DE112009001754T5 - Exhaust diffuser for gas turbine - Google Patents

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Thierry Piffre
Philippe Claudon
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Sébastien Cloarec
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Abstract

Abgasdiffusor (1) für eine Gasturbine (2), umfassend einen röhrenförmigen Übergangskanal (5) mit einer Mittelachse (10), ein Kanaleintrittsende (6) von kreisförmigem Querschnitt, bestimmt zum Anschluss unterhalb der Turbine (2), und ein Kanalaustrittsende (8), bestimmt zum Anschluss oberhalb einer Abgasleitung (4), wobei das Kanalaustrittsende (8) einen geraden Querschnitt von allgemein polygonaler Form aufweist und der Diffusor (1) ferner mindestens ein Leitblech (13) umfasst, welches an dem Übergangskanal (5) befestigt und im Verhältnis zum Kanaleintrittsende (6) so angeordnet ist, dass ein Teil eines Gaszustroms abgeleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech (13) eine röhrenförmige Wand (22) umfasst, die koaxial zur Mittelachse (10) verläuft und in Richtung des Kanalaustrittsendes (8) aufgeweitet ist, wobei die röhrenförmige Wand (22) an einem Ende auf der Seite des Kanaleintrittsendes (6) einen kreisförmigen Einlassquerschnitt des Leitblechs (13a) und an dem gegenüberliegenden Ende einen allgemein polygonalen Auslassquerschnitt des Leitblechs (13b) aufweist, während der genannte Auslassquerschnitt des Leitblechs (13b) eine...Exhaust gas diffuser (1) for a gas turbine (2), comprising a tubular transition duct (5) with a central axis (10), a duct inlet end (6) of circular cross section, intended for connection below the turbine (2), and a duct outlet end (8) , intended for connection above an exhaust pipe (4), the duct outlet end (8) having a straight cross-section of generally polygonal shape and the diffuser (1) further comprising at least one baffle (13) which is attached to the transition duct (5) and in the Relation to the channel inlet end (6) is arranged so that part of a gas inflow can be diverted, characterized in that the guide plate (13) comprises a tubular wall (22) which runs coaxially to the central axis (10) and in the direction of the channel outlet end ( 8) is widened, the tubular wall (22) at one end on the side of the channel inlet end (6) having a circular inlet cross-section of the guide plate (13a) and at the g The opposite end has a generally polygonal outlet cross-section of the guide plate (13b), while the said outlet cross-section of the guide plate (13b) has a ...

Description

Die Erfindung betrifft den Bereich Gasturbinen und insbesondere den Bereich Gasturbinendiffusoren, die zwischen der Turbine und unterhalb der Turbinen angeordneten Schalldämpfern des Abgasrohrs eingebaut sind.The invention relates to the field of gas turbines and more particularly to the field of gas turbine diffusers, which are installed between the turbine and arranged below the turbine mufflers of the exhaust pipe.

Die aus Gasturbinen austretenden Gase verlassen die letzte Expansionsstufe mit sehr hoher Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit muss erheblich reduziert werden, bevor die Gase ins Freie abgeführt werden, um das Geräusch am Turbinenaustritt auf geeignete Weise zu behandeln.The gases leaving gas turbines leave the last expansion stage at very high speed. This speed must be significantly reduced before the gases are vented to the outside in order to treat the noise at the turbine outlet in a suitable manner.

In einer Turbine wandeln die Rotorschaufeln die kinetische Energie der Verbrennungsgase in thermomechanische Energie um. Ein Kollektor des Turbinenstators sammelt die Gase, nachdem diese die Schaufelblätter passiert haben. Ein solcher Kollektor besitzt im Allgemeinen einen geraden, kreisförmigen Querschnitt. Ein Übergangskanal verbindet den Kollektor des Stators der Turbine mit dem Schalldämpfer.In a turbine, the rotor blades convert the kinetic energy of the combustion gases into thermo-mechanical energy. A collector of the turbine stator collects the gases after they have passed the blades. Such a collector generally has a straight, circular cross-section. A transition channel connects the collector of the stator of the turbine with the silencer.

Die Schalldämpfer, die eine Reduzierung des Gasaustrittsgeräuschs erlauben, werden im Allgemeinen in Abgasrohre mit polygonalem Querschnitt, zum Beispiel rechteckigem Querschnitt, und insbesondere von quadratischem Querschnitt eingebaut. Auf diese Weise sind die Leitbleche zur Verhinderung einer Schallausbreitung leichter zu konzipieren und weisen flache Wände auf. Zudem ist der Wirkungsgrad der Schalldämpfer umso besser, je homogener die Ausströmgeschwindigkeit der Gase zwischen den Leitblechen im geraden Querschnitt des Abgasrohrs ist.The mufflers, which allow a reduction of the gas leakage noise, are generally incorporated in exhaust pipes of polygonal cross-section, for example of rectangular cross section, and in particular of square cross section. In this way, the baffles to prevent sound propagation are easier to design and have flat walls. In addition, the efficiency of the muffler is better, the more homogeneous the outflow velocity of the gases between the baffles in the straight section of the exhaust pipe.

Der Diffusor wird zwischen Turbine und Schalldämpfer eingebaut. Er erlaubt eine Reduzierung der Gasgeschwindigkeit durch Ausdehnung in dem Rohrabschnitt, durch den die Gase aus der Turbine austreten. Der Diffusor gewährleistet somit den Übergang des Stroms von einem Rohr mit kreisförmigem Querschnitt zu einem Rohr mit polygonalem Querschnitt.The diffuser is installed between the turbine and the silencer. It allows a reduction in gas velocity through expansion in the tube section through which the gases exit the turbine. The diffuser thus ensures the passage of the flow from a pipe of circular cross section to a pipe of polygonal cross section.

Darüber hinaus werden die Gesamtleistungen der Gasturbine durch den beim Ausströmen entstehenden Druckverlust beeinflusst. Somit ist es wichtig, den Druckverlust, insbesondere im Diffusor, so gering wie möglich zu reduzieren.In addition, the overall performance of the gas turbine are influenced by the resulting pressure loss during the outflow. Thus, it is important to reduce the pressure loss, especially in the diffuser, as low as possible.

Schließlich hat die Dimensionierung der Kanäle und der Diffusororgane eine erhebliche wirtschaftliche Auswirkung besonders auf große Gasturbinen. Insbesondere werden axial und/oder radial kompakte Diffusoren angestrebt.Finally, the dimensioning of the channels and the diffuser elements has a significant economic impact, especially on large gas turbines. In particular, axially and / or radially compact diffusers are desired.

Die Patentanmeldung EP 0 595 692 beschreibt einen Gasturbinen-Abgasdiffusor, der es zulässt, den Übergang zwischen einer kreisförmigen und einer quadratischen Leitung sicherzustellen. In Nähe der Ecken des quadratischen Querschnitts sind vier Rippen angeordnet, die die Abgase in die Ecken des genannten Querschnitts lenken. Das oberhalb der Rippen befindliche Ende liegt in der Nähe des Turbinenrotorwulsts. Bestimmte Gasturbinen besitzen am letzten Austritt ein nichtkonzentriertes Luftstromprofil. Andere wiederum können ein in der Mitte des Luftkanals konzentriertes Profil aufweisen. Der in dem Patent EP 0 595 692 vorgeschlagene Diffusor eignet sich nur für ringförmige Gasströme mit ringförmigem Querschnitt rund um den Wulst des Turbinenrotors. Mit anderen Worten, das Problem eines solchen Diffusors liegt darin, dass er nicht angepasst wird, wenn sich der Strom auf die Mitte des Luftkanals konzentriert.The patent application EP 0 595 692 describes a gas turbine exhaust diffuser that allows to ensure the transition between a circular and a square line. In the vicinity of the corners of the square cross section, four ribs are arranged, which direct the exhaust gases into the corners of said cross section. The end above the ribs is near the turbine rotor bead. Certain gas turbines have a non-concentrated airflow profile at the last exit. Others may have a profile concentrated in the middle of the air duct. The one in the patent EP 0 595 692 proposed diffuser is only suitable for annular gas flows with annular cross-section around the bead of the turbine rotor. In other words, the problem with such a diffuser is that it does not adjust when the stream concentrates on the center of the air channel.

