DE4241614A1 - Schalldämpfer auf der Abgasseite von Turbinen - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer auf der Abgasseite von Gasturbinen, welcher stehend angeordnet ist und mehrere Einbauten zur Schalldämpfung und durch diese gebildete Strö­ mungskanäle aufweist, die das Gasturbinenabgas in Teilströmen führen, wobei es anschließend in einer Hauptströmung dem stehend angeordneten Kamin zugeführt wird.

Stand der Technik

Derartige Schalldämpfer sind bekannt. Man baut diese am Tur­ binenaustritt von Gasturbinen ein, da sich dort eine erhebli­ che Lärmquelle befindet und es aufgrund des geforderten Lärm­ schutzes nicht möglich ist, das Gasturbinenabgas ohne weitere Maßnahmen ins Freie zu leiten.

Eine häufig angewandte Bauform eines solchen Schalldämpfers besteht aus einem runden oder eckigen Gehäuse mit Einbauten zur Schalldämpfung, den Kulissen. Diese Kulissen sind bei stehender Anordnung des Schalldämpfers relativ einfach im Gehäuse zu befestigen (Befestigung an der Vorderkante und einfacher Halter am hinteren Ende). Die Kulissen versperren einen wesentlichen Teil des Strömungsquerschnittes.

Aufgrund der erforderlichen geringen Strömungsgeschwindigkei­ ten zwischen den Kulissen (z. B. 30 bis 60 m/s) muß der Durchmesser des Schalldämpfers bei hohen Anforderungen an die Schalldämpfung wesentlich größer sein als der Austritts­ durchmesser der Gasturbine. Dieser Querschnittssprung wird meist durch einen Diffusor in Form einer einfachen plötzli­ chen Querschnittserweiterung oder in Form von ausgefeilteren Bauformen überbrückt. Der Diffusor ist mitverantwortlich für die Gleichmäßigkeit der Anströmgeschwindigkeit über den Querschnitt des Schalldämpfers, welche wiederum die Effekti­ vität des Schalldämpfers bestimmt. Gleichzeitig ist der Dif­ fusor aber stark mit Verlusten behaftet.

Es ist bekannt, daß im Abgastrakt von Gasturbinen die Schalldämpfer im waagerechten Teil vor der Umlenkung und/oder im senkrechten Teil nach der Umlenkung in den Kamin angeord­ net sein können. Im allgemeinen sind bis zu zwei Schalldämp­ fer vorhanden.

Im Falle der Anordnung im senkrechten Teil ist eine Umlenkung mit hoher strömungsmechanischer Qualität anzustreben, damit eine gleichmäßige Anströmung erreicht wird. Dies wird bisher vorzugsweise durch den Einbau von Leitblechen in den Krümmer erreicht.

Aus der Patentschrift CH 594 139 ist ein Schalldämpfer auf der Ansaugseite eines Verdichters mit ringförmigen Dämpfungs­ elementen bekannt, bei dem die Dämpfungselemente an ihrem in Strömungsrichtung gesehenen Ende in gekrümmte Leitelemente übergehen und diese Leitelemente so gestaltet sind, daß sie die aus den von den Dämpfungselementen gebildeten Strömungs­ kanälen austretenden Teilströme in die Richtung der im Sam­ meltrichter sich einstellenden Hauptströmung umlenken. Alle Leitelemente haben dabei einen konstanten Abstand zur Rota­ tionsachse. Diese Anordnung ist für eine Umlenkung um 90°, wie sie bei einer stehenden Anordnung der Schalldämpfer für Gasturbinen notwendig ist, aus aerodynamischer Sicht ungeeig­ net.

