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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasdiffusor.
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Stand der Technik
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Herkömmlicherweise ist ein Abgasdiffusor, der den dynamischen Druck von Abgas aus einer Turbine in statischen Druck umwandelt, stromabwärts von der Turbine angeordnet. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 einen Abgasdiffusor, der in einen Gasturbinenantrieb eingebaut ist.
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Der in Patentliteratur 1 offenbarte Abgasdiffusor umfasst einen inneren Zylinder und einen äußeren Zylinder, die jeweils einen geraden Querschnitt vom vorderen Ende zum hinteren Ende aufweisen. Zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder wird ein Abgaskanal, sich von vorne nach hinten erweiternd, gebildet. Der innere Zylinder und der äußere Zylinder werden mittels Feinblechbearbeitung gefertigt und weisen eine relativ geringe Stärke auf.
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Der Abgasdiffusor einschließlich der dünnen inneren und äußeren Zylinder, wie oben beschrieben, ist schwierig als Stützelement zu handhaben. Aus diesem Grund wird im Falle des in Patentliteratur 1 offenbarten Abgasdiffusors ein Diffusorgehäuse (ein Strukturbauteil) als Stützelement außerhalb des äußeren Zylinders angeordnet. Währenddessen wird ein Lagerträger, der einen Rotor über ein Lager trägt, im Inneren des inneren Zylinders angeordnet. Der Lagerträger und das Strukturbauteil werden durch eine Vielzahl von Streben, die den inneren Zylinder und den äußeren Zylinder durchdringen, aneinandergekoppelt.
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In dem diese Streben einschließenden Abgasdiffusor werden die Streben jeweils durch Strebenabdeckungen zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder umgeben, um ein direktes Erhitzen der Streben durch das Abgas zu verhindern.
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Da die Strebenabdeckungen zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder angeordnet sind, reduziert sich die Querschnittsfläche des Abgaskanals in einem Bereich, in dem derartige Strebenabdeckungen vorhanden sind, um die Querschnittsflächen der jeweiligen Strebenabdeckungen. „Querschnittsfläche des Abgaskanals“ bezeichnet die Fläche des kleinstmöglichen Querschnitts des Abgaskanals. (Wird eine Kugel so platziert, dass sie den inneren Zylinder und den äußeren Zylinder im Abgaskanal berührt, erhält man einen derartigen Querschnitt entlang einer Linie, welche die Berührungspunkte verbindet, an denen die Kugel den inneren Zylinder und den äußeren Zylinder berührt.) Insbesondere verändert sich die Querschnittsfläche des Abgaskanals plötzlich in der Nähe der vorderen Kanten und der hinteren Kanten der Strebenabdeckungen. Zum Zwecke der Reduzierung derartiger plötzlicher Veränderungen der Querschnittsfläche des Abgaskanals, beispielsweise aufgrund der Strebenabdeckungen, offenbart Patentliteratur 2 die Bildung, jeweils im inneren Zylinder und im äußeren Zylinder, einer Anzahl an lokalen Vertiefungen, die der Anzahl an Strebenabdeckungen entspricht, nur in Abschnitten, mit denen die Strebenabdeckungen verbunden sind.
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Entgegenhaltungsliste
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Patentliteratur
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- PTL 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2011-127447
- PTL 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2013-234678
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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Für den Fall, dass der innere Zylinder und der äußere Zylinder mittels Metallblechbearbeitung gefertigt werden, ist es allerdings schwierig, eine derartige Vielzahl lokaler Vertiefungen wie in Patentliteratur 2 zu bilden.
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Angesichts dessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasdiffusor bereitzustellen, der zur Reduzierung plötzlicher Veränderungen der Querschnittsfläche des Abgaskanals aufgrund der Strebenabdeckungen geeignet ist, wobei die plötzlichen Veränderungen in der Nähe der vorderen Kanten und der hinteren Kanten der Strebenabdeckungen auftreten, und wobei der Abgasdiffusor eine leichte Fertigung des inneren Zylinders und des äußeren Zylinders mittels Feinblechbearbeitung ermöglicht.
