu einem Mitteldruckvorwärmer 44 (IPECON) geleitet werden. Der Dampf von dem Niederdruckverdampfer 42 kann an den Niederdruckabschnitt 26 der Dampfturbine 22 zurückgeführt werden. Entsprechend kann das Kondensat von dem Mitteldruckvorwärmer 44 entweder in einen Mitteldruckverdampfer 46 (IPEVAP) oder einen Hochdruckverdampfer 48 (HPECON) geleitet werden. Zusätzlich kann Dampf von dem Zwischendruckverdampfer 44 zu einem Brennstoffgaserhitzer (nicht dargestellt) übermittelt werden, wo der Dampf dazu verwendet werden kann, Brennstoffgas zur Verwendung in der Brennstoffkammereinrichtung 18 der Gasturbine 12 zu erhitzen. Der Dampf von dem Mitteldruckverdampfer 46 kann zu dem Mitteldruckabschnitt 28 der Dampfturbine 22 übermittelt werden.

[0017] Letztlich kann Kondensat von dem Hochdruckvorwärmer 48 in einen Hochdruckverdampfer 50 (HPEVAP) geleitet werden. Dampf, der den Hochdruckverdampfer 50 verlässt, kann in einen Primär-Hochdrucküberhitzer 52 und einen End-Hochdrucküberhitzer 54 geleitet werden, wo der Dampf überhitzt wird und eventuell zu einem Hochdruckabschnitt 30 der Dampfturbine 22 übermittelt wird. Abgas von dem Hochdruckabschnitt 30 der Dampfturbine 22 kann wiederum in den Mitteldruckabschnitt 28 der Dampfturbine 22 geleitet werden und Abgas von dem Mitteldruckabschnitt 28 der Dampfturbine 22 kann in den Niederdruckabschnitt 26 der Dampfturbine 22 geleitet werden.

[0018] Ein Zwischenstufendampfkühler 56 kann zwischen dem Primär-Hochdrucküberhitzer 52 und dem End-Hochdrucküberhitzer 54 angeordnet sein. Der Zwischenstufendampfkühler 56 kann eine robustere Steuerung der Ausgangstemperatur des Dampfes aus dem End-Hochdrucküberhitzer 54 ermöglichen.

[0019] Ausserdem kann Abgas aus dem Hochdruckabschnitt 30 der Dampfturbine 22 in einen Primär-Zwischenüberhitzer 58 und einen Sekundär-Zwischenüberhitzer 60 geleitet werden, wo es zwischenüberhitzt wird, bevor es in den Zwischendruckabschnitt 28 der Dampfturbine 22 geleitet wird. Der Primär-Zwischenüberhitzer 58 und der Sekundär-Zwischenüberhitzer 60 können auch mit einem Zwischenstufen-Dampfkühler 62 in Verbindung stehen, um die Ausgangsdampftemperaturen der Zwischenüberhitzer zu steuern.

[0020] In einem Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk-System 10, kann heisses Abgas von der Gasturbine 12 Strömen und durch den Abhitzedampferzeuger 32 strömen und kann dazu verwendet werden, Hochdruck-, Hochtemperaturdampf zu erzeugen. Der Dampf, der von dem Abhitzedampferzeuger 32 erzeugt wird, kann dann durch die Dampfturbine 22 zur Energieerzeugung geführt werden. Ausserdem kann der erzeugte Dampf auch irgendwelchen anderen Prozessen zur Verfügung gestellt werden, bei denen überhitzter Dampf verwendet werden kann. Der Erzeugungszyklus mit der Gasturbine 12 ist häufig als «vorgeschalteter Zyklus (topping cycle)» bezeichnet, während der Erzeugungszyklus mit der Dampfturbine 22 häufig als «nachgeschalteter Zyklus (bot-toming cycle)» bezeichnet ist. Die Kombination dieser beiden Zyklen, wie in Fig. 1 veranschaulicht, kann das Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk-System 10 eine höhere Effizienz in beiden Zyklen erreichen. Insbesondere kann Abhitze vom vorgeschalteten Zyklus entnommen und für das Erzeugen von Dampf im nachgeschalteten Zyklus verwendet werden.

