DE112016003468T5

DE112016003468T5 - Abgasdiffusor

Info

Publication number: DE112016003468T5
Application number: DE112016003468.7T
Authority: DE
Inventors: Takuya Ikeguchi; Koji Terauchi; Keiji Oikaze; Naoto Sakai
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2018-04-19
Also published as: GB2556798A8; US10851676B2; WO2017038086A1; JP2017048683A; JP6546481B2; US20180328230A1; CN107923261B; GB2556798B; CN107923261A; GB2556798A; GB201803441D0

Abstract

Ein Abgasdiffusor beinhaltet: einen internen Zylinder; einen externen Zylinder, der einen Abgaskanal zwischen dem internen Zylinder und dem externen Zylinder bildet, wobei sich der Abgaskanal von vorne nach hinten erweitert, und mindestens eine rohrförmige Strebe, die den internen Zylinder und den externen Zylinder aneinanderkoppelt. Der externe Zylinder beinhaltet: einen vorderen konischen Abschnitt, der vor der rohrförmigen Strebe positioniert ist, und einen äußeren erweiternden Abschnitt, dessen Erweiterung bei einer Position vor der rohrförmigen Strebe bei einem Neigungswinkel beginnt, der größer als ein Neigungswinkel des vorderen konischen Abschnitts ist. Der interne Zylinder beinhaltet: einen vorderen geraden Abschnitt, welcher dem vorderen konischen Abschnitt und dem äußeren erweiternden Abschnitt zugewandt ist, und einen inneren erweiternden Abschnitt, dessen Erweiterung bei einer Position zwischen einem Abschnitt maximaler Breite und einer Hinterkante der rohrförmigen Strebe beginnt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasdiffusor.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise ist ein Abgasdiffusor, der den dynamischen Druck des Abgases aus einer Turbine in statischen Druck umwandelt, stromabwärts der Turbine angeordnet. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 einen Abgasdiffusor, der in einen Gasturbinenmotor eingebaut ist.
In dem in Patentliteratur 1 offenbarten Abgasdiffusor sind ein innerer Zylinder und ein äußerer Zylinder durch eine Vielzahl von Streben aneinandergekoppelt. Zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder wird ein Abgaskanal, der sich von vorne nach hinten erweitert, gebildet. Jede Strebe ist auf dieselbe Weise plattenförmig und die Streben sind bei einer regelmäßigen Winkelteilung auf demselben Umfang angeordnet.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
PTL 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2014-77441
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Es sind Fälle vorhanden, bei welchen einige der Vielzahl von Streben so ausgebildet werden, dass sie rohrförmig sind, und Leitungen oder dergleichen durch derartige rohrförmige Streben geleitet werden. In einem Fall, bei welchem einige der Streben rohrförmig und dick gemacht werden, ist jedoch ein Druckverlust in einer Region groß, in welcher derartige rohrförmigen Streben vorhanden sind.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Abgasdiffusor bereitzustellen, der eine rohrförmige Strebe beinhaltet und der in der Lage ist, den Druckverlust, der durch die rohrförmige Strebe verursacht wird, zu reduzieren.
Lösung des Problems
Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, beinhaltet ein Abgasdiffusor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung Folgendes: einen internen Zylinder; einen externen Zylinder, der einen Abgaskanal zwischen dem internen Zylinder und dem externen Zylinder bildet, wobei sich der Abgaskanal von vorne nach hinten erweitert, und mindestens eine rohrförmige Strebe, die den internen Zylinder und den externen Zylinder aneinanderkoppelt. Der externe Zylinder beinhaltet: einen vorderen konischen Abschnitt, der vor der rohrförmigen Strebe positioniert ist, und einen äußeren erweiternden Abschnitt, dessen Erweiterung bei einer Position vor der rohrförmigen Strebe bei einem Neigungswinkel beginnt, der größer als ein Neigungswinkel des vorderen konischen Abschnitts ist. Der interne Zylinder beinhaltet: einen vorderen geraden Abschnitt, welcher dem vorderen konischen Abschnitt und dem äußeren erweiternden Abschnitt zugewandt ist, und einen inneren erweiternden Abschnitt, dessen Erweiterung bei einer Position zwischen einem Abschnitt maximaler Breite und einer Hinterkante der rohrförmigen Strebe beginnt.
Die Begriffe „vordere/s/r“ oder „vor/nach vorn“, wie hier verwendet, beziehen sich auf eine Seite des Abgasdiffusors in seiner axialen Richtung (die stromaufwärts gelegene Seite eines Abgasstroms), und die Begriffe „hintere/s/r“ oder „hinter/nach hinten“, wie hier verwendet, beziehen sich auf die andere Seite des Abgasdiffusors in der axialen Richtung (die stromabwärts gelegene Seite des Abgasstroms).
