CH698471A2 - Abzugskamin zum Steigern der Ausgangsleistung einer Gasturbine. - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Abzugskamin (30) mit einem Anschlussrohr (44) und einem Kaminschacht (46) bereitgestellt. Der Kaminschacht (46) weist einen Schalldämpferabschnitt (48), einen konvergierenden Schachtabschnitt (50), einen röhrenförmigen Abschnitt (52) und einen divergierenden Diffusorabschnitt (54) auf. Der Schalldämpferabschnitt (48) steht mit dem Anschlussrohr (44) in Strömungsverbindung. Der Schalldämpferabschnitt (48) weist einen ersten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, und der röhrenförmige Abschnitt (52) weist einen zweiten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, der kleiner oder gleich so gross ist wie der erste mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades. Der konvergierende Schachtabschnitt (50) ist zwischen dem Schalldämpferabschnitt (48) und dem röhrenförmigen Abschnitt (52) gekoppelt. Der divergierende Diffusorabschnitt (54) ist an ein Ende des röhrenförmigen Abschnitts (52), gegenüberliegend dem konvergierenden Schachtabschnitt (50) dergestalt gekoppelt, dass Abgase, die durch das Anschlussrohr (44), den Schalldämpferabschnitt (48), den konvergierenden Schachtabschnitt (50), den röhrenförmigen Abschnitt (52) und den divergierenden Diffusorabschnitt (54) strömen, einen verringerten Gesamtdruckabfall aufweisen, mindestens zum Teil bedingt durch den divergierenden Diffusorabschnitt (54) und dadurch, dass der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades kleiner oder gleich so gross ist wie der erste mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades.
Description
Allgemeiner Stand der Technik
[0001] Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Gasturbinen und insbesondere Abzugskamine und Stromerzeugungssysteme, die dafür konfiguriert sind, die Ausgangsleistung von Gasturbinen zu steigern.
[0002] Ein Kombikraftwerk enthält eine Gasturbine, einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator ("WRDG"), eine Dampfturbine und einen Abzugskamin. Die Gasturbine enthält eine Turbine, die dafür konfiguriert ist, in Reaktion auf eine Ausdehnung von Abgasen eine Drehausgangsleistung zu erzeugen. Der WRDG ist dafür konfiguriert, die Abgase aus der Gasturbine aufzunehmen und mit Hilfe der Abgaswärme Dampf zu erzeugen. Die Dampfturbine ist dafür konfiguriert, in Reaktion auf eine Ausdehnung des Dampfes eine Drehausgangsleistung zu erzeugen. Der Abzugskamin ist dafür konfiguriert, die Abgase aus dem WRDG ins Freie zu leiten.
[0003] Die Gasturbine enthält einen Verdichter, eine Verbrennungszone und die Turbine. Der Verdichter ist dafür konfiguriert, einströmende Luft zu verdichten. Die Verbrennungszone ist dafür konfiguriert, die verdichtete Luft zu erhalten, ein Gemisch aus der verdichteten Luft und Brennstoff zu verbrennen und unter hohem Druck stehende, heisse Abgase zu erzeugen. Die Turbine ist dafür konfiguriert, die Abgase aufzunehmen und sich in Reaktion auf die Ausdehnung der Abgase zu drehen. Dementsprechend ist die Drehausgangsleistung der Turbine proportional zur Ausdehnung der Abgase und dem inhärenten Druckabfall.
[0004] Dementsprechend ist es wünschenswert, einen Abzugskamin bereitzustellen, der dafür konfiguriert ist, den örtlichen Druckabfall entlang des Abzugskamins so zu verringern, dass die Ausdehnung der Abgase in der Gasturbine verstärkt wird und dadurch die Ausgangsleistung der Gasturbine erhöht wird.