Bei bestimmten Turbinen ist es, zum Beispiel aus Platzgründen, nicht möglich, den Diffusor rund um den Turbinenrotor anzuordnen. In diesem Fall zeigt der an der Turbine austretende Gasstrom in der Mitte des Querschnitts des Turbinenkollektors maximale Ausströmgeschwindigkeiten. Mit anderen Worten, der austretende Gasstrom konzentriert sich längs der Mittelachse des Ausgangskollektors der Turbine.For certain turbines, it is not possible, for example for reasons of space, to arrange the diffuser around the turbine rotor. In this case, the gas flow exiting the turbine in the middle of the cross section of the turbine collector shows maximum outflow velocities. In other words, the exiting gas stream concentrates along the central axis of the turbine's output collector.

Mit der Erfindung wird ein Abgasdiffusor für Gasturbinen vorgeschlagen, der eine Homogenisierung des Stroms im Innern der Abgasleitung und eine Reduzierung der Ausströmgeschwindigkeit der heißen Gase innerhalb des Schalldämpfers erlaubt, ohne einen zu hohen Druckverlust zu bewirken. Der erfindungsgemäße Diffusor ermöglicht eine Verbesserung der Homogenität der Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der Abgasleitung. Der erfindungsgemäße Diffusor ist mit Turbinen kompatibel, bei denen sich der Gasstrom längs der Mittelachse des Ausgangskollektors der Turbine konzentriert. Die Turbine ist an einen Schalldämpfer mit polygonalem Eingangsquerschnitt, zum Beispiel quadratischem Querschnitt, angeschlossen.The invention proposes an exhaust gas diffuser for gas turbines, which allows homogenization of the flow in the interior of the exhaust pipe and a reduction in the outflow velocity of the hot gases within the muffler, without causing too high a pressure loss. The diffuser according to the invention makes it possible to improve the homogeneity of the flow velocities within the exhaust pipe. The diffuser of the invention is compatible with turbines in which the gas stream concentrates along the central axis of the turbine's output collector. The turbine is connected to a silencer with a polygonal input cross section, for example a square cross section.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Abgasdiffusor für Gasturbinen einen röhrenförmigen Übergangskanal, der eine Mittelachse, ein Kanaleintrittsende mit kreisförmigen Querschnitt zum Anschluss unterhalb der Turbine und ein Kanalaustrittsende aufweist, welches dazu bestimmt ist, oberhalb einer Abgasleitung angeschlossen zu werden. Das Kanalaustrittsende besitzt einen geraden Querschnitt von allgemein polygonaler Form.According to one embodiment, the exhaust gas turbine exhaust gas diffuser comprises a tubular transition duct having a central axis, a circular-section duct inlet end for connection below the turbine, and a duct outlet end intended to be connected above an exhaust duct. The channel exit end has a straight cross section of generally polygonal shape.

Der Diffusor umfasst ferner mindestens ein Leitblech, das an dem Übergangskanal befestigt und im Verhältnis zum Kanaleintrittsende so angeordnet ist, dass ein Teil eines Gaszustroms abgeleitet werden kann.The diffuser further includes at least one baffle attached to the transition channel and disposed relative to the channel entry end is that part of a gas inflow can be diverted.

Das Leitblech weist eine röhrenförmige Wand auf, die koaxial zur Mittelachse verläuft und in Richtung des Kanalaustrittsendes aufgeweitet ist. Die röhrenförmige Wand besitzt an einem Ende auf der Seite des Kanaleintrittsendes einen kreisförmigen Leitblech-Einlassquerschnitt und am gegenüberliegenden Ende einen Leitblech-Auslassquerschnitt von allgemein polygonaler Form.The guide plate has a tubular wall which is coaxial with the central axis and is widened in the direction of the channel outlet end. The tubular wall has a circular baffle inlet cross-section at one end on the side of the channel entry end and a baffle outlet section of generally polygonal shape at the opposite end.

Der genannte Leitblech-Auslassquerschnitt weist eine Anzahl Eckzonen auf und ist rund um die Mittelachse der genannten Eckzonen ausgerichtet, die den Ecken des polygonalen Querschnitts des Kanalaustrittsendes entsprechen.Said baffle outlet cross-section has a number of corner zones and is aligned around the central axis of said corner zones corresponding to the corners of the polygonal cross-section of the channel exit end.

Dadurch, dass das Leitblech röhrenförmig ist und koaxial zur Mittelachse des Übergangskanals verläuft, ist dieser Diffusor mit Turbinen kompatibel, deren Gasstrom sich auf die Mitte des Turbinenkollektors konzentriert. Tatsächlich tritt mindestens ein Teil dieser schnellströmenden Gase in die aufgeweitete Röhrenform ein, sodass ihre Geschwindigkeit reduziert wird.Because the baffle is tubular and coaxial with the central axis of the transition duct, this diffuser is compatible with turbines whose gas flow concentrates on the center of the turbine collector. In fact, at least a portion of these high velocity gases enter the expanded tube shape, reducing their velocity.

Mindestens ein weiterer Teil des Abgasstroms gelangt nach außerhalb der aufgeweiteten Röhrenform. Der Leitblech-Einlassquerschnitt ist kreisförmig, während der Auslassquerschnitt polygonal ist. Dies bewirkt eine größere Ableitung des Gasstroms in Richtung der Ecken des Übergangskanals. Dadurch wird die Ausströmgeschwindigkeit am Schalldämpfereintritt vergleichmäßigt.At least one other part of the exhaust gas flow goes outside the expanded tubular form. The baffle inlet cross section is circular while the outlet cross section is polygonal. This causes a larger derivative of the gas flow towards the corners of the transition channel. As a result, the outflow velocity is equalized at the muffler inlet.

Die Zonen der Ecken von allgemein polygonaler Form des geraden Aulassquerschnitts des Leitblechs sind vorzugsweise abgerundet.The zones of the corners of generally polygonal shape of the straight Aulassquerschnitts the baffle are preferably rounded.

Gemäß einer Ausführungsform enthält die Wand des Leitblechs eine Verteilung von durch die Wand hindurchtretenden Öffnungen, die in Nähe der Eckzonen des Leitblech-Auslassquerschnitts liegt.In one embodiment, the wall of the baffle includes a distribution of apertures passing through the wall that is proximate to the corner zones of the baffle outlet cross-section.

Die Abgase außerhalb der röhrenförmigen Wand weisen einen höheren Druck auf als diejenigen, die durch das Innere der genannten Wand strömen. Durch die Öffnungen können die äußeren Gase zur Innenseite der röhrenförmigen Wand gelangen. Dadurch werden Stagnationszonen verringert, die auf der Innenseite der Leitblech-Eckzonen entstehen könnten. Damit werden Turbulenzen vermieden und wird der Druckverlust am Leitblech reduziert.The exhaust gases outside the tubular wall have a higher pressure than those flowing through the interior of said wall. Through the openings, the outer gases can reach the inside of the tubular wall. This reduces stagnation zones that could be created on the inside of the baffle corner zones. This avoids turbulence and reduces the pressure loss at the baffle.

Die Öffnungen in der Leitblechwand sind vorteilhafterweise in den Zonen der Wand verteilt, die im Verhältnis zur Mittelachse stärker geneigt sind als die Zonen der Wand ohne hindurchtretende Öffnungen. Die Öffnungen reduzieren die Turbulenzen in den am stärksten geneigten Zonen, wo es leicht zu Wirbelbildung kommen kann.The openings in the baffle wall are advantageously distributed in the zones of the wall which are more inclined relative to the central axis than the zones of the wall without apertures passing therethrough. The openings reduce the turbulence in the most inclined zones where swirling can easily occur.