Gemäß der vorstehenden Konfiguration, da der Abgaskanal durch den äußeren erweiternden Abschnitt bei einer Position vor den rohrförmigen Streben erweitert wird, strömt das Abgas, welches durch den Abgaskanal strömt, zwischen die rohrförmigen Streben, nachdem die Geschwindigkeit des Abgases ausreichend reduziert wurde. Dies ermöglicht die Reduzierung des Druckverlusts in der Nähe der Vorderkanten der rohrförmigen Streben. Nehmen wir hier an, dass der innere erweiternde Abschnitt nicht vorhanden ist. In diesem Fall erhöht sich hinter den Abschnitten maximaler Breite der rohrförmigen Streben plötzlich die Querschnittsfläche des Abgaskanals aufgrund der Reduzierung der Fläche, welche durch die rohrförmigen Streben eingenommen wird. In dieser Hinsicht kann, wenn der innere erweiternde Abschnitt vorhanden ist, eine derartige plötzliche Erhöhung der Querschnittsfläche des Abgaskanals durch die Gegenwart des inneren erweiternden Abschnitts abgemildert werden. Dies ermöglicht ebenfalls die Reduzierung des Druckverlusts in der Nähe der Hinterkanten der rohrförmigen Streben.
Ein Teil des externen Zylinders und ein Teil des internen Zylinders können durch Gießen einstückig mit der rohrförmigen Strebe ausgebildet werden. Diese Konfiguration ermöglicht die Realisierung des Abgasdiffusors, der für mittelgroße und kleine Gasturbinenmotoren geeignet ist.
Der externe Zylinder kann Folgendes beinhalten: einen äußeren geraden Abschnitt, der sich nach hinten von einem hinteren Ende des äußeren erweiternden Abschnitts aus über den Abschnitt maximaler Breite der rohrförmigen Strebe hinaus erstreckt, und einen hinteren konischen Abschnitt, dessen Durchmesser sich von einem hinteren Ende des äußeren geraden Abschnitts aus erweitert. Der interne Zylinder kann einen hinteren geraden Abschnitt beinhalten, der sich von einem hinteren Ende des inneren erweiternden Abschnitts aus nach hinten erstreckt. Gemäß dieser Konfiguration ist der externe Zylinder nicht mit einer Aussparung versehen, die vom Abgaskanal aus radial nach außen ausgespart ist, und der interne Zylinder ist nicht mit einer Aussparung versehen, die vom Abgaskanal aus radial nach innen ausgespart ist. Dies ermöglicht die Reduzierung der Anzahl an Formsegmenten bei der Herstellung eines Teils des externen Zylinders und eines Teils des internen Zylinders zusammen mit den rohrförmigen Streben durch Gießen.
Der vorstehende Abgasdiffusor kann ferner mindestens eine flache Strebe, welche den internen Zylinder und den externen Zylinder aneinanderkoppelt und welche sich mit der rohrförmigen Strebe in einer axialen Richtung des Abgasdiffusors überschneidet, beinhalten. Gemäß dieser Konfiguration kann bei dieser Position eine dünne Strebe eingeführt werden, bei welcher keine Leitungen oder dergleichen vorhanden sind, und dadurch kann die Querschnittsfläche des Abgaskanals erhöht werden. Dies ermöglicht die Reduzierung des Druckverlusts im Vergleich zu einem Fall, bei welchen alle Streben rohrförmige Streben sind.
Eine Vorderkante der flachen Strebe kann vor einer Vorderkante der rohrförmigen Strebe positioniert sein und eine Hinterkante der flachen Strebe kann hinter dem Abschnitt maximaler Breite der rohrförmigen Strebe positioniert sein. Gemäß dieser Konfiguration wird die Querschnittsfläche des Abgaskanals durch die flache Strebe zu einem kleinen Teil reduziert und dann durch die rohrförmige Strebe zu einem großen Teil reduziert. Auf diese Weise kann die Querschnittsfläche des Abgaskanals auf eine graduelle Weise geändert werden. Dies ermöglicht die Reduzierung des Druckverlusts im Vergleich zu einem Fall, bei welchem die Vorderkante der rohrförmigen Strebe mit der Vorderkante der flachen Strebe zusammenfällt.
