DE102010038020A1 - exhaust diffuser - Google Patents

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DE102010038020A1
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Deepesh Dinesh Bangalore Nanda
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    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D25/30Exhaust heads, chambers, or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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Abstract

Ein Abgasdiffusor enthält einen zentralen Grundkörper (202, 602), der aufweist: einen Einlass (508), der dazu eingerichtet ist, mit einer Gasturbine verbunden zu werden; eine äußere Wand (206, 504); eine innere Wand (204); und ein stromabwärts des Einlasses gelegenes Ende (212). Die innere Wand bildet von einem Eintrittsort ausgehend zu dem Ende eine fortlaufende Krümmung. Der Diffusor enthält ferner einen zweiten Abschnitt (104, 604), der mit dem Ende des zentralen Grundkörpers verbunden ist.An exhaust gas diffuser includes a central body (202, 602), comprising: an inlet (508) adapted to be connected to a gas turbine; an outer wall (206, 504); an inner wall (204); and an end (212) located downstream of the inlet. The inner wall forms a continuous curvature from an entry point to the end. The diffuser further includes a second portion (104, 604) connected to the end of the central body.

Figure 00000001
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Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNGBACKGROUND TO THE INVENTION

Die hier beschriebene Erfindung betrifft Turbinen und speziell Diffusoren für den Einsatz in Gasturbinen und Dampfturbinen.The invention described herein relates to turbines and especially diffusers for use in gas turbines and steam turbines.

Typische Gasturbinen enthalten einen Diffusorkonus oder Diffusor, der an der Schaufel der letzten Stufe des Rotors angebracht ist. Der Diffusor dient im Wesentlichen dazu, den statischen Druck des Abgases durch eine Verringerung der kinetischen Energie des Abgases zu steigern. Allgemein kann dies durch eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des Diffusors in Richtung des Abgasmassenstroms erreicht werden.Typical gas turbines include a diffuser cone or diffuser attached to the last stage vane of the rotor. The diffuser essentially serves to increase the static pressure of the exhaust gas by reducing the kinetic energy of the exhaust gas. In general, this can be achieved by increasing the cross-sectional area of the diffuser in the direction of the exhaust gas mass flow.

Selbstverständlich sind Diffusoren nicht uneingeschränkt effizient. Eine Quelle von Verlusten und Erzeugung von Turbulenz in Abgasdiffusoren basiert ergibt sich aus der Wechselwirkung der Strömung mit Streben und Inspektionsöffnungen. Die Streben sind strukturelle Elemente, die die Rotorlast von einem Zentrum auf ein Außengehäuse (bzw. eine äußere Wand) übertragen, wobei das Außengehäuse anschließend die Last auf ein Fundament überträgt. Aerodynamisch bilden Streben Hindernisse zwischen der inneren und äußeren Wand des Diffusors. Die innere Wand umgibt gewöhnlich einen Abschnitt der Rotorwelle und andere in Frage kommende Elemente.Of course, diffusers are not fully efficient. A source of losses and generation of turbulence in exhaust diffusers results from the interaction of flow with struts and inspection ports. The struts are structural elements that transmit the rotor load from a center to an outer housing (or outer wall), the outer housing subsequently transferring the load to a foundation. Aerodynamically, struts form obstacles between the inner and outer walls of the diffuser. The inner wall usually surrounds a portion of the rotor shaft and other elements in question.