Kurzdarstellung der Erfindung
[0005] Gemäss einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Abzugskamin bereitgestellt. Der Abzugskamin enthält ein Anschlussrohr. Der Abzugskamin enthält des Weiteren einen Kaminschacht mit einem Schalldämpferabschnitt, einem konvergierenden Schachtabschnitt, einem röhrenförmigen Abschnitt und einem divergierenden Diffusorabschnitt. Der Schalldämpferabschnitt steht mit dem Anschlussrohr in Strömungsverbindung. Mindestens ein Abschnitt des Schalldämpferabschnitts weist einen ersten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, und mindestens ein Abschnitt des röhrenförmigen Abschnitts weist einen zweiten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, der kleiner oder gleich so gross ist wie der erste mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades.
Der konvergierende Schachtabschnitt ist zwischen dem Schalldämpferabschnitt und dem röhrenförmigen Abschnitt gekoppelt. Der divergierende Diffusorabschnitt ist an ein Ende des röhrenförmigen Abschnitts, gegenüberliegend dem konvergierenden Schachtabschnitt, dergestalt gekoppelt, dass Abgase, die durch das Anschlussrohr, den Schalldämpferabschnitt, den konvergierenden Schachtabschnitt, den röhrenförmigen Abschnitt und den divergierenden Diffusorabschnitt strömen, einen verringerten örtlichen Druckabfall aufweisen, mindestens zum Teil bedingt durch den divergierenden Diffusorabschnitt und dadurch, dass der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades kleiner oder gleich so gross ist wie der erste mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades.
[0006] Es wird ein Stromerzeugungssystem gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform bereitgestellt. Das Stromerzeugungssystem enthält eine Gasturbine mit einem Verdichter, einer Verbrennungszone und einer Turbine. Der Verdichter ist dafür konfiguriert, Luft zu verdichten. Die Verbrennungszone ist dafür konfiguriert, die verdichtete Luft aus dem Verdichter aufzunehmen und ein Gemisch aus der verdichteten Luft und Brennstoff zu verbrennen, was die Abgase erzeugt. Die Turbine ist dafür konfiguriert, die Abgase aus der Verbrennungszone aufzunehmen und sich in Reaktion auf eine Ausdehnung der Abgase zu drehen, dergestalt, dass ein Druck der Abgase in dem Masse kleiner wird, wie die Abgase sich durch die Turbine hindurch ausdehnen.
Das Stromerzeugungssystem enthält des Weiteren einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator, der dafür konfiguriert ist, die Abgase aufzunehmen und mit Hilfe der Abgaswärme Dampf zu erzeugen. Das Stromerzeugungssystem enthält des Weiteren einen Abzugskamin mit einem Anschlussrohr und einem Kaminschacht. Das Anschlussrohr ist dafür konfiguriert, die Abgase aus dem Wärmerückgewinnungsdampfgenerator aufzunehmen. Der Kaminschacht weist einen Schalldämpferabschnitt, einen konvergierenden Schachtabschnitt, einen röhrenförmigen Abschnitt und einen divergierenden Diffusorabschnitt auf. Der Schalldämpferabschnitt steht mit dem Anschlussrohr in Strömungsverbindung.
Mindestens ein Abschnitt des Schalldämpferabschnitts weist einen ersten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, und mindestens ein Abschnitt des röhrenförmigen Abschnitts weist einen zweiten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, der kleiner oder gleich so gross ist wie der erste mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades. Der konvergierende Schachtabschnitt ist zwischen dem Schalldämpferabschnitt und dem röhrenförmigen Abschnitt gekoppelt.
Der divergierende Diffusorabschnitt ist an ein Ende des röhrenförmigen Abschnitts, gegenüberliegend dem konvergierenden Schachtabschnitt dergestalt gekoppelt, dass Abgase, die durch das Anschlussrohr, den Schalldämpferabschnitt, den konvergierenden Schachtabschnitt, den röhrenförmigen Abschnitt und den divergierenden Diffusorabschnitt strömen, einen verringerten örtlichen Druckabfall aufweisen, mindestens zum Teil bedingt durch den divergierenden Diffusorabschnitt und dadurch, dass der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades kleiner oder gleich so gross ist wie der erste mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades. Der verringerte örtliche Druckabfall in dem Abzugskamin vergrössert die Gesamtdruckdifferenz der Abgase durch die Turbine hindurch und erhöht dadurch die Ausgangsleistung der Gasturbine.