Der Nachteil der bisher bekannten stehenden Anordnung der Schalldämpfer im Abgastrakt von Gasturbinen, d. h. der Anord­ nung im senkrechten Teil nach der Umlenkung, besteht u. a. darin, daß für die Schalldämpfer ein Gerüst notwendig ist. Müssen zwei Schalldämpfer montiert werden, so wird die Bau­ höhe aufgrund der separaten Umlenkung (Krümmer mit Leitble­ chen) und der beiden jeweils mit einem Diffusor versehenen Schalldämpfer unerwünscht hoch. Das führt dazu, daß die Ge­ rüstkosten steigen, die Zugänglichkeit erschwert wird und die Kaminhöhe sehr groß wird.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine senkrechte Anordnung der Schalldämpfer im Abgastrakt einer Gasturbine zu schaffen, welche nur eine kurze Baulänge aufweist und sich durch gerin­ gere Kosten und geringere Druckverluste im Vergleich zum Stand der Technik auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Schalldämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch erreicht, daß der Schalldämpfer aus einem horizontalen und einem vertikalen Teil besteht, wobei im vertikalen Teil senkrecht angebrachte Kulissen angeordnet sind und im Übergang vom horizontalen zum vertikalen Teil des Schalldämpfers Leitelemente diagonal an­ geordnet sind.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem im Wegfall des bisher üblichen Diffusors sowie einer separaten Umlenkein­ richtung zu sehen. Die Einheit aus Umlenkung und Schalldämp­ fung kann ohne Gerüst auf dem Boden stehen. Die Baulänge re­ duziert sich im Vergleich zum Stand der Technik mindestens um den nun nicht mehr benötigten Diffusor und die Zulaufstrecke zu den Kulissen.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Eintrittskanten der Kulissen direkt an den Leitelementen angebracht sind und die Leitelemente und die Kulissen dabei jeweils einen ununterbro­ chenen Strömungskanal gleicher Länge begrenzen.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Kulissen so angeordnet sind, daß ihre Eintrittskanten sich in einer horizontalen Ebene befinden und sich dadurch entsprechend der diagonalen Anordnung der Leitelemente zwischen Leitelementen und Kulis­ sen ein divergenter Raum befindet.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Anordnung von Gasturbine, Schall­ dämpfer mit Umlenkeinheit und Kamin;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Schalldämpfer, bei welchem die Eintrittskanten der Kulissen direkt an den Leitelementen angebracht sind;

Fig. 3/4 jeweils einen Längsschnitt durch einen Schalldämp­ fer, bei welchem sich die Eintrittskanten der Ku­ lissen in einer horizontalen Ebene befinden und zwischen Leitelementen und Kulissen ein divergenter Raum vorhanden ist.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli­ chen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmit­ tel ist mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist schematisch die senkrechte Anordnung des Schalldämpfers 2 und des Kamins 3 im Abgastrakt einer Gastur­ bine 1 zu sehen. Das aus der Gasturbine 1 austretende Abgas muß mit einer möglichst hohen strömungsmechanischen Qualität in den senkrechten Teil des Abgastraktes umgelenkt werden, da die Gleichmäßigkeit der Anströmgeschwindigkeit über den Querschnitt des Schalldämpfers 2 die Effektivität der Schall­ dämpfung wesentlich bestimmt.

Bei dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel besteht der erfindungsgemäße Schalldämpfer aus einem horizontalen Teil 7 und einem vertikalen Teil 8, wobei der vertikale Teil 8 einen größeren Querschnitt als der horizon­ tale Teil 7 aufweist. Direkt im Übergang des horizontalen Teils 7 in den vertikalen Teil 8 des Schalldämpfers 2 sind diagonal die Leitelemente 5 in Form von Umlenkschaufeln ange­ ordnet, an die sich sofort die Eintrittskanten der Kulissen 4 anschließen, d. h. die Leitelemente 5 bilden die Spitze der Schalldämpfkulissen. Die eigentlichen Kulissen 4 sind paral­ lel zueinander und vertikal angeordnet und haben voneinander einen konstanten Abstand. Sie begrenzen jeweils gemeinsam mit den Leitelementen 5 die Strömungskanäle 6, welche in Bezug auf Form und Abmessungen jeweils gleichartig sind.

Die aerodynamischen Eigenschaften der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Umlenkung sind dem Stand der Technik (Um­ lenkung durch Leitblech im Krümmer) ähnlich. Da aber die Leitelemente 5, d. h. die Umlenker, bei der erfindungsgemäßen Lösung die Spitze der Kulissen 4 bilden, sorgen sie neben der Umlenkung gleichzeitig für die Querschnittserweiterung, die sonst mit einem stark verlustbehafteten Diffusor erfolgen müßte. Außerdem stützen sie die Kulissen 4, so daß speziel­ le Haltevorrichtungen entfallen können.