Der Verlust, der aufgrund der Wechselwirkung der Strömung mit Streben hervorgerufen wird, wird bei hohen Machzahlen an dem Turbinenauslass möglicherweise noch gesteigert, was durch Turbinenbetriebsbedingungen großen Massendurchsatzes und durch Strömungsverteilungen gefördert werden kann, die einen großen Teil der Strömung in der Nähe des Nabenströmungspfads konzentrieren. Streben sind gewöhnlich in der Nähe des Diffusoreinlasses angeordnet, wo sich konstruktionsmäßig der Bereich des größten Diffusionsgradienten befindet. Folglich kann ein in diesem Bereich auftretender Verlust sich entscheidend auf die Leistung und das akustische Verhalten des gesamten Diffusorsystems auswirken.The loss due to the interaction of the flow with struts may be further increased at high Mach numbers at the turbine outlet, which may be promoted by large mass flow turbine operating conditions and by flow distributions that concentrate a large portion of the flow near the hub flowpath. Struts are usually located near the diffuser inlet where, by design, the region of greatest diffusion gradient is located. Consequently, any loss occurring in this area can have a significant impact on the performance and acoustic performance of the entire diffuser system.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein zentraler Grundkörper für einen Abgasdiffusor offenbart. Der zentrale Grundkörper weist eine äußere Wand und eine von der äußeren Wand beabstandete innere Wand auf, wobei die innere Wand eine fortlaufende Krümmung zwischen einem Eintrittsort und einem Ende des zentralen Grundkörpers bildet.According to one aspect of the invention, a central body for an exhaust diffuser is disclosed. The central body has an outer wall and an inner wall spaced from the outer wall, the inner wall forming a continuous curvature between an entry location and an end of the central body.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Abgasdiffusor offenbart. Der Diffusor weist einen zentralen Grundkörper mit einem Einlass auf, der dazu eingerichtet ist, mit einer Gasturbine verbunden zu werden, wobei der zentrale Grundkörper eine äußere Wand, eine innere Wand und ein stromabwärts des Einlasses gelegenes Ende aufweist, wobei die innere Wand eine fortlaufende Krümmung von einem Eintrittsort zu dem Ende bildet. Der zentrale Grundkörper weist einen zweiten Abschnitt auf, der mit dem Ende des zentralen Grundkörpers verbunden ist.According to another aspect of the invention, an exhaust diffuser is disclosed. The diffuser has a central body with an inlet adapted to be connected to a gas turbine, the central body having an outer wall, an inner wall and an end located downstream of the inlet, the inner wall having a continuous curvature from an entry point to the end. The central body has a second portion which is connected to the end of the central body.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Gasturbine, die ein Turbinengehäuse aufweist, das einen Abschnitt der Gasturbine umgibt. Die Turbine enthält ferner einen Abgasdiffusor, der mit dem Turbinengehäuse verbunden ist, das einen zentralen Grundkörper mit einem Einlass aufweist, der dazu eingerichtet ist, mit einer Gasturbine verbunden zu werden, wobei der zentrale Grundkörper eine äußere Wand, eine innere Wand und ein stromabwärts des Einlasses gelegenes Ende aufweist, wobei die innere Wand von einem Eintrittsort zu dem Ende eine fortlaufende Krümmung bildet.Another aspect of the present invention relates to a gas turbine having a turbine housing surrounding a portion of the gas turbine. The turbine further includes an exhaust gas diffuser connected to the turbine housing having a central body with an inlet adapted to be connected to a gas turbine, the central body including an outer wall, an inner wall, and a downstream one Inlet end, wherein the inner wall forms a continuous curvature from an entry point to the end.

Diese und andere Vorteile und Merkmale werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher.These and other advantages and features will become more apparent from the following description taken in conjunction with the drawings.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Der als die Erfindung erachtete behandelte Gegenstand, wird in den der Beschreibung beigefügten Patentansprüchen speziell aufgezeigt und gesondert beansprucht. Die vorausgehend erwähnten und sonstige Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich:The treated article contemplated as the invention is specifically pointed out and claimed separately in the claims appended hereto. The foregoing and other features and advantages of the invention will become apparent upon reading the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:

1 zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht eines Diffusors nach dem Stand der Technik; 1 shows a cutaway side view of a diffuser according to the prior art;

2 zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht eines Diffusors gemäß einem Ausführungsbeispiel; 2 shows a cutaway side view of a diffuser according to an embodiment;

3 zeigt die kinetische Turbulenzenergie, die in den in 1 dargestellten Diffusoren vorliegen kann; 3 shows the kinetic turbulence energy present in the in 1 may be present diffusers represented;

4 zeigt die kinetische Turbulenzenergie, die in den in 2 gezeigten Diffusoren vorhanden sein kann; 4 shows the kinetic turbulence energy present in the in 2 shown diffusers may be present;

5 zeigt einen Graph, der die Turbulenzintensitätsänderung über die Spanne des Radius an dem Grundkörperende veranschaulicht; 5 Fig. 12 is a graph illustrating the turbulence intensity change over the span of the radius at the base end;

6 zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht eines weiteren Diffusors gemäß einem Ausführungsbeispiel; 6 shows a cutaway side view of another diffuser according to an embodiment;

7 zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht noch eines Diffusors gemäß einem Ausführungsbeispiel; 7 shows a cutaway side view nor a diffuser according to an embodiment;

8 veranschaulicht die kinetische Turbulenzenergie in einem Diffusor, wie er in 2 gezeigt ist; und 8th illustrates the kinetic turbulence energy in a diffuser as shown in FIG 2 is shown; and

9 veranschaulicht die kinetische Turbulenzenergie in einem Diffusor, wie er in 7 gezeigt ist. 9 illustrates the kinetic turbulence energy in a diffuser as shown in FIG 7 is shown.