[0007] Gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Abzugskamin bereitgestellt. Der Abzugskamin enthält ein Anschlussrohr. Der Abzugskamin enthält des Weiteren einen Kaminschacht mit einem ersten röhrenförmigen Abschnitt, einem ersten divergierenden Diffusorabschnitt, einem Schalldämpferabschnitt, einem konvergierenden Schachtabschnitt, einem zweiten röhrenförmigen Abschnitt und einem zweiten divergierenden Diffusorabschnitt. Der erste röhrenförmige Abschnitt steht mit dem Anschlussrohr in Strömungsverbindung. Mindestens ein Abschnitt des ersten röhrenförmigen Abschnitts weist einen ersten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, und mindestens ein Abschnitt des Schalldämpferabschnitts weist einen zweiten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf.
Der erste mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades ist kleiner oder gleich so gross wie der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades. Der erste divergierende Diffusorabschnitt ist zwischen dem ersten röhrenförmigen Abschnitt und dem Schalldämpferabschnitt gekoppelt. Mindestens ein Abschnitt des zweiten röhrenförmigen Abschnitts weist einen dritten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, der kleiner oder gleich so gross ist wie der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades. Der konvergierende Schachtabschnitt ist zwischen dem Schalldämpferabschnitt und dem zweiten röhrenförmigen Abschnitt gekoppelt.
Der zweite divergierende Diffusorabschnitt ist an ein Ende des zweiten röhrenförmigen Abschnitts, gegenüberliegend dem konvergierenden Schachtabschnitt dergestalt gekoppelt, dass Abgase, die durch das Anschlussrohr, den ersten röhrenförmigen Abschnitt, den ersten divergierenden Diffusorabschnitt, den Schalldämpferabschnitt, den konvergierenden Schachtabschnitt, den zweiten röhrenförmigen Abschnitt und den zweiten divergierenden Diffusorabschnitt strömen, einen verringerten örtlichen Druckabfall aufweisen, mindestens zum Teil bedingt durch den zweiten divergierenden Diffusorabschnitt und dadurch, dass der dritte mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades kleiner oder gleich so gross ist wie der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades.
[0008] Es wird ein Stromerzeugungssystem gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform bereitgestellt. Das Stromerzeugungssystem enthält eine Gasturbine mit einem Verdichter, einer Verbrennungszone und einer Turbine. Der Verdichter ist dafür konfiguriert, Luft zu verdichten. Die Verbrennungszone ist dafür konfiguriert, die verdichtete Luft aus dem Verdichter aufzunehmen und ein Gemisch aus der verdichteten Luft und Brennstoff zu verbrennen, was die Abgase erzeugt. Die Turbine ist dafür konfiguriert, die Abgase aus der Verbrennungszone aufzunehmen und sich in Reaktion auf eine Ausdehnung der Abgase zu drehen, dergestalt, dass ein Druck der Abgase in dem Masse kleiner wird, wie die Abgase sich durch die Turbine hindurch ausdehnen.
Das Stromerzeugungssystem enthält des Weiteren einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator, der dafür konfiguriert ist, die Abgase aufzunehmen und mit Hilfe der Abgaswärme Dampf zu erzeugen. Das Stromerzeugungssystem enthält des Weiteren einen Abzugskamin mit einem Anschlussrohr und einem Kaminschacht. Das Anschlussrohr ist dafür konfiguriert, die Abgase aus dem Wärmerückgewinnungsdampfgenerator aufzunehmen. Der Kaminschacht weist einen ersten röhrenförmigen Abschnitt, einen ersten divergierenden Diffusorabschnitt, einen Schalldämpferabschnitt, einen konvergierenden Schachtabschnitt, einen zweiten röhrenförmigen Abschnitt und einen zweiten divergierenden Diffusorabschnitt auf. Der erste röhrenförmige Abschnitt steht mit dem Anschlussrohr in Strömungsverbindung.
