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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Die hierin beschriebene Erfindung betrifft die Abgasdiffusionswirkung an Turbinensystemen.
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Ein Gasturbinensystem kann einen Abgasdiffusor enthalten, der mit einer Gasturbine verbunden ist. Die Gasturbine verbrennt einen Brennstoff, um heiße Verbrennungsgase zu erzeugen, die eine Turbine durchströmen, um eine Last und/oder einen Verdichter anzutreiben. Der Abgasdiffusor nimmt das Abgas aus der Turbine auf und verringert allmählich den Druck und die Geschwindigkeit. Nachteilig ist, dass Abgasdiffusoren häufig einen beträchtlichen Platzbedarf aufweisen. Beispielsweise kann der Abgasdiffusor die Länge der Gasturbine aufweisen. Es kann sich daher als vorteilhaft erweisen, Konstruktionsstrategien zur Reduzierung des Grundflächenbedarfs des Abgasdiffusors einzusetzen und auf diese Weise den Gesamtgrundflächenbedarf des Gasturbinensystems zu verringern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden sind spezielle Ausführungsbeispiele gemäß dem Gegenstand der ursprünglich vorliegenden Erfindung zusammenfassend beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele sollen den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, vielmehr sollen diese Ausführungsbeispiele lediglich eine Kurzbeschreibung möglicher Ausprägungen der Erfindung geben. In der Tat kann die Erfindung vielfältige Ausprägungen abdecken, die den nachstehend dargelegten Ausführungsbeispielen ähneln oder sich von diesen unterscheiden können.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel enthält ein System eine Gasturbine. Die Gasturbine weist einen Verbrennungsabschnitt und einen Turbinenabschnitt auf, der mit dem Verbrennungsabschnitt verbunden ist. Der Turbinenabschnitt enthält eine Turbinenstufe mit mehreren Turbinenlaufschaufeln, die mit einem Laufrad verbunden sind, eine stationäre Ummantelung, die um die mehreren Turbinenlaufschaufeln angeordnet ist, und einen Spalt zwischen der stationären Ummantelung und jedem Ende der mehreren Turbinenlaufschaufeln. Die Turbinenschaufeln können eine rotierende Ummantelung aufweisen, die an deren Enden befestigt ist oder auch nicht. Die Gasturbine weist einen Diffusorabschnitt auf, der mit dem Turbinenabschnitt verbunden ist. Der Diffusorabschnitt weist eine äußere Wand auf, die stromabwärts der mehreren Turbinenlaufschaufeln einen sich erweiternden Strömungspfad definiert. Die äußere Wand weist einen ersten Wandabschnitt mit einem ersten Winkel in Bezug auf eine Rotationsachse der mehreren Turbinenlaufschaufeln auf, und der Spalt ist dazu eingerichtet, einen Spitzenleckstrom zuzulassen, um einer Grenzschicht entlang der äußeren Wand Energie zuzuführen.
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel enthält ein System einen Rotationsabschnitt. Der Rotationsabschnitt weist auf: mehrere Schaufeln, die mit einem Laufrad verbunden sind, eine stationäre Ummantelung, die um die mehreren Schaufeln angeordnet ist, und einen Spalt zwischen der stationären Ummantelung und jedem Ende der mehreren Schaufeln, wobei der Spalt dazu eingerichtet ist, einen Spitzenleckstrom zuzulassen. Die Turbinenschaufeln können eine rotierende Ummantelung aufweisen, die an deren Enden befestigt ist oder auch nicht. Das System weist ferner einen Diffusorabschnitt mit einer äußeren Wand auf, die stromabwärts der mehreren Schaufeln einen sich erweiternden Strömungspfad definiert. Die äußere Wand weist einen ersten Wandabschnitt mit einem ersten Winkel in Bezug auf eine Rotationsachse der mehreren Schaufeln auf, und der Spalt ist dazu eingerichtet, ein Vergrößern des ersten Winkels zu gestatten, indem die Grenzschicht entlang der äußeren Wand mittels des Spitzenleckstroms aufrecht erhalten wird.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren den Schritt, einem Spitzenleckstrom zu gestatten, zwischen einer stationären Ummantelung und mehreren Turbinenlaufschaufeln einer Turbinenstufe zu strömen. Das Verfahren beinhaltet außerdem den Schritt, einer Grenzschicht entlang einer Wand eines Turbinendiffusors mittels des Spitzenleckstroms Energie zuzuführen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher, in denen ähnliche Teile durchgängig mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind:
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1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer Gasturbine genommen entlang einer Längsachse;
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2 veranschaulicht anhand einer partiellen geschnittenen Seitenansicht der Gasturbine von 1 einen Spitzenspalt in einem Turbinenabschnitt, der Turbinenlaufschaufeln, die nicht mit einer Ummantelung versehen sind, und der in einem Diffusorabschnitt große Winkel aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 zeigt eine partielle geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Gasturbine ohne Spalt;
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4 zeigt eine partielle geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Gasturbine mit einem ersten Spalt;
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5 zeigt eine partielle geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Gasturbine mit einem zweiten Spalt;
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6 veranschaulicht in einem Diagramm eine Druckerholung über eine axiale Länge des Diffusorabschnitts, der große Winkel aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7 veranschaulicht in einem Diagramm eine axiale Geschwindigkeit gegenüber einer radialen Position in dem Diffusorabschnitt, der große Winkel aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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8 veranschaulicht in einem Diagramm eine radiale Geschwindigkeit gegenüber einer radialen Position in dem Diffusorabschnitt, der große Winkel aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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9 zeigt in einer gegenüber der Längsachse quergeschnittenen Ansicht ein Ausführungsbeispiel der Gasturbine, die zwischen rotierenden ummantelten Enden der Laufradschaufeln und der stationären Ummantelung einen Spalt aufweist;
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10 zeigt eine partielle geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Gasturbine mit einem Spalt, genommen längs der Schnittlinie 10-10 von 9; und
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11 zeigt eine partielle geschnittene Seitenansicht einer Dampfturbine.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend werden ein oder mehrere spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bemühen, eine kurzgefasste Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele vorzulegen, sind möglicherweise nicht sämtliche Merkmale einer tatsächlichen Verwirklichung in der Beschreibung aufgeführt. Es sollte verständlich sein, dass bei der Entwicklung einer jeden solchen Verwirklichung, wie in jedem technischen oder konstruktiven Projekt, zahlreiche anwendungsspezifische Entscheidungen zu treffen sind, um spezielle Ziele der Entwickler zu erreichen, z. B. Konformität mit systembezogenen und wirtschaftlichen Beschränkungen, die von einer Verwirklichung zur anderen unterschiedlich sein können. Darüber hinaus sollte es verständlich sein, dass eine solche Entwicklungsbemühung komplex und zeitraubend sein könnte, jedoch nichtsdestoweniger für den Fachmann, der über den Vorteil dieser Beschreibung verfügt, eine Routinemaßnahme der Entwicklung, Fertigung und Herstellung bedeuten würde.