Gemäß einer Variante ist der Durchmesser des Einlassquerschnitts zumindest eines röhrenförmigen Leitblechs kleiner als die Hälfte des Durchmessers am Eintrittsende des Übergangskanals und vorzugsweise kleiner als ein Drittel des genannten Durchmessers. Dies erlaubt insbesondere die Streuung der mittleren Zone des eintretenden heißen Gasstroms. Dies ist von besonderem Vorteil bei Heißgasstrom-Turbinen mit einem rund um die Mittelachse konzentrierten Gasaustritt.According to a variant, the diameter of the inlet cross-section of at least one tubular baffle is smaller than half the diameter at the inlet end of the transitional channel, and preferably smaller than one third of said diameter. This allows in particular the scattering of the central zone of the incoming hot gas stream. This is of particular advantage in hot gas flow turbines with a gas outlet concentrated around the central axis.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Diffusor eine Mehrzahl von Leitblechen mit röhrenförmigen Wänden und jeweils einem kreisförmigen Einlassquerschnitt. Die Mehrzahl von koaxialen Leitblechen erlaubt eine Verkürzung des Diffusors bei gleicher Aufweitung des Ausströmquerschnitts.According to one embodiment, the diffuser comprises a plurality of baffles with tubular walls and in each case a circular inlet cross-section. The plurality of coaxial baffles allows a shortening of the diffuser at the same expansion of Ausströmquerschnitts.

Gemäß einer Variante umfasst der Diffusor ein äußeres Leitblech, in dessen Innerem ein oder mehrere koaxial zur Mittelachse verlaufende Innenleitbleche angeordnet sind; zumindest das äußere Leitblech besitzt einen Auslassquerschnitt von allgemein polygonaler Form.According to a variant of the diffuser comprises an outer baffle, in the interior of which one or more coaxial with the central axis extending inner baffles are arranged; at least the outer baffle has an outlet cross section of generally polygonal shape.

Vorteilhafterweise haben mehrere Leitbleche allgemein konische und zueinander im Wesentlichen homothetische Formen. Zwischen den homothetischen Formen kann eine geringfügige Achsversetzung bestehen, sodass ringförmige Ströme zwischen den konischen Leitblechen erleichtert werden.Advantageously, a plurality of baffles have generally conical and mutually substantially homothetic shapes. There may be a slight offset between the homothetic shapes, so that annular flows between the conical baffles are facilitated.

Die angrenzenden Leitblechpaare, von denen das eine unmittelbare das andere umgibt, besitzen Längsquerschnitte, deren Neigungsdifferenz im Verhältnis zur Mittelachse unterhalb eines Schwellenwerts liegt, wobei der genannte Schwellenwert vorzugsweise unter 10°, besonders unter 7°, liegt.The adjacent baffle pairs, one immediately surrounding the other, have longitudinal cross-sections whose difference in inclination relative to the central axis is below a threshold, said threshold preferably being less than 10 °, especially less than 7 °.

Der in den Diffusor eintretende Gasstrom teilt sich in einen Strom außerhalb des oberen Leitblechs, einen ringförmigen Strom zwischen den Leitblechen und einen mittleren Strom. So werden die verschiedenen Ströme gelenkt und erfahren parallel dazu eine Geschwindigkeitsreduzierung aufgrund der Erhöhung der Neigung eines Leitblechs im Verhältnis zu dem angrenzenden Leitblech. Dadurch, dass die verschiedenen koaxialen Ströme gelenkt werden, können die Turbulenzen und der Druckverlust des Diffusors reduziert werden.The gas stream entering the diffuser divides into a stream outside the upper baffle, an annular stream between the baffles and a middle stream. Thus, the various flows are steered and, in parallel, speed reduced due to the increase in the inclination of a baffle relative to the adjacent baffle. By steering the various coaxial flows, the turbulence and pressure loss of the diffuser can be reduced.

Gemäß einer Ausführungsform ist der bzw. sind die Leitbleche an dem Übergangskanal durch Haltemittel befestigt, die drei Verbindungsarme einschließen, wobei jeder einzelne Verbindungsarm ein gelenkig um einen Anschlusspunkt des Leitblechs angeordnetes Ende und ein gegenüberliegendes, mit dem Übergangskanal verbundenes Ende aufweist.According to one embodiment, the baffles are secured to the transition channel by retaining means including three connecting arms, each individual connecting arm being hinged about a connecting point of the baffle having arranged end and an opposite end connected to the transition channel.

Gemäß einer Variante besitzen die Haltemittel eine lotrecht zur Mittelachse verlaufende Befestigungsebene und weisen einen ersten und einen zweiten Arm auf, die im Verhältnis zu einer mittleren Längsebene symmetrisch angeordnet und so eingebaut sind, dass sie in der genannten Befestigungsebene beweglich sind; der Anschlusspunkt eines dritten Verbindungsarms am Leitblech hat dabei einen Abstand von der Befestigungsebene und/oder der dritte Arm ist so eingebaut, dass er in der mittleren Längsebene beweglich ist.According to a variant, the holding means have a plane of attachment perpendicular to the central axis and have first and second arms arranged symmetrically relative to a central longitudinal plane and installed so as to be movable in said fixing plane; the connection point of a third connecting arm on the baffle has a distance from the mounting plane and / or the third arm is installed so that it is movable in the central longitudinal plane.

Die Gelenkarme erlauben es, das Leitblech trotz der erheblichen Wärmeausdehnungen, denen sie ausgesetzt sein können, in einer mittleren Position zu halten. Der Übergangskanal kann eine Innenbeschichtung aufweisen, die mit den heißen Gasen in der Größenordnung von 600°C bis 700°C in Berührung kommt. Die Gelenkarme sind an einer robusten Außenfläche des Übergangskanals befestigt, deren Temperatur in der Größenordnung von 200°C liegt. Das andere Ende der Gelenkarme ist mit dem Leitblech bei einer Temperatur der heißen Gase zwischen 600°C und 700°C in Kontakt.The articulated arms allow the baffle to be held in a central position despite the significant thermal expansions to which it may be exposed. The transition channel may have an internal coating which comes into contact with the hot gases of the order of 600 ° C to 700 ° C. The articulated arms are attached to a robust outer surface of the transition channel whose temperature is on the order of 200 ° C. The other end of the articulated arms is in contact with the baffle at a temperature of the hot gases between 600 ° C and 700 ° C.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der detaillierten Beschreibung einiger Ausführungsformen, die als Beispiele ohne einschränkenden Charakter zu verstehen sind, dargestellt in den beigefügten Zeichnungen, die Folgendes enthalten:Other features and advantages of the invention will become apparent upon reading the detailed description of some embodiments, given as nonlimiting examples, illustrated in the accompanying drawings, which include:

1 ist ein Längsschnitt der aus Turbine, Diffusor, Schalldämpfer bestehenden Einheit; 1 is a longitudinal section of the unit consisting of turbine, diffuser, silencer;

2 ist eine perspektivische Ansicht des Leitblechs und der Haltemittel, von unterhalb betrachtet; 2 is a perspective view of the baffle and the holding means, viewed from below;

3 ist ein Querschnitt gemäß der Ebene III-III aus 1, von unterhalb betrachtet; 3 is a cross section according to the level III-III 1 , viewed from below;

4 ist ein Querschnitt gemäß der Ebene IV-IV aus 1, von oberhalb betrachtet; 4 is a cross section according to the level IV-IV 1 , viewed from above;

5 ist ein Längsschnitt des Leitblechs gemäß der Ebene V-V der 2 und 4; und 5 is a longitudinal section of the baffle according to the plane VV of 2 and 4 ; and

6 ist ein Längsschnitt des Leitblechs gemäß der Ebene VI-VI der 2 und 4. 6 is a longitudinal section of the baffle according to the plane VI-VI of 2 and 4 ,

