Abgaskanal für Gasturbinen

Abstract

 Abgaskanal für Gasturbinen mit

- einem axialen Ausströmgehäuse (1),

- einem sich an das Ausströmgehäuse (1) anschließenden Umlenkstück (3), in welchem ein Gitter (321) zur Umlenkung des Abgasstromes (2) in die vertikale Richtung angeordnet ist und

- einem sich an das Umlenkstück (3) anschließenden vertikalen Abgaskamin (4), in welchen ein Schalldämpfer (5) eingesetzt ist.

Um bei geringem Platzbedarf eine verlustarme Verzögerung des Abgasstromes (2) zu erreichen, ist vorgesehen, daß

- das Umlenkstück (3) einen im wesentlichen horizontal ausgerichteten ersten Diffusorabschnitt (31) und einen vertikal ausgerichteten zweiten Diffusorabschnitt (33) aufweist,

- beide Diffusorabschnitte (31, 33) in den einander zugewandten Bereichen einen Schrägschnitt auf Gehrmaß aufweisen.

Die beiden Diffusorabschnitte (31,33) können aus einem einzigen Kreiskegeldiffusor durch Schrägschnitt auf Gehrmaß und anschließende Verdrehung um 180° hergestellt werden. In die Gehrfuge zwischen den beiden Diffusorabschnitten (31,33) kann ein Zwischenstück (32) mit dem Gitter (321) zur Umlenkung des Abgasstromes (2) eingeschweißt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgaskanal für Gasturbinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Stationäre Gasturbinen großer Leistung besitzen zumeist ein axiales Ausströmgehäuse, welches mit einem Abgaskamin über eine Abgasstrecke verbunden ist. Die Geschwindigkeit der Abgasströmung, welche am Turbinenaustritt größenordnungsmäßig 100 m/s beträgt, muß dabei in der Abgasstrecke auf etwa 50 m/s verzögert-werden, da sonst der zur Verringerung der Lärmbelästigung erforderliche Schalldämpfer zerstört werden kann. Außerdem ist eine derartige Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit zur Verminderung der Austrittsverluste und zur Vermeidung unzulässiger Geräusche an der Mündung des Abgaskamins erforderlich.

[0003] Eine verlustarme Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit ist bei vertretbaren Baumaßen der Abgasstrecke jedoch problematisch, da die sehr hohen Volumenströme große Strömungsquerschnitte erfordern und außerdem eine Umlenkung des Abgasstromes von der axialen in die vertikale Richtung erforderlich ist. Bei den bekannten Abgaskanälen für Gasturbinen wird der Schalldämpfer entweder axial hinter der Gasturbine angeordnet oder vertikal in den Abgaskamin eingesetzt. Im ersteren Fall ist zur Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit auf ein dem Schalldämpfer zuträgliches Maß ein sehr langes axiales Übergangsstück erforderlich. Steht dieser Platz nicht zur Verfügung, so müssen zur Verzögerung und Vergleichmäßigung der Geschwindigkeit Strömungswiderstände eingebaut werden, die aber zusätzliche Verluste erzeugen. Bei einer vertikalen Anordnung des Schalldämpfers im Abgaskamin werden durch die davorliegende Umlenkung des Abgasstromes neue Strömungsungleichmäßigkeiten, Geschwindigkeitsüberhöhungen und Turbulenzen erzeugt, die den Schalldämpfer gefährden können. Zum Schutz des Schalldämpfers verwendet man daher Einbauten zur Strömungsvergleichmäßigung und Umlenkhilfen oder man setzt den Schalldämpfer hoch in den Abgaskamin. Die entsprechenden bekannten Konstruktionen sind jedoch verlustreich und nur mit relativ großem Aufwand herzustellen.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskanal für Gasturbinen zu schaffen, dessen Abgasstrecke bei geringem Platzbedarf eine verlustarme Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht.