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Wenn Elemente vielfältiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die unbestimmten und bestimmten Artikel ”ein” ”eine”, bzw. ”der, die, das” und dergleichen das Vorhandensein von mehr als einem Element einschließen. Die Begriffe ”umfassen”, ”enthalten” und ”aufweisen” sind als einschließend zu verstehen und bedeuten, dass möglicherweise zusätzliche Elemente vorhanden sind, die sich von den aufgelisteten Elementen unterscheiden.
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Die offenbarten Ausführungsbeispiele betreffen einen Spitzenleckstrom in einer Turbine, beispielsweise in eine Gasturbine oder Dampfturbine, der dazu dient, eine Ablösung entlang einer äußeren Wand eines Abgasdiffusors zu vermindern. Allgemein kann es erwünscht sein, den Spalt zwischen Enden rotierender Schaufeln und der umgebenden stationären Ummantelung auf ein Minimum zu reduzieren, so dass dadurch die an den rotierenden Schaufeln erzeugte Arbeit des Fluids (z. B. des Dampfs oder der heißen Gase) maximiert wird. Allerdings kann ein gewisses Maß eines Spalts vorgesehen sein, um die Wahrscheinlichkeit eines Reibens zwischen den Schaufeln und der stationären Ummantelung zu verringern. Allerdings betrifft diese Erwägung mit Blick auf den Spalt nicht den Fluidstrom stromabwärts der rotierenden Schaufeln. Wie nachstehend erläutert, können stromabwärts der rotierenden Schaufeln Ablösung und sonstige unerwünschte Fluidströmungen auftreten. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele passen den Spalt speziell an, um einen Spitzenleckstrom zu kontrollieren, so dass dadurch der Fluidstrom stromabwärts der Laufradschaufeln kontrolliert ist. Beispielsweise führt der Spitzenleckstrom, der zwischen den Schaufelenden mehrerer Schaufeln und einer um die Schaufeln angeordneten stationären Ummantelung strömt, einer Grenzschicht längs einer äußeren Wand eines Abgasdiffusors Energie zu, und gestattet dadurch, große Winkel in Bezug auf eine Rotationsachse der Schaufeln für die äußere Wand des Abgasdiffusors zu verwenden. D. h. der Spitzenleckstrom erhöht die Strömungsgeschwindigkeit entlang der Grenzschicht und verringert oder verhindert daher die Ablösung von der äußeren Wand des Abgasdiffusors, die normalerweise auftritt, wenn in Bezug auf die Rotationsachse der Laufradschaufeln große Winkel verwendet werden, während außerdem die Druckerholung des Abgasdiffusors aufrecht erhalten bleibt. Während der Spitzenleckstrom eine Vergrößerung der Winkel in dem Abgasdiffusor zulässt, ermöglicht er auch eine Verkürzung der Länge des Diffusors sowie der Gesamtlänge des Turbinensystems.
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1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Gasturbine 118 entlang einer Längsachse 119. Wie bekannt, kann der Spitzenleckstrom in beliebigen Turbinensystemen, z. B. Gasturbinensystemen und Dampfturbinensystemen, verwendet werden und soll nicht auf eine spezielle Maschine bzw. ein System beschränkt sein. Wie weiter unten beschrieben, kann Spitzenleckstrom in der Gasturbine 118 verwendet werden, um einer Grenzschicht längs einer äußeren Wand eines Abgasdiffusors Energie zuzuführen, so dass eine Ablösung der Abgase von der äußeren Wand verhindert oder verringert ist. Der Spitzenleckstrom entsteht an dem Spalt zwischen rotierenden Schaufeln und der umgebenden stationären Ummantelung in einer stromabwärts gelegenen oder letzten Turbinenstufe der Gasturbine 118. Der Spalt kann somit vergrößert werden, um den Spitzenleckstrom zu steigern, oder er kann vermindert werden, um den Spitzenleckstrom zu verringern. Die energetisch aufgeladene Grenzschicht erlaubt es, die äußere Wand mit großen Winkeln in Bezug auf die Rotationsachse der Turbinenschaufeln zu bemessen, so dass dadurch eine wesentliche Verkürzung der Länge des Abgasdiffusors möglich ist. Im Ergebnis kann der Spitzenleckstrom es dem Abgasdiffusor ermöglichen, eine gleichwertige oder verbesserte Druckerholung bei einem reduzierten Grundflächenbedarf bereitzustellen.
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Die Gasturbine 118 enthält eine oder mehrere Brennstoffdüsen 160, die im Innern eines Brennkammerabschnitts 162 angeordnet sind. In speziellen Ausführungsbeispielen kann die Gasturbine 118 mehrere Brennkammern 120 aufweisen, die in einer ringförmigen Anordnung in dem Brennkammerabschnitt 162 angeordnet sind. Darüber hinaus kann jede Brennkammeranordnung 120 mehrere Brennstoffdüsen 160 enthalten, die an dem Kopfendes jeder Brennkammer 120 oder in dessen Nähe in einer ringförmigen oder sonstigen Gruppierung befestigt sind.
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Luft tritt durch den Luftansaugabschnitt ein 163 und wird durch den Verdichter 132 verdichtet. Die von dem Verdichter stammende verdichtete Luft 132 wird anschließend in den Brennkammerabschnitt 162 gelenkt, wo die verdichtete Luft mit Brennstoff vermischt wird. Die Mischung von verdichteter Luft und Brennstoff wird allgemein in dem Brennkammerabschnitt 162 verbrannt, um Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgase zu erzeugen, die verwendet werden, um in der Turbine Abschnitt 130 ein Drehmoment zu erzeugen. Wie oben erwähnt, können in dem Brennkammerabschnitt 162 mehrere Brennkammern 120 ringförmig angeordnet sein. Jede Brennkammeranordnung 120 enthält ein Übergangsstück 172, das die heißen Verbrennungsgase von der Brennkammer 120 zu dem Turbinenabschnitt 130 lenkt. Speziell definiert jedes Übergangsstück 172 allgemein einen Heißgaspfad von der Brennkammer 120 zu einer Leitapparatanordnung des Turbinenabschnitts 130, der in einer ersten Stufe 174 der Turbine 130 enthalten ist.