Wie in 1 dargestellt, befindet sich ein Abgasdiffusor 1 zwischen den Schnittebenen III und IV gemäß 1. Der Abgasdiffusor 1 ist unterhalb einer Turbine 2 und oberhalb eines Schalldämpfers 3 und einer Abgasleitung eingebaut, wobei sich das Ganze längs einer Mittelachse 10 der Turbine 2 erstreckt. Der Abgasdiffusor 1 enthält einen Übergangskanal 5, der in Ebene IV ein Eintrittsende 6 des Kanals 5 aufweist, welches mit einem Kollektor 7 der Turbine 2 verbunden ist. Der Übergangskanal 5 besitzt an seinem Kanaleintrittsende 6 einen kreisförmigen Querschnitt in der Verlängerung des Kollektors 7 der Turbine 2. Am gegenüberliegenden Ende weist der Übergangskanal 5 in der Ebene III-III ein Austrittsende 8 des Kanals 5 auf, welches mit dem Schalldämpfer 3 verbunden ist. Der Übergangskanal 5 besitzt an seinem Austrittsende 8 einen Querschnitt von allgemein polygonaler Form. In dem in 1 dargestellten Fall weist das Austrittsende des Kanals 8 einen quadratischen geraden Querschnitt auf.As in 1 shown, there is an exhaust diffuser 1 between the cutting planes III and IV according to 1 , The exhaust diffuser 1 is below a turbine 2 and above a muffler 3 and an exhaust pipe, the whole being along a central axis 10 the turbine 2 extends. The exhaust diffuser 1 contains a transition channel 5 , which in level IV is an entry end 6 of the canal 5 which has a collector 7 the turbine 2 connected is. The transition channel 5 owns at its channel entry end 6 a circular cross-section in the extension of the collector 7 the turbine 2 , At the opposite end has the transition channel 5 in level III-III, an exit end 8th of the canal 5 on which with the muffler 3 connected is. The transition channel 5 owns at its exit end 8th a cross section of generally polygonal shape. In the in 1 The illustrated case has the exit end of the channel 8th a square straight cross section.

Der Abgasdiffusor 1 umfasst auch eine Leitblecheinheit 11, bestehend aus drei konzentrischen konischen Leitblechen 12, 12', 12'' und einem Außenleitblech 13. Die drei konischen Leitbleche 12, 12', 12'' und das Außenleitblech 13 sind durch Verbindungsspeichen 14 in der Weise verbunden, dass die Leitblecheinheit 11 ein starres Ganzes aus einem Stück ist. Das konische Leitblech 12 ist das Leitblech, welches am weitesten innen, radial am nächsten zu der Mittelachse 10 liegt. Das konische Leitblech 12' umgibt das konische Leitblech 12 und wird von dem konischen Leitblech 12'' umgeben. Das Außenleitblech 13 umgibt die Gesamtheit der konischen Leitbleche 12, 12', 12''.The exhaust diffuser 1 also includes a baffle unit 11 , consisting of three concentric conical baffles 12 . 12 ' . 12 '' and an outer baffle 13 , The three conical baffles 12 . 12 ' . 12 '' and the outer baffle 13 are through connection spokes 14 connected in such a way that the baffle unit 11 a rigid whole is one piece. The conical baffle 12 is the baffle which is furthest inside, radially closest to the central axis 10 lies. The conical baffle 12 ' surrounds the conical baffle 12 and is from the conical baffle 12 '' surround. The outer baffle 13 surrounds the entirety of the conical baffles 12 . 12 ' . 12 '' ,

Die konischen Leitbleche 12, 12', 12'' und das Außenleitblech 13 besitzen jeweils Röhrenform mit einer koaxial zur Mittelachse 10 verlaufenden Achse sowie einem Leitblech-Einlassquerschnitt 12a, 12a', 12a'' bzw. 13a, der am Ende der Röhrenform auf der Seite des Kanaleintrittsendes 6 liegt. Die Leitblech-Einlassquerschnitte 12a, 12a', 12a'', 13a sind kreisförmig und im Verhältnis zur Mittelachse 10 konzentrisch. Die konischen Leitbleche 12, 12', 12'' und 13 weisen ebenfalls einen Leitblech-Auslassquerschnitt 12b, 12b', 12b'', 13b auf, der an dem der Röhrenform gegenüberliegenden Ende auf der Seite des Austrittsendes 8 des Kanals 5 liegt.The conical baffles 12 . 12 ' . 12 '' and the outer baffle 13 each have a tubular shape with a coaxial with the central axis 10 extending axis and a baffle inlet cross-section 12a . 12a ' . 12a '' respectively. 13a at the end of the tubular shape on the side of the channel entry end 6 lies. The baffle inlet cross sections 12a . 12a ' . 12a '' . 13a are circular and relative to the central axis 10 concentric. The conical baffles 12 . 12 ' . 12 '' and 13 also have a baffle outlet cross-section 12b . 12b ' . 12b ' . 13b at the end opposite the tubular shape on the side of the exit end 8th of the canal 5 lies.

Eine in 1 bezeichnete Ebene (b) markiert den Beginn des Formübergangs des Kanals 5 zwischen einem kreisförmigen und einem quadratischen Querschnitt. Zwischen dem Kanaleintrittsende 6 und der Ebene (b) hat der Übergangskanal 5 konische Form und liegt koaxial zur Mittelachse 10. Zwischen der Formübergangsebene (b) und dem Austrittsende des Kanals 8 weist der Übergangskanal 5 flache Zonen 17 auf, die durch Übergangskanten 19 mit abgerundeten Zonen 18 verbunden sind. Die Form der flachen Zonen 17 und der abgerundeten Zonen 18 wird in 3 näher beschrieben.An in 1 designated plane (b) marks the beginning of the shape transition of the channel 5 between a circular and a square cross-section. Between the channel entry end 6 and the plane (b) has the transition channel 5 conical shape and is coaxial with the central axis 10 , Between the shape transition plane (b) and the exit end of the channel 8th indicates the transition channel 5 flat zones 17 on, passing through transitional edges 19 with rounded zones 18 are connected. The shape of the flat zones 17 and the rounded zones 18 is in 3 described in more detail.

Wie in 2 dargestellt, sind die Auslassquerschnitte 12b, 12b', 12b'' jedes der drei konischen Leitbleche 12, 12', 12'' kreisförmig. Der Auslassquerschnitt 13b des Außenleitblechs 13 ist von allgemein polygonaler Form und weist gerade Seiten 20 und Eckzonen 21 auf. Das Außenleitblech 13 besitzt eine Wand 22, die flache Teile 23 von rechteckiger Form sowie abgerundete Teile 24 umfasst. Die abgerundeten Teile 24 gewährleisten den Übergang zwischen dem Einlassquerschnitt 13a des Außenleitblechs 13 und den Eckzonen 21 des Auslassquerschnitts 13b. Die Außenwand 22 umfasst auch Zonen 25, die mit Öffnungen 26 versehen sind, welche durch die Wand 2 hindurch verlaufen, sowie massive Zonen 27 ohne Öffnungen 26.As in 2 are shown, the outlet cross sections 12b . 12b ' . 12b ' each of the three conical baffles 12 . 12 ' . 12 '' circular. Of the outlet section 13b the outer baffle 13 is of generally polygonal shape and has straight sides 20 and corner zones 21 on. The outer baffle 13 owns a wall 22 , the flat parts 23 of rectangular shape as well as rounded parts 24 includes. The rounded parts 24 ensure the transition between the inlet cross-section 13a the outer baffle 13 and the corner zones 21 the outlet cross-section 13b , The outer wall 22 also includes zones 25 with openings 26 which are through the wall 2 pass through, as well as massive zones 27 without openings 26 ,

Die mit Öffnungen 26 versehenen Zonen 25 erstrecken sich längs der Wand 22 zu beiden Seiten der zwei Längs- und Diagonalebenen, von denen eine in den 2 und 4 als VI dargestellt ist. Die Längs- und Diagonalebenen VI enthalten die Mittelachse 10 und verbinden die Eckzonen 21 des Auslassquerschnitts 13b. Die mit Öffnungen 26 versehene Zone 25 erstreckt sich beiderseits der Längs- und Diagonalschnittebene VI mit einem Winkel α von mehr oder weniger 22 Grad, wie in 4 dargestellt.The ones with openings 26 provided zones 25 extend along the wall 22 on either side of the two longitudinal and diagonal planes, one of which is in the 2 and 4 represented as VI. The longitudinal and diagonal planes VI contain the central axis 10 and connect the corner zones 21 the outlet cross-section 13b , The ones with openings 26 provided zone 25 extends on both sides of the longitudinal and diagonal section plane VI with an angle α of more or less 22 degrees, as in 4 shown.