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Lösung des Problems
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Um die zuvor beschriebenen Probleme zu lösen, umfasst ein Abgasdiffusor gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung: einen inneren Zylinder; einen äußeren Zylinder, der einen Abgaskanal zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder bildet, wobei sich der Abgaskanal von vorne nach hinten erweitert; eine Vielzahl von Streben, die sämtlich den inneren Zylinder und den äußeren Zylinder durchdringen und einen Lagerträger und ein Strukturbauteil aneinander koppeln, wobei der Lagerträger im Inneren des inneren Zylinders angeordnet und das Strukturbauteil außen am äußeren Zylinder angeordnet ist und die einzelnen Streben nach hinten geneigt vom Lagerträger zum Strukturbauteil verlaufen; und eine Vielzahl von Strebenabdeckungen, welche die Vielzahl von Streben jeweils zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder umgeben. Der äußere Zylinder umfasst einen konischen ersten gestuften Abschnitt, der einen Durchmesser des äußeren Zylinders erweitert und der so angeordnet ist, dass der erste gestufte Abschnitt die vorderen Kanten der Vielzahl von Strebenabdeckungen in Achsenrichtung des äußeren Zylinders überlappt. Der innere Zylinder umfasst einen konischen zweiten gestuften Abschnitt, der einen Durchmesser des inneren Zylinders erweitert und der so angeordnet ist, dass der zweite gestufte Abschnitt die hinteren Kanten der Vielzahl von Strebenabdeckungen in Achsenrichtung des inneren Zylinders überlappt.
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Die Begriffe „vorne“ oder „nach vorne“, wie hier verwendet, beziehen sich auf eine Seite in Achsenrichtung des Abgasdiffusors (die stromaufwärts gelegene Seite eines Abgasstroms), und die Begriffe „hinten“ oder „nach hinten“, wie hier verwendet, beziehen sich auf die andere Seite in Achsenrichtung des Abgasdiffusors (die stromabwärts gelegene Seite des Abgasstroms).
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Gemäß der zuvor beschriebenen Konfiguration, im Schnitt vom ersten gestuften Abschnitt des äußeren Zylinders zum zweiten gestuften Abschnitt des inneren Zylinders, vergrößert sich teilweise der Abstand zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder. Dies ermöglicht die Reduzierung plötzlicher Veränderungen der Querschnittsfläche des Abgaskanals aufgrund der Strebenabdeckungen, wobei die plötzlichen Veränderungen in der Nähe der vorderen Kanten und der hinteren Kanten der Strebenabdeckungen auftreten. Da darüber hinaus die Bildung von Vertiefungen im inneren Zylinder und im äußeren Zylinder nicht notwendig ist, können der innere Zylinder und der äußere Zylinder leicht mittels Metallblechbearbeitung gefertigt werden.
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Da zudem in der zuvor beschriebenen Konfiguration die einzelnen Streben geneigt sind, müssen die einzelnen Strebenabdeckungen ebenfalls nach hinten geneigt vom inneren Zylinder zum äußeren Zylinder verlaufen. Dementsprechend ist der erste gestufte Abschnitt des äußeren Zylinders auf ähnliche Weise wie die vordere Kante jeder einzelnen Strebenabdeckung geneigt, und der zweite gestufte Abschnitt des inneren Zylinders ist auf ähnliche Weise wie die hintere Kante jeder einzelnen Strebenabdeckung geneigt. Dies ermöglicht eine sanfte und durchgängige Veränderung der Querschnittsfläche des Abgaskanals.
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Ein hinteres Ende des ersten gestuften Abschnitts kann mit stromaufwärts liegenden Enden der Strebenabdeckungen am äußeren Zylinder zusammenfallen, und ein vorderes Ende des zweiten gestuften Abschnitts kann mit stromabwärts liegenden Enden der Strebenabdeckungen am inneren Zylinder zusammenfallen. Diese Konfiguration ermöglicht ein leichtes Verschweißen der einzelnen Strebenabdeckungen mit dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder.
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Ein Abgasdiffusor gemäß anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst: einen inneren Zylinder; einen äußeren Zylinder, der einen Abgaskanal zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder bildet, wobei sich der Abgaskanal von vorne nach hinten erweitert; eine Vielzahl von Streben, die sämtlich den inneren Zylinder und den äußeren Zylinder durchdringen und einen Lagerträger und ein Strukturbauteil aneinander koppeln, wobei der Lagerträger im Inneren des inneren Zylinders angeordnet und das Strukturbauteil außen am äußeren Zylinder angeordnet ist und die einzelnen Streben nach vorne geneigt vom Lagerträger zum Strukturbauteil verlaufen; und eine Vielzahl von Strebenabdeckungen, welche die Vielzahl von Streben jeweils zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder umgeben. Der innere Zylinder umfasst einen konischen ersten gestuften Abschnitt, der einen Durchmesser des inneren Zylinders reduziert und der so angeordnet ist, dass der erste gestufte Abschnitt die vorderen Kanten der Vielzahl von Strebenabdeckungen in Achsenrichtung des inneren Zylinders überlappt. Der äußere Zylinder umfasst einen konischen zweiten gestuften Abschnitt, der einen Durchmesser des äußeren Zylinders reduziert und der so angeordnet ist, dass der zweite gestufte Abschnitt die hinteren Kanten der Vielzahl von Strebenabdeckungen in Achsenrichtung des äußeren Zylinders überlappt.