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Wie dargestellt, weist der Turbinenabschnitt 130 drei getrennte Stufen 174, 176 und 178 auf. Jede Stufe 174, 176 und 178 enthält mehrere Laufschaufeln 180, die mit einem Laufrad 182 verbunden sind, das drehfest an einer Welle 184 befestigt ist. Jede Stufe 174, 176 und 178 enthält ferner eine Leitapparatanordnung 186, die unmittelbar stromaufwärts jedes Satzes von Laufradschaufeln 180 angeordnet ist. Die Leitapparatanordnungen 186 lenken die heißen Verbrennungsgase gegen die Schaufeln 180, wobei die heißen Verbrennungsgase Antriebskräfte auf die Schaufeln 180 ausüben, um die Schaufeln 180 drehend anzutreiben, so dass sie dadurch die Welle 184 drehen. Die heißen Verbrennungsgase strömen durch jede der Stufen 174, 176 und 178, wobei sie Antriebskräfte auf die Schaufeln 180 in jeder Stufe 174, 176 und 178 ausüben. Die heißen Verbrennungsgase können anschließend den Gasturbinenabschnitt 130 durch einen Abgasdiffusorabschnitt 188 verlassen. Der Abgasdiffusorabschnitt 188 arbeitet, indem er die Geschwindigkeit eines Fluidstroms durch den Diffusorabschnitt 188 verringert, während gleichzeitig der statische Druck erhöht wird, um die Arbeit zu steigern, die durch die Gasturbine 118 erzeugt wird. Wie zu sehen, weist der Abgasdiffusorabschnitt 188 eine Länge 190 auf, die eine Teil einer Gesamtlänge 192 der Gasturbine 118 ist. Das offenbarte Triebwerk 118 stellt eine Spitzenleckstrom von dem Turbinenabschnitt 180 in den Abgasdiffusorabschnitt 188 bereit, um der Grenzschicht in dem Abgasdiffusorabschnitt 188 Energie zuzuführen, so dass dadurch eine Verkürzung der Länge 190 ermöglicht ist.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die letzte Stufe 178 zwischen Enden der mehreren Schaufeln 180 und einer stationären Ummantelung 196, die um die mehreren Schaufeln 180 angeordnet ist, einen Spalt 194 auf. Der Spalt 194 ermöglicht einen Spitzenleckstrom, um der Grenzschicht zwischen einer äußeren Wand 198 des Abgasdiffusorabschnitts 188 und dem Strom der heißen Verbrennungsgase Energie zuzuführen, und ermöglicht dadurch die Verwendung großer Winkel in dem Diffusorabschnitt 188 und die Verkürzung der Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 in Relation zu der Gesamtlänge 192 der Gasturbine 118. In speziellen Ausführungsbeispielen, die Spitzenleckstrom verwenden, kann die Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 im Bereich von etwa 25 bis 50 Prozent, 30 bis 45 Prozent, oder 35 bis 40 Prozent der Gesamtlänge 192 der Gasturbine 118 liegen. Beispielsweise kann die Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 einen Prozentsatz von 30, 35, 40, 45 oder 50 Prozent, oder einen beliebigen dazwischenliegenden Prozentsatz der Gesamtlänge 192 der Gasturbine 118 aufweisen.
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2 veranschaulicht in einer geschnittenen Teilansicht der Gasturbine 118 von 1 ferner den Spalt 194 in dem Turbinenabschnitt 130 sowie große Winkel, die in dem Diffusorabschnitt 188 verwendet sind. Die Gasturbine 118 weist den Turbinenabschnitt 130 auf, der mit dem Diffusorabschnitt 188 verbunden ist, wie im Vorausgehenden beschrieben. Der Turbinenabschnitt 130 weist die stationäre Ummantelung 196 auf, die um die mehreren Schaufeln 180 der letzten Stufe 178 angeordnet ist. Jede Laufschaufel 180 der mehreren Schaufeln 180 weist ein Schaufelende 204 auf. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Schaufelende 204 eine radiale Spitze 204 aufweisen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das radiale Ende 204 ein rotierendes ummanteltes Ende beinhalten (siehe 9 und 10). Zwischen jedem Schaufelende 204 der mehreren Schaufeln 180 und der stationären Ummantelung 196 ist ein Spalt 194 vorhanden, um es Spitzenleckstrom zu gestatten, der Grenzschicht entlang des Diffusorabschnitts 188 Energie zuzuführen. In speziellen Ausführungsbeispielen kann der Abstandswert 206 des Spalts 194 im Bereich von etwa 90 bis 150 Tausendstelzoll, 100 bis 140 Tausendstelzoll, oder 110 bis 130 Tausendstelzoll liegen. Als ein weiteres Beispiel kann der Abstandswert 206 des Spalts 194 etwa 115, 120, 125, 130, 135 oder 140 Tausendstelzoll, oder einen beliebigen dazwischenliegenden Abstandswert 206 des Spalts 194 betragen. Heiße Verbrennungsgase strömen in einer Richtung 208 durch die Stufe 178 und üben eine Antriebskraft auf die mehreren Schaufeln 180 aus, um die Schaufeln 180 um eine Rotationsachse 210 drehend anzutreiben. Einige der heißen Verbrennungsgase strömen zwischen den Toleranzabstände 194, wobei sich ein über die Spitze strömender Leckstrom (Spitzenleckstrom) ergibt, der mit Pfeil 212 bezeichnet ist.