Mindestens ein Abschnitt des ersten röhrenförmigen Abschnitts weist einen ersten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf.
[0009] Mindestens ein Abschnitt des Schalldämpferabschnitts weist einen zweiten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf. Der erste mittlere hydraulische Querschnitt Strömungspfades ist kleiner oder gleich so gross wie der erste mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades. Der erste divergierende Diffusorabschnitt ist zwischen dem ersten röhrenförmigen Abschnitt und dem Schalldämpferabschnitt gekoppelt. Mindestens ein Abschnitt des zweiten röhrenförmigen Abschnitts weist einen dritten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, der kleiner oder gleich so gross ist wie der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades. Der konvergierende Schachtabschnitt ist zwischen dem Schalldämpferabschnitt und dem zweiten röhrenförmigen Abschnitt gekoppelt.
Der zweite divergierende Diffusorabschnitt ist an ein Ende des zweiten röhrenförmigen Abschnitts, gegenüberliegend dem konvergierenden Schachtabschnitt dergestalt gekoppelt, dass Abgase, die durch das Anschlussrohr, den ersten röhrenförmigen Abschnitt, den ersten divergierenden Diffusorabschnitt, den Schalldämpferabschnitt, den konvergierenden Schachtabschnitt, den zweiten röhrenförmigen Abschnitt und den zweiten divergierenden Diffusor-abschnitt strömen, einen verringerten Gesamtdruckabfall aufweisen, mindestens zum Teil bedingt durch den zweiten divergierenden Diffusorabschnitt und dadurch, dass der dritte mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades kleiner oder gleich so gross ist wie der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0010]
<tb>Fig. 1<sep>zeigt ein Schaubild eines Kombi-Stromerzeugungssystems mit einem Abzugskamin gemäss einer beispielhaften Ausführungsform;
<tb>Fig. 2<sep>zeigt eine perspektivische Ansicht des Abzugskamins von Fig. 1;
<tb>Fig. 3<sep>zeigt ein Strömungsprofil für den Abzugskamin von Fig. 2;
<tb>Fig. 4<sep>zeigt eine Querschnittsansicht des Abzugskamins von Fig. 2;
<tb>Fig. 5<sep>zeigt eine vergrösserte Querschnittsansicht eines divergierenden Diffusorabschnitts des Abzugskamins von Fig. 2;
<tb>Fig. 6<sep>zeigt eine Querschnittsansicht eines Abzugskamins, die eine Oberseite eines Anschlussrohres, die sich von einem Schalldämpferabschnitt aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad erstreckt, und eine Unterseite des Anschlussrohres, die sich von dem Schalldämpferabschnitt aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad erstreckt, gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zeigt;
<tb>Fig. 7<sep>zeigt eine Querschnittsansicht eines Abzugskamins, die eine Oberseite eines Anschlussrohres, die sich von einem Schalldämpferabschnitt aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad erstreckt, eine Unterseite des Anschlussrohres, die sich von dem Schalldämpferabschnitt aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad erstreckt, und eine Strömungsführung mit einer planaren Oberfläche, die in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad von einer Querachse 272 des Abzugskamins positioniert ist, gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zeigt;
<tb>Fig. 8<sep>zeigt eine Querschnittsansicht eines Abzugskamins, die eine Oberseite eines Anschlussrohres, die sich von einem Schalldämpferabschnitt aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad erstreckt, eine Unterseite des Anschlussrohres, die sich von dem Schalldämpferabschnitt aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad erstreckt, und eine Strömungsführung mit einer konkaven Oberfläche, die sich von einer Querachse des Abzugskamins aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad erstreckt, gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform zeigt; und
<tb>Fig. 9<sep>zeigt eine Querschnittsansicht eines Abzugskamins gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0011] Beispielhafte Ausführungsformen betreffen einen Abzugskamin, der dafür konfiguriert ist, eine Ausgangsleistung einer Gasturbine eines Kombikraftwerks zu steigern. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Abzugskamin auch die Ausgangsleistung von Gasturbinen steigern kann, die in andere geeignete Stromerzeugungssysteme integriert sind. In diesen beispielhaften Ausführungsformen ist der Abzugskamin dafür konfiguriert, den Druckabfall in dem Abzugskamin zu verringern, um den Druckabfall in Verbindung mit der Ausdehnung der Abgase in der Gasturbine zu erhöhen, dergestalt, dass die vergrösserte Ausdehnung von Gas die Ausgangsleistung der Gasturbine erhöht.