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Gemäß der zuvor beschriebenen Konfiguration, im Schnitt vom ersten gestuften Abschnitt des inneren Zylinders zum zweiten gestuften Abschnitt des äußeren Zylinders, vergrößert sich teilweise der Abstand zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder. Dies ermöglicht die Reduzierung plötzlicher Veränderungen der Querschnittsfläche des Abgaskanals aufgrund der Strebenabdeckungen, wobei die plötzlichen Veränderungen in der Nähe der vorderen Kanten und der hinteren Kanten der Strebenabdeckungen auftreten. Da darüber hinaus die Bildung von Vertiefungen im inneren Zylinder und im äußeren Zylinder nicht notwendig ist, können der innere Zylinder und der äußere Zylinder leicht mittels Metallblechbearbeitung gefertigt werden.
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Da zudem in der zuvor beschriebenen Konfiguration die einzelnen Streben geneigt sind, müssen die einzelnen Strebenabdeckungen ebenfalls nach vorne geneigt vom inneren Zylinder zum äußeren Zylinder verlaufen. Dementsprechend ist der erste gestufte Abschnitt des inneren Zylinders auf ähnliche Weise wie die vordere Kante jeder einzelnen Strebenabdeckung geneigt, und der zweite gestufte Abschnitt des äußeren Zylinders ist auf ähnliche Weise wie die hintere Kante jeder einzelnen Strebenabdeckung geneigt. Dies ermöglicht eine sanfte und durchgängige Veränderung der Querschnittsfläche des Abgaskanals.
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Im Abgasdiffusor gemäß dem zuvor beschriebenen anderen Aspekt kann ein hinteres Ende des ersten gestuften Abschnitts mit stromaufwärts liegenden Enden der Strebenabdeckungen am inneren Zylinder zusammenfallen, und ein vorderes Ende des zweiten gestuften Abschnitts kann mit stromabwärts liegenden Enden der Strebenabdeckungen am äußeren Zylinder zusammenfallen. Diese Konfiguration ermöglicht ein leichtes Verschweißen der einzelnen Strebenabdeckungen mit dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Reduzierung plötzlicher Veränderungen der Querschnittsfläche des Abgaskanals aufgrund der Strebenabdeckungen, wobei die plötzlichen Veränderungen in der Nähe der vorderen Kanten und der hinteren Kanten der Strebenabdeckungen auftreten, und ermöglicht eine leichte Fertigung des inneren Zylinders und des äußeren Zylinders mittels Feinblechbearbeitung.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Seitenansicht eines Gasturbinenantriebs, in welchem ein Abgasdiffusor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eingebaut ist, eine Hälfte des Gasturbinenantriebs als Schnittansicht zeigend.
- 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils von 1.
- 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III aus 2.
- 4 ist eine Schnittansicht eines Teils eines Abgasdiffusors gemäß einer ersten Variation.
- 5 ist eine Schnittansicht eines Teils eines Abgasdiffusors gemäß einer zweiten Variation.
- 6 ist eine Schnittansicht, einen Teil eines Abgasdiffusors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigend.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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(Ausführungsform 1)
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1 zeigt einen Gasturbinenantrieb 1, in welchen ein Abgasdiffusor 2A gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eingebaut ist. Nachfolgend wird eine Seite in Achsenrichtung des Abgasdiffusors 2A (die stromaufwärts gelegene Seite eines Abgasstroms) als vorne oder nach vorne gerichtet bezeichnet, und die andere Seite in Achsenrichtung des Abgasdiffusors 2A (die stromabwärts gelegene Seite des Abgasstroms) wird als hinten oder nach hinten gerichtet bezeichnet.
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Der Gasturbinenantrieb 1 umfasst ein Verdichtergehäuse 14, ein Hauptgehäuse 15, ein Turbinengehäuse 16, und ein Diffusorgehäuse 17 (entsprechend einem Strukturbauteil der vorliegenden Erfindung). Das Turbinengehäuse 16 ist im Hauptgehäuse 15 angeordnet, und das Diffusorgehäuse 17 ist an das Hauptgehäuse 15 gekoppelt.