Wie in den 2 bis 6 dargestellt, entsprechen die mit Öffnungen 26 versehenen Zonen 25 Zonen, die im Verhältnis zur Mittelachse 10 stärker geneigt sind als die massiven Zonen 27.As in the 2 to 6 shown correspond to those with openings 26 provided zones 25 Zones that are relative to the central axis 10 are more inclined than the massive zones 27 ,

In den 1 bis 4 dargestellte Haltemittel 15 verbinden das Außenleitblech 13 und die gesamte Leitblecheinheit 11 mit dem Übergangskanal 5. Die Haltemittel 15 verbinden das Außenleitblech 13 mit Befestigungspunkten 16a, 16b, 32, 33, die am Übergangskanal 5 in einer in 1 bezeichneten Befestigungsebene (a) liegen. Die Haltemittel 15 umfassen einen ersten Verbindungsarm 28 und einen zweiten Verbindungsarm 30, die mit Befestigungspunkten 32 bzw. 33 des Übergangskanals 5 verbunden sind, der in der Befestigungsebene (a) liegt. Der erste Verbindungsarm 28 ist mit einem Anschlusspunkt 29 verbunden, der auf einer rechten Seite des Leitblechs 13 liegt, und der zweite Verbindungsarm 30 ist mit einem Anschlusspunkt 31 verbunden, der auf einer linken Seite des Außenleitblechs 13 liegt. Der erste Verbindungsarm 28 und der zweite Verbindungsarm 30 bewegen sich gelenkig um Befestigungspunkte 32, 33 und um Anschlusspunkte 29, 31 in der Weise, dass sie in der Befestigungsebene (a) beweglich sind.In the 1 to 4 illustrated holding means 15 connect the outer baffle 13 and the entire baffle unit 11 with the transition channel 5 , The holding means 15 connect the outer baffle 13 with attachment points 16a . 16b . 32 . 33 at the transition channel 5 in an in 1 designated attachment level (a) lie. The holding means 15 comprise a first connecting arm 28 and a second connecting arm 30 with attachment points 32 respectively. 33 the transition channel 5 are connected, which lies in the mounting plane (a). The first connecting arm 28 is with a connection point 29 connected to the right side of the baffle 13 is located, and the second connecting arm 30 is with a connection point 31 connected on a left side of the outer baffle 13 lies. The first connecting arm 28 and the second connecting arm 30 move around attachment points 32 . 33 and around connection points 29 . 31 in that they are movable in the attachment plane (a).

Die Haltemittel 15 umfassen auch einen dritten Verbindungsarm 34, der mit einem Anschlusspunkt 35 (1) des Leitblechs 13 verbunden ist, welcher in Nähe des Einlassquerschnitts 13a liegt. Die Anschlusspunkte 31 und 33 des ersten und des zweiten Arms 28, 30 liegen in Nähe des Auslassquerschnitts 13b des Leitblechs 13. Der Anschlusspunkt 35 befindet sich in einem Abstand von der Befestigungsebene (a). Der dritte Arm 34 ist an einem axial in der Befestigungsebene (a) gelegenen Zwischen-Befestigungspunkt 36 angebracht. Der Zwischen-Befestigungspunkt 36 ist mittels zwei Zwischenarmen 37a und 37b mit den beiden Befestigungspunkten 16a, 16b des Übergangskanals 5 verbunden. Der dritte Verbindungsarm 34, der Anschlusspunkt 35 und der Zwischen-Befestigungspunkt 36 liegen in einer mittleren Längsebene (I), die in 1 dargestellt ist. Die Befestigungspunkte 32 und 33, der erste und der zweite Verbindungsarm 28, 30, die beiden Zwischenarme 37a, 37b und ihre Befestigungspunkte 16a, 16b sind im Verhältnis zu der mittleren Längsebene (I) symmetrisch angeordnet.The holding means 15 also include a third link arm 34 that with a connection point 35 ( 1 ) of the baffle 13 is connected, which in the vicinity of the inlet cross-section 13a lies. The connection points 31 and 33 the first and the second arm 28 . 30 lie near the outlet cross-section 13b of the baffle 13 , The connection point 35 is located at a distance from the mounting plane (a). The third arm 34 is at an intermediate attachment point located axially in the attachment plane (a) 36 appropriate. The intermediate attachment point 36 is by means of two intermediate arms 37a and 37b with the two attachment points 16a . 16b the transition channel 5 connected. The third link arm 34 , the connection point 35 and the intermediate attachment point 36 lie in a middle longitudinal plane (I), which in 1 is shown. The attachment points 32 and 33 , the first and second connecting arms 28 . 30 , the two intermediate arms 37a . 37b and their attachment points 16a . 16b are arranged symmetrically with respect to the central longitudinal plane (I).

Die Haltemittel 15 (siehe 1) sind an einer robusten Wand des Übergangskanals 5 befestigt. Das Innere des Übergangskanals 5 ist mit einer in den Figuren nicht dargestellten Wärmebeschichtung versehen. Die heißen Gase erhöhen so die Temperatur der Beschichtung und des mittleren Leitblechs auf einen Wert zwischen 600°C und 700°C. Die Haltemittel 15 der Gelenkarme am Übergangskanal 5 haben jedoch ca. 200°C. Die Haltemittel 15 halten das gesamte Leitblech 11 im Verhältnis zur Mittelachse 10 in koaxialer Lage, ungeachtet der Temperaturdifferenz zwischen dem Leitblech 11 und dem Übergangskanal 5, die vorübergehend zwischen 400°C und 600°C betragen kann. Wenn sich das äußere Leitblech 13 ausdehnt, verschieben sich der erste und der zweite Verbindungsarm 28, 30 in der Befestigungsebene (a) entsprechend den in 3 durch die Pfeile bezeichneten Richtungen. Der erste und der zweite Verbindungsarm 28, 30 halten das Leitblech 13, wenn sich dieses in radialer Richtung ausdehnt.The holding means 15 (please refer 1 ) are on a sturdy wall of the transitional channel 5 attached. The interior of the transitional channel 5 is provided with a heat coating, not shown in the figures. The hot gases increase the temperature of the coating and the middle baffle to a value between 600 ° C and 700 ° C. The holding means 15 the articulated arms on the transition channel 5 however have about 200 ° C. The holding means 15 hold the entire baffle 11 in relation to the central axis 10 in a coaxial position, regardless of the temperature difference between the baffle 11 and the transition channel 5 , which may temporarily be between 400 ° C and 600 ° C. When the outer baffle 13 Expands, move the first and the second link arm 28 . 30 in the mounting plane (a) according to the in 3 directions indicated by the arrows. The first and the second connecting arm 28 . 30 hold the baffle 13 when it expands in the radial direction.

Der dritte Verbindungsarm 34 hält das äußere Leitblech 13, wenn es sich in Längsrichtung ausdehnt. Wie in den 1 und 3 dargestellt, dehnen sich die Zwischenarme 37a, 37b so aus, dass der Zwischen-Befestigungspunkt 36 in einer vertikalen mittleren Ebene verbleibt, die in der Befestigungsebene (a) liegt und dem Abstand zwischen den Befestigungspunkten 32 und 33 des ersten und des zweiten Verbindungsarms 28, 30 entspricht. Der Anschlusspunkt 35 des dritten Arms 34 am Leitblech 13 erlaubt eine Längsdehnung des Leitblechs 11, ohne dass dieses im Verhältnis zur Mittelachse 10 seitlich verschoben wird.The third link arm 34 holds the outer baffle 13 when it expands in the longitudinal direction. As in the 1 and 3 shown, the intermediate arms stretch 37a . 37b so look like the intermediate attachment point 36 remains in a vertical middle plane lying in the mounting plane (a) and the distance between the attachment points 32 and 33 the first and the second link arm 28 . 30 equivalent. The connection point 35 of the third arm 34 at the baffle 13 allows a longitudinal expansion of the baffle 11 without this in relation to the central axis 10 is shifted laterally.

Die Haltemittel 15 halten den mechanischen Beanspruchungen stand, die infolge des dynamischen Drucks des Gasstroms auf das Leitblech 11 ausgeübt werden.The holding means 15 Withstand the mechanical stresses due to the dynamic pressure of the gas flow on the baffle 11 be exercised.

