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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Abgasdiffusor für eine Gasturbine. Insbesondere beschreibt die vorliegende Erfindung eine Strebe, die eine Strömungsablösung innerhalb des Abgasdiffusors reduziert, um den Wirkungsgrad der Gasturbine zu verbessern.
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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Gasturbinen werden in industriellen und Energieerzeugungsbetrieben häufig verwendet. Eine typische Gasturbine enthält einen Verdichterabschnitt, einen Brennkammerabschnitt stromabwärts von dem Verdichterabschnitt und einen Turbinenabschnitt stromabwärts von der Brennkammer. Ein Arbeitsfluid, wie beispielsweise Umgebungsluft, strömt in den Verdichterabschnitt hinein, wo es verdichtet wird, bevor es in die Brennkammer einströmt. Das verdichtete Arbeitsfluid wird innerhalb der Brennkammer mit einem Brennstoff vermischt und verbrannt, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die eine hohe Temperatur, einen hohen Druck und eine hohe Geschwindigkeit aufweisen. Die Verbrennungsgase strömen von der Brennkammer aus und expandieren schnell beim Durchgang durch den Turbinenabschnitt, um eine Welle zu drehen und Arbeit zu verrichten. Die Verbrennungsgase werden dann aus dem Turbinenabschnitt durch einen Abgasdiffusor ausgegeben, der stromabwärts von dem Turbinenabschnitt positioniert ist.
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Der Abgasdiffusor enthält gewöhnlich eine Innenwand und eine Außenwand, die von der Innenwand radial getrennt ist, um einen Strömungsdurchgang durch den Diffusor zu bilden. Eine oder mehrere Streben erstrecken sich zwischen der Innen- und der Außenwand, um eine strukturelle Stütze für die Außenwand zu schaffen.
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Die Streben sind für einen Grundlast- oder Volllastbetrieb mit voller Drehzahl mit einem minimalen Angriffswinkel optimiert, um den Luftwiderstand zu minimieren, wobei jedoch der Angriffswinkel aufgrund eines zunehmenden Dralls am Turbinenauslass während eines Betriebs bei niedriger Last zunimmt. Da der Angriffswinkel zunimmt, steigt der Luftwiderstand, wodurch eine Wirbelablösung auftritt, die seitlich sich ausbreitende Wirbelschleppen erzeugt. Derartige Wirbelschleppen können instabil sein und können unerwünschte strömungsinduzierte Kräfte, Schwingungen und zugehörigen Lärm hervorrufen. Die induzierten Kräfte und Schwingungen können zum strukturellen Ermüdungsfehler unter Reduktion der strukturellen Lebensdauer führen. Frühere Versuche, eine Wirbelablösung von Wirbelkörpern zu kontrollieren, umfassten das Vorsehen zusätzlicher Komponenten, wie beispielsweise Spoiler, Wirbelgeneratoren und Hinterkantenanbringungen mit verschiedenen Erfolgs- und Komplexitätsgraden. Folglich würde eine verbesserte Strebenkonstruktion in der Technik nützlich sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Vorteile der Erfindung sind nachstehend in der folgenden Beschreibung erläutert oder können aus der Beschreibung offensichtlich sein, oder sie können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis erfahren werden.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Abgasdiffusor, der eine Innenwand aufweist, die sich entlang einer axialen Mittellinie des Abgasdiffusors erstreckt. Eine Außenwand ist zu der Innenwand koaxial ausgerichtet. Die Außenwand ist von der Innenwand radial getrennt, um so einen Strömungsdurchgang dazwischen zu definieren. Eine tragflächenprofilförmige Strebe ist in dem Strömungsdurchgang angeordnet. Die Strebe erstreckt sich zwischen der Innen- und der Außenwand. Die Strebe enthält eine Vorderkante und eine Hinterkante, die relativ zu einer Strömungsrichtung durch den Strömungsdurchgang positioniert sind. Die Vorderkante und die Hinterkante laufen spitz zu von der Innenwand bis zu der Außenwand in der Strömungsrichtung durch den Durchgang hindurch.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Abgasdiffusor, der eine Innenwand aufweist, die sich entlang einer axialen Mittellinie des Abgasdiffusors erstreckt. Eine Außenwand, die ein erstes Segment stromaufwärts von einem zweiten Segment aufweist, ist zu der Innenwand koaxial ausgerichtet. Das erste und das zweite Segment sind von der Innenwand radial getrennt, um einen Strömungsdurchgang durch den Abgasdiffusor zu definieren. In dem Strömungsdurchgang ist eine tragflächenprofilformige Strebe angeordnet. Die Strebe erstreckt sich zwischen der Innenwand und dem ersten und zweiten Segment der Außenwand. Die Strebe enthält eine Vorderkante und eine Hinterkante, die relativ zu einer Strömungsrichtung durch den Strömungsdurchgang positioniert sind. Die Vorderkante und die Hinterkante laufen spitz zu in der Strömungsrichtung durch den Durchgang. Die Vorderkante ist von der Innenwand zu dem ersten Segment der Außenwand verjüngt, und die Hinterkante ist von der Innenwand zu dem zweiten Segment der Außenwand verjüngt.