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Der Diffusorabschnitt 188 weist größere Winkel auf, um aus dem Spitzenleckstrom 212 einen Vorteil zu ziehen. Der Diffusorabschnitt 188 enthält die äußere Wand 198 und eine Strebe 200, die radial über den Diffusorabschnitt 188 angeordnet ist. Die äußere Wand 198 definiert stromabwärts der mehreren Schaufeln 180 einen sich erweiternden Strömungspfad. Die äußere Wand 198 weist einen ersten Wandabschnitt 214 und stromabwärts des ersten Wandabschnitts 214 einen zweiten Wandabschnitt 216 auf. Der erste Wandabschnitt 214 weist einen ersten Winkel 218 in Bezug auf die Rotationsachse 210 der mehreren Schaufeln 180 auf, wie durch eine zu der Achse 210 parallele Linie 211 angedeutet. In speziellen Ausführungsbeispielen kann der erste Winkel 218 im Bereich von etwa 16 bis 40 Grad, 20 bis 40 Grad, 20 bis 30 Grad, 18 bis 28 Grad oder 21 bis 23 Grad liegen. Beispielsweise kann der erste Winkel 218 etwa 16, 18, 20, 22, oder 24 Grad betragen oder ein beliebiger dazwischen liegender Winkel sein. Der durch den Spalt 194 Spitzenleckstrom 212 gestattet die Vergrößerung des ersten Winkels 218, indem er die Grenzschicht entlang der äußeren Wand 198 aufrecht erhält. In ähnlicher Weise weist der zweite Wandabschnitt 216 in Bezug auf die Rotationsachse 210 der mehreren Schaufeln 180 einen zweiten Winkel 220 auf, wie durch eine zu der Achse 210 parallele Linie 211 angedeutet. In speziellen Ausführungsbeispielen kann der zweite Winkel 220 im Bereich von etwa 6 bis 12 Grad oder 7 bis 9 Grad liegen. Beispielsweise kann der zweite Winkel 220 etwa 6, 8, oder 10 Grad betragen oder ein beliebiger dazwischen liegender Winkel sein. In einigen Ausführungsbeispielen kann der erste Winkel 218 im Bereich von etwa 20 bis 24 Grad liegen, und der zweite Winkel kann im Bereich von etwa 6 bis 12 Grad liegen. Der Spitzenleckstrom 212 kann dazu dienen, der Grenzschicht hauptsächlich entlang des ersten Wandabschnitts 214 unter dem Winkel 218, oder auch entlang des zweiten Wandabschnitts 216 unter dem Winkel 220 Energie zuzuführen. In beiden Fällen gestattet der Spitzenleckstrom eine Vergrößerung des durchschnittlichen Winkels des Diffusorabschnitts 188, um dadurch mittels der energetisch aufgeladenen Grenzschicht über eine kürzere Strecke eine aggressivere Diffusorwirkung zu erzeugen.
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Ein Verwenden des ersten Winkels 218 in Zuammenhang mit den oben erwähnten Messwerten würde normalerweise einen übermäßigen ungünstigen Druckgradienten in dem Diffusorabschnitt 188 verursachen, der entlang der äußeren Wand 198 eine frühe Ablösung von dieser bewirken würde, mit der Folge einer Verschlechterung der Leistung des Diffusorabschnitts 188. Allerdings führt der Spitzenleckstrom 212 der Grenzschicht Energie zu und reduziert oder verhindert wenigstens entlang des ersten Wandabschnitts 214 die frühe Ablösung des Stroms von der äußeren Wand 198. Der Spitzenleckstrom 212 ermöglicht die Verwendung eines großen ersten Winkels 218 in dem Diffusorabschnitt 188 und eine Verkürzung der Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 in Relation zu der Gesamtlänge 192 der Gasturbine 118, während Durchmesser 222 und 224 des Einlasses bzw. Auslasses des Diffusorabschnitts beibehalten bleiben. Darüber hinaus erzeugt das Verkürzen der Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 ein größeres Diffusionsbereichverhältnis pro Längeneinheit des Diffusorabschnitts 188, während ein Gesamtdiffusionsbereich des Diffusorabschnitts 188 für eine Wiederherstellung der Diffusorwirkung beibehalten bleibt. Im Ergebnis ermöglicht der große erste Winkel 218 in Verbindung mit dem Spitzenleckstrom 212 mindestens die gleiche oder eine verbesserte Druckerholung und Diffusorleistung in einem kürzeren Turbinenabschnitt 188. In speziellen Ausführungsbeispielen kann die Verkürzung der Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 im Bereich von 30 bis 60 Prozent liegen. Im Ergebnis kann die Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 mindestens weniger als etwa 15 Prozent der Gesamtlänge 192 der Gasturbine 118 betragen.
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Weiter veranschaulichen 3–5 in geschnittenen Teilansichten der Gasturbine 118 von 1, genommen längs der Linie 3-3, den Einfluss des Spalts 194 auf die Grenzschicht entlang der äußeren Wand 198 des Diffusorabschnitts 188. Die Gasturbine 188 von 3–5 weist den Turbinenabschnitt 130 auf, der mit dem Diffusorabschnitt 188 verbunden ist, wie im Vorausgehenden beschrieben. Der Turbinenabschnitt 130 weist die stationäre Ummantelung 196 auf, die um die mehreren Schaufeln 180 der letzten Stufe 178 angeordnet ist. Der Diffusorabschnitt 188 weist die äußere Wand 198 und die oben beschriebenen großen Winkel sowie die Strebe 200 auf, die in dem Diffusorabschnitt 188 radial angeordnet ist.
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3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Gasturbine 118, die keinen Spalt 194 zwischen jedem Schaufelende 204 der mehreren Schaufeln 180 und der stationären Ummantelung 196 aufweist. Heiße Verbrennungsgase strömen allgemein in Axialrichtung 234 durch eine Stufe 178 und üben auf die mehreren Schaufeln 180 eine Antriebskraft aus, um die Schaufeln 180 drehend anzutreiben. Allgemein dehnt sich der Strom der heißen Verbrennungsgase entlang des Diffusorabschnitts 188 sowohl in radialer als auch in axialer Richtung aus. Allerdings beeinträchtigen die großen Winkel an dem Einlass des Diffusorabschnitts 188 in der Nähe des Turbinenabschnitts 130 den Druckgradienten, und verringern zudem axiale und radiale Geschwindigkeiten des Gasstroms in dem Diffusorabschnitt 188. Der Mangel an axialem und radialem Impuls in dem Gasstrom führt zu einem Strömungsabriss und zu einer frühen und bedeutenden Ablösung 236 entlang der Grenzschicht zwischen dem Strom der Verbrennungsgase und der äußeren Wand 198 des Diffusorabschnitts 188.