[0005] Bei einem Abgaskanal für Gasturbinen der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

[0006] Bei dem erfindungsgemäßen Abgaskanal wird also die ge- _'samte Abgasstrecke allein durch ein Umlenkstück gebildet, welches durch einen im wesentlichen horizontal ausgerichteten ersten Diffusorabschnitt und einen vertikal ausgerichteten zweiten Diffusorabschnitt insgesamt als Diffusor wirkt und daher unter Verzicht auf Übergangs- und Zwischenstücke eine verlustarme Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt. Die Voraussetzungen für eine ablösungsfreie Durchströmung des Umlenkstückes und für die Wirksamkeit des vertikal ausgerichteten zweiten Diffusorabschnittes wird hierbei durch das im Umlenkstück angeordnete Gitter zur gleichmäßigen Umlenkung des Abgasstromes gesichert. Die Teillängen des ersten und des zweiten Diffusorabschnittes sind frei wählbar, so daß die Abgasstrecke mit geringem Aufwand an die jeweiligen örtlichen Platzverhältnisse angepaßt werden kann.

[0007] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgaskanals sind der erste Diffusorabschnitt und der zweite Diffusorabschnitt durch Schrägschnitt auf Gehrmaß aus einem einzigen Kreiskegeldiffusor gebildet. Hierdurch wird eine äußerst wirtschaftliche Herstellung des Umlenkstückes ermöglicht.

[0008] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgaskanals ist vorgesehen, daß das Gitter zur Umlenkung des Abgasstromes in einem Zwischenstück mit einem elliptischen Querschnitt angeordnet ist und daß das Zwischenstück in die Gehrfuge zwischen die beiden Diffusorabschnitte eingeschweißt ist. Das Zwischenstück mit dem Gitter kann vor dem Verschweißen mit den beiden Diffusorabschnitten fertiggestellt werden, wodurch insbesondere das Einschweißen der einzelnen Umlenkbleche des Gitters erleichtert wird.

[0009] Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Achse des im we- . sentlichen horizontal ausgerichteten ersten Diffusorabschnittes gegenüber der Horizontalen derart geneigt ist, daß das Umlenkstück über Flur verlegbar ist.

[0010] Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 den Abgaskanal einer Gasturbine mit einem nahezu vollständig als Diffusor ausgebildeten Umlenkstück und die

Fig. 2 bis 4 verschiedene Stadien bei der Herstellung des Umlenkstückes.

[0011] Wie es aus dem Längsschnitt der Fig. 1 ersichtlich ist, beginnt der Abgaskanal mit einem nur teilweise dargestellten axialen Ausströmgehäuse 1 einer Gasturbine, aus welchem der durch Pfeile 2 angedeutete Abgasstrom in horizontaler Richtung austritt. An das Ausströmgehäuse 1 schließt sich ein erster Diffusorabschnitt 31 eines insgesamt mit 3 bezeichneten Umlenkstückes an. In dem ersten Diffusorabschnitt 31, dessen Erweiterungswinkel mit a bezeichnet ist, wird eine verlustarme Verzögerung des Abgasstromes 2 erreicht. Der erste Diffusorabschnitt 31 ist dabei etwas aufwärts gerichtet, um eine Verlegung unter Flur F zu vermeiden. Die mit dem Winkel y bezeichnete Abweichung von der Horizontalen muß jedoch gering sein, da sonst schon am Anfang des ersten Diffusorabschnittes 31 eine Strömungsablösung auftreten könnte.

[0012] An den nahezu horizontal ausgerichteten ersten Diffusorabschnitt 31, dessen Ende schräg abgeschnitten ist, schließt sich ein im Querschnitt elliptisches Zwischenstück 32 an, in welchem ein durch eine Vielzahl von Umlenkblechen gebildetes Gitter 321 zur Umlenkung des Abgasstromes 2 in die vertikale Richtung angeordnet ist. Die Gleichmäßigkeit der Umlenkung des Abgasstromes 2 bei minimalen Umlenkverlusten wird dabei durch eine ausreichende Anzahl von Umlenkblechen des Gitters 321 sichergestellt.