Die Hinterkante der flachen Strebe kann vor der Hinterkante der rohrförmigen Strebe positioniert sein. Gemäß dieser Konfiguration vermischen sich Abgasströme, die durch den Abgaskanal strömen, in der Nähe der Hinterkante der flachen Streben und vermischen sich in der Nähe der Hinterkante der rohrförmigen Strebe weiter. Dies ermöglicht die Stabilisierung des Stroms.
Ein Abgasdiffusor gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet Folgendes: einen internen Zylinder; einen externen Zylinder, der einen Abgaskanal zwischen dem internen Zylinder und dem externen Zylinder bildet, wobei sich der Abgaskanal von vorne nach hinten erweitert, mindestens eine rohrförmige Strebe, die den internen Zylinder und den externen Zylinder aneinanderkoppelt, und mindestens eine flache Strebe, welche den internen Zylinder und den externen Zylinder aneinanderkoppelt und welche sich mit der rohrförmigen Strebe in einer axialen Richtung des Abgasdiffusors überschneidet. Eine Vorderkante der flachen Strebe ist vor einer Vorderkante der rohrförmigen Strebe positioniert und eine Hinterkante der flachen Strebe ist hinter einem Abschnitt maximaler Breite der rohrförmigen Strebe positioniert.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration wird die Querschnittsfläche des Abgaskanals durch die flache Strebe zu einem kleinen Teil reduziert und dann durch die rohrförmige Strebe zu einem großen Teil reduziert. Auf diese Weise kann die Querschnittsfläche des Abgaskanals auf eine graduelle Weise geändert werden. Dies ermöglicht die Reduzierung des Druckverlusts im Vergleich zu einem Fall, bei welchem die Vorderkante der rohrförmigen Strebe mit der Vorderkante der flachen Strebe zusammenfällt.
In dem Abgasdiffusor gemäß dem vorstehenden weiteren Aspekt kann die Hinterkante der flachen Strebe vor einer Hinterkante der rohrförmigen Strebe positioniert sein. Gemäß dieser Konfiguration vermischen sich Abgasströme, die durch den Abgaskanal strömen, in der Nähe der Hinterkante der flachen Streben und vermischen sich in der Nähe der Hinterkante der rohrförmigen Strebe weiter. Dies ermöglicht die Stabilisierung des Stroms.
In dem Abgasdiffusor gemäß dem vorstehenden weiteren Aspekt können ein Teil des externen Zylinders und ein Teil des internen Zylinders durch Gießen einstückig mit der rohrförmigen Strebe ausgebildet werden. Diese Konfiguration ermöglicht die Realisierung des Abgasdiffusors, der für mittelgroße und kleine Gasturbinenmotoren geeignet ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Abgasdiffusor, der eine rohrförmige Strebe beinhaltet, in der Lage, den Druckverlust, der durch die rohrförmige Strebe verursacht wird, zu reduzieren.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Konfiguration eines Gasturbinenmotors, in welchen ein Abgasdiffusor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
2 ist eine Schnittansicht des Abgasdiffusors.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III aus 2.
4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus 3.

Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt einen Gasturbinenmotor 1, in welchen ein Abgasdiffusor 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist. Nachfolgend wird eine Seite des Abgasdiffusors 2 in dessen axialer Richtung (die stromaufwärts gelegene Seite eines Abgasstroms) (die axiale Richtung ist in der vorliegenden Ausführungsform die horizontale Richtung) als vordere oder nach vorne gerichtet bezeichnet, und die andere Seite des Abgasdiffusors 2 in der axialen Richtung (die stromabwärts gelegene Seite des Abgasstroms) wird als hintere oder nach hinten gerichtet bezeichnet.
Der Gasturbinenmotor 1 beinhaltet einen Verdichter 11, einen Brennraum 12 und eine Turbine 13. Der Abgasdiffusor 2 ist stromabwärts der Turbine 13 angeordnet. Der Gasturbinenmotor 1 beinhaltet einen Rotor 14, welcher den Verdichter 11 und die Turbine 13 penetriert. Ein Leistungsgenerator 15 ist mit dem vorderen Ende des Rotors 14 verbunden.
Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst der Abgasdiffusor 2 einen internen Zylinder 3 und einen externen Zylinder 4. Zwischen dem internen Zylinder 3 und dem externen Zylinder 4 wird ein Abgaskanal 21, der sich von vorne nach hinten erweitert, gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform werden der interne Zylinder 3 und der externe Zylinder 4 durch eine Vielzahl von (in dem veranschaulichten Beispiel zwei) rohrförmigen Streben 5, die sich in der radialen Richtung des Abgasdiffusors 2 erstreckt, und eine Vielzahl von (in dem veranschaulichten Beispiel vier) flachen Streben 6 aneinandergekoppelt, die sich in der radialen Richtung des Abgasdiffusors 2 erstreckt. Die minimal notwenige Anzahl der rohrförmigen Streben 5 und die minimal notwendige Anzahl der flachen Streben 6 beträgt jeweils eins und die Anzahl an rohrförmigen Streben 5 und die Anzahl an flachen Streben 6 können willkürlich gewählt werden.