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Allerdings verringert eine Bereitstellung eines gewissen Spalts 194 den Grad der Ablösung entlang der Grenzschicht. 4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Gasturbine 118 mit einem ersten Spitzenspalt 238 zwischen den Schaufelenden 204 der mehreren Schaufeln 180 und der stationären Ummantelung 196. Der erste Spalt 238 gestattet einen gewissen Leckstrom 212 über die Laufschaufelenden 204 der mehreren Schaufeln 180. Der Spitzenleckstrom 212 ist ein Strom mit großem Impuls und hoher Energie, der einen gewissen zusätzlichen Impuls einbringt, um einen Abgasstrom 240, unmittelbar entlang der äußeren Wand 198 zu leiten. Der Spitzenleckstrom 212 verleiht dem Abgasstrom 240 Turbulenz und radialen Impuls, wobei der Grenzschicht dadurch Energie zugeführt wird. Die energetisch aufgeladene Grenzschicht führt zu einer geringeren Ablösung 242 zwischen dem Strom der Verbrennungsgase und der äußeren Wand 198 des Diffusorabschnitts 188.
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Eine Vergrößerung des Spalts 194 vermehrt den Impuls und die Energie (d. h. die Turbulenz und den radialen Impuls) des Abgasstroms 240 der Verbrennungsgase. 5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Gasturbine 118 mit eisern zweiten Spalt 244, der größer ist als der erste Spalt 238 von 4. Der zweite Spalt 244 gestattet eine größeres Maß von Spitzenleckstrom 212 über die Laufschaufelenden 204 der mehreren Schaufeln 180. Der Spitzenleckstrom 212 zwischen dem zweiten Spalt 244 erzeugt einen Abgasstrom 240 mit großem Impuls und hoher Energie, der größer ist, als derjenige, der mit dem ersten Spalt 238 erzeugt ist. Dieser Spitzenleckstrom 212 verleiht dem Abgasstrom 240 der Verbrennungsgase einen ausreichend großen zusätzlichen Impuls, um der mit der äußere Wand 198 des Diffusorabschnitts 188 verbundenen Grenzschicht Energie zuzuführen und die Entstehung jeder Ablösung entlang der Grenzschicht im Wesentlichen zu verhindern. Somit wirkt der Spitzenleckstrom 212 der Ablösung entgegen, die normalerweise durch große Winkel in dem Diffusorabschnitt 188 hervorgerufen wird.
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6 veranschaulicht in einem Diagramm 250 eine Druckerholung über die axiale Länge 190 von Ausführungsbeispielen des Diffusorabschnitts 188, die die oben beschriebenen großen Winkel verwenden. In dem Diagramm 250 repräsentiert die y-Achse 252 die Druckerholung des Diffusorabschnitts 188, und die x-Achse 254 repräsentiert die axiale Länge 190 des Diffusorabschnitts 188. Die Druckerholung steigt längs der y-Achse 252 von unten nach oben an. Die axiale Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 nimmt von links nach rechts längs der x-Achse 254 zu. Eine Kurve 256 repräsentiert die Druckerholung entlang der axialen Länge 190 eines Ausführungsbeispiels des Diffusorabschnitts 188, wobei der Turbinenabschnitt 130 zwischen den Schaufelenden 204 der mehreren Schaufeln 180 und der stationären Ummantelung 196 keinen Spalt 194 aufweist. Die Kurve 258 repräsentiert die Druckerholung entlang der axialen Länge 190 eines Ausführungsbeispiels des Diffusorabschnitts 188, wobei der Turbinenabschnitt 130 zwischen den Schaufelenden 204 der mehreren Schaufeln 180 und der stationären Ummantelung 196 einen Spalt 194 aufweist. Gestrichelte Linien 260 und 262 repräsentieren den Ort der Strebe 200 entlang der axialen Länge 190 des Diffusorabschnitts 188. Spezieller repräsentieren die gestrichelten Linien 260 und 262 die Vorder- bzw. Hinterkante der Strebe 200.
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Eine Kurve 256 veranschaulicht bei Abwesenheit des Spalts 194 zu Beginn entlang der axialen Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 einen allmählichen Anstieg der Druckerholung. Während der Strom der Verbrennungsgase auf die Vorderkante der durch die gestrichelte Linie 260 repräsentierten Strebe 200 auftrifft, nimmt das Maß der Druckerholung aufgrund der Wechselwirkung des Stroms mit der Strebe 200 rasch ab, erholt sich jedoch und nimmt allmählich zu, während der Strom sich der durch die gestrichelte Linie 262 repräsentierten Hinterkante der Strebe 200 nähert, wie in der Kurve 256 gezeigt. Hinter der Strebe 200 steigt die Druckerholung entlang der übrigen axialen Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 allmählich an.
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Eine Kurve 258 veranschaulicht bei Vorhandensein eines Spalts 194 ähnlich wie die Kurve 256 zu Beginn eine Zunahme der Druckerholung entlang der axialen Länge 190 des Diffusorabschnitts 188, jedoch erfolgt diese Zunahme rascher. Ebenso nimmt das Maß der Druckerholung, während der Strom der Verbrennungsgase auf die Vorderkante 260 der Strebe 200 auftrifft, aufgrund der Wechselwirkung des Stroms mit der Strebe 200 in ähnlicher Weise, jedoch lediglich geringfügig ab, erholt sich dann und steigt bis zu einen oberem Pegel der Druckerholung an, während sich der Strom der Hinterkante 262 der Strebe 200 nähert, wie in Kurve 258 gezeigt. Nach der Strebe 200 bleibt die Druckerholung entlang der übrigen axialen Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 bei dem oberen Pegel der Druckerholung. Das Diagramm 200 veranschaulicht, dass die Druckerholung in Anwesenheit eines Spalts 194, wie in Kurve 258 gezeigt, rascher erfolgt, und dass die maximal erzielbare Druckerholung entlang der axialen Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 früher erreicht wird, als bei Abwesenheit des Spalts 194, wie in Kurve 256 gezeigt. Aufgrund dieser früheren und größeren Druckerholung dank des Spalts 194, der einen Spitzenleckstrom 212 gestattet, können in dem Diffusorabschnitt 188 große Winkel verwendet werden, was die Verkürzung des Diffusorabschnitts 188 in Relation zu der Gasturbine 118 gestattet.