Die Verbindungsarme 28, 30, 34 weisen vorteilhafterweise einen profilierten geraden Querschnitt auf, um die durch die Gase verursachten mechanischen Beanspruchungen zu reduzieren. So können die Verbindungsarme 28, 30, 34 zum Beispiel hohl sein und einen rautenförmigen geraden Querschnitt aufweisen, dessen Hauptachse im Wesentlichen parallel zur Mittelachse 10 verläuft. Dies erlaubt eine Reduzierung des an dem Übergangskanal 5 hängenden Gewichts, wobei den Haltemitteln 15 gleichzeitig eine gute mechanische Festigkeit und dem Abgasstrom ein geringer Widerstand verliehen wird.The connecting arms 28 . 30 . 34 advantageously have a profiled straight cross-section to reduce the mechanical stresses caused by the gases. So can the connecting arms 28 . 30 . 34 for example, be hollow and have a diamond-shaped straight cross-section, the main axis substantially parallel to the central axis 10 runs. This allows a reduction in the on the transition channel 5 hanging weight, with the holding means 15 at the same time a good mechanical strength and the exhaust gas flow is given a low resistance.

Die Befestigungspunkte 16a, 16b, 32, 33, 36 oder die Anschlusspunkte 29 sind vorteilhafterweise mit Edelstahl-Beilagscheiben mit geringem Reibungskoeffizient ausgerüstet, die Temperaturen in der Größenordnung von 650°C aushalten. Dies erlaubt eine Reduzierung der mechanischen Spannungen während der Ausdehnung des Diffusors 1. Solche Beilagscheiben können aus einer Schmiedelegierung auf der Basis von Kobalt, Chrom, Wolfram und Nickel bestehen. Diese Legierung kann den Spezifikationen nach ASTM F90 oder NF ISO 58325 (97) entsprechen.The attachment points 16a . 16b . 32 . 33 . 36 or the connection points 29 are advantageously equipped with stainless steel shims with a low coefficient of friction, the temperatures of the order of 650 ° C endure. This allows a reduction of the mechanical stresses during the expansion of the diffuser 1 , Such washers may consist of a forging alloy based on cobalt, chromium, tungsten and nickel. This alloy can according to the specifications ASTM F90 or NF ISO 58325 (97) correspond.

Anhand der 3 wird die Form des Übergangskanals 5 beschrieben. Die feinen strichpunktierten Linien zeigen die Form der geraden Abschnitte des Übergangskanals der verschiedenen Schnittebenen (a), (b), (c), (d), (e). Je weiter man sich in axialer Richtung entfernt und von Schnittebene (b) zu Schnittebene (e) gelangt, erweitert sich die flache Zone 17 und die abgerundete Zone 18 weist einen immer geringeren Krümmungsradius auf.Based on 3 becomes the shape of the transition channel 5 described. The fine dot-dashed lines show the shape of the straight sections of the transition channel of the various cutting planes (a), (b), (c), (d), (e). The further one moves away in the axial direction and from the cutting plane (b) to the cutting plane (s), the flat zone expands 17 and the rounded zone 18 has an ever smaller radius of curvature.

Dadurch gelangt man allmählich von einem kreisförmigen Querschnitt in der Schnittebene (b) zu einem quadratischen Querschnitt am Kanalaustrittsende 8.This gradually leads from a circular cross section in the sectional plane (b) to a square cross section at the channel exit end 8th ,

Nunmehr wird anhand der 4 bis 6 die Auswirkung der Leitblecheinheit auf den Gasstrom der Turbine 2, der am Eintrittsende 6 des Übergangskanals 5 eintritt, erläutert.Now, based on the 4 to 6 the effect of the baffle unit on the gas flow of the turbine 2 , the entry end 6 the transition channel 5 enters, explains.

Der eintretende Gasstrom teilt sich auf in einen mittleren Strom 41, drei ringförmige Ströme 42, 43, 44 und einen äußeren Strom 45. Der mittlere Strom 41 gelangt durch den Einlassquerschnitt 12a in das Innere des konischen Leitblechs. Der ringförmige Strom 42 fließt zwischen dem konischen Leitblech 12 und dem konischen Leitblech 12' und gelangt dabei zwischen den Einlassquerschnitt 12a und den Einlassquerschnitt 12a'. Der ringförmige Strom 43 fließt zwischen dem konischen Leitblech 12' und dem konischen Leitblech 12'' und gelangt dabei zwischen die Einlassquerschnitte 12a' und 12a''. Der ringförmige Strom 44 fließt zwischen dem konischen Leitblech 12'' und dem äußeren Leitblech 13 und gelangt dabei zwischen den Einlassquerschnitt 12a'' und den Einlassquerschnitt 13a. Der äußere Strom 45 fließt außerhalb des äußeren Leitblechs 13 zwischen dem äußeren Leitblech 13 und dem Übergangskanal 5.The incoming gas stream is divided into a medium flow 41 , three annular streams 42 . 43 . 44 and an external current 45 , The mean current 41 passes through the inlet cross-section 12a into the interior of the conical baffle. The annular stream 42 flows between the conical baffle 12 and the conical baffle 12 ' and passes between the inlet cross section 12a and the inlet cross section 12a ' , The annular stream 43 flows between the conical baffle 12 ' and the conical baffle 12 '' and passes between the inlet cross sections 12a ' and 12a '' , The annular stream 44 flows between the conical baffle 12 '' and the outer baffle 13 and passes between the inlet cross section 12a '' and the inlet cross section 13a , The external current 45 flows outside the outer baffle 13 between the outer baffle 13 and the transition channel 5 ,

In einer besonderen Ausführungsform haben sämtliche Leitbleche 12, 12', 12'', 13 die gleiche axiale Länge, zum Beispiel von 1410 mm. Die Wand dieser Leitbleche kann aus einem Metall bestehen, welches der Temperatur der Abgase standhält, zum Beispiel aus Edelstahl. Die Wanddicke kann 20 mm betragen. Der Durchmesser des Einlassquerschnitts 12a beträgt 400 mm, derjenige des Aulassquerschnitts 12b beträgt 682 mm. Der Durchmesser des Einlassquerschnitts 12a' beträgt 842 mm, derjenige des Auslassquerschnitts 12b' beträgt 1341 mm. Der Durchmesser des Einlassquerschnitts 12a'' beträgt 1240 mm, derjenige des Auslassquerschnitts 12b'' beträgt 2086 mm. Die konischen Leitbleche 12, 12', 12'' besitzen einen ersten zylindrischen Teil, der sich allmählich mit einem konischen Teil verbindet, welcher Öffnungshalbwinkel von 6,6 Grad, 11,7 Grad bzw. 19,3 Grad aufweist. Der Halbwinkel am Scheitelpunkt der konischen Leitbleche 12, 12', 12'' entspricht der Wandneigung des entsprechenden konischen Leitblechs im Verhältnis zur Mittelachse 10.In a particular embodiment, all baffles 12 . 12 ' . 12 '' . 13 the same axial length, for example of 1410 mm. The wall of these baffles may consist of a metal which withstands the temperature of the exhaust gases, for example stainless steel. The wall thickness can be 20 mm. The diameter of the inlet cross-section 12a is 400 mm, that of the Aulassquerschnitts 12b is 682 mm. The diameter of the inlet cross-section 12a ' is 842 mm, that of the outlet cross-section 12b ' is 1341 mm. The diameter of the inlet cross-section 12a '' is 1240 mm, that of the outlet cross-section 12b ' is 2086 mm. The conical baffles 12 . 12 ' . 12 '' have a first cylindrical part which gradually connects to a conical part having an opening half angle of 6.6 degrees, 11.7 degrees and 19.3 degrees, respectively. The half angle at the apex of the conical baffles 12 . 12 ' . 12 '' corresponds to the wall inclination of the corresponding conical baffle in relation to the central axis 10 ,