Die rohrförmigen Streben 5 und die flachen Streben 6 sind in der Umfangsrichtung des Abgasdiffusors 2 angeordnet. Jede der flachen Streben 6 ist parallel zu der radialen Richtung des Abgasdiffusors 2. Als eine Alternative kann jede der flachen Streben 6 jedoch relativ zu der radialen Richtung des Abgasdiffusors 2 geneigt sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine der beiden rohrförmigen Streben 5 an der oberen Seite des internen Zylinders 3 angeordnet; die andere rohrförmige Strebe 5 ist an der unteren Seite des internen Zylinders 3 angeordnet und die zwei flache Streben 6 sind jeweils an der rechten Seite und der linken Seite des internen Zylinders 3 angeordnet.
Der Abgasdiffusor 2 der vorliegenden Ausführungsform ist für mittelgroße und kleine Gasturbinenmotoren geeignet. Aus diesem Grund können ein Teil des externen Zylinders 4 und ein Teil des internen Zylinders 3 durch Gießen einstückig mit den rohrförmigen Streben 5 und den flachen Streben 6 ausgebildet werden.
Insbesondere ist der externe Zylinder 4 in einen vorderen Teil 4A und einen hinteren Teil 4B geteilt und der interne Zylinder 3 ist in einen vorderen Teil 3A und einen hinteren Teil 3B geteilt. Der vordere Teil 4A des externen Zylinders 4 und der vordere Teil 3A des internen Zylinders 3 werden durch Gießen einstückig mit den rohrförmigen Streben 5 und den flachen Streben 6 ausgebildet. Jeder des hinteren Teils 4B des externen Zylinders 4 und des hinteren Teils 3B des internen Zylinders 3 wird zum Beispiel durch Blechbearbeitung hergestellt.
In der vorliegenden Ausführungsform stehen die flachen Streben 6 vor den rohrförmigen Streben 5 hervor. Anders ausgedrückt, überschneiden sich die flachen Streben 6 teilweise mit den rohrförmigen Streben 5 in der axialen Richtung des Abgasdiffusors 2.
Insbesondere, wie in 4 gezeigt, ist die Schnittform jeder rohrförmigen Strebe 5 eine tröpfchenähnliche Form mit einer spitz zulaufenden Rückseite. Ein Abschnitt der rohrförmigen Strebe 5 vor einem Abschnitt maximaler Breite 55 der rohrförmigen Strebe 5 weist eine halbkreisförmige Form auf und ein Abschnitt der rohrförmigen Strebe 5 hinter dem Abschnitt maximaler Breite 55 ist im Wesentlichen V-förmig. Der Begriff „Breite“ steht hier für die Dicke der rohrförmigen Strebe 5 in der Umfangsrichtung des Abgasdiffusors 2. Der vordere Teil 4A des externen Zylinders 4 und der vordere Teil 3A des internen Zylinders 3 sind mit den Öffnungen 45 bzw. den Öffnungen 35 versehen (siehe 2 und 3). Die Form jeder der Öffnungen 45 und 35 ist dieselbe wie die Form des Innenraums der rohrförmigen Strebe 5.
Die Vorderkanten 61 der flachen Streben 6 sind um einen Abstand A vor den Vorderkanten 51 der rohrförmigen Streben 5 positioniert. Die Hinterkanten 62 der flachen Streben 6 sind um einen Abstand B vor den Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 positioniert. Es ist anzumerken, dass die Hinterkanten 62 der flachen Streben 6 hinter den Abschnitten maximaler Breite 55 der rohrförmigen Streben 5 positioniert sind. Der Begriff „Vorderkante“ steht hier für eine lineare Kante eines Abschnitts von jeder der rohrförmigen Streben 5 und der flachen Streben 6, wobei der Abschnitt eine konstante Schnittform aufweist, und der Begriff „Hinterkante“ steht hier für eine lineare Kante eines Abschnitts von jeder der rohrförmigen Streben 5 und der flachen Streben 6, wobei der Abschnitt eine konstante Schnittform aufweist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 beinhaltet der externe Zylinder 4 einen vorderen konischen Abschnitt 41, einen äußeren erweiternden Abschnitt 42, einen äußeren geraden Abschnitt 43 und einen hinteren konischen Abschnitt 44, die in dieser Reihenfolge von der vorderen Seite des externen Zylinders 4 aus angeordnet sind. Diese Abschnitte 41 bis 44 bilden eine kontinuierliche Wandinnenfläche. Das heißt, das vordere Ende des vorderen konischen Abschnitts 41 ist das vordere Ende des externen Zylinders 4 und das hintere Ende des hinteren konischen Abschnitts 44 ist das hintere Ende des externen Zylinders 4. Von diesen Abschnitten 41 bis 44 sind ein benachbartes hinteres und vorderes Ende der benachbarten Abschnitte miteinander verbunden. Der vordere konische Abschnitt 41, der äußere erweiternde Abschnitt 42 und der äußere gerade Abschnitt 43 sind Komponenten des vorderen Teils 4A und der hintere konische Abschnitt 44 ist eine Komponente des hinteren Teils 4B.