[0012] Bezugnehmend auf Figur1umfasst ein Kombikraftwerk 10 einen Gasturbinengenerator 12 und einen Dampfturbinengenerator 14. Der Gasturbinengenerator 12 ist dafür konfiguriert, Elektrizität zu erzeugen und Abgase zu erzeugen. Der Dampfturbinengenerator 14 ist dafür konfiguriert, die Abgase aus dem Gasturbinengenerator 12 aufzunehmen und zusätzliche Elektrizität aus Abwärme der Abgase zu erzeugen.
[0013] Der Gasturbinengenerator 12 enthält eine Gasturbine 16, eine erste Abtriebswelle 18 und einen ersten elektrischen Generator 20. Die Gasturbine 16 weist einen Verdichter 22, eine Verbrennungszone 24 und eine Turbine 26 auf. Der Verdichter 22 ist dafür konfiguriert, einströmende Luft zu verdichten. Die Verbrennungszone 24 ist dafür konfiguriert, die verdichtete Luft aus dem Verdichter 22 aufzunehmen und ein Gemisch aus der verdichteten Luft und Brennstoff zu verbrennen, wobei unter hohem Druck stehende, heisse Abgase entstehen. Die Turbine 26 ist dafür konfiguriert, die Abgase aus der Verbrennungszone 24 aufzunehmen und sich in Reaktion auf eine Ausdehnung der Abgase zu drehen.
Die Turbine 26 ist über die erste Abtriebswelle 18 mit dem ersten elektrischen Generator 20 wirkverbunden, um zu dem ersten elektrischen Generator 20 eine Drehantriebskraft zu übertragen und Elektrizität zu erzeugen. Die Turbine 26 ist des Weiteren dafür konfiguriert, die Abgase zu dem Dampfturbinengenerator 14 zu leiten.
[0014] Der Dampfturbinengenerator 14 enthält einen WRDG 28 und einen Abzugskamin 30. Der WRDG 28 ist dafür konfiguriert, die Abgase aus der Gasturbine 16 aufzunehmen und aus der Abwärme der Abgase Dampf zu erzeugen. Der Abzugskamin 30 ist dafür konfiguriert, die Abgase aus dem WRDG 28 ins Freie zu leiten und den örtlichen Druckabfall der Abgase in dem Kamin zu verringern und die Gesamtdruckdifferenz durch die Turbine hindurch zu erhöhen, wie im Folgenden noch ausführlich beschrieben wird.
[0015] Der Dampfturbinengenerator 14 enthält des Weiteren eine Dampfturbine 32, eine zweite Abtriebswelle 34, einen zweiten elektrischen Generator 36, einen Kondensator 38, einen Kühlturm 40 und eine Pumpe 42. Die Dampfturbine 32 ist dafür konfiguriert, den Dampf aus dem WRDG 28 aufzunehmen und sich in Reaktion auf die Ausdehnung von Dampf zu drehen. Die Dampfturbine 32 ist über die zweite Abtriebswelle 34 mit dem zweiten elektrischen Generator 36 wirkverbunden, um eine Drehantriebskraft an den zweiten elektrischen Generator 36 zu übertragen und Elektrizität zu erzeugen. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Dampfturbine 32 stattdessen auch mit dem ersten elektrischen Generator 20 über die erste Abtriebswelle 18 in einer Einwellenanordnung wirkverbunden sein kann.