Die detaillierte Beschreibung erläutert mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen.The detailed description, with reference to the drawings, illustrates embodiments of the invention together with advantages and features.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungspfadbereich in dem Strebenkanal durch eine Gestaltung des Innenzylinders (bzw. der inneren Wand) des Diffusors gesteuert. Diese Gestaltung des Strömungspfades wird erzielt, indem die maximale Öffnung bei dem Abschnitt minimalen Querschnitts in dem Diffusor vorliegt, der sich bei der maximalen Strebendicke befindet, wobei eine gezielte Änderung stromaufwärts und stromabwärts der Strebe eine Gestalt des Strömungspfad der inneren Wand erzeugt, und häufig durch Strömungsabriss von Wänden begrenzt ist. Das Grundkörperende ist die Funktion des Radius des zentralen Grundkörpers und des Winkels der Diffusorinnenwand. In ähnlicher Weise wird das Gehäuse gestaltet, indem der Radius des Endes der äußeren Wand festgehalten wird und eine Funktion der radialen Verwirbelung ist. Insbesondere und im Gegensatz zum Stand der Technik, bei der die innere Wand einen oder mehrere ”ebene ” Abschnitte aufweist, kann die innere Wand, in einem Ausführungsbeispiel so gestaltet sein, dass die innere Wand von dem Einlass zu einem Ende eines zentralen Grundkörperabschnitts des Diffusors gekrümmt ist. Hieraus ergibt sich eine geringere Behinderung durch die Strebe und somit eine Verringerung des Verlusts durch die Strebe. In noch einem Ausführungsbeispiel kann die äußere Wand stromaufwärts der Streben gestaltet sein, mit der Folge, dass die Machzahl quer über die Streben verringert wird, ohne die Außenwanddurchmesser zu erweitern, die möglicherweise aufgrund von Versandbeschränkungen einer Turbine begrenzt sind.In one embodiment of the present invention, a flow path area in the strut channel is controlled by a design of the inner cylinder (or inner wall) of the diffuser. This flowpath design is achieved by having the maximum opening at the minimum cross-section portion in the diffuser that is at the maximum strut thickness, with a targeted change creating a shape of the inner wall flowpath upstream and downstream of the strut, and often through Stall is limited by walls. The base end is the function of the radius of the central body and the angle of the diffuser inner wall. Similarly, the housing is shaped by retaining the radius of the end of the outer wall and being a function of the radial swirl. In particular, and in contrast to the prior art, where the inner wall has one or more "planar" sections, in one embodiment, the inner wall may be configured such that the inner wall from the inlet to one end of a central body portion of the diffuser is curved. This results in less obstruction by the strut and thus a reduction in loss by the strut. In yet another embodiment, the outer wall may be configured upstream of the struts, with the result that the mach number across the struts is reduced without expanding the outer wall diameters, which may be limited due to shipping limitations of a turbine.

1 zeigt eine abgeschnittene Seitenansicht eines Diffusors aus dem Stand der Technik 100. Der Diffusor 100 enthält einen zentralen Körperabschnitt 102 und einen zweiten Abschnitt 104. Der zentrale Körperabschnitt 102 und der zweite Abschnitt 104 können getrennt ausgebildet werden und im Einsatz miteinander vereinigt werden. Der zentrale Körperabschnitt 102 weist eine Rotorkammer 106 auf. Die Rotorkammer 106 umgibt im Betrieb einen Abschnitt eines (nicht gezeigten) Gasturbinenrotors. 1 shows a cutaway side view of a diffuser of the prior art 100 , The diffuser 100 contains a central body section 102 and a second section 104 , The central body section 102 and the second section 104 can be formed separately and combined in use. The central body section 102 has a rotor chamber 106 on. The rotor chamber 106 in operation surrounds a portion of a gas turbine rotor (not shown).

Der zentrale Körperabschnitt 102 weist eine innere Wand 108 auf, die aus mindestens einer ersten Ebene 110 und einer zweiten Ebene 112 gebildet ist. Die erste Ebene 110 erstreckt sich von der Nabe 114 zu der zweiten Ebene 112. Die zweite Ebene 112 erstreckt sich von der ersten Ebene 110 zu dem Grundkörperende 118. Der zweite Abschnitt 104 kann einen zylindrischen Kanal aufweisen, der dazu eingerichtet ist, einen Abschnitt eines Rotors oder andere Elemente zu umgeben.The central body section 102 has an inner wall 108 on, coming from at least a first level 110 and a second level 112 is formed. The first level 110 extends from the hub 114 to the second level 112 , The second level 112 extends from the first level 110 to the body end 118 , The second section 104 may comprise a cylindrical channel adapted to surround a portion of a rotor or other elements.