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Ein Rotor 11 ist im Verdichtergehäuse 14 und dem Turbinengehäuse 16 angeordnet, sodass der Rotor 11 diese Gehäuse durchdringt. Das vordere Ende des Rotors 11 wird von einem Lagerträger 19 über Lager 18 getragen, und das hintere Ende des Rotors 11 wird von einem Lagerträger 13 über ein Lager 12 getragen.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst der Abgasdiffusor 2A einen inneren Zylinder 3, einen äußeren Zylinder 4, und eine Vielzahl von Streben 5. Zwischen dem inneren Zylinder 3 und dem äußeren Zylinder 4 wird ein Abgaskanal 21, sich von vorne nach hinten erweiternd, gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform erweitern sich der innere Zylinder 3 und der äußere Zylinder 4 von vorne nach hinten. Der zuvor genannte Lagerträger 13 ist im Inneren des inneren Zylinders 3 angeordnet, und das zuvor genannte Diffusorgehäuse 17 ist außen am äußeren Zylinder 4 angeordnet.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der innere Zylinder 3 in einen vorderen Teil 31 und einen hinteren Teil 32 geteilt, und der äußere Zylinder 4 ist in einen vorderen Teil 41 und einen hinteren Teil 42 geteilt. Allerdings können der innere Zylinder 3 und der äußere Zylinder 4 als ein einzelnes Element gebildet werden.
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Das vordere Ende des vorderen Teils 31 des inneren Zylinders 3 ist an den Lagerträger 13 über eine Halterung 71 gekoppelt. Das hintere Ende des vorderen Teils 31 ist an das vordere Ende des hinteren Teils 32 gekoppelt.
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Das vordere Ende des vorderen Teils 41 des äußeren Zylinders 4 ist am Diffusorgehäuse 17 über eine Halterung 72 befestigt, und das hintere Ende des vorderen Teils 41 ist am Diffusorgehäuse 17 über eine Halterung 73 befestigt. Eine Halterung 74 ist mit dem hinteren Teil 42 des äußeren Zylinders 4 verbunden, zum Beispiel durch Verschweißen, und die Halterung 74 ist am Diffusorgehäuse 17 befestigt.
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Die einzelnen Streben 5 durchdringen den vorderen Teil 31 des inneren Zylinders 3 und den vorderen Teil 41 des äußeren Zylinders 4, und koppelt den Lagerträger 13 und das Diffusorgehäuse 17 aneinander. Die einzelnen Strebe 5 sind nach hinten vom Lagerträger 13 zum Diffusorgehäuse 17 geneigt. Die einzelnen Streben 5 sind plattenförmig und liegen flach in der Strömungsrichtung des Abgases.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind alle Streben 5 auf derselben Kreislinie angeordnet, sodass sie einander in Umfangsrichtung vollständig überlappen. Alternativ können die Streben 5 jedoch versetzt angeordnet werden, sodass benachbarte Streben 5 einander in Umfangsrichtung gesehen teilweise überlappen.
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Alle Streben 5 sind jeweils von einer Vielzahl von Strebenabdeckungen 6 zwischen dem inneren Zylinder 3 und dem äußeren Zylinder 4 umgeben. Die einzelnen Strebenabdeckungen 6 weisen einen Querschnitt auf, der etwas größer ist als der Querschnitt der entsprechenden Strebe 5 und sich parallel zur Strebe 5 erstreckt. Mit anderen Worten sind die einzelnen Strebenabdeckungen 6 nach hinten vom inneren Zylinder 3 zum äußeren Zylinder 4 geneigt. Die einzelnen Strebenabdeckungen 6 sind mit dem vorderen Teil 31 des inneren Zylinders 3 und dem vorderen Teil 41 des äußeren Zylinders 4 verbunden, zum Beispiel durch Verschweißen.
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Der äußere Zylinder 4 umfasst einen konischen ersten gestuften Abschnitt 43, der so angeordnet ist, dass der erste gestufte Abschnitt 43 eine vordere Kante 61 der einzelnen Strebenabdeckungen 6 in Achsenrichtung des äußeren Zylinders 4 überlappt. Der erste gestufte Abschnitt 43 erweitert den Durchmesser des äußeren Zylinders 4 über den gesamten Umfang, sodass die Reduzierung der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 aufgrund der Strebenabdeckungen 6, welche von der stromaufwärts gelegenen Seite zur stromabwärts gelegenen Seite der vorderen Kanten 61 der Strebenabdeckungen 6 erfolgt, ausgeglichen wird (jedoch nicht notwendigerweise vollständig).