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7 und 8 veranschaulichen den Einfluss des Spitzenleckstroms 212 auf den axialen und radialen Impuls des Stroms der Verbrennungsgase stromabwärts des Einlasses zu dem Diffusorabschnitt 188, jedoch vor dem Zusammentreffen mit der Strebe 200, in Ausführungsbeispielen des Diffusorabschnitts 188 mit großen Winkeln. 7 zeigt ein Diagramm 272, das eine axiale Geschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase mit dem Abstand in einer radialen Richtung (d. h. die Expansion in einer radialen Richtung entlang der Länge 190 des Diffusorabschnitts 188) darstellt. In dem Diagramm 272 repräsentiert die x-Achse 274 die axiale Geschwindigkeit, und die y-Achse 276 repräsentiert den Abstand in der radialen Richtung. Der Abstand in der radialen Richtung steigt längs der y-Achse 276 von unten nach oben an. Die axiale Geschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase steigt längs der x-Achse 274 von links nach rechts an. Eine Kurve 278 repräsentiert die axiale Geschwindigkeit des Stroms von Verbrennungsgasen, während der Strom in dem Diffusorabschnitt 188 in der Radialrichtung expandiert, wobei der Turbinenabschnitt 130 zwischen den Schaufelenden 204 der mehreren Schaufeln 180 und der stationären Ummantelung 196 keinen Spalt 194 aufweist. Eine Kurve 280 repräsentiert die axiale Geschwindigkeit des Stroms von Verbrennungsgasen, während der Strom in der Radialrichtung expandiert, wobei der Turbinenabschnitt 130 zwischen den Schaufelenden 204 der mehreren Schaufeln 180 und der stationären Ummantelung 196 einen Spalt 194 aufweist.
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Die Kurve 278 veranschaulicht, dass die axiale Geschwindigkeit bei Abwesenheit des Spalts 194, während der Strom der Verbrennungsgase in der radialen Richtung gegen die äußere Wand 198 expandiert, geringfügig abnimmt, bis die Expansion des Stroms einen Punkt 277 erreicht, bei dem die Ausdehnung zu einem plötzlichen und beträchtlichen Verlust an axialer Geschwindigkeit in dem Strom der Verbrennungsgase führt. Dieser plötzliche Verlust an axialer Geschwindigkeit tritt aufgrund des Strömungsabrisses des Stroms der Verbrennungsgase auf, der auf die großen Winkel in dem Diffusorabschnitt 188 zurückzuführen ist. Der Bereich niedriger Geschwindigkeit 279 in der Nähe der äußeren Wand 198 repräsentiert eine wesentliche Ablösung von der äußeren Wand 198. Die Kurve 280 veranschaulicht bei Anwesenheit eines Spalts 194, während der Strom der Verbrennungsgase in der Radialrichtung expandiert, eine leichte Abnahme der axialen Geschwindigkeit.
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Allerdings behält der Strom der Verbrennungsgase, wie in Kurve 280 gezeigt, in Anwesenheit des dank des Spalts 194 vorhandenen Spitzenleckstroms 212, während der Strom in der Radialrichtung gegen die äußere Wand 198 expandiert, seine axiale Geschwindigkeit bei. Daher weist die Kurve 280 nicht den Bereich niedriger Geschwindigkeit 279 auf. Die Kurve 280 veranschaulicht, wie dem Strom der Verbrennungsgase Impuls und Energie verliehen wird, um die Grenzschicht entlang der äußeren Wand 198 des Diffusorabschnitts 188 aufrecht zu erhalten (d. h. den Strömungsabriss und die Ablösung entlang der Grenzschicht zu verhindern). Somit lässt der Spitzenleckstrom 212 größere der äußeren Wand 198 zu, während gleichzeitig eine Ablösung des Stroms im Wesentlichen verhindert ist.
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8 ferner veranschaulicht die energetische Aufladung des Stroms von Verbrennungsgasen mittels des Spitzenleckstroms 212. 8 veranschaulicht in einem Diagramm 290 die radiale Geschwindigkeit des Stroms von Verbrennungsgasen mit dem Abstand in einer radialen Richtung (d. h. die Expansion entlang der Länge 190 des Diffusorabschnitts 188 in einer radialen Richtung). In dem Diagramm 290 repräsentiert die x-Achse 292 die radiale Geschwindigkeit, und die y-Achse 294 repräsentiert den Abstand in der radialen Richtung. Der Abstand in der radialen Richtung steigt längs der y-Achse 294 von unten nach oben an. Die radiale Geschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase steigt längs der x-Achse 292 von links nach rechts an. Eine Kurve 296 repräsentiert die radiale Geschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase, während der Strom in dem Diffusorabschnitt 188 in der Radialrichtung expandiert, wobei der Turbinenabschnitt 130 zwischen den Schaufelenden 204 der mehreren Schaufeln 180 und der stationären Ummantelung 196 keinen Spalt 194 aufweist. Eine Kurve 298 repräsentiert die radiale Geschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase, während der Strom in der Radialrichtung expandiert, wobei der Turbinenabschnitt 130 zwischen den Schaufelenden 204 der mehreren Schaufeln 180 und der stationären Ummantelung 196 einen Spalt 194 aufweist.
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Die Kurve 296 zeigt, dass die radiale Geschwindigkeit bei Abwesenheit des Spalts 194, während der Strom der Verbrennungsgase in der radialen Richtung gegen die äußere Wand 198 expandiert, geringfügig zunimmt, bis die Expansion des Stroms einen Punkt 297 erreicht, bei dem die Ausdehnung zu dem stetigen Verlust an radialer Geschwindigkeit in dem Strom der Verbrennungsgase führt. Wie im Falle des Verlust der axialen Geschwindigkeit tritt der plötzliche Verlust an radialer Geschwindigkeit aufgrund des auf die großen Winkel in dem Diffusorabschnitt 188 zurückzuführenden Strömungsabrisses des Stroms der Verbrennungsgase auf. Die Kurve 298 veranschaulicht, dass bei Anwesenheit des von dem Spalt 194 ausgehenden Spitzenleckstroms 212 eine steile und wesentliche Steigerung der radialen Geschwindigkeit stattfindet, während der Strom der Verbrennungsgase in Richtung der äußeren Wand 198 expandiert. Wie in der Kurve 298 gezeigt, nimmt die radiale Geschwindigkeit während der Expansion nach dem Punkt 297 der Expansion, an dem die radiale Geschwindigkeit in der Kurve 296 abnahm, sogar weiter zu. Die Kurve 298 veranschaulicht, dass der Spitzenleckstrom 212 dem Strom der Verbrennungsgase eine beträchtliche Menge von Energie und Impuls verleiht, um die radiale Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen, so dass eine Ablösung des Stroms entlang der äußeren Wand 198 des Diffusorabschnitts 188 bei Vorhandensein großer Winkel weitgehend verringert oder ausgeschlossen ist.