Der zentrale Körperabschnitt 102 kann ferner eine oder mehrere Streben 120 enthalten, die zwischen der inneren Wand 108 und der äußeren Wand 122 ausgebildet sind. Die Strebe 120 dient dazu, die innere Wand 108 und die äußere Wand 122 in einer festen Beziehung zueinander zu halten. Die Anzahl von Streben 120 ist variabel und beträgt üblicherweise vier, fünf oder zehn.The central body section 102 may also include one or more struts 120 included between the inner wall 108 and the outer wall 122 are formed. The strut 120 serves to the inner wall 108 and the outer wall 122 to keep in a fixed relationship to each other. The number of struts 120 is variable and is usually four, five or ten.

Der Diffusor 100 hat einen Diffusoreinlass 124, der gewöhnlich mit einem (nicht gezeigten) Auslass der Gasturbine verbunden ist, und einen Diffusorauslass 126, der mit einem Schalldämpfer verbunden sein kann. Während der in 1 gezeigte Entwurf im Allgemeinen möglicherweise in der Lage ist, den beabsichtigten Zweck zu erfüllen, kann eine solche Konstruktion einen oder mehrere Nachteile aufweisen. Erstens ist die Wechselwirkung der Strömung mit Streben 120, wie im Vorausgehenden beschrieben, eine Hauptursache des Auftretens von Verlusten und Turbulenzen in Abgasdiffusoren. Diese Verluste können mit hohen Machzahlen an dem Turbinenauslass (z. B. hohen Eintrittsgeschwindigkeiten an dem Diffusoreinlass 124) gesteigert werden, was durch Hochstrombetriebsbedingungen und Strömungsverteilungen, die einen großen Teil der Strömung in der Nähe des Strömungspfads der Nabe 114 konzentrieren, gefördert werden kann. Die Streben 120 sind gewöhnlich in der Nähe des Diffusoreinlasses 124 angeordnet, der konstruktionsmäßig der Bereich des größten Diffusionsgradienten ist. Folglich kann sich jeder in diesem Bereich entstandene Verlust maßgebend auf die Leistung des gesamten Diffusorsystems auswirken.The diffuser 100 has a diffuser inlet 124 , which is usually connected to an outlet (not shown) of the gas turbine, and a diffuser outlet 126 which can be connected to a silencer. While in 1 In general, the design shown may be able to achieve the intended purpose, such a construction may have one or more disadvantages. First, the interaction of the flow with struts 120 as described above, a major cause of the occurrence of losses and turbulence in exhaust gas diffusers. These losses can occur with high Mach numbers at the turbine outlet (eg, high entrance velocities at the diffuser inlet 124 ), due to high current operating conditions and flow distributions, which take up much of the flow near the flow path of the hub 114 concentrate, can be promoted. The aspiration 120 are usually near the diffuser inlet 124 arranged, which is the area of the largest diffusion gradient by design. Consequently, any loss incurred in this area can have a significant effect on the performance of the entire diffuser system.

Darüber hinaus beeinflusst das Auftreten großer Turbulenzen das akustische Verhalten der Schalldämpferkonstruktion des Abgasdiffusors nachteilig und kann Schwingungen an einem ersten Bündel von Rohren eines mit dem Diffusor verbundenen HRSG anregen oder eine zusätzliche Ursache dafür sein, was zu einem Ausfall des HRSG führen kann.Moreover, the occurrence of large turbulence adversely affects the acoustic performance of the muffler structure of the exhaust diffuser and may excite or be an additional cause of vibrations on a first bundle of pipes of an HRSG connected to the diffuser, which may result in failure of the HRSG.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Beispiels eines Diffusors 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Diffusor 200 enthält einen zentralen Grundkörper 202 und einen zweiten Abschnitt 104. Im Betrieb strömt Abgas aus der Gasturbine durch den Diffusor in der mit dem Pfeil A bezeichneten Richtung. In dieser Beschreibung, befindet sich ein Objekt ”stromabwärts” eines anderen Objekts oder einer Position, falls es davon in Richtung des Pfeils A beabstandet ist, und es befindet sich ”stromaufwärts”, falls es in einer gegenüber dem Pfeil A entgegengesetzten Richtung davon beabstandet ist. 2 shows an embodiment of an example of a diffuser 200 according to an embodiment. The diffuser 200 contains a central body 202 and a second section 104 , In operation, exhaust gas from the gas turbine flows through the diffuser in the direction indicated by the arrow A. In this description, an object is located "downstream" of another object or position if it is spaced therefrom in the direction of the arrow A, and is "upstream" if it is spaced apart in a direction opposite to the arrow A therefrom ,