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Die vorliegende Erfindung enthält ferner eine Gasturbine, die einen Verdichterabschnitt an einem vorderen Ende der Gasturbine, eine Brennkammer stromabwärts von dem Verdichterabschnitt, einen Turbinenabschnitt stromabwärts von dem Brennkammerabschnitt und einen Abgasdiffusor stromabwärts von dem Turbinenabschnitt enthält. Der Abgasdiffusor enthält eine Innenwand, die sich entlang einer axialen Mittellinie des Abgasdiffusors erstreckt, und eine Außenwand, die zu der Innenwand koaxial ausgerichtet ist. Die Außenwand ist von der Innenwand radial getrennt, um einen Strömungsdurchgang dazwischen zu definieren. Eine tragflächenprofilförmige Strebe ist in dem Strömungsdurchgang angeordnet. Die Strebe erstreckt sich zwischen der Innen- und der Außenwand. Die Strebe enthält eine Vorderkante und eine Hinterkante, die relativ zu einer Strömungsrichtung durch den Strömungsdurchgang positioniert sind. Die Vorderkante und die Hinterkante sind von der Innenwand zu der Außenwand in der Strömungsrichtung spitz zulaufend bzw. verjüngt.
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Fachleute auf dem Gebiet werden die Merkmale und Aspekte derartiger Ausführungsformen und weiterer bei einer Durchsicht der Beschreibung besser erkennen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine umfassende und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich deren bester Ausführungsart, für Fachleute auf dem Gebiet ist insbesondere in dem Rest der Beschreibung gegeben, die eine Bezugnahme auf die beigefügten Figuren enthält, in denen zeigen:
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1 eine quergeschnittene Seitenansicht einer bekannten Gasturbine;
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2 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines Abgasdiffusors, wie er in 1 veranschaulicht ist;
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3 eine quergeschnittene Seitenansicht des Abgasdiffusors, geschnitten an der Schnittlinie 3-3, wie in 2 veranschaulicht, gemäß wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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4 eine quergeschnittene Seitenansicht des Abgasdiffusors, geschnitten an der Schnittlinie 3-3, wie in 2 veranschaulicht, gemäß wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
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5 eine quergeschnittene Draufsicht auf eine tragflächenprofilförmige Strebe, geschnitten entlang der Schnittlinie 5-5, wie in 2 veranschaulicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird nun im Einzelnen auf vorliegende Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet Bezeichnungen in Form von Zahlen und Buchstaben, um auf Merkmale in den Zeichnungen zu verweisen. Gleiche oder ähnliche Bezeichnungen in den Zeichnungen und der Beschreibung werden verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung Bezug zu nehmen. In dem hierin verwendeten Sinne können die Ausdrücke „erste”, „zweite” und „dritte” gegeneinander austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, und sie sind nicht dazu gedacht, eine Lage oder Wichtigkeit der einzelnen Komponenten anzugeben. Zusätzlich beziehen sich die Ausdrücke „stromaufwärts” und „stromabwärts” auf die relative Lage der Komponenten in einem Fluidweg. Z. B. befindet sich eine Komponente A stromaufwärts von einer Komponente B, wenn ein Fluid von der Komponente A zu der Komponente B strömt. Im Gegenzug befindet sich eine Komponente B stromabwärts von einer Komponente A, wenn die Komponente B eine Fluidströmung von der Komponente A empfängt.