Der vordere konische Abschnitt 41 ist vor den rohrförmigen Streben 5 und den flachen Streben 6 positioniert. Der Durchmesser des vorderen konischen Abschnitts 41 erweitert sich nach hinten bei einem relativ kleinen Neigungswinkel.
Die Erweiterung des äußeren erweiternden Abschnitts 42 beginnt bei einer Position vor den rohrförmigen Streben 5 und der flachen Streben 6 bei einem Neigungswinkel, der größer als der Neigungswinkel des vorderen konischen Abschnitts 41 ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das hintere Ende des äußeren erweiternden Abschnitts 42 hinter den Vorderkanten 51 der rohrförmigen Streben 5 positioniert. Als eine Alternative kann die Position des hinteren Endes des äußeren erweiternden Abschnitts 42 jedoch dieselbe wie die Positionen der Vorderkanten 51 der rohrförmigen Streben 5 sein oder das hintere Ende des äußeren erweiternden Abschnitts 42 kann vor den Vorderkanten 51 der rohrförmigen Streben 5 positioniert sein.
Zum Beispiel erweitert der äußere erweiternde Abschnitt 42 den Durchmesser des externen Durchmessers 4 derart, dass die Reduzierung der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 aufgrund der rohrförmigen Streben 5 in der Nähe der Vorderkanten 51 der rohrförmigen Streben 5 (und in einigen Fällen die Reduzierung der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 aufgrund der flachen Streben 6 in der Nähe der Vorderkanten 61 der flachen Streben 6) ausgeglichen wird (aber nicht notwendiger Weise auf null reduziert wird).
Der äußere gerade Abschnitt 43 erstreckt sich nach hinten von einem hinteren Ende des äußeren erweiternden Abschnitts 42 aus über den Abschnitt maximaler Breite 55 der rohrförmigen Streben 5 hinaus. In der vorliegenden Ausführungsform ist das hintere Ende des äußeren geraden Abschnitts 43 hinter den Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 positioniert. Als eine Alternative kann die Position des hinteren Endes des äußeren geraden Abschnitts 43 jedoch dieselbe wie die Positionen der Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 sein oder das hintere Ende des äußeren geraden Abschnitts 43 kann vor den Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 positioniert sein.
Der Durchmesser des hinteren konischen Abschnitts 44 erweitert sich von dem hinteren Ende des äußeren geraden Abschnitts 43 aus. Der Neigungswinkel des hinteren konischen Abschnitts 44 kann derselbe sein wie der Neigungswinkel des vorderen konischen Abschnitts 41 oder sich davon unterscheiden.
Zugleich beinhaltet der interne Zylinder 3 einen vorderen geraden Abschnitt 31, einen inneren erweiternden Abschnitt 32 und einen hinteren geraden Abschnitt 33, die in dieser Reihenfolge von der vorderen Seite des internen Zylinders 3 aus angeordnet sind. Diese Abschnitte 31 bis 33 bilden eine kontinuierliche Wandaußenfläche. Das heißt, das vordere Ende des vorderen geraden Abschnitts 31 ist das vordere Ende des internen Zylinders 3 und das hintere Ende des hinteren geraden Abschnitts 33 ist das hintere Ende des internen Zylinders 3. Von diesen Abschnitten 31 bis 33 sind ein benachbartes hinteres und vorderes Ende der benachbarten Abschnitte miteinander verbunden. Der vordere gerade Abschnitt 31 und der innere erweiternde Abschnitt 32 sind Komponenten des vorderen Teils 3A und der hintere gerade Abschnitt 33 ist eine Komponente des hinteren Teils 3B.