Der zentrale Grundkörper 202 weist eine innere Wand 204 und eine äußere Wand 206 auf. Die Streben 120 halten die innere Wand 204 in einer festen Beziehung zu der äußeren Wand 206. Die innere Wand 204 bildet eine innere Kammer 208, durch die einen Abschnitt eines Rotors hindurchgeführt sein kann. Der zentrale Grundkörper 202 weist außerdem einen Einlass 211 auf.The central body 202 has an inner wall 204 and an outer wall 206 on. The aspiration 120 hold the inner wall 204 in a fixed relationship to the outer wall 206 , The inner wall 204 forms an inner chamber 208 through which a portion of a rotor may pass. The central body 202 also has an inlet 211 on.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel verläuft die innere Wand 204 gekrümmt von einem Eintrittsort 210 zu einem Grundkörperende 212. In einem Ausführungsbeispiel ist die Krümmung eine fortlaufende Krümmung. In einem Ausführungsbeispiel weist die Krümmung ein Keilprofil auf. In einem Ausführungsbeispiel ist die innere Wand ausgehend von einem geringen Abstand stromabwärts des Eintrittsorts 210 zu dem Grundkörperende 212 gekrümmt. In einem Ausführungsbeispiel bildet die innere Wand 204 eine fortlaufende Krümmung von dem Grundkörperende 212 zu einem Bereich stromaufwärts einer oder mehrerer Streben 120. In einem Ausführungsbeispiel kann sich der Eintrittsort 210 an einer beliebigen Stelle zwischen dem Einlass 211 und den Streben 120 befinden.According to one embodiment, the inner wall extends 204 curved from an entry point 210 to a body end 212 , In one embodiment, the curvature is a continuous curvature. In one embodiment, the curvature has a spline profile. In one embodiment, the inner wall is located a short distance downstream of the entry location 210 to the body end 212 curved. In one embodiment, the inner wall forms 204 a continuous curvature from the base end 212 to an area upstream of one or more struts 120 , In one embodiment, the entry location may be 210 anywhere between the inlet 211 and the pursuit 120 are located.

Die erste Ebene 110 und eine zweite Ebene 112 aus 1 sind als Gegensatz (gestichelt gezeichnet) dargestellt und sind nicht Teil des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels. Wie aus 2 zu entnehmen, vergrößert die Gestaltung einer gekrümmten inneren Wand 204 die Querschnittsfläche des zentralen Grundkörpers 202. Dies kann in einem Ausführungsbeispiel eine durch die Streben 120 verursachte Turbulenz verringern, ohne den Außendurchmesser der äußeren Wand 206 gegenüber dem nach dem Stand verwendeten zu erweitern. In noch einem Ausführungsbeispiel kann die Verwendung einer gekrümmten inneren Wand 204 erlauben, die äußere Wand 206 mit einem kleineren Durchmesser zu bemessen.The first level 110 and a second level 112 out 1 are shown as opposites (drawn in pencil) and are not part of the in 2 shown embodiment. How out 2 to remove increases the design of a curved inner wall 204 the cross-sectional area of the central body 202 , This can be done in one embodiment by the struts 120 reduce turbulence, without the outer diameter of the outer wall 206 to expand compared to the used by the state. In yet another embodiment, the use of a curved inner wall 204 allow the outer wall 206 with a smaller diameter.

3 bzw. 4 veranschaulichen die kinetische Turbulenzenergie (k) in Grundkörpern 102 und 202, wie sie in 1 und 2 gezeigt sind. Der Wert k ist durch die Schwankungen der Geschwindigkeit definiert und hat die Dimensionen (Länge2/Zeit2). In 3 und 4 ist der Bereich, der die niedrigsten k-Werte (in der Größenordnung von 0,0 bis 100 m2/s2) aufweist, mit Bezugszeichen 302 bezeichnet. Wie ersichtlich, ist der Bereich mit dem niedrigen k-Wert in 3 wesentlich kleiner als in 4. Dementsprechend ist die kinetische Turbulenzenergie des zentralen Grundkörpers 202 geringer als diejenige des zentralen Grundkörpers 102. Geringere k-Werte bedeuten geringere Verluste. 3 respectively. 4 illustrate the kinetic turbulence energy (k) in basic bodies 102 and 202 as they are in 1 and 2 are shown. The value k is defined by the variations of the velocity and has the dimensions (length 2 / time 2 ). In 3 and 4 is the region having the lowest k values (of the order of 0.0 to 100 m 2 / s 2 ) with reference numbers 302 designated. As can be seen, the low k region is in 3 much smaller than in 4 , Accordingly, the kinetic turbulence energy of the central body is 202 less than that of the central body 102 , Lower k values mean lower losses.