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Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung, nicht zur Beschränkung der Erfindung vorgesehen. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offenkundig sein, dass Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren Umfang und/oder Rahmen abzuweichen. Z. B. können Merkmale, die als ein Teil einer einzelnen Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit besteht die Absicht, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Variationen mit abdeckt, wie sie in den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Mittel zur Reduktion aerodynamischer Verluste an Diffusorstreben und inneren und äußeren Wandoberflächen bereit, die auf eine Strömungsablösung von Verbrennungsabgasen zurückgehen, die von einer Turbine einer Gasturbine aus und in den Abgasdiffusor hinein mit hohen tangentialen Strömungswinkeln, insbesondere im Teillastbetrieb der Gasturbine, strömen. Die hohen tangentialen Winkel oder der „Drall” und die resultierende Strömungsablösung reduzieren die statische Druckerholung, wodurch der gesamte Gasturbinenwirkungsgrad reduziert wird.
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Die vorliegende Offenbarung sieht mehrere tragflächenprofilförmige Streben vor, die eine Vorder- und eine Hinterkante aufweisen, wenn die Strebe innerhalb des Abgasdiffusors in Bezug auf eine Strömungsrichtung durch einen Fluiddurchgang, der sich durch den Abgasdiffusor erstreckt, positioniert ist. Allgemein weist jede Strebe ein aerodynamisches Profil auf, das die Strömungsablösung über der Strebe reduziert. Insbesondere sind die Vorder- und die Hinterkante jeder Strebe von der Innen- zu der Außenwand in einer gemeinsamen Richtung in Bezug auf die Strömungsrichtung kegelförmig bzw. spitz zulaufend, wodurch die gesamte Gasturbinenleistung in der Gegenwart starker Drallbedingungen verbessert wird. Obwohl beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die Zwecke der Veranschaulichung allgemein in dem Zusammenhang mit einem Abgasdiffusor, der in eine Gasturbine aufgenommen ist, beschrieben sind, wird ein Fachmann auf dem Gebiet ohne Weiteres erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf einen beliebigen Abgasdiffusor angewandt werden können und nicht auf Abgasdiffusoren von Gasturbinen beschränkt sind, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist.
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Gewöhnlich wird eine industrielle Gasturbine mit Grundlastdrehzahl betrieben, wobei die Streben an einer einzelnen Position mit einem minimalen Drallwinkel zur Erzielung einer maximalen Turbineneffizienz fixiert sind. Z. B. weist der Abgasdrallwinkel an dem Einlass zu dem Diffusor während eines Nicht-Grundlastbetriebs einen minimalen Wert von etwa 60° auf. Wenn dies auftritt, ist eine Saugseite der Strebe den Gasen mit hohem Drallwinkel ausgesetzt. Dies erzeugt Wirbelkörper, von denen Wirbel von der Strebe seitlich abgelöst werden, wodurch die Wirbelschleppen erzeugt werden.
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Für eine gerade Strebe wird ein einziger dominanter Wirbelablösemodus an einer spezifischen Frequenz erzeugt, was zu unerwünschten strömungsinduzierten Kräften, Schwingungen und zugehörigem Lärm führen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, variiert jedoch eine Verjüngung oder axiale Schrägung der Streben zwischen der Wurzel und der Spitze die Strömungsablösung entlang der radialen Spannweite der Strebe, was eine variierende Amplitude und Frequenz zur Folge hat. Auf diese Weise wird eine einzige dominante Wirbelablösefrequenz reduziert.
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Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, veranschaulicht 1 ein Beispiel für eine bekannte Gasturbine 10. Wie veranschaulicht, enthält die Gasturbine 10 allgemein einen Verdichterabschnitt 12, der einen Einlass 14 aufweist, der an einem stromaufwärtigen Ende der Gasturbine 10 angeordnet ist, und ein Gehäuse 16, das den Verdichterabschnitt 12 wenigstens teilweise umgibt. Die Gasturbine 10 enthält ferner einen Verbrennungsabschnitt 18 mit einer Brennkammer 20 stromabwärts von dem Verdichterabschnitt 12 und einen Turbinenabschnitt 22 stromabwärts von dem Verbrennungsabschnitt 18. Eine Welle 24 erstreckt sich im Wesentlichen axial durch die Gasturbine 10 hindurch. Der Turbinenabschnitt 22 enthält allgemein abwechselnde Stufen von stationären Leitschaufeln 26 und Turbinenlaufschaufeln 28, die innerhalb des Turbinenabschnitts 22 entlang einer axialen Mittellinie 30 der Welle 24 positioniert sind. Ein Gehäuse 32 umgibt die abwechselnden Stufen der stationären Leitschaufeln 26 und der Turbinenlaufschaufeln 28 längs des Umfangs. Ein Abgasdiffusor 34 ist stromabwärts von dem Turbinenabschnitt 22 positioniert.