Der vordere gerade Abschnitt 31 erstreckt sich nach hinten von einem vorderen Ende des internen Zylinders 3 aus über den Abschnitt maximaler Breite 55 der rohrförmigen Streben 5 hinaus. Dementsprechend ist der vordere gerade Abschnitt 31 der Gesamtheit des vorderen konischen Abschnitts 41 und des äußeren erweiternden Abschnitts 42 des externen Zylinders 4 zugewandt und er ist ebenfalls einem Teil des äußeren geraden Abschnitts 43 zugewandt.
Die Erweiterung des inneren erweiternden Abschnitts 32 beginnt bei einer Position zwischen den Abschnitten maximaler Breite 55 und den Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5. Das hintere Ende des inneren erweiternden Abschnitts 32 ist hinter den Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 positioniert.
Zum Beispiel erweitert der innere erweiternde Abschnitt 32 den Durchmesser des internen Durchmessers 3 derart, dass die Erhöhung der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 aufgrund der rohrförmigen Streben 5 in der Nähe der Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 (und in einigen Fällen die Erhöhung der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 aufgrund der flachen Streben 6 in der Nähe der Hinterkanten 62 der flachen Streben 6) ausgeglichen wird (aber nicht notwendiger Weise auf null reduziert wird).
Der hintere gerade Abschnitt 33 erstreckt sich von dem hinteren Ende des inneren erweiternden Abschnitts 32 aus nach hinten und ist dem hinteren konischen Abschnitt 44 des externen Zylinders 4 zugewandt.
Wie vorstehend beschrieben, da der Abgaskanal 21 durch den äußeren erweiternden Abschnitt 42 bei einer Position vor den rohrförmigen Streben 5 erweitert wird, strömt in dem Abgasdiffusor 2 der vorliegenden Ausführungsform das Abgas, welches durch den Abgaskanal 21 strömt, zwischen die rohrförmigen Streben 5, nachdem die Geschwindigkeit des Abgases ausreichend reduziert wurde. Dies ermöglicht die Reduzierung des Druckverlusts in der Nähe der Vorderkanten 51 der rohrförmigen Streben 5. Nehmen wir hier an, dass der innere erweiternde Abschnitt 32 nicht vorhanden ist. In diesem Fall erhöht sich hinter den Abschnitten maximaler Breite 55 der rohrförmigen Streben 5 plötzlich die Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 aufgrund der Reduzierung der Fläche, welche durch die rohrförmigen Streben 5 eingenommen wird. In dieser Hinsicht kann, wenn der innere erweiternde Abschnitt 32 vorhanden ist, eine derartige plötzliche Erhöhung der Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 durch die Gegenwart des inneren erweiternden Abschnitts 32 abgemildert werden. Dies ermöglicht ebenfalls die Reduzierung des Druckverlusts in der Nähe der Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5.
Da in der vorliegenden Ausführungsform darüber hinaus die Vorderkanten 61 der flachen Streben 6 vor den Vorderkanten 51 der rohrförmigen Streben 5 positioniert sind, wird die Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 durch die flachen Streben 6 zu einem kleinen Teil reduziert und dann durch die rohrförmigen Streben 5 zu einem großen Teil reduziert. Auf diese Weise kann die Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 auf eine graduelle Weise geändert werden. Dies ermöglicht die Reduzierung des Druckverlusts im Vergleich zu einem Fall, bei welchem die Vorderkanten 51 der rohrförmigen Streben 5 mit den Vorderkanten 61 der flachen Streben 6 zusammenfallen.
Da ferner die Hinterkanten 62 der flachen Streben 6 vor den Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 positioniert sind, vermischen sich Ströme des Abgases, die durch den Abgaskanal 21 strömen, in der Nähe der Hinterkanten 62 der flachen Streben 6 und vermischen sich dann in der Nähe der Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 weiter. Dies ermöglicht die Stabilisierung des Stroms.
Ferner ist der externe Zylinder 4 in der vorliegenden Ausführungsform nicht mit einer Aussparung versehen, die vom Abgaskanal 21 aus radial nach außen ausgespart ist, und der interne Zylinder 3 ist nicht mit einer Aussparung versehen, die vom Abgaskanal aus radial nach innen ausgespart ist. Dies ermöglicht die Reduzierung der Anzahl an Form(z. B. hölzernen Form)-Segmenten bei der Herstellung des vorderen Teils 4A des externen Zylinders 4 und des vorderen Teils 3A des internen Zylinders 3 zusammen mit den rohrförmigen Streben 5 und den flachen Streben 6 durch Gießen.