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In der vorliegenden Ausführungsform weist die innere Umfangsoberfläche des äußeren Zylinders 4 einen geraden Querschnitt auf der Vorderseite des ersten gestuften Abschnitts 43, am ersten gestuften Abschnitt 43, und auf der Rückseite des ersten gestuften Abschnitts 43 auf. Somit weist der äußere Zylinder 4 eine einfache Form auf. Der Querschnitt der inneren Umfangsoberfläche des äußeren Zylinders 4 wird nachfolgend genauer beschrieben. Der Neigungswinkel des Abschnitts vorne am ersten gestuften Abschnitt 43 (d. h. der Winkel relativ zur Achsenrichtung des Abgasdiffusors 2A) ist gleich dem Neigungswinkel des Abschnitts hinten am ersten gestuften Abschnitt 43 und der Neigungswinkel des ersten gestuften Abschnitts 43 ist größer als die einzelnen Neigungswinkel der Abschnitte vorne und hinten am ersten gestuften Abschnitt 43. Es ist anzumerken, dass der konische erste gestufte Abschnitt 43 gebogen sein kann.
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Währenddessen umfasst der innere Zylinder 3 einen konischen zweiten gestuften Abschnitt 33, der so angeordnet ist, dass der zweite gestufte Abschnitt 33 eine vordere Kante 62 der einzelnen Strebenabdeckungen 6 in Achsenrichtung des inneren Zylinders 3 überlappt. Der zweite gestufte Abschnitt 33 erweitert den Durchmesser des inneren Zylinders 3 über den gesamten Umfang, sodass die Vergrößerung der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 aufgrund der Strebenabdeckungen 6, welche von der stromaufwärts gelegenen Seite zur stromabwärts gelegenen Seite der hinteren Kanten 62 der Strebenabdeckungen 6 erfolgt, ausgeglichen wird (jedoch nicht notwendigerweise vollständig).
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In der vorliegenden Ausführungsform weist die äußere Umfangsoberfläche des inneren Zylinders 3 einen geraden Querschnitt auf der Vorderseite des zweiten gestuften Abschnitts 33, am zweiten gestuften Abschnitt 33, und auf der Rückseite des zweiten gestuften Abschnitts 33 auf. Somit weist der innere Zylinder 3 eine einfache Form auf. Der Querschnitt der inneren Umfangsoberfläche des inneren Zylinders 3 wird nachfolgend genauer beschrieben. Der Neigungswinkel des Abschnitts vorne am zweiten gestuften Abschnitt 33 (d. h. der Winkel relativ zur Achsenrichtung des Abgasdiffusors 2A) ist gleich dem Neigungswinkel des Abschnitts hinten am zweiten gestuften Abschnitt 33 und der Neigungswinkel des zweiten gestuften Abschnitts 33 ist größer als die einzelnen Neigungswinkel der Abschnitte vorne und hinten am zweiten gestuften Abschnitt 33. Es ist anzumerken, dass der konische zweite gestufte Abschnitt 33 gebogen sein kann.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist ein vorderes Ende 44 des ersten gestuften Abschnitts 43 vor einem stromaufwärts liegenden Ende 6a der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am inneren Zylinder 3 (d. h. vor dem inneren Ende der vorderen Kante 61) angeordnet, und ein hinteres Ende 35 des zweiten gestuften Abschnitts 33 ist hinter einem stromabwärts liegenden Ende 6d der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am äußeren Zylinder 4 (d. h. hinter dem äußeren Ende der hinteren Kante 62) angeordnet. Ein hinteres Ende 45 des ersten gestuften Abschnitts 43 fällt mit einem stromaufwärts liegenden Ende 6c der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am äußeren Zylinder 4 (d. h. mit dem äußeren Ende der vorderen Kante 61) zusammen, und ein vorderes Ende 34 des zweiten gestuften Abschnitts 33 fällt mit einem stromabwärts liegenden Ende 6b der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am inneren Zylinder 3 (d. h. dem inneren Ende der hinteren Kante 62) zusammen. Diese Konfiguration ermöglicht ein leichtes Verschweißen der einzelnen Strebenabdeckungen 6 mit dem inneren Zylinder 3 und dem äußeren Zylinder 4. Es ist anzumerken, dass das hintere Ende 45 des ersten gestuften Abschnitts 43 vor dem stromaufwärts liegenden Ende 6c der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am äußeren Zylinder 4 angeordnet sein kann.