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Im Betrieb wird Luft 36 oder ein anderes Arbeitsfluid in den Einlass 14 des Verdichterabschnitts 12 eingesaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft strömt in den Verbrennungsabschnitt 18 hinein und wird mit Brennstoff vermischt, um ein brennbares Gemisch zu bilden, das in einem Brennraum 38 verbrannt wird, der innerhalb der Brennkammer 20 definiert ist, wodurch ein Heißgas 40 erzeugt wird, das von dem Brennraum 38 aus in den Turbinenabschnitt 22 strömt. Das Heißgas 40 expandiert schnell, während es durch die abwechselnden Stufen der stationären Leitschaufeln 26 und der Turbinenlaufschaufeln 28 des Turbinenabschnitts 22 strömt.
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Thermische und/oder kinetische Energie wird von dem Heißgas 40 auf jede Stufe der Turbinenlaufschaufeln 28 übertragen, wodurch die Welle 24 veranlasst wird, umzulaufen und mechanische Arbeit zu verrichten. Das Heißgas 40 tritt aus dem Turbinenabschnitt 22 aus und strömt durch den Abgasdiffusor 34 über mehrere tragflächenprofilförmige Streben 42, die innerhalb des Abgasdiffusors 34 angeordnet sind. Das Heißgas 40, das von dem Turbinenabschnitt 22 aus in den Abgasdiffusor 34 einströmt, weist einen hohen Grad des Dralls auf, der durch die umlaufenden Turbinenlaufschaufeln 28 erzeugt wird, was dadurch Strömungsverluste beim Durchgang durch den Abgasdiffusor 34 aufgrund einer Wirbelablösung und Strömungsablösung zur Folge hat, wenn das Heißgas 40 über den Streben 42 und über den Innenwänden des Abgasdiffusors 34 strömt.
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2 zeigt eine vereinfachte stromabwärts gerichtete Querschnittsansicht eines beispielhaften Abgasdiffusors 34, wie er für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Wie veranschaulicht, enthält der Abgasdiffusor 34 allgemein eine Innenwand 44 und eine Außenwand 46. Die Innenwand 44 erstreckt sich im Wesentlichen axial entlang einer axialen Mittellinie 48 des Abgasdiffusors 34. Die Innenwand 44 ist im Wesentlichen kreisringförmig gestaltet und kann umlaufende Komponenten umgeben. Z. B. kann die Innenwand 44 einen Abschnitt der Welle 24 der Gasturbine 10 umgeben oder umschließen.
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Wie in 2 veranschaulicht, ist die Außenwand 46 von der Innenwand 44 in Bezug auf eine Ebene radial getrennt, die sich senkrecht zu der axialen Mittellinie 48 des Abgasdiffusors 34 erstreckt. Die Außenwand 46 umgibt allgemein die Innenwand 44, um einen Fluidströmungsdurchgang 52 durch den Abgasdiffusor 34 hindurch zwischen der Innen- und der Außenwand 44, 46 zu definieren. In bestimmten Ausführungsformen ist die Außenwand 46 zu der Innenwand 44 koaxial ausgerichtet. In manchen Ausführungsformen kann die Außenwand 46 eine doppelwandige Konstruktion sein, wobei die Innenwand 54 durch einen Luftzwischenraum von einer Außenwand 56 radial getrennt ist. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf irgendeine bestimmte Größe, Gestalt, irgendein bestimmtes Material oder irgendwelche anderen physikalischen Eigenschaften der Innenwand 44, der Außenwand 46 und/oder der Außenwände 54, 56 beschränkt, sofern dies nicht in den Ansprüchen angegeben ist.
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3 veranschaulicht eine Längsschnittansicht, geschnitten entlang der Linie 3-3 des Abgasdiffusors 34, wie er in 2 veranschaulicht ist, gemäß wenigstens einer Ausführungsform, und 4 veranschaulicht eine Längsschnittansicht, geschnitten entlang der Linie 3-3 des Abgasdiffusors 34, wie er in 2 veranschaulicht ist, gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 3 veranschaulicht, enthält die Außenwand 46 ein erstes Segment 58 unmittelbar stromabwärts von dem Turbinenabschnitt 22 und ein zweites Segment 60, das unmittelbar stromabwärts von dem ersten Segment 58 positioniert ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen sind das erste und das zweite Segment 58, 60 zu der Innenwand 44 koaxial ausgerichtet. Das erste und das zweite Segment 58, 60 sind von der Innenwand in Bezug auf eine Ebene, die sich senkrecht zu der axialen Mittelinie 48 des Abgasdiffusors 34 erstreckt, radial getrennt. Das erste und das zweite Segment 58, 60 sind von der Innenwand 44 radial getrennt, um wenigstens teilweise den Fluidströmungsdurchgang 52 durch den Abgasdiffusor 34 zu definieren.