Der Durchmesser des Einlassquerschnitts 13a beträgt 1840 mm. Der Aulassquerschnitt 13b hat im Wesentlichen quadratische Form. Der Abstand zwischen den geraden Seiten 20 beträgt 3123 mm und der Krümmungshalbmesser der Eckzonen 21 beträgt 607 mm. In der in 5 dargestellten Schnittebene V weist die Wand 22 des äußeren Leitblechs 13 im Verhältnis zur Achse eine Neigung im Winkel von 24,5 Grad auf, d. h. 5,2 Grad mehr als die Neigung des unmittelbar angrenzenden konischen Leitblechs 12''. In der diagonalen Längsschnittebene VI weist die Wand 22 des äußeren Leitblechs 13 im Verhältnis zur Achse eine Neigung von 30,2 Grad auf, d. h. 10,9 Grad mehr als die Neigung des unmittelbar angrenzenden konischen Leitblechs 12''.The diameter of the inlet cross-section 13a is 1840 mm. The Aulassquerschnitt 13b has essentially square shape. The distance between the even sides 20 is 3123 mm and the radius of curvature of the corner zones 21 is 607 mm. In the in 5 sectional plane V shown has the wall 22 the outer baffle 13 in relation to the axis an inclination at an angle of 24.5 degrees, ie 5.2 degrees more than the inclination of the immediately adjacent conical baffle 12 '' , In the diagonal longitudinal section VI, the wall points 22 the outer baffle 13 an inclination of 30.2 degrees relative to the axis, ie 10.9 degrees more than the inclination of the immediately adjacent conical baffle 12 '' ,

Die Fließgeschwindigkeit des mittleren Stroms 41 verlangsamt sich entsprechend der Neigung des konischen Leitblechs 12 im Verhältnis zur Mittelachse 10. Die Fließgeschwindigkeit der ringförmigen Ströme 42, 43, 44 verlangsamt sich proportional zur Neigungsdifferenz im Verhältnis zur Mittelachse 10, die von den beiden angrenzenden Leitblechen gebildet wird, zwischen denen der genannte ringförmige Strom fließt. Die Reduzierung der Geschwindigkeit des mittleren Stroms 41 und der beiden ringförmigen Ströme 42, 43 ist somit im Wesentlichen einheitlich. Andererseits verringert sich die Fließgeschwindigkeit des ringförmigen Stroms 44 in den diagonalen Längsebenen VI stärker als in den quer verlaufenden Längsebenen V.The flow rate of the mean flow 41 slows down according to the inclination of the conical baffle 12 in relation to the central axis 10 , The flow rate of the annular streams 42 . 43 . 44 slows down proportionally to the slope difference in relation to the central axis 10 formed by the two adjacent baffles between which said annular stream flows. The reduction of the speed of the average current 41 and the two annular streams 42 . 43 is thus essentially uniform. On the other hand, the flow rate of the annular stream decreases 44 in the diagonal longitudinal planes VI stronger than in the transverse longitudinal planes V.

Der äußere Strom 45 wird durch die Außenfläche des äußeren Leitblechs 13 abgeleitet. In der diagonalen Längsschnittebene VI trifft der äußere Strom 45 auf die Öffnungen 46. Ein Teil des äußeren Stroms durchfließt die Öffnungen 46 und kommt wieder mit dem ringförmigen Strom 44 zusammen. Die Öffnungen 26 erlauben eine Reduzierung der Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit des Gases in den mit Öffnungen 26 versehenen Zonen 25. Dadurch verringern sich die Turbulenzen des ringförmigen Stroms 44 in Nähe der Eckzonen 21.The external current 45 is through the outer surface of the outer baffle 13 derived. In the diagonal longitudinal section VI meets the external current 45 on the openings 46 , Part of the external flow flows through the openings 46 and comes back with the ring-shaped current 44 together. The openings 26 allow a reduction in the slowing down of the gas flow rate the one with openings 26 provided zones 25 , This reduces the turbulence of the annular stream 44 near the corner zones 21 ,

Die Tatsache, dass das äußere Leitblech 13 einen polygonalen Auslassquerschnitt 13b aufweist, ermöglicht die Ableitung einer Gasmenge in Richtung der Ecken des Endes 8 des Kanalaustritts 5. Die Öffnungen 26 erlauben es, zu vermeiden, dass diese Umleitung des Gasstroms in Richtung der Ecken mit einer zu großen Verlangsamung in den Eckzonen 21 einhergeht.The fact that the outer baffle 13 a polygonal outlet cross-section 13b allows the discharge of an amount of gas in the direction of the corners of the end 8th of the channel exit 5 , The openings 26 allow it to avoid this diversion of gas flow towards the corners with a too slow slowdown in the corner zones 21 accompanied.

ZusammenfassungSummary

Abgasdiffusor (1) für eine Gasturbine (2), umfassend einen röhrenförmigen Übergangskanal (5) mit einer Mittelachse (10), ein Kanaleintrittsende (6) von kreisförmigem Querschnitt, bestimmt zum Anschluss unterhalb der Turbine (2), und ein Kanalaustrittsende (8), bestimmt zum Anschluss oberhalb einer Abgasleitung (4), wobei das Kanalaustrittsende (8) einen geraden Querschnitt von allgemein polygonaler Form aufweist und der Diffusor (1) ferner mindestens ein Leitblech (13) umfasst, welches an dem Übergangskanal (5) befestigt und im Verhältnis zum Kanaleintrittsende (6) so angeordnet ist, dass ein Teil eines Gaszustroms abgeleitet werden kann. Das Leitblech (13) umfasst eine röhrenförmige Wand (22), die koaxial zur Mittelachse (10) verläuft und in Richtung des Kanalaustrittsendes (8) aufgeweitet ist, wobei die röhrenförmige Wand (22) an einem Ende auf der Seite des Kanaleintrittsendes (6) einen kreisförmigen Einlassquerschnitt des Leitblechs (13a) und an dem gegenüberliegenden Ende einen allgemein polygonalen Auslassquerschnitt des Leitblechs (13b) aufweist, während der genannte Auslassquerschnitt des Leitblechs (13b) eine Anzahl Eckzonen und eine Möglichkeit zum Ausrichten um die Mittelachse (10) der genannten Eckzonen aufweist, die den Ecken des polygonalen Querschnitts des Kabelaustrittsendes (8) entsprechen.Exhaust gas diffuser ( 1 ) for a gas turbine ( 2 ) comprising a tubular transition channel ( 5 ) with a central axis ( 10 ), a channel entry end ( 6 ) of circular cross-section intended for connection below the turbine ( 2 ), and a channel exit end ( 8th ), intended for connection above an exhaust pipe ( 4 ), the channel exit end ( 8th ) has a straight cross section of generally polygonal shape and the diffuser ( 1 ) at least one baffle ( 13 ), which at the transition channel ( 5 ) and in relation to the channel entry end ( 6 ) is arranged so that a part of a gas flow can be derived. The baffle ( 13 ) comprises a tubular wall ( 22 ) coaxial with the central axis ( 10 ) and in the direction of the channel exit end ( 8th ), wherein the tubular wall ( 22 ) at one end on the side of the channel entrance end ( 6 ) a circular inlet cross-section of the baffle ( 13a ) and at the opposite end a generally polygonal outlet cross section of the baffle ( 13b ), while said outlet cross-section of the baffle ( 13b ) a number of corner zones and a possibility to align about the central axis ( 10 ) of the said corner zones which correspond to the corners of the polygonal cross section of the cable exit end ( 8th ) correspond.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0595692 [0008, 0008] EP 0595692 [0008, 0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ASTM F90 [0050] ASTM F90 [0050]
  • NF ISO 58325 (97) [0050] NF ISO 58325 (97) [0050]

Claims (11)