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Wie zuvor beschrieben, vergrößert sich im Abgasdiffusor 2A der vorliegenden Ausführungsform, im Schnitt vom ersten gestuften Abschnitt 43 des äußeren Zylinders 4 zum zweiten gestuften Abschnitt 33 des inneren Zylinders 3, teilweise der Abstand zwischen dem inneren Zylinder 3 und dem äußeren Zylinder 4. Dies ermöglicht die Reduzierung plötzlicher Veränderungen der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 aufgrund der Strebenabdeckungen 6, wobei die plötzlichen Veränderungen in der Nähe der vorderen Kanten 61 und der hinteren Kanten 62 der Strebenabdeckungen 6 auftreten. Da darüber hinaus die Bildung von Vertiefungen im inneren Zylinder 3 und im äußeren Zylinder 4 nicht notwendig ist, können der innere Zylinder 3 und der äußere Zylinder 4 leicht mittels Metallblechbearbeitung gefertigt werden.
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Weiterhin sind in der vorliegenden Ausführungsform die einzelnen Strebenabdeckungen 6 nach hinten vom inneren Zylinder 3 zum äußeren Zylinder 4 geneigt. Dementsprechend ist der erste gestufte Abschnitt 43 des äußeren Zylinders 4 auf ähnliche Weise wie die vordere Kante 61 der einzelnen Strebenabdeckungen 6 geneigt, und der zweite gestufte Abschnitt 33 des inneren Zylinders 3 ist auf ähnliche Weise wie die hintere Kante 62 der einzelnen Strebenabdeckungen 6 geneigt. Dies ermöglicht eine sanfte und durchgängige Veränderung der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21.
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Da zudem in der vorliegenden Ausführungsform das vordere Ende 44 des ersten gestuften Abschnitts 43 vor dem stromaufwärts liegenden Ende 6a der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am inneren Zylinder 3 angeordnet ist, kann ein umgeleiteter Strom entlang der vorderen Kante 61 der einzelnen Strebenabdeckungen 6 gebildet werden, selbst in der Nähe des stromaufwärts gelegenen Endes 6a der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am inneren Zylinder 3. Da zudem das hintere Ende 35 des zweiten gestuften Abschnitts 33 hinter dem stromabwärts liegenden Ende 6d der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am äußeren Zylinder 4 angeordnet ist, kann eine Teilung des Abgasstroms unterdrückt werden, selbst in der Nähe des stromabwärts gelegenen Endes 6d der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am äußeren Zylinder 4.
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<Variationen>
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In der vorliegenden Ausführungsform erweitern sich der innere Zylinder 3 und der äußere Zylinder 4 von vorne nach hinten. Allerdings können der innere Zylinder 3 und der äußere Zylinder 4 jeweils beliebig geformt sein, solange sich der zwischen den beiden gebildete Abgaskanal 21 von vorne nach hinten erweitert. Zum Beispiel kann, wie in 4 gezeigt, der innere Zylinder 3 gerade geformt sein, mit Ausnahme des zweiten gestuften Abschnitts 33. Alternativ kann, wie in 5 gezeigt, der äußere Zylinder 4 gerade geformt sein, mit Ausnahme des ersten gestuften Abschnitts 43, und der innere Zylinder 3 kann von vorne nach hinten schmaler werden. Weiter können alternativ der innere Zylinder 3 und der äußere Zylinder 4 von vorne nach hinten schmaler werden.
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(Ausführungsform 2)
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Als nächstes wird ein Abgasdiffusor 2B gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Für die vorliegende Ausführungsform werden die gleichen Komponenten wie die in Ausführungsform 1 beschriebenen mit den gleichen Bezugszeichen wie die für Ausführungsform 1 verwendeten bezeichnet, und eine Wiederholung der gleichen Beschreibungen wird nachstehend vermieden.
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In der vorliegenden Ausführungsform, ähnlich Ausführungsform 1, erweitern sich der innere Zylinder 3 und der äußere Zylinder 4 von vorne nach hinten. Allerdings können, ähnlich den zuvor beschriebenen Variationen von Ausführungsform 1, der innere Zylinder 3 und der äußere Zylinder 4 jeweils beliebig geformt sein, solange sich der zwischen den beiden gebildete Abgaskanal 21 von vorne nach hinten erweitert.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die Streben 5, welche den Lagerträger 13 und das Diffusorgehäuse 17 aneinander koppeln, nach vorne vom Lagerträger 13 zum Diffusorgehäuse 17 geneigt. Dementsprechend sind die einzelnen Strebenabdeckungen 6 ebenfalls nach vorne vom inneren Zylinder 3 zum äußeren Zylinder 4 geneigt.