Der Kondensator 38 ist dafür konfiguriert, den Dampf aus der Dampfturbine 32 aufzunehmen und den Dampf zu Wasser zu kondensieren. Genauer gesagt, ist der Kondensator 38 dafür konfiguriert, Wasser aus dem Kühlturm 40 aufzunehmen und Wärme von dem Dampf zu dem Wasser zu übertragen und den Dampf zu Wasser zu kondensieren. Es wird in Betracht gezogen, dass der Kondensator 38 statt dessen auch dafür konfiguriert sein kann, Wärme an Wasser aus einem See, Fluss, Meer oder anderen geeigneten nichteinschränkenden Beispielen zu übertragen. Die Pumpe 42 ist dafür konfiguriert, Wasser aus dem Kondensator 38 in den WRDG 28 zu pumpen.
[0016] Bezugnehmend auf Fig. 2-5 umfasst der Abzugskamin 30 ein Anschlussrohr 44 und einen Kaminschacht 46. Das Anschlussrohr 44 ist dafür konfiguriert, mit dem WRDG 28 in Strömungsverbindung zu stehen. Der Kaminschacht 4 6 enthält einen Schalldämpferabschnitt 48, einen konvergierenden Schachtabschnitt 50, einen röhrenförmigen Abschnitt 52 und einen divergierenden Diffusorabschnitt 54. Der Schalldämpferabschnitt 48 ist dafür konfiguriert, mit dem Anschlussrohr 44 in Strömungsverbindung zu stehen.
Mindestens ein Abschnitt des Schalldämpferabschnitts 48 weist einen ersten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, und mindestens ein Abschnitt des röhrenförmigen Abschnitts 52 weist einen zweiten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, der kleiner oder gleich so gross ist wie der erste mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades. Der konvergierende Schachtabschnitt 50 ist zwischen dem Schalldämpferabschnitt 4 8 und dem röhrenförmigen Abschnitt 52 gekoppelt. Der divergierende Diffusorabschnitt 54 ist an ein Ende des röhrenförmigen Abschnitts 52, gegenüberliegend dem konvergierenden Schachtabschnitt 50 gekoppelt.
Dementsprechend haben die Abgase, die durch das Anschlussrohr 44, den Schalldämpferabschnitt 48, den konvergierenden Schachtabschnitt 50, den röhrenförmigen Abschnitt 52 und den divergierenden Diffusorabschnitt 54 strömen, einen verringerten Gesamtdruckabfall, mindestens zum Teil bedingt durch den divergierenden Diffusorab-schnitt 54 und dadurch, dass der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades kleiner oder gleich so gross ist wie der erste mittlere hydraulische Querschnitt Strömungspfades.
[0017] Bezugnehmend auf Fig. 4umfasst das Anschlussrohr 44 eine Oberseite 56 und eine Unterseite 58, die sich von einer Aussenfläche 60 des Schalldämpferabschnitts 48 dergestalt erstrecken, dass das Anschlussrohr 44 eine gleichmässige Strömungsverteilung in den Schalldämpferabschnitt 48 hinein ermöglicht, um einen örtlichen Druckabfall in den Schalldämpferabschnitt hinein zu verringern. Genauer gesagt, erstreckt sich die Oberseite 56 von der Aussenfläche 60 des Schalldämpferabschnitts 48 um 135 Grad, und die Unterseite 58 erstreckt sich von der Aussenfläche 60 um 45 Grad. Dementsprechend lenkt das Anschlussrohr 44 die Abgase durch den Schalldämpferabschnitt 48 in Richtung des konvergierenden Schachtabschnitts 50 mit einem im Wesentlichen gleichmässigen Strömungsprofil zum Verringern des Druckabfalls in dem Schalldämpferabschnitt.
In dieser Hinsicht verringert das Anschlussrohr 44 ausserdem einen Richtungsänderungsverlust an einem geschlossenen Ende 62 des Schalldämpferabschnitts 48 und verbessert die Druckwiderherstellung in dem divergierenden Diffusorabschnitt 54.
[0018] Es wird in Betracht gezogen, dass sich die Oberseite 56 und die Unterseite 58 des Anschlussrohres 44 von der Aussenfläche 60 des Schalldämpferabschnitts 48 um verschiedene geeignete Winkel erstrecken können, wie beispielhaft in den Ausführungsformen der Fig. 6-9 gezeigt.