(Variationen)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. Verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, ohne vom Sinn der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der Abgasdiffusor 2 in den Gasturbinenmotor 1 eingebaut werden muss. Zum Beispiel kann der Abgasdiffusor 2 stromabwärts einer Dampfturbine angeordnet werden.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass sich die flachen Streben 6 teilweise mit den rohrförmigen Streben 5 in der axialen Richtung des Abgasdiffusors 2 überschneiden. Alternativ können sich die flachen Streben 6 vollständig mit den rohrförmigen Streben 5 überschneiden.
Die flachen Streben 6 sind keine unbedingt erforderlichen Komponenten und es kann nur die Vielzahl von rohrförmigen Streben 5 bereitgestellt werden. Wenn jedoch wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mindestens eine rohrförmige Strebe 5 und mindestens eine flache Strebe 6 bereitgestellt werden, kann eine dünne Strebe bei einer Position eingeführt werden, bei welcher keine Leitungen oder dergleichen vorhanden sind, und dadurch kann die Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 erhöht werden. Dies ermöglicht die Reduzierung des Druckverlusts im Vergleich zu einem Fall, bei welchen alle Streben rohrförmige Streben 5 sind.
Das vordere Ende des äußeren erweiternden Abschnitts 42 kann hinter den Vorderkanten 61 der flachen Streben 6 positioniert werden. Wenn jedoch das vordere Ende des äußeren erweiternden Abschnitt 42 vor den Vorderkanten 61 der flachen Streben 6 positioniert ist, wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, kann die Geschwindigkeit des Abgases, welches zwischen die flachen Streben 6 strömt, reduziert werden.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die Hinterkanten 62 der flachen Streben 6 vor den Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 positioniert sein müssen und die Positionen der Hinterkanten 62 der flachen Streben 6 können mit den Positionen der Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 zusammenfallen oder die Hinterkanten 62 der flachen Streben 6 können hinter den Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 positioniert sein.
Obwohl dies nicht veranschaulicht ist, kann ein mittlerer konischer Abschnitt mit demselben Neigungswinkel wie dem des hinteren konischen Abschnitts 44 anstatt des äußeren geraden Abschnitts 43 des externen Zylinders 4 bereitgestellt werden. Außerdem kann ein konischer Abschnitt, dessen Durchmesser sich vom hinteren Ende des inneren erweiternden Abschnitts 32 aus verringert, anstatt des hinteren geraden Abschnitts 33 des internen Zylinders 3 eingeführt werden und gleichzeitig kann ein gerader Abschnitt anstelle des hinteren konischen Abschnitts 44 des externen Zylinders 4 eingeführt werden.
Jeder des vorderen Teils 4A des externen Zylinders 4 und des vorderen Teils 3A des internen Zylinders 3 kann durch Blechbearbeitung hergestellt werden. Jeder des externen Zylinders 4 und des internen Zylinders 3 kann ein einzelnes Element sein.
Legt man die Aufmerksamkeit auf die Beziehung der Positionen zwischen den rohrförmigen Streben 5 und den flachen Streben 6 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, muss der externe Zylinder 4 keinen äußeren erweiternden Abschnitt 42 beinhalten und ebenfalls muss der interne Zylinder 3 keinen inneren erweiternden Abschnitt 32 aufweisen. Da in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform insbesondere die Vorderkanten 61 der flachen Streben 6 vor den Vorderkanten 51 der rohrförmigen Streben 5 positioniert sind, wird die Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 durch die flachen Streben 6 zu einem kleinen Teil reduziert und dann durch die rohrförmigen Streben 5 zu einem großen Teil reduziert. Auf diese Weise kann die Querschnittsfläche des Abgaskanals 21 auf eine graduelle Weise geändert werden. Dies ermöglicht die Reduzierung des Druckverlusts im Vergleich zu einem Fall, bei welchem die Vorderkanten 51 der rohrförmigen Streben 5 mit den Vorderkanten 61 der flachen Streben 6 zusammenfallen. Wenn somit die Aufmerksamkeit in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auf die Beziehung der Positionen zwischen den rohrförmigen Streben 5 und den flachen Streben 6 gelegt wird, können der interne Zylinder 3 und der externe Zylinder 4 eine beliebige Form aufweisen, solange der dazwischen gebildete Abgaskanal 21 sind von vorne nach hinten erweitert.
Auch wenn die Aufmerksamkeit in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auf die Beziehung der Positionen zwischen den rohrförmigen Streben 5 und den flachen Streben 6 gelegt wird, ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Hinterkanten 62 der flachen Streben 6 vor den Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 positioniert sein müssen und die Positionen der Hinterkanten 62 der flachen Streben 6 können mit den Positionen der Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 zusammenfallen oder die Hinterkanten 62 der flachen Streben 6 können hinter den Hinterkanten 52 der rohrförmigen Streben 5 positioniert sein. Die Gesamtheit von jedem des externen Zylinders 4 und des internen Zylinders 3 kann durch Blechbearbeitung hergestellt werden und ebenfalls kann jeder des externen Zylinders 4 und des internen Zylinders 3 ein einzelnes Element sein.