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Der innere Zylinder 3 umfasst einen konischen ersten gestuften Abschnitt 36, der so angeordnet ist, dass der erste gestufte Abschnitt 36 die vordere Kante 61 der einzelnen Strebenabdeckungen 6 in Achsenrichtung des inneren Zylinders 3 überlappt. Der erste gestufte Abschnitt 36 reduziert den Durchmesser des inneren Zylinders 3 über den gesamten Umfang, sodass die Reduzierung der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 aufgrund der Strebenabdeckungen 6, welche von der stromaufwärts gelegenen Seite zur stromabwärts gelegenen Seite der vorderen Kanten 61 der Strebenabdeckungen 6 erfolgt, ausgeglichen wird (jedoch nicht notwendigerweise vollständig).
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In der vorliegenden Ausführungsform weist die äußere Umfangsoberfläche des inneren Zylinders 3 einen geraden Querschnitt auf der Vorderseite des ersten gestuften Abschnitts 36, am ersten gestuften Abschnitt 36, und auf der Rückseite des ersten gestuften Abschnitts 36 auf. Somit weist der innere Zylinder 3 eine einfache Form auf. Der Querschnitt der inneren Umfangsoberfläche des inneren Zylinders 3 wird nachfolgend genauer beschrieben. Der Neigungswinkel des Abschnitts vorne am ersten gestuften Abschnitt 36 (d. h. der Winkel relativ zur Achsenrichtung des Abgasdiffusors 2B) ist gleich dem Neigungswinkel des Abschnitts hinten am ersten gestuften Abschnitt 36 und der Neigungswinkel des ersten gestuften Abschnitts 36 ist kleiner als die einzelnen Neigungswinkel der Abschnitte vorne und hinten am ersten gestuften Abschnitt 36 (in einiges Fällen ist der Neigungswinkel des ersten gestuften Abschnitts 36 negativ). Es ist anzumerken, dass der konische erste gestufte Abschnitt 36 gebogen sein kann.
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Währenddessen umfasst der äußere Zylinder 4 einen konischen zweiten gestuften Abschnitt 46, der so angeordnet ist, dass der zweite gestufte Abschnitt 46 die vordere Kante 62 der einzelnen Strebenabdeckungen 6 in Achsenrichtung des äußeren Zylinders 4 überlappt. Der zweite gestufte Abschnitt 46 reduziert den Durchmesser des äußeren Zylinders 4 über den gesamten Umfang, sodass die Vergrößerung der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 aufgrund der Strebenabdeckungen 6, welche von der stromaufwärts gelegenen Seite zur stromabwärts gelegenen Seite der hinteren Kanten 62 der Strebenabdeckungen 6 erfolgt, ausgeglichen wird (jedoch nicht notwendigerweise vollständig).
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In der vorliegenden Ausführungsform weist die innere Umfangsoberfläche des äußeren Zylinders 4 einen geraden Querschnitt auf der Vorderseite des zweiten gestuften Abschnitts 46, am zweiten gestuften Abschnitt 46, und auf der Rückseite des zweiten gestuften Abschnitts 46 auf. Somit weist der äußere Zylinder 4 eine einfache Form auf. Der Querschnitt der inneren Umfangsoberfläche des äußeren Zylinders 4 wird nachfolgend genauer beschrieben. Der Neigungswinkel des Abschnitts vorne am zweiten gestuften Abschnitt 46 (d. h. der Winkel relativ zur Achsenrichtung des Abgasdiffusors 2B) ist gleich dem Neigungswinkel des Abschnitts hinten am zweiten gestuften Abschnitt 46 und der Neigungswinkel des zweiten gestuften Abschnitts 46 ist kleiner als die einzelnen Neigungswinkel der Abschnitte vorne und hinten am zweiten gestuften Abschnitt 46 (in einiges Fällen ist der Neigungswinkel des zweiten gestuften Abschnitts 46 negativ). Es ist anzumerken, dass der konische zweite gestufte Abschnitt 46 gebogen sein kann.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist ein vorderes Ende 37 des ersten gestuften Abschnitts 36 vor dem stromaufwärts liegenden Ende 6c der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am äußeren Zylinder 4 angeordnet, und ein hinteres Ende 48 des zweiten gestuften Abschnitts 46 ist hinter dem stromabwärts gelegenen Ende 6b der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am inneren Zylinder 3 angeordnet. Ein hinteres Ende 38 des ersten gestuften Abschnitts 36 fällt zusammen mit dem stromaufwärts liegenden Ende 6a der Strebenabdeckungen 6 am inneren Zylinder 3 zusammen, und ein vorderes Ende 47 des zweiten gestuften Abschnitts 46 fällt mit dem stromabwärts liegenden Ende 6d der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am äußeren Zylinder 4 zusammen. Diese Konfiguration ermöglicht ein leichtes Verschweißen der einzelnen Strebenabdeckungen 6 mit dem inneren Zylinder 3 und dem äußeren Zylinder 4. Es ist anzumerken, dass das hintere Ende 38 des ersten gestuften Abschnitts 36 vor dem stromaufwärts liegenden Ende 6a der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am inneren Zylinder 3 angeordnet sein kann.