5 zeigt die Änderung der Turbulenzintensität (x-Achse) abgetragen an der Spanne der Länge eines zentralen Grundkörpers (y-Achse). Die Turbulenzintensität ist in diesem Beispiel definiert mit: I = ((k2/3)1/2)/(mittlere Geschwindigkeit an dem Einlass des zentralen Grundkörpers). In 5 repräsentiert die Krümmung 402 die Intensität I für den zentralen Grundkörper 102, und die Krümmung 404 repräsentiert die Intensität I für den zentralen Grundkörper 202. Für beide Krümmungen 402 und 404 enthält der zentrale Grundkörper 10 Streben 120. 5 shows the change in turbulence intensity (x-axis) plotted on the span of the length of a central body (y-axis). The turbulence intensity in this example is defined as: I = ((k 2/3 ) 1/2 ) / (average velocity at the central body inlet). In 5 represents the curvature 402 the intensity I for the central body 102 , and the curvature 404 represents the intensity I for the central body 202 , For both curvatures 402 and 404 contains the central body 10 pursuit 120 ,

Außerdem zeigten experimentell gewonnene Daten, dass der Erholungsfaktor (RF, Recover Factor) des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels größer ist als derjenige von 1. In der Tat haben experimentelle Daten zwischen dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach 2 und dem in 1 gezeigten Beispiel eine Steigerung des RF von über 10 Prozent nachgewiesen.In addition, experimental data showed that the recovery factor (RF) of the in 2 shown embodiment is greater than that of 1 , In fact, experimental data between the inventive embodiment after 2 and in 1 demonstrated an increase in RF of over 10 percent.

6 zeigt noch ein Ausführungsbeispiel eines Diffusors 502. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Diffusor 502 eine modifizierte äußere Wand 504 auf. Die Außenwand 504 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem gekrümmten Abschnitt 506 ausgebildet. Der gekrümmte Abschnitt 506 erstreckt sich von einem Einlass 508 des Diffusors 502 zu einer Stelle stromabwärts des Einlasses 508. In einem Ausführungsbeispiel weist der Diffusor 502 einen Radius r auf, und der gekrümmte Abschnitt 506 erstreckt sich nicht über einen Abstand r von der Mittelachse 510 des Diffusors hinaus. In einem Ausführungsbeispiel kann die innere Wand 512 gestaltet sein, wie es in 1 oder 2 gezeigt ist. 6 shows yet another embodiment of a diffuser 502 , In this embodiment, the diffuser 502 a modified outer wall 504 on. The outer wall 504 is in this embodiment with a curved portion 506 educated. The curved section 506 extends from an inlet 508 of the diffuser 502 to a point downstream of the inlet 508 , In one embodiment, the diffuser 502 a radius r, and the curved portion 506 does not extend over a distance r from the central axis 510 of the diffuser. In one embodiment, the inner wall 512 be designed as it is in 1 or 2 is shown.

7 zeigt in einer abgeschnittenen Seitenansicht noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der in 7 gezeigte Diffusor 600 weist einen zentralen Grundkörper 602 und einen zweiten Abschnitt 604 auf. Der zweite Abschnitt 604 kann getrennt von dem zentralen Grundkörper 602 ausgebildet sein und mit diesem entlang einer Eintrittsseitenwand 605 des zweiten Abschnitts 604 verbunden sein. Selbstverständlich kann der zentrale Grundkörper 602 und der zweite Abschnitt 604 auch einstückig ausgebildet sein. 7 shows in a cutaway side view still another embodiment of the present invention. The in 7 shown diffuser 600 has a central body 602 and a second section 604 on. The second section 604 can be separated from the central body 602 be formed and with this along an entrance side wall 605 of the second section 604 be connected. Of course, the central body 602 and the second section 604 also be formed in one piece.

Der zweite Abschnitt 604 weist eine innere Wand 612 auf. In einem Ausführungsbeispiel ist die Eintrittsseitenwand 605 über die Krümmung 606 mit der inneren Wand 612 verbunden. Dies steht im Gegensatz zu dem exemplarisch durch gestrichelte Linien 608 und 610 veranschaulichten Stand der Technik.The second section 604 has an inner wall 612 on. In one embodiment, the entrance sidewall is 605 about the curvature 606 with the inner wall 612 connected. This is in contrast to the example by dashed lines 608 and 610 illustrated prior art.