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Wie oben erwähnt, können die Schaufelenden 204 der mehreren Schaufeln 180 ummantelte Enden 204 beinhalten. 9 zeigt in einer Schnittansicht ein Ausführungsbeispiel der Gasturbine 118 quer zu der Längsachse 119 mit einem Spalt 300 zwischen den ummantelten Enden 204 der Laufradschaufeln 180 und der stationären Ummantelung 196. Wie zu sehen, beinhalten die Schaufelenden 204 benachbarter Schaufeln 180, z. B. in Stufe 178, ummantelte Enden 204, die eine ringförmige Ummantelung 302 bilden, die die Schaufeln 180 entlang des Umfangs umgibt. Der Spitzenleckstrom kann, wie im Vorausgehenden beschrieben, mittels des Spalts 300 zwischen der stationären Ummantelung 196 und der ringförmigen Ummantelung 302 genutzt werden, wie in den oben erwähnten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Weiter veranschaulicht 10 anhand einer partiellen geschnittenen Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Gasturbine 118, genommen längs der Schnittlinie 10-10 von 9, den Spalt 300 zwischen den ummantelten Enden 204 der mehreren Schaufeln 180 und der stationären Ummantelung 196. Jedes ummantelte Ende 204 weist eine Abdeckung 304 auf. Der Spalt 300 erlaubt einen Spitzenleckstrom 212 über die ummantelten Enden 204 der mehreren Schaufeln 180, wie im Vorausgehenden beschrieben. Der Spitzenleckstrom 212 zwischen dem Spalt 300 erzeugt einen Strom 240 mit hohem Impuls und hoher Energie. Dieser Spitzenleckstrom 212 verleiht dem Abgasstrom 240 der Verbrennungsgase ausreichend zusätzlichen Impuls, um der Grenzschicht mit der äußeren Wand 198 des Diffusorabschnitts 188 Energie zuzuführen, und das Auftreten jeder Ablösung entlang der Grenzschicht im Wesentlichen zu verhindern. Somit wirkt der Spitzenleckstrom 212 der Ablösung entgegen, die normalerweise durch große Winkel in dem Diffusorabschnitt 188 hervorgerufen wird.
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Wie oben erwähnt, kann der Spitzenleckstrom 212 in einem Dampfturbinensystem genutzt werden. 11 zeigt eine partielle geschnittene Seitenansicht einer Dampfturbine 306. Ähnlich wie im Falle der Gasturbine 118 kann der Spitzenleckstrom 212 in Zusammenhang mit der Dampfturbine 306 verwendet werden, um einer Grenzschicht längs einer äußeren Wand 310 eines Abgasdiffusors 312 Energie zuzuführen, so dass eine Ablösung des Dampfes von der äußeren Wand 310 verhindert oder gemildert wird. Wie zu sehen, ist die Dampfturbine 306 eine Dampfturbine 306 mit axialem Auslass. Die Dampfturbine 306 enthält einen Turbinenabschnitt 314, der mehrere Stufen 316 aufweist. Jede Stufe 316 enthält mehrere Laufschaufeln 180, die in Reihen angeordnet sind, die sich rund um den Umfang einer Welle 318 erstrecken. Jede Laufschaufel 180 weist ein Schaufelende 204 auf. In speziellen Ausführungsbeispielen können die Schaufelenden 204 Blattspitzen 204 beinhalten. In weiteren Ausführungsbeispielen können die Schaufelenden 204 ummantelte Enden 204 beinhalten. Jede Stufe 314 enthält außerdem eine Leitapparatanordnung, die stromaufwärts jedes Satzes von Laufradschaufeln 180 angeordnet ist. Dampf tritt in einen Einlass 320 der Dampfturbine 306 ein und wird durch die Leitapparatanordnungen kanalisiert. Die Leitapparatanordnungen lenken den Dampf gegen die Schaufeln 180, wo der Dampf Antriebskräfte auf die Schaufeln 180 ausübt, um die Schaufeln 180 drehend anzutreiben, so dass dadurch die Welle 316 in Drehung versetzt wird. Der Dampf strömt durch jede Stufe 316, wobei er Antriebskräfte auf die Schaufeln 180 in jeder Stufe 318 ausübt. Der Dampf verlässt anschließend den Turbinenabschnitt 314 durch den Abgasdiffusorabschnitt 312.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist eine letzte Stufe 322 zwischen den Schaufelenden 204 der mehreren Schaufeln 80 und einer Ummantelung 326, die um die mehreren Schaufeln 180 angeordnet ist, einen allgemein mit Pfeil 324 bezeichneten Spalt auf. In speziellen Ausführungsbeispielen kann der Weite des Spalts 324 in einem Bereich von etwa 100 bis 250 Tausendstelzoll liegen. Der Spalt gestattet, wie im Vorausgehenden beschrieben, einen Spitzenleckstrom 212 und lässt dadurch ein Verwenden großer Winkel in dem Diffusorabschnitt 312 sowie das Verkürzen des Diffusorabschnitts 312 in Relation zu der Gesamtlänge der Dampfturbine 306 zu. Die Länge des Diffusorabschnitts 312 kann im Bereich von etwa 20 bis 60 Prozent liegen, oder einen beliebigen dazwischenliegenden Prozentsatz der Gesamtlänge der Dampfturbine 306 aufweisen.