Zur Fixierung der Leitelemente 5 in die gewünschte Position ist es günstig, diese zu einer Einheit zusammenzufassen. Dies geschieht bei einem rechteckigen Kanalquerschnitt durch zwei Endplatten 10. Bei einem kreisförmigen Kanal kann die Fixie­ rung der einzelnen Leitelemente 5 mittels eines Kreisringes hergestellt werden. Die Kulissen 4 werden bündig an die Leitelemente 5 angeschlossen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Umlenk- und Schalldämpfeinheit ohne Gerüst auf dem Boden ste­ hen kann und sich die Baulänge in diesem Falle um den Diffu­ sor und die Zulaufstrecke zu den Kulissen 4 verkürzt. Es ent­ fallen somit die Gerüstkosten und die Zugänglichkeit der An­ lage wird verbessert.

Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel sind hier die Ku­ lissen 4 so angeordnet, daß sich ihre Eintrittskanten auf einer horizontalen Ebene befinden, so wie es bei handelsübli­ chen Schalldämpfermodulen der Fall ist. Sie sind nicht mit den Leitelementen 5 in Form von Umlenkschaufeln verbunden. Aufgrund der diagonalen Anordnung der Leitelemente 5 im Über­ gang vom horizontalen Teil 7 zum vertikalen Teil 8 des Schall­ dämpfers 2 befindet sich nunmehr ein divergenter Raum 9 zwi­ schen den Kulissen 4 und den Leitelementen 5. Die Form der Hinterkante der Leitelemente 5 ist, wie in Fig. 3 darge­ stellt, gerade. Das bietet sich bei geringen Öffnungsverhält­ nissen an. Die aerodynamischen Verluste sind auch hier ge­ ring, weil der hintere Teil jedes Leitelements 5 einen Carnot-Diffusor bildet, der einen beträchtlichen Druckrück­ gewinn liefert.

Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, können an die Hinterkanten der Leitelemente 5 keilförmige Elemente 11 angefügt werden. Das bietet sich bei größeren Öffnungsverhältnissen oder zur Mi­ die Baulänge vergrößert, womit bei diesem Ausführungsbei­ spiel ein wesentlicher Vorteil der der Erfindung teilweise zunichte gemacht wird.

Bezugszeichenliste

 1 Gasturbine
 2 Schalldämpfer
 3 Kamin
 4 Kulisse
 5 Leitelement
 6 Strömungskanal
 7 horizontaler Teil des Schalldämpfers
 8 vertikaler Teil des Schalldämpfers
 9 divergenter Raum
10 Endplatte zur Befestigung der Leitelemente
11 keilförmiges Element

Claims (4)

1. Schalldämpfer auf der Abgasseite einer Gasturbine (1), welcher stehend angeordnet ist und vertikal angebrachte Kulissen (4) zur Schalldämpfung, ebensoviele gekrümmte Leitelemente (5) sowie durch die Kulissen (4) und die Leitelemente (5) gebildete Strömungskanäle (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpfer (2) aus einem horizontalen Teil (7) und einem vertikalen Teil (8) besteht, wobei die Kulissen (4) im vertikalen Teil (8) angeordnet sind und die Leitelemente (5) im Übergang vom horizontalen Teil (7) zum vertikalen Teil (8) des Schalldämpfers (2) diagonal angeordnet sind.

2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskanten der Kulissen (4) direkt an den Leitelementen (5) angebracht sind und die Leitelemente (5) und Kulissen (4) jeweils einen ununterbrochenen Strömungskanal (6) gleicher Länge begrenzen.

3. Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Eintrittskanten der Kulissen (4) auf einer horizontalen Ebene befinden und sich entsprechend der diagonalen Anordnung der Leitelemente (5) zwischen den Leitelementen (5) und den Kulissen (4) ein divergenter Raum (9) befindet.

4. Schalldämpfer nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Teil (8) des Schalldämpfers (2) einen größeren Querschnitt aufweist als der horizontale Teil (7) des Schalldämpfers (2).