[0013] An das Zwischenstück 32 mit dem Gitter 321 schließt sich dann ein mit einem Schrägabschnitt beginnender und vertikal ausgerichteter zweiter Diffusorabschnitt 33 des Umlenkstückes 3 an. In diesem zweiten Diffusorabschnitt 33, dessen Erweiterungswinkel a dem Erweiterungswinkel a des ersten Diffusorabschnittes 31 entspricht, wird eine weitere verlustarme Verzögerung des Abgasstromes 2 erreicht.

[0014] An den zweiten Diffusorabschnitt 33 schließt sich ein insgesamt mit 4 bezeichneter vertikaler Abgaskamin an, welcher sich von unten nach oben gesehen in einen zylindrischen Schalldämpferabschnitt 41, ein konisches Übergangsstück 42 und ein zylindrisches Kaminteil 43 gliedert. In dem Schalldämpferabschnitt 41 ist ein Schalldämpfer 5 angeordnet, welcher aus einer Anzahl vertikaler, als Schalldämpferelemente dienender Platten besteht.

[0015] Die einzelnen Schritte bei der Herstellung des Umlenkstückes 3 gehen aus den Fig. 2 bis 4 hervor. Dabei wird gemäß Fig. 2 von einem einzigen Kreiskegeldiffusor K ausgegangen, welcher durch einen Schrägschnitt S auf Gehrmaß in den ersten Diffusorabschnitt 31 und den zweiten Diffusorabschnitt 33 geteilt wird. Der Gehrungswinkel ist dabei mit ß bezeichnet. Durch den Schrägschnitt S erhalten die beiden Diffusorabschnitte 31 und 33 schräge Schnittflächen in Form von Ellipsen, die gemäß Fig. 3 auch dann aufeinanderpassen, wenn der zweite Diffusorabschnitt 33 um einen Winkel von 180⁰ um seine Achse gedreht wird. Zur Fertigstellung des Umlenkstückes 3 braucht dann nur noch gemäß Fig. 4 das Zwischenstück 32 mit dem Gitter 321 in die Gehrfuge zwischen die beiden Diffusorabschnitte 31 und 33 eingeschweißt zu werden.

[0016] Die Teillängen der beiden Diffusorabschnitte 31 und 32 können an die örtlichen Gegebenheiten angepaßt werden. Da auch Druckrückgewinnungsgrade, Strömungsablösungskriterien und Gesamtdruckverluste von Kreiskegeldiffusoren - abhängig von Länge und Erweiterungswinkel - bekannt sind, kann die durch das Umlenkstück 3 als Kreiskegeldiffusor ausgebildete Abgasstrecke berechnet und optimiert werden.

Ansprüche

1. Abgaskanal für Gasturbinen mit

a) einem axialen Ausströmgehäuse,

b) einem sich an das Ausströmgehäuse anschließenden Umlenkstück, in welchem ein Gitter zur Umlenkung des Abgasstromes in die vertikale Richtung angeordnet ist und

c) einem sich an das Umlenkstück anschließenden vertikalen Abgaskamin, in welchen ein Schalldämpfer eingesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) das Umlenkstück (3) einen im wesentlichen horizontal ausgerichteten ersten Diffusorabschnitt (31) und einen vertikal ausgerichteten zweiten Diffusorabschnitt (33) aufweist,

e) der erste Diffusorabschnitt (31) und der zweite Diffusorabschnitt (33) in den einander zugewandten Bereichen einen Schrägschnitt (S) auf Gehrmaß aufweisen.

2. Abgaskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Diffusorabschnitt (31) und der zweite Diffusorabschnitt (33) durch Schrägschnitt (S) auf Gehrmaß aus einem einzigen Kreiskegeldiffusor (K) gebildet sind.

3. Abgaskanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (321) zur Umlenkung des Abgasstromes (2) in einem Zwischenstück (32) mit einem elliptischen Querschnitt angeordnet ist und daß das Zwischenstück (32) in die Gehrfuge zwischen die beiden Diffusorabschnitte (31, 33) eingeschweißt'ist.

4. Abgaskanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des im wesentlichen horizontal ausgerichteten ersten Diffusorabschnittes (31) gegenüber der Horizontalen derart geneigt ist, daß das Umlenkstück (3) über Flur (F) verlegbar ist.

Zeichnung