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Wie zuvor beschrieben, vergrößert sich im Abgasdiffusor 2B der vorliegenden Ausführungsform, im Schnitt vom ersten gestuften Abschnitt 36 des inneren Zylinders 3 zum zweiten gestuften Abschnitt 46 des äußeren Zylinders 4, teilweise der Abstand zwischen dem inneren Zylinder 3 und dem äußeren Zylinder 4. Dies ermöglicht die Reduzierung plötzlicher Veränderungen der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 aufgrund der Strebenabdeckungen 6, wobei die plötzlichen Veränderungen in der Nähe der vorderen Kanten 61 und der hinteren Kanten 62 der Strebenabdeckungen 6 auftreten. Da darüber hinaus die Bildung von Vertiefungen im inneren Zylinder 3 und im äußeren Zylinder 4 nicht notwendig ist, können der innere Zylinder 3 und der äußere Zylinder 4 leicht mittels Metallblechbearbeitung gefertigt werden.
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Weiterhin sind in der vorliegenden Ausführungsform die einzelnen Strebenabdeckungen 6 nach vorne vom inneren Zylinder 3 zum äußeren Zylinder 4 geneigt. Dementsprechend ist der erste gestufte Abschnitt 36 des inneren Zylinders 3 auf ähnliche Weise wie die vordere Kante 61 der einzelnen Strebenabdeckungen 6 geneigt, und der zweite gestufte Abschnitt 46 des äußeren Zylinders 4 ist auf ähnliche Weise wie die hintere Kante 62 der einzelnen Strebenabdeckungen 6 geneigt. Dies ermöglicht eine sanfte und durchgängige Veränderung der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21.
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Da zudem in der vorliegenden Ausführungsform das vordere Ende 37 des ersten gestuften Abschnitts 36 vor dem stromaufwärts liegenden Ende 6c der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am äußeren Zylinder 4 angeordnet ist, kann ein umgeleiteter Strom entlang der vorderen Kante 61 der einzelnen Strebenabdeckungen 6 gebildet werden, selbst in der Nähe des stromaufwärts gelegenen Endes 6c der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am äußeren Zylinder 4. Da zudem das hintere Ende 48 des zweiten gestuften Abschnitts 46 hinter dem stromabwärts liegenden Ende 6b der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am inneren Zylinder 3 angeordnet ist, kann eine Teilung des Abgasstroms unterdrückt werden, selbst in der Nähe des stromabwärts gelegenen Endes 6b der einzelnen Strebenabdeckungen 6 am inneren Zylinder 3.
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(Andere Ausführungsformen)
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, ohne vom Sinn der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Zum Beispiel ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Abgasdiffusoren 2A und 2B jeweils in den Gasturbinenantrieb 1 eingebaut werden müssen. Zum Beispiel können die Abgasdiffusoren 2A und 2B jeweils stromabwärts von einer Dampfturbine angeordnet werden. In diesem Fall kann ein anderes Strukturbauteil als das Diffusorgehäuse außen am äußeren Zylinder 4 angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 13
- Lagerträger
- 17
- Diffusorgehäuse (Strukturbauteil)
- 2A, 2B
- Abgasdiffusor
- 21
- Abgaskanal
- 3
- innerer Zylinder
- 33
- zweiter gestufter Abschnitt
- 34
- vorderes Ende
- 35
- hinteres Ende
- 36
- erster gestufter Abschnitt
- 37
- vorderes Ende
- 38
- hinteres Ende
- 4
- äußerer Zylinder
- 43
- erster gestufter Abschnitt
- 44
- vorderes Ende
- 45
- hinteres Ende
- 46
- zweiter gestufter Abschnitt
- 47
- vorderes Ende
- 48
- hinteres Ende
- 5
- Strebe
- 6
- Strebenabdeckung
- 6a, 6c
- stromaufwärts gelegenes Ende
- 6b, 6d
- stromabwärts gelegenes Ende
- 61
- vordere Kante
- 62
- hintere Kante
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2011127447 [0006]
- JP 2013234678 [0006]