Bezugszeichenliste

2: Abgasdiffusor
21: Abgaskanal
3: interner Zylinder
31: vorderer gerader Abschnitt
32: innerer erweiternder Abschnitt
33: hinterer gerader Abschnitt
4: externer Zylinder
41: vorderer konischer Abschnitt
42: äußerer erweiternder Abschnitt
43: äußerer gerader Abschnitt
44: hinterer konischer Abschnitt
5: rohrförmige Strebe
51: Vorderkante
52: Hinterkante
55: Abschnitt maximaler Breite
6: flache Strebe
61: Vorderkante
62: Hinterkante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014077441 [0004]

Claims

Abgasdiffusor, umfassend: einen internen Zylinder; einen externen Zylinder, der einen Abgaskanal zwischen dem internen Zylinder und dem externen Zylinder bildet, wobei sich der Abgaskanal von vorne nach hinten erweitert; und mindestens eine rohrförmige Strebe, die den internen Zylinder und den externen Zylinder aneinanderkoppelt; wobei der externe Zylinder Folgendes beinhaltet: einen vorderen konischen Abschnitt, der vor der rohrförmigen Strebe positioniert ist; und einen äußeren erweiternden Abschnitt, dessen Erweiterung bei einer Position vor der rohrförmigen Strebe bei einem Neigungswinkel beginnt, der größer als ein Neigungswinkel des vorderen konischen Abschnitts ist, und der interne Zylinder Folgendes beinhaltet: einen vorderen geraden Abschnitt, welcher dem vorderen konischen Abschnitt und dem äußeren erweiternden Abschnitt zugewandt ist; und einen inneren erweiternden Abschnitt, dessen Erweiterung bei einer Position zwischen einem Abschnitt maximaler Breite und einer Hinterkante der rohrförmigen Strebe beginnt.
Abgasdiffusor nach Anspruch 1, wobei ein Teil des externen Zylinders und ein Teil des internen Zylinders durch Gießen einstückig mit der rohrförmigen Strebe ausgebildet werden.
Abgasdiffusor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der externe Zylinder Folgendes beinhaltet: einen äußeren geraden Abschnitt, der sich nach hinten von einem hinteren Ende des äußeren erweiternden Abschnitts aus über den Abschnitt maximaler Breite der rohrförmigen Strebe hinaus erstreckt; und einen hinteren konischen Abschnitt, dessen Durchmesser sich von einem hinteren Ende des äußeren geraden Abschnitts aus erweitert, und der interne Zylinder einen hinteren geraden Abschnitt beinhaltet, der sich von einem hinteren Ende des inneren erweiternden Abschnitts aus nach hinten erstreckt.
Abgasdiffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend mindestens eine flache Strebe, welche den internen Zylinder und den externen Zylinder aneinanderkoppelt und welche sich mit der rohrförmigen Strebe in einer axialen Richtung des Abgasdiffusors überschneidet.
Abgasdiffusor nach Anspruch 4, wobei eine Vorderkante der flachen Strebe vor der Vorderkante der rohrförmigen Strebe positioniert ist; und eine Hinterkante der flachen Strebe hinter dem Abschnitt maximaler Breite der rohrförmigen Strebe positioniert ist.
Abgasdiffusor nach Anspruch 5, wobei die Hinterkante der flachen Strebe vor der Hinterkante der rohrförmigen Strebe positioniert ist.
Abgasdiffusor, umfassend: einen internen 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; mindestens eine rohrförmige Strebe, die den internen Zylinder und den externen Zylinder aneinanderkoppelt; und mindestens eine flache Strebe, welche den internen Zylinder und den externen Zylinder aneinanderkoppelt und welche sich mit der rohrförmigen Strebe in einer axialen Richtung des Abgasdiffusors überscheidet, wobei eine Vorderkante der flachen Strebe vor der Vorderkante der rohrförmigen Strebe positioniert ist; und eine Hinterkante der flachen Strebe hinter einem Abschnitt maximaler Breite der rohrförmigen Strebe positioniert ist.
Abgasdiffusor nach Anspruch 7, wobei die Hinterkante der flachen Strebe vor einer Hinterkante der rohrförmigen Strebe positioniert ist.
Abgasdiffusor nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein Teil des externen Zylinders und ein Teil des internen Zylinders durch Gießen einstückig mit der rohrförmigen Strebe ausgebildet werden.