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In bestimmten Ausführungsformen, wie in 3 veranschaulicht, weitet sich das erste Segment 58 radial nach außen in Bezug auf die axiale Mittellinie 48 des Abgasdiffusors 34 von dem Einlass 62 des Abgasdiffusors 34 zu einem Schnittpunkt 64 mit dem zweiten Segment 60 auf. Das erste Segment 58 weitet sich mit einem ersten Winkel in Bezug auf die axiale Mittellinie 48 auf. Das zweite Segment 60 weitet sich von dem Schnittpunkt 64 mit dem ersten Segment 58 aus zu einem stromabwärtigen Ende 66 des zweiten Segmentes 60 radial nach außen auf. Das zweite Segment 60 weitet sich mit einem zweiten Winkel in Bezug auf die axiale Mittellinie 48 auf. In bestimmten Ausführungsformen ist der erste Winkel größer als der zweite Winkel. In modifizierten Ausführungsformen, wie in 4 veranschaulicht, weitet sich die Außenwand 46 radial nach außen in Bezug auf die axiale Mittelinie 48 des Abgasdiffusors 34 von dem Einlass 62 des Abgasdiffusors 34 aus bis zu einem Auslass 70 des Abgasdiffusors 34 auf.
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Erneut bezugnehmend auf 2 erstrecken sich die Streben 42 zwischen der Innen- und der Außenwand 44, 46 innerhalb des dazwischen definierten Strömungsdurchgangs 52. Wie veranschaulicht, sind die Streben 42 in Umfangsrichtung um die Innenwand 44 herum beabstandet. Die Streben 42 richten die Innenwand 44 zu der Außenwand 46 aus. Zusätzlich können die Streben 42 einen strukturellen Halt zwischen der Innen- und der Außenwand 44, 46 bieten. Die Streben 42 sind relativ zu der Strömungsrichtung 68 des Heißgases 40, das von dem Turbinenabschnitt 22 der Gasturbine 10 aus strömt, positioniert. Jede Strebe 42 enthält allgemein einen Wurzelabschnitt 72, der mit einer Innenwand verbunden ist, und eine Spitzenabschnitt 74, der von dem Wurzelabschnitt 72 radial getrennt ist. Der Spitzenabschnitt 74 ist mit der Außenwand 46 verbunden. In dem Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung umfasst der Ausdruck „Strebe” eine beliebige Struktur oder ein beliebiges stützendes Element, die bzw. das sich zwischen der Innenwand 44 und der Außenwand 46 erstreckt.
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5 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer der Streben 42, geschnitten entlang der Schnittlinie 5-5 in 2, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 veranschaulicht, enthält jede Strebe 42 allgemein eine Vorderkante 76, die der Strömungsrichtung 68 der Heißgase 40, die den Turbinenabschnitt 22 der in 1 veranschaulichten Gasturbine 10 verlassen, zugewandt ist, und eine Hinterkante 78 stromabwärts von der Vorderkante 76. Eine Außenfläche 80 erstreckt sich zwischen der Vorderkante 76 und der Hinterkante 78 sowie zwischen dem Wurzelabschnitt 72 (2) und dem Spitzenabschnitt 74 (2) jeder Strebe 42, um wenigstens teilweise die Tragflächenprofilform zu definieren. Jede Strebe 42 enthält eine Sehnenlänge 82, die zwischen der Vorderkante 76 und der Hinterkante 78 der Strebe 42 in Bezug auf die axiale Mittellinie 48 (2) des Abgasdiffusors 34 definiert ist. In bestimmten Ausführungsformen, wie in den 3 und 4 veranschaulicht, erstrecken sich die Vorderkante 76 und die Hinterkante 78 zwischen dem Wurzel- und dem Spitzenabschnitt 72, 74 jeder der Streben 42.