[0021] Daher ist ein Aspekt des Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk-Systems 10 die Fähigkeit, Wärme von dem erhitzten Abgas 34 unter Verwendung des Abhitzedampferzeugers 32 wiederzugewinnen. Wie in Fig. 1 veranschaulicht, können Komponenten der Gasturbine 12 und des Dampferzeugers 32 in eigenständige funktionale Einheiten getrennt sein. Mit anderen Worten, kann die Gasturbine 12 das erhitzte Abgas 34 erzeugen und das erhitzte Abgas 34 zu dem Abhitzedampferzeuger 32 leiten, der hauptsächlich dafür verantwortlich sein kann, die Wärme aus dem erhitzten Abgas 34 durch die Erzeugung von überhitztem Dampf wiederzugewinnen. Der überhitzte Dampf kann wiederum in der Dampfturbine 22 als Energiequelle verwendet werden. Das erhitzte Abgas 34 kann zu dem Abhitzedampferzeuger 32 durch eine Leitungsanordnung geleitet werden, die basierend auf dem konkreten Entwurf des Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk-Systems 10 variieren kann.

[0022] Eine detailliertere Darstellung wie die Gasturbine 12 funktioniert kann zur Illustration beitragen, wie das erhitzte Abgas 34 von der Gasturbine 12 zu dem Abhitzedampferzeuger 32 gebracht werden kann. Entsprechend ist Fig. 2 eine detaillierte Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Gasturbine 12 nach Fig. 1 mit Wärmetauscherelementen des Abhitzedampferzeugers 32 nach Fig. 1 , mit integrierten Komponenten eines Abgasdiffusors der Gasturbine 12. Wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, kann die Gasturbine 12 die Turbine 16, die Brennkammereinrichtung 18 und den Kompressor 20 aufweisen. Luft kann durch einen Lufteinlass 64 eintreten und den durch den Kompressor 20 komprimiert werden. Nachfolgend kann die komprimierte Luft von dem Kompressor 20 in die Brennkammer 18 geleitet werden, wo die komprimierte Luft mit Brenngas gemischt wird. Das Brenngas kann in die Brennkammereinrichtung 18 durch eine Mehrzahl von Brennstoffdüsen 66 eingeleitet werden. Das Gemisch von komprimierter Luft und Brenngas wird im Wesentlichen innerhalb der Brennkammer der Brennkammereinrichtung 18 verbrannt, um ein Hochtemperatur-, Hochdruck- Abgas zu erzeugen, das dazu verwendet werden kann, ein Drehmoment in der Turbine 16 zu erzeugen. Ein Rotor der Turbine 16 kann mit einem Rotor des Kompressors 20 gekoppelt sein, so dass die Rotation des Turbinenrotors auch eine Rotation des Kompressors 20 verursachen kann. Auf diese Weise treibt die Turbine 16 den Kompressor 20 sowie die Last 14 (in Fig. 2 nicht dargestellt) an. Abgas vom Turbinenabschnitt der Gasturbine 12 kann in einen Abgasdiffusor 68 geleitet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 , kann der Abgasdiffusor 68 ein Radialabgasdiffusor sein, wobei das Abgas durch Ausgangsleitflügel 70 umgelenkt werden kann, um den Abgasdiffusor 68 durch eine 90-Grad-Richtungsänderung nach aussen (das heisst radial) durch eine Abgaskammer (nicht dargestellt) und einen Verbindungseingang zu dem Abhitzedampferzeuger 32 abzugeben.

[0023] Ein anderer Aspekt von bestimmten Komponenten des Abgasdiffusors 68 zusätzlich zum Lenken des erhitzten Abgases 34 zu dem Abhitzedampferzeuger 32 kann darin liegen, sicherzustellen, dass bestimmte aerodynamische Eigenschaften des erhitzten Abgases 34 erreicht werden. Z.B. kann eine Abgasrahmenstrebe 72, wie sie in Fig. 2 veranschaulicht ist, gewölbt mit einer darum einhüllend angeordneten Luftleitfläche sein. Die Abgasrahmenstrebe 72 kann auch gedreht werden, derart, dass ein Drall des erhitzten Abgases 34 minimiert und die Strömung des erhitzten Abgases 34 allgemein mehr axialer Art sein kann, bis zum Strömen durch die Ausgangsleitflügel 70. Ausserdem können die Ausgangsleitflügel 70 auch derart ausgebildet sein, dass wenn das erhitzte Abgas 34 zu der Abgaskammer um einen 90-Grad-Winkel abgelenkt wird, die Auslassleitflügel 70 die aerodynamischen Verluste minimieren, die beim Ablenken der Strömung um 90° in Radialrichtung anfallen. Daher kann ein geeignetes aerodynamisches Design der Abgasrahmenstrebe 72, der Auslassleitflügel 70 sowie anderer Komponenten des Abgasdiffusors 68 innerhalb des Strömungsweges des erhitzten Abgases 34 eine Berücksichtigung beim Design sein.