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In speziellen Ausführungsbeispielen kann ein Verfahren zum Betrieb eines Turbinensystems beinhalten, einen Spitzenleckstrom 212 zuzulassen, um einer Grenzschicht Energie zuzuführen und stromabwärts einer Turbine, beispielsweise in einem Diffusorabschnitt 188, eine Ablösung des Stroms zu verhindern. Beispielsweise kann das Verfahren beinhalten, dem Spitzenleckstrom 212 zu erlauben, zwischen der stationären Ummantelung 196 und den mehreren Turbinenlaufschaufeln 180 der Turbinenstufe 178 zu strömen. Das Verfahren beinhaltet außerdem den Schritt, der Grenzschicht längs der Wand 198 des Turbinendiffusors 188 mittels des Spitzenleckstroms 212 Energie zuzuführen. Weiter kann das Verfahren den Schritt beinhalten, den von den mehreren Turbinenlaufschaufeln 180 stammenden Strom in einer stromabwärts verlaufenden Richtung durch den ersten Abschnitt 214 der Wand 198 radial zu expandieren, die einen Winkel von mindestens größer oder gleich etwa 16 Grad aufweist, wobei die Zufuhr von Energie die Grenzschicht entlang des ersten Abschnitts 214 aufrecht erhält. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Winkel mindestens größer oder gleich etwa 20 Grad sein. Zusätzlich kann das Verfahren beinhalten, den Strom von dem ersten Abschnitt 214 der Wand 198 zu dem zweiten Abschnitt 216 der Wand 198, die einen Winkel von mindestens größer oder gleich etwa 6 Grad aufweist, radial zu expandieren. Weiter kann das Verfahren beinhalten, einen aus der Turbinenstufe stammenden Abgasstrom durch den Turbinendiffusors 188 über eine Länge 190 zu diffundieren, die höchstens etwa 15 Prozent der Gesamtlänge 192 der Gasturbine 118 beträgt, die die Turbinenstufe 178 und den Turbinendiffusors 188 enthält.
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Technische Effekte der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten die Ermöglichung großer Winkel in dem Diffusorabschnitt 188 eines Turbinensystems. Weiter lässt die Bereitstellung eines Spaltes 194 den Spitzenleckstrom 212 zu, um der Strömung während der radiale Ausdehnung durch den Diffusorabschnitt 188 Energie und Impuls zu verleihen, um die Ablösung von der Wand 198 zu verhindern, die normalerweise in Zusammenhang mit großen Winkeln auftritt. Ein Verwenden der großen Winkel in Verbindung mit dem Spitzenleckstrom 212 gestattet es sowohl die Länge des Diffusorabschnitts 188 als auch die Gesamtlänge des Turbinensystems zu verringern, während die Leistung mindestens aufrecht erhalten bleibt, wenn nicht sogar verbessert wird. Durch das Verkürzen der Längen des Diffusorabschnitts 188 und des Turbinensystems kann der Grundflächenbedarf von beidem verringert werden.
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Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich des besten Modus zu beschreiben, und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in der Praxis einzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente enthalten, die nur unwesentlich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche abweichen.
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Ein System enthält einen Rotationsabschnitt. Zu dem Rotationsabschnitt gehören: mehrere Schaufeln 180, die mit einem Laufrad verbunden sind; eine Ummantelung 196, die um die mehreren Schaufeln 180 angeordnet ist; und ein Spitzenspalt 194, 238, 244 zwischen dem Mantel 196 und jeder radialen Spitze 204 der mehreren Schaufeln 180, wobei der Spitzenspalt 194, 238, 244 dazu eingerichtet ist, einen Spitzenleckstrom 212 zuzulassen. Zu dem System gehört auch ein Diffusorabschnitt 188, der eine äußere Wand 198 aufweist, die stromabwärts der mehreren Schaufeln 180 einen sich erweiternden Strömungspfad definiert. Die äußere Wand 198 weist einen ersten Wandabschnitt 214 mit einem ersten Winkel 218 in Bezug auf eine Rotationsachse 210 der mehreren Schaufeln 180 auf, und der Spitzenspalt 194, 238, 244 ist dazu eingerichtet, ein Vergrößern des ersten Winkels 218 zu ermöglichen, indem die Grenzschicht entlang der äußeren Wand 198 mittels des Spitzenleckstroms 212 aufrecht erhalten wird.
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Bezugszeichenliste
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- 118
- Gasturbine
- 119
- Längsachse
- 120
- Brennkammeranordnung
- 130
- Turbine
- 132
- Verdichter
- 160
- Brennstoffdüsen
- 162
- Brennkammerabschnitt
- 163
- Luftansaugabschnitt
- 172
- Übergangsstück
- 174
- Erste Stufe
- 176
- Stufe
- 178
- Letzte Stufe
- 180
- Schaufeln
- 182
- Laufrad
- 184
- Welle
- 186
- Leitapparatanordnungen
- 188
- Abgasdiffusorabschnitt
- 190
- Länge des Diffusorabschnitts
- 192
- Gesamtlänge der Gasturbine
- 194
- Spalt
- 196
- Stationäre Ummantelung
- 198
- Äußere Wand
- 200
- Strebe
- 204
- Schaufelende
- 206
- Spitzenspaltmaß
- 208
- Richtung
- 210
- Rotationsachse
- 211
- Linie
- 212
- Spitzenleckstrom
- 214
- Erster Wandabschnitt
- 216
- Zweiter Wandabschnitt
- 218
- Erster Winkel
- 220
- Zweiter Winkel
- 222
- Einlassdurchmesser
- 224
- Auslassdurchmesser
- 234
- Axialrichtung
- 236
- hohe Ablösung
- 238
- Erster Spitzenspalt
- 240
- Auslassstrom
- 242
- Geringe Ablösung
- 244
- Zweiter Spitzenspalt
- 250
- Diagramm
- 252
- y-Achse
- 254
- x-Achse
- 256
- Kurve
- 258
- Kurve
- 260
- Strebenvorderkante
- 262
- Strebenhinterkante
- 272
- Diagramm
- 274
- x-Achse
- 276
- y-Achse
- 277
- Punkt
- 278
- Kurve
- 279
- Bereich niedriger Geschwindigkeit
- 280
- Kurve
- 290
- Diagramm
- 292
- x-Achse
- 294
- y-Achse
- 296
- Kurve
- 297
- Punkt
- 298
- Kurve
- 300
- Spalt
- 302
- Ringförmige Ummantelung
- 304
- Abdeckung
- 306
- Dampfturbine
- 310
- Äußere Wand
- 312
- Abgasdiffusor
- 314
- Turbinenabschnitt
- 316
- Mehrere Stufen
- 318
- Welle
- 320
- Einlass
- 322
- Letzte Stufe
- 324
- Pfeil
- 326
- Ummantelung