Vorteilhafterweise wird die kinetische Turbulenzenergie, wie in 8 und 9 gezeigt, durch die Verwendung der Krümmung 606 reduziert. 8 veranschaulicht die kinetische Turbulenzenergie in einem Diffusor, wie er in 2 gezeigt ist. 8 weist Bereiche 702, 704 und 706 auf, die Bereiche gesteigerter Turbulenz sind. 9 veranschaulicht die kinetische Turbulenzenergie im Falle eines Diffusors, der einen zweiten Abschnitt 604 aufweist, wie er in 7 gezeigt ist. Der in 9 gezeigte Diffusor weist keine Bereiche 702, 704 und 706 auf. Dies zeigt, dass in der Konstruktion, in der ein wie in 7 gezeigter zweiter Abschnitt 602 verwendet wird, weniger Turbulenz vorhanden ist.Advantageously, the kinetic turbulence energy, as in 8th and 9 shown by the use of the curvature 606 reduced. 8th illustrates the kinetic turbulence energy in a diffuser as shown in FIG 2 is shown. 8th has areas 702 . 704 and 706 which are areas of increased turbulence. 9 illustrates the kinetic turbulence energy in the case of a diffuser having a second section 604 has, as in 7 is shown. The in 9 shown diffuser has no areas 702 . 704 and 706 on. This shows that in the construction, in the one as in 7 shown second section 602 is used, less turbulence is present.

Es versteht sich, dass die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zur Vereinfachung der Erläuterung getrennt gezeigt sind. Weiter ist selbstverständlich, dass jedes hierin beschriebene Ausführungsbeispiel mit jedem der übrigen hier dargelegten Ausführungsbeispiele kombiniert werden kann. Beispielsweise kann die gekrümmte innere Wand nach 2 mittels eines Diffusors durchgeführt sein, der eine gekrümmte äußere Wand aufweist, wie sie in 6 gezeigt ist. Darüber hinaus kann eines oder beide der in 2 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiele einen zweiten Abschnitt aufweisen, wie er in 7 gezeigt ist.It should be understood that the various embodiments of the present invention are shown separately for ease of explanation. It is further understood that each embodiment described herein may be combined with any of the other embodiments set forth herein. For example, the curved inner wall may be after 2 be performed by means of a diffuser having a curved outer wall, as in 6 is shown. In addition, one or both of the 2 and 6 shown embodiments have a second portion, as in 7 is shown.

Während die Erfindung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben wurde, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf derartige beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es ferner selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung möglicherweise lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.While the invention has been described in detail only by means of a limited number of embodiments, it should be readily understood that the invention is not limited to such described embodiments. Rather, the invention may be modified to embody any number of variations, modifications, substitutions, or equivalent arrangements not heretofore described, which, however, are within the scope of the invention. While various embodiments of the invention have been described, it is further understood that aspects of the invention may include only some of the described embodiments. Accordingly, the invention should not be construed as being limited by the foregoing description, but is limited only by the scope of the appended claims.

Ein Abgasdiffusor enthält einen zentralen Grundkörper 202, 602, der aufweist: einen Einlass 508, der dazu eingerichtet ist, mit einer Gasturbine verbunden zu werden; eine äußere Wand 206, 504; eine innere Wand 204; und ein stromabwärts des Einlasses gelegenes Ende 212. Die innere Wand bildet von einem Eintrittsort ausgehend zu dem Ende eine fortlaufende Krümmung. Der Diffusor enthält ferner einen zweiten Abschnitt 104, 604, der mit dem Ende des zentralen Grundkörpers verbunden ist.An exhaust gas diffuser contains a central body 202 . 602 comprising: an inlet 508 which is adapted to be connected to a gas turbine; an outer wall 206 . 504 ; an inner wall 204 ; and an end located downstream of the inlet 212 , The inner wall forms a continuous curvature from an entry point to the end. The diffuser further includes a second section 104 . 604 which is connected to the end of the central body.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100, 200, 502, 600100, 200, 502, 600
Diffusor nach dem Stand der TechnikDiffuser according to the prior art
102, 202, 602102, 202, 602
Zentraler KörperabschnittCentral body section
104, 604104, 604
Zweiter Abschnittsecond part
106106
Rotorkammerrotor chamber
108, 204, 512, 612108, 204, 512, 612
Innere WandInner wall
110110
Erste EbeneFirst floor
112112
Zweite Ebenesecond level
114114
Nabehub
118, 212118, 212
GrundkörperendeBody end
120120
Strebenpursuit
122, 206, 504122, 206, 504
Äußere WandOuter wall
124, 211, 508124, 211, 508
Diffusoreinlassdiffuser inlet
126126
Diffusorauslassdiffuser outlet
208208
Innere KammerInner chamber
210210
Eintrittsortof entry
302302
Ventilbereich mit geringem k-WertValve range with low k-value
402, 404402, 404
Krümmungcurvature
506, 606506, 606
Gekrümmter Abschnitt der äußeren WandCurved section of the outer wall
510510
Mittelliniecenter line
605605
SeitenwandSide wall
608, 610608, 610
Gepunktete LinienDotted lines
702, 704, 706702, 704, 706
Bereiche gesteigerter TurbulenzAreas of increased turbulence