[0024] Fig. 3 ist eine geschnittene perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Diffusors, das gleich dem Diffusor 68 aus Fig. 2 sein kann, wobei es erkennbar ist, dass der Diffusor der Einfachheit halber nicht im selben Massstab wie in Fig. 2 gezeigt ist. Der Diffusor 68 ist mit einer Kammer 74 verbunden, die zusammen mit den Leitflügeln 46 das Abgas im Wesentlichen neunzig (90) Grad in einen Verbindungskanal 76 ablenkt, der mit dem Abhitzedampferzeugereinlass (nicht dargestellt) verbunden ist. Die radialen Leitflügel 46 können kreisförmig sein (zum Beispiel mit kegelstumpfförmig ringförmiger oder konischer Gestalt) und konzentrisch um die x-Achse 31 angeordnet sein. Die Kammer 74 leitet die Abgase entlang der z-Achse 35 dann graduell in den sich aufweitenden Übergangsabschnitt 76, der mit dem Einlass des Abhitzedampferzeugers verbunden ist.

[0025] Die Kammer 74 hat in der bekannten Konfiguration, die in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, eine im Wesentlichen quadratische oder rechteckige Gestalt, aber mit einem abgeschrägten Endwandabschnitt 78, der sich von der oberen Wand 80 zu einer Seitenwand 82 erstreckt. Die Wände 80 und 82 sind im Wesentlichen rechtwinklig zueinander ausgerichtet, während die stromaufwärts und stromabwärts angeordneten Seiten 84, 86 parallel sind, was am Besten in Fig. 4 zu erkennen ist. Die untere Wand 88 ist parallel zu der oberen Wand 80, kann aber eine abgeschrägte Komponente 90 zwischen der unteren Wand 88 und der Seitenwand 82 aufweisen.

[0026] Fig. 5 bis 7 veranschaulichen eine modifizierte Kammer 100 in Übereinstimmung mit einem beispielhaften, aber nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Radialdiffusor 101 ist in dem Kammereinlass aufgenommen, konzentrisch zu der Turbinenrotorachse 114 (Fig. 7 ). In diesem Beispiel ist die Kammer 100 mit einem mit einem Radius gekrümmten Ende ausgeführt, das durch eine gekrümmte Endwand 102 gebildet ist, die mit der oberen und der unteren Wand 104, 106 verbunden ist. Die gebogene Endwand 102 und die obere und die untere Wand 104, 106 bilden zusammen eine jeweilige Randwand eine stromaufwärtsseitige und eine stromabwärtsseitige Seitenwand 108, 110, die sich ausgehend von der gebogenen Endwand 102 zu dem sich erweiternden Verbindungsabschnitt 112 hin erstrecken. Die gebogene Endwand 102 bezieht sich auf die zentrale Achse 114 des Diffusors 101 (hier nochmals: nicht massstäblich dargestellt), und die obere und die untere Wand 104, 106 erstrecken sich tangential, parallel zueinander, von entgegengesetzten Enden der gekrümmten Endwand weg. Es ist zu beachten, dass die gerade obere und untere Wand 104, 106 die Achse 114 des Diffusors/Turbinenrotors queren.

[0027] Es wird verstanden werden, dass die internen Leitkomponenten des Diffusors gegenüber der in Fig. 3 gezeigten Anordnung gleich sein können.

[0028] Es ist deutlich, dass die stromaufwärtsseitige und die stromabwärtsseitige Seitenwand 108 und 110 nicht parallel sind. Wie am Besten in Fig. 7 zu erkennen ist, ist die stromabwärtsseitige Seitenwand 110 rechtwinklig zu der zentralen Achse 114, aber die stromaufwärtsseitige Seitenwand 108 erstreckt sich in einem Winkel von zwischen 20 und 50 Grad (und vorzugsweise zwischen 35 und 45 Grad) gegenüber der stromabwärtsseitigen Seitenwand 110. Diese Erweiterung des Strömungsweges von der Kammer 100 zum Verbindungsabschnitt 112 unterstützt eine Wiederverteilung, um die Gasströmung zu dem Abhitzedampferzeugereinlass ohne Auswirkung auf die Diffusorleistung zu vergleichmässigen. Tatsächlich wirkt sich die gleichmässige Strömung nicht nur positiv auf die Leistung des Abhitzedampferzeugers aus, sondern vereinfacht auch das Konstruktion des Abhitzedampferzeugerschalldämpfers, der in dem Abhitzedampferzeugereinlass angeordnet ist. Die hierin beschriebene Kammerkonstruktion erlaubt auch relativ flache Einlassprofile über Betriebszuständen und über einen Bereich des Endstufen-Turbinenschaufelausgangsprofils.