Abgasdiffusor (1) für eine Gasturbine (2), umfassend einen röhrenförmigen Übergangskanal (5) mit einer Mittelachse (10), ein Kanaleintrittsende (6) von kreisförmigem Querschnitt, bestimmt zum Anschluss unterhalb der Turbine (2), und ein Kanalaustrittsende (8), bestimmt zum Anschluss oberhalb einer Abgasleitung (4), wobei das Kanalaustrittsende (8) einen geraden Querschnitt von allgemein polygonaler Form aufweist und der Diffusor (1) ferner mindestens ein Leitblech (13) umfasst, welches an dem Übergangskanal (5) befestigt und im Verhältnis zum Kanaleintrittsende (6) so angeordnet ist, dass ein Teil eines Gaszustroms abgeleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech (13) eine röhrenförmige Wand (22) umfasst, die koaxial zur Mittelachse (10) verläuft und in Richtung des Kanalaustrittsendes (8) aufgeweitet ist, wobei die röhrenförmige Wand (22) an einem Ende auf der Seite des Kanaleintrittsendes (6) einen kreisförmigen Einlassquerschnitt des Leitblechs (13a) und an dem gegenüberliegenden Ende einen allgemein polygonalen Auslassquerschnitt des Leitblechs (13b) aufweist, während der genannte Auslassquerschnitt des Leitblechs (13b) eine Anzahl Eckzonen (21) und eine Möglichkeit zur Ausrichtung um die Mittelachse (10) der genannten Eckzonen (21) aufweist, die den Ecken des polygonalen Querschnitts des Kabelaustrittsendes (8) entsprechen.Exhaust gas diffuser ( 1 ) for a gas turbine ( 2 ) comprising a tubular transition channel ( 5 ) with a central axis ( 10 ), a channel entry end ( 6 ) of circular cross-section intended for connection below the turbine ( 2 ), and a channel exit end ( 8th ), intended for connection above an exhaust pipe ( 4 ), the channel exit end ( 8th ) has a straight cross section of generally polygonal shape and the diffuser ( 1 ) at least one baffle ( 13 ), which at the transition channel ( 5 ) and in relation to the channel entry end ( 6 ) is arranged so that a part of a gas flow can be derived, characterized in that the baffle ( 13 ) a tubular wall ( 22 ) coaxial with the central axis ( 10 ) and in the direction of the channel exit end ( 8th ), wherein the tubular wall ( 22 ) at one end on the side of the channel entrance end ( 6 ) a circular inlet cross-section of the baffle ( 13a ) and at the opposite end a generally polygonal outlet cross section of the baffle ( 13b ), while said outlet cross-section of the baffle ( 13b ) a number of corner zones ( 21 ) and a possibility for alignment about the central axis ( 10 ) of said corner zones ( 21 ), which correspond to the corners of the polygonal cross section of the cable outlet end ( 8th ) correspond. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eckzonen (21) der allgemein polygonalen Form des geraden Auslassquerschnitts (13b) des Leitblechs (13) abgerundet sind.Diffuser according to claim 1, characterized in that the corner zones ( 21 ) of the generally polygonal shape of the straight outlet cross section ( 13b ) of the baffle ( 13 ) are rounded. Diffusor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (22) des Leitblechs eine Verteilung von durch die Wand (22) hindurchtretenden Öffnungen (26) aufweist, die in Nähe der Eckzonen (21) des Auslassquerschnitts (13b) des Leitblechs (13) angeordnet ist.Diffuser according to claim 1 or 2, characterized in that the wall ( 22 ) of the baffle a distribution of through the wall ( 22 ) passing through openings ( 26 ) close to the corner zones ( 21 ) of the outlet cross section ( 13b ) of the baffle ( 13 ) is arranged. Diffusor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen 26 in der Wand (22) des Leitblechs (13) in Zonen (25) der Wand verteilt sind, die eine stärkere Neigung gegenüber der Mittelachse (10) aufweisen als die Zonen (27) der Wand, die nicht mit hindurchtretenden Öffnungen (26) versehen ist.Diffuser according to claim 3, characterized in that the openings 26 in the wall ( 22 ) of the baffle ( 13 ) in zones ( 25 ) of the wall are distributed, which have a greater inclination with respect to the central axis ( 10 ) than the zones ( 27 ) of the wall, which are not with passing through openings ( 26 ) is provided. Diffusor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Einlassquerschnitts (13a) wenigstens eines röhrenförmigen Leitblechs (13) kleiner als die Hälfte des Durchmessers des Eintrittsendes des Übergangskanals (5) und vorzugsweise kleiner als ein Drittel des genannten Durchmessers ist.Diffuser according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the inlet cross-section ( 13a ) at least one tubular baffle ( 13 ) smaller than half the diameter of the entrance end of the transition channel ( 5 ) and preferably less than one third of said diameter. Diffusor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Mehrzahl (11) von Leitblechen (12, 12', 12'', 13) mit röhrenförmigen Wänden aufweist, die jeweils über einen kreisförmigen Einlassquerschnitt (12a, 12a', 12a'', 13a) verfügen.Diffuser according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality ( 11 ) of baffles ( 12 . 12 ' . 12 '' . 13 ) having tubular walls, each having a circular inlet cross-section ( 12a . 12a ' . 12a '' . 13a ) feature. Diffusor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass er ein äußeres Leitblech (13) aufweist, in dessen Innerem ein oder mehrere koaxial zur Mittelachse (10) ausgerichtete Innenleitbleche (12, 12', 12'') angeordnet sind, wobei mindestens das äußere Leitblech (13) einen Auslassquerschnitt (13b) von allgemein polygonaler Form aufweist.Diffuser according to claim 6, characterized in that it comprises an outer baffle ( 13 ), inside which one or more coaxial with the central axis ( 10 ) aligned inner baffles ( 12 . 12 ' . 12 '' ) are arranged, wherein at least the outer baffle ( 13 ) an outlet cross-section ( 13b ) of generally polygonal shape. Diffusor nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leitbleche (12, 12', 12'') von allgemein konischer Form und zueinander im Wesentlichen homothetisch sind.Diffuser according to one of claims 6 to 7, characterized in that a plurality of baffles ( 12 . 12 ' . 12 '' ) of generally conical shape and substantially homothetic to each other. Diffusor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Paare von benachbarten Leitblechen (12-12', 12'12'', 12''-13), von denen das eine das andere unmittelbar umgibt, Längsquerschnitte aufweisen, deren Neigungsdifferenz im Verhältnis zur Mittelachse (10) unter einem Schwellenwert liegt, wobei der genannte Schwellenwert vorzugsweise weniger als 10°, insbesondere weniger als 7°, beträgt.Diffuser according to one of claims 6 to 8, characterized in that the pairs of adjacent baffles ( 12-12 ' . 12 ' - 12 '' . 12 '' - 13 ), one of which immediately surrounds the other, have longitudinal cross-sections whose inclination difference in relation to the central axis ( 10 ) is below a threshold, said threshold being preferably less than 10 °, especially less than 7 °. Diffusor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Leitbleche (13, 11) an dem Übergangskanal (5) durch Haltemittel (15) befestigt sind, die drei Verbindungsarme (28, 30, 34) umfassen, wobei jeder der Verbindungsarme ein um einen Anschlusspunkt (29, 31, 35) des Leitblechs (13, 11) gelenkig drehbares Ende und ein gegenüberliegendes Ende (32, 33, 36) aufweist, welches mit dem Übergangskanal (5) verbunden ist.Diffuser according to one of the preceding claims, characterized in that the baffle or baffles ( 13 . 11 ) at the transition channel ( 5 ) by holding means ( 15 ), the three connecting arms ( 28 . 30 . 34 ), each of the connecting arms being connected around a connection point ( 29 . 31 . 35 ) of the baffle ( 13 . 11 ) hinged end and an opposite end ( 32 . 33 . 36 ), which with the transition channel ( 5 ) connected is. Diffusor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel (15) eine lotrecht zur Mittelachse (10) angeordnete Befestigungsebene (a) aufweisen und einen ersten und einen zweiten Arm (28, 30) umfassen, die im Verhältnis zu einer mittleren Längsebene (I) symmetrisch angeordnet und so angebracht sind, dass sie in der genannten Befestigungsebene (a) beweglich sind, wobei der Anschlusspunkt (35) zum Leitblech (13, 11) eines dritten Verbindungsarms (34) in einem Abstand von der Befestigungsebene (a) angeordnet und/oder der dritte Arm (34) so eingebaut ist, dass er in der mittleren Längsebene (I) beweglich ist.Diffuser according to claim 10, characterized in that the holding means ( 15 ) a perpendicular to the central axis ( 10 ) (f) and a first and a second arm ( 28 . 30 ) arranged symmetrically with respect to a central longitudinal plane (I) and mounted so as to be movable in said attachment plane (a), the attachment point (1) 35 ) to baffle ( 13 . 11 ) of a third connecting arm ( 34 ) at a distance from the mounting plane (a) and / or the third arm ( 34 ) is installed so that it is movable in the central longitudinal plane (I).
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