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In bestimmten Ausführungsformen, wie in den 3 und 4 veranschaulicht, laufen die Vorderkante und die Hinterkante jeder Strebe 42 spitz zu (verjüngen sich) von der Innenwand 44 zu der Außenwand 46 in der Strömungsrichtung 48 durch den Fluiddurchgang 52 des Abgasdiffusors 34 hindurch. Z. B. ist, wie in 4 veranschaulicht, die Vorderkante 76 an dem Wurzelabschnitt 72 jeder Strebe 42 an der Innenwand 44 stromaufwärts von der Vorderkante 76 an dem Spitzenabschnitt 74 der Strebe 42 in Bezug auf die Strömungsrichtung 68 der Heißgase 40, die durch den Strömungsdurchgang 52 strömen, angeordnet, und die Hinterkante 78 an dem Wurzelabschnitt 72 der Strebe 42 ist an der Innenwand 44 stromaufwärts von der Hinterkante 78 an dem Spitzenabschnitt 74 der Strebe 42 in Bezug auf die Strömungsrichtung 68 der Heißgase 40, die durch den Strömungsdurchgang 52 strömen, angeordnet.
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In bestimmten Ausführungsformen, wie in 3 veranschaulicht, läuft die Vorderkante 76 jeder Strebe 42 spitz zu von der Innenwand 44 aus in Richtung des ersten Segmentes 58 der Außenwand 46 in der Strömungsrichtung 68 durch den Fluiddurchgang 52 hindurch, und die Hinterkante 78 jeder Strebe 42 läuft spitz zu von der Innenwand aus in Richtung des zweiten Segmentes 60 der Außenwand 46 in der Strömungsrichtung 68 durch den Fluiddurchgang 52 hindurch. Z. B. ist, wie in 3 veranschaulicht, die Vorderkante 76 an dem Wurzelabschnitt 72 jeder Strebe 42 an der Innenwand 44 stromaufwärts von der Vorderkante 76 an dem Spitzenabschnitt 74 angeordnet, der an dem ersten Segment 58 der Außenwand 46 angeordnet ist, und die Hinterkante 78 an dem Wurzelabschnitt 72 der Strebe 42 ist an der Innenwand 44 stromaufwärts von der Hinterkante 78 an dem Spitzenabschnitt 74 angeordnet, der an dem zweiten Segment 60 der Außenwand 46 angeordnet ist. Diese Konfiguration kompensiert einen kürzen axialen Abstand zwischen einer letzten Stufe der Turbinenlaufschaufeln 28 und den Streben 42.
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In bestimmten Ausführungsformen verlaufen die Vorderkante 76 und die Hinterkante 78 jeder Strebe zwischen der Innen- und der Außenwand 44, 46 parallel zueinander. In modifizierten Ausführungsformen verlaufen die Vorderkante 76 und die Hinterkante 78 nicht parallel. Z. B. kann, wie in den 3 und 4 veranschaulicht, die Vorderkante 76 von der Innenwand 44 zu der Außenwand 46 hin unter einem ersten Winkel 84 in Bezug auf eine Ebene spitz zulaufen, die senkrecht zu der axialen Mittellinie 48 des Abgasdiffusors 34 an einem Punkt verläuft, an dem die Vorderkante 76 und der Wurzelabschnitt 74 einander schneiden, und die Hinterkante 78 kann von der Innenwand 44 aus zu der Außenwand 46 unter einem zweiten Winkel 86 in Bezug auf eine Ebene spitz zulaufen, die senkrecht zu der axialen Mittellinie 48 des Abgasdiffusors 34 an einem Punkt verläuft, an dem die Hinterkante 78 und der Wurzelabschnitt 74 einander schneiden. In verschiedenen Ausführungsformen kann, wie durch die gestrichelten Linien in 4 veranschaulicht, der erste Winkel 84 der Vorderkante 76 größer als oder kleiner als der zweite Winkel 86, der der Hinterkante 78 entspricht, sein.
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Diese Erfindung ergibt verschiedene technische Vorteile gegenüber existierenden Abgasdiffusoren. Z. B. reduziert eine Verjüngung (spitz zulaufende Gestaltung) der Vorder- und Hinterkanten der Streben von der Innen- zu der Außenwand in der Strömungsrichtung durch den Strömungsdurchgang Blockaden an der Außenwand und instabile Druckamplituden innerhalb des Abgasdiffusors, wodurch das Leistungsverhalten des Abgasdiffusors im Volllastbetrieb bei voller Drehzahl der Gasturbine verbessert wird. Zusätzlich reduziert eine Verjüngung der Vorder- und Hinterkanten der Streben von der Innen- zu der Außenwand in der Strömungsrichtung durch den Strömungsdurchgang die Sehnenlänge der Streben, wodurch Ablösungsverluste über den Streben während eines Teillastbetriebs der Gasturbine reduziert werden.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