Claims (10)

Zentraler Grundkörper (202, 602) für einen Abgasdiffusor, wobei der zentrale Grundkörper aufweist: eine äußere Wand (206, 504); und eine innere Wand (206), die von der äußeren Wand beabstandet ist, wobei die innere Wand eine fortlaufende Krümmung zwischen einem Eintrittsort (210) und einem Ende (212) des zentralen Grundkörpers bildet.Central body ( 202 . 602 ) for an exhaust gas diffuser, the central main body comprising: an outer wall ( 206 . 504 ); and an inner wall ( 206 ) spaced from the outer wall, the inner wall having a continuous curvature between an entry location (Fig. 210 ) and one end ( 212 ) of the central body. Zentraler Grundkörper nach Anspruch 1, zu dem gehören: eine oder mehrere Streben (120), die zwischen der inneren Wand und der äußeren Wand angebracht sind.A central body according to claim 1, which includes: one or more struts ( 120 ) mounted between the inner wall and the outer wall. Zentraler Grundkörper nach Anspruch 2, wobei der Eintrittsort sich stromaufwärts der einen oder der mehreren Streben befindet, und wobei sich das Ende stromabwärts der Streben befindet.The central body of claim 2, wherein the entry location is upstream of the one or more struts, and wherein the end is downstream of the struts. Zentraler Grundkörper nach Anspruch 1, wobei die äußere Wand einen gekrümmten Abschnitt (506) aufweist, der sich ausgehend von einem Einlass (508) zu einer Stelle stromabwärts des Einlasses erstreckt. A central body according to claim 1, wherein the outer wall has a curved portion (Fig. 506 ) extending from an inlet ( 508 ) extends to a location downstream of the inlet. Zentraler Grundkörper nach Anspruch 1, in Verbindung mit einem zweiten Abschnitt (604), der eine Eintrittsseitenwand (605) aufweist, die über einen gekrümmten Abschnitt (606) mit einer inneren Wand (612) des zweiten Abschnitts verbunden ist.Central body according to claim 1, in combination with a second section ( 604 ), which has an entrance sidewall ( 605 ) having a curved portion ( 606 ) with an inner wall ( 612 ) of the second section is connected. Zentraler Grundkörper nach Anspruch 1, in Verbindung mit einer Gasturbine.Central body according to claim 1, in conjunction with a gas turbine. Abgasdiffusor, zu dem gehören: ein zentraler Grundkörper (202, 602) mit einem Einlass (211), der dazu eingerichtet ist, mit einer Gasturbine verbunden zu werden, wobei der zentrale Grundkörper eine äußere Wand (206, 504), eine innere Wand (204) und ein stromabwärts des Einlasses gelegenes Ende (212) aufweist, wobei die innere Wand eine fortlaufende Krümmung von einem Eintrittsort zu dem Ende bildet; und ein zweiter Abschnitt (104, 604), der mit dem Ende des zentralen Grundkörpers verbunden ist.Exhaust gas diffuser, which includes: a central body ( 202 . 602 ) with an inlet ( 211 ), which is adapted to be connected to a gas turbine, wherein the central body an outer wall ( 206 . 504 ), an inner wall ( 204 ) and an end located downstream of the inlet ( 212 ), wherein the inner wall forms a continuous curvature from an entry point to the end; and a second section ( 104 . 604 ), which is connected to the end of the central body. Abgasdiffusor nach Anspruch 7, in Verbindung mit einer Gasturbine.Exhaust diffuser according to claim 7, in connection with a gas turbine. Abgasdiffusor nach Anspruch 7, wobei die äußere Wand eine Krümmung von dem Einlass zu einer Stelle stromabwärts des Einlasses bildet.The exhaust diffuser of claim 7, wherein the outer wall forms a curve from the inlet to a location downstream of the inlet. Abgasdiffusor nach Anspruch 7, wobei der zentrale Grundkörper in der inneren Wand eine Ausnehmung aufweist, um einen Rotor aufzunehmen.Exhaust diffuser according to claim 7, wherein the central body in the inner wall has a recess to receive a rotor.
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