[0029] Fig. 8 veranschaulicht Abhitzedampferzeugereinlassprofile in der Kammerausgangsebene 116 und an der stromabwärtsseitigen Kante 118 des Verbindungsabschnitts 112. Die y-Achse «% Abstand» bezieht sich auf die Höhe der Kammer von der Unterseite zu der Oberseite. Es ist erkennbar, dass die «Gesamtgeschwindigkeit» der Luftströmung durch die Kammer über der Höhe der Kammer relativ gleichförmig ist.

[0030] Während die Erfindung in Verbindung mit einem zur Zeit als praktischstem und bevorzugt angesehenen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern im Gegenteil dazu bestimmt, vielfältige Modifikationen und äquivalente Anordnungen, innerhalb von dem Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche zu umfassen.

[0031] Ein Abgasdiffusor für eine Turbomaschine weist einen Diffusor auf, der auf einem Turbinenrotor angeordnet und mit einer Achse dieses Turbinenrotors ausgerichtet ist. Der Diffusor ist dazu eingerichtet, das Turbinenabgas im Wesentlichen um 90 Grad aus einer ersten Strömungsrichtung entlang der Rotorachse umzulenken. Eine Abgaskammer steht in Fluidverbindung mit und umgibt ein Auslassende des Diffusors. Die Abgaskammer ist in Fluidverbindung mit einem Verbindungskanal, der dazu eingerichtet ist, das Abgas für eine andere Turbomaschine bereitzustellen. Die Abgaskammer weitet sich bezogen auf das Volumen zwischen dem Diffusor und dem Verbindungskanal auf.

Bezugszeichenliste

[0032] <tb>System<SEP>10 <tb>Gasturbine<SEP>12 <tb>erste Last<SEP>14 <tb>Turbine<SEP>16 <tb>Brennkammereinrichtung<SEP>18 <tb>Kompressor<SEP>20 <tb>Dampfturbine<SEP>22 <tb>zweite Last<SEP>24 <tb>Niederdruckabschnitt (LP ST)<SEP>26 <tb>Zwischendruckabschnitt (IP ST)<SEP>28 <tb>Hochdruckabschnitt (HP ST)<SEP>30 <tb>mehrstufiger Abhitzedampferzeuger (HRSG)<SEP>32 <tb>erhitztes Abgas<SEP>34 <tb>Kondensator<SEP>36 <tb>Kondensatorpumpe<SEP>38 <tb>Niederdruckvorwärmer (LPECON)<SEP>40 <tb>Niederdruckverdampfer (LPEVAP)<SEP>42 <tb>Zwischendruckvorwärmer (IPECON)<SEP>44 <tb>Zwischendruckverdampfer (IPEVAP)<SEP>46 <tb>Hochdruckvorwärmer (HPECON)<SEP>48 <tb>Hochdruckverdampfer (HPEVAP)<SEP>50 <tb>Primär-Hochdrucküberhitzer<SEP>52 <tb>End-Hochdrucküberhitzer<SEP>54 <tb>Zwischenstufendampfkühler<SEP>56 <tb>Primär-Zwischenüberhitzer<SEP>58 <tb>Sekundär-Zwischenüberhitzer<SEP>60 <tb>Zwischenstufendampfkühler<SEP>62 <tb>Lufteinlass<SEP>64 <tb>Brennstoffdüsen<SEP>66 <tb>Abgasdiffusor<SEP>68 <tb>Ausgangsleitflügel<SEP>70 <tb>Abgasrahmenstrebe<SEP>72 <tb>Kammer<SEP>74 <tb>Verbindungskanal<SEP>76 <tb>abgeschrägter Endwandabschnitt<SEP>78 <tb>obere Wand<SEP>80 <tb>Seitenwand<SEP>82 <tb>stromaufwärtsseitige Seite<SEP>84 <tb>stromabwärtsseitige Seite<SEP>86 <tb>untere Wand<SEP>88 <tb>abgeschrägte Komponente<SEP>90 <tb>modifizierte Kammer<SEP>100 <tb>Radialdiffusor<SEP>101 <tb>gekrümmte Endwand<SEP>102 <tb>obere Wand<SEP>104 <tb>untere Wand<SEP>106 <tb>stromaufwärtsseitige Seitenwand<SEP>108 <tb>stromabwärtsseitige Seitenwand<SEP>110 <tb>Verbindungsabschnitt<SEP>112 <tb>Turbinenrotorachse (erste Achse)<SEP>114 <tb>Kammerausgangsebene (zweite Achse)<SEP>116 <tb>Stromabwärtsseitige Kante<SEP>118

Claims (10)

1. Abgasdiffusor für eine Turbomaschine aufweisend: einen Diffusor, der in einem Turbinenrotor angeordnet und mit einer Achse dieses Turbinenrotors ausgerichtet ist, wobei der Diffusor dazu eingerichtet ist, Turbinenabgas im Wesentlichen um 90 Grad aus einer ersten Strömungsrichtung entlang der Achse abzulenken; eine Abgaskammer, die in Fluidverbindung mit einem und umschliessend um ein Auslassende des Diffusors angeordnet ist, wobei die Abgaskammer in Fluidverbindung mit einem Verbindungskanal steht, der dazu eingerichtet ist, das Abgas für eine andere Turbomaschine bereitzustellen; wobei sich die Abgaskammer in Bezug auf ihr Volumen in einer Richtung zu dem Verbindungskanal hin erweitert.

2. Abgasdiffusor nach Anspruch 1, wobei die Abgaskammer teilweise in einem Paar von nicht parallelen Seitenwänden und einer peripheren Randwand enthalten ist, die das Paar von nicht parallelen Seitenwänden verbindet.

3. Abgasdiffusor nach Anspruch 2, wobei eine Seitenwand des Paares von nicht parallelen Seitenwänden im Wesentlichen rechtwinklig zu dieser Achse angeordnet ist und/oder wobei sich die andere Seitenwand dieses Paares von nicht parallelen Seitenwänden unter einem Winkel von 20–50° oder 35–45° gegenüber der einen von diesen nicht parallelen Seitenwänden erstreckt.

4. Abgasdiffusor nach Anspruch 2, wobei die periphere Randwand einen gekrümmten Endabschnitt aufweist, der mit einem Paar aus einem oberen und einem unteren Wandabschnitt verbunden ist, die gerade und im Wesentlichen parallel sind.

5. Abgasdiffusor nach Anspruch 4, wobei der gekrümmte Endabschnitt auf einer Seite dieser Achse angeordnet ist und das Paar des oberen und des unteren Wandabschnitts, die gerade und im Wesentlichen parallel sind, diese Achse queren und mit dem Verbindungskanal auf einer gegenüberliegenden Seite dieser Achse verbunden sind.

6. Turbomaschine aufweisend: einen Gasturbinenabschnitt, der einen Turbinenrotor aufweist; einen Radialdiffusor, der entlang einer ersten Achse des Turbinenrotors angeordnet ist; eine Abgaskammer, die einen Abschnitt des Radialdiffusors aufnehmenden Einlass aufweist, wobei die Abgaskammer sich entlang einer zweiten Achse im Wesentlichen rechtwinklig zu dieser ersten Achse erstreckt, wobei sich die Abgaskammer in Bezug auf ihr Volumen entlang der zweiten Achse erweitert.

7. Turbomaschine nach Anspruch 6, wobei die Abgaskammer teilweise in einem Paar von nicht parallelen Seitenwänden und einer peripheren Randwand enthalten ist, die das Paar von nicht parallelen Seitenwänden verbindet.

8. Turbomaschine nach Anspruch 7, wobei eine Wand des Paares von nicht parallelen Seitenwänden im Wesentlichen rechtwinklig zu dieser Achse ausgerichtet ist.

9. Turbomaschine nach Anspruch 8, wobei sich die andere Wand dieses Paares von nicht parallelen Seitenwänden unter einem Winkel von 20–50° oder 35–45° gegenüber der einen Wand dieses Paares von nicht parallelen Seitenwänden erstreckt.

10. Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk-System aufweisend: eine Gasturbine, aufweisend einen Turbinenrotor, der sich entlang einer ersten Achse erstreckt; einen Abhitzedampferzeuger; eine Dampfturbine, die dazu eingerichtet ist, Dampf von dem Abhitzedampferzeuger zu erhalten; einen Radialdiffusor, der entlang der ersten Achse angeordnet ist; und eine Abgaskammer, die einen Abschnitt des Radialdiffusors aufnehmenden Einlass aufweist, wobei die Abgaskammer sich entlang einer zweiten Achse erstreckt, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der ersten Achse ausgerichtet ist, wobei sich die Abgaskammer entlang dieser zweiten Achse in Bezug auf das Volumen erweitert und mit dem Abhitzedampferzeuger kommuniziert.