[0019] Bezugnehmend auf Fig. 5ist der divergierende Diffusor-abschnitt 54 dafür konfiguriert, von dem röhrenförmigen Abschnitt 52 dergestalt zu divergieren, dass der divergierende Diffusorabschnitt 54 einen Austrittdruckverlust kompensiert. Beispiele für einen Divergenzwinkel [alpha] umfassen 5 Grad, 15 Grad und geeignete Winkel in dem Bereich dazwischen, um Druck in dem Bereich zwischen etwa 1,5 und 2,0 Zentimetern Wassersäule für einen Geschwindigkeitsbereich zwischen etwa 18 und etwa 22 Meter pro Sekunde wiederherzustellen. Es wird in Betracht gezogen, dass die Divergenzwinkel grösser oder kleiner als dieser Bereich sein können, wobei eine geeignete Druckwiederherstellungsvorrichtung zum Einsatz kommt.
[0020] Der divergierende Diffusorabschnitt 54 enthält des Weiteren ein erstes Ende 64 mit einem Durchmesser von 6 Metern und ein zweites Ende 66 mit einem Durchmesser von 9 Metern. Es versteht sich, dass die Durchmesser des ersten Endes 64 und des zweiten Ende 66 grösser oder kleiner als 6 bzw. 9 Meter sein können. Der divergierende Diffusorabschnitt 54 weist eine Länge von 15 Metern von dem ersten Ende 64 zu dem zweiten Ende 66 auf. Jedoch kann der divergierende Diffusorabschnitt 54 auch eine Länge von mehr oder weniger als 15 Metern haben.
[0021] Bezugnehmend auf Fig. 6ähneln ein Abzugskamin 130 mit einem Anschlussrohr 144 und einem Kaminschacht 146 mit einem Schalldämpferabschnitt 148, einem konvergierenden Schachtabschnitt 150, einem röhrenförmigen Abschnitt 152 und einem divergierenden Diffusorabschnitt 154 im Wesentlichen dem Abzugskamin 30 mit dem Anschlussrohr 44 und dem Kaminschacht 4 6 mit dem Schalldämpferabschnitt 48, dem konvergierenden Schachtabschnitt 50, dem röhrenförmigen Abschnitt 52 und dem divergierenden Diffusorabschnitt 54 der Fig. 1-4. Jedoch weist das Anschlussrohr 144 eine Oberseite 156 auf, die sich von einer Aussenfläche 160 des Schalldämpferabschnitts 148 aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad erstrecken kann.
Ausserdem weist das Anschlussrohr 144 eine Unterseite 158 auf, die sich von der Aussenfläche 160 aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad erstreckt.
[0022] Bezugnehmend auf Fig. 7ähnelt ein Abzugskamin 230 mit einem Anschlussrohr 244 und einem Kaminschacht 246 mit einem Schalldämpferabschnitt 248, einem konvergierenden Schachtabschnitt 250, einem röhrenförmigen Abschnitt 252 und einem divergierenden Diffusorabschnitt 254 im Wesentlichen dem Abzugskamin 30 mit dem Anschlussrohr 44 und dem Kaminschacht 46 mit dem Schalldämpferabschnitt 48, dem konvergierenden Schachtabschnitt 50, dem röhrenförmigen Abschnitt 52 und dem divergierenden Diffusorabschnitt 54 der Fig. 1-4. Jedoch weist das Anschlussrohr 244 eine Oberseite 256 auf, die sich von der Aussenfläche 260 aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad erstreckt. Darüber hinaus weist das Anschlussrohr 244 eine Unterseite 258 auf, die sich von der Aussenfläche 260 aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad erstreckt.
Des Weiteren umfasst der Kaminschacht 246 eine Strömungsführung 268, die dafür konfiguriert ist, den Richtungsänderungsverlust an einem geschlossenen Ende 262 des Schalldämpferabschnitts 248 zu verringern und ein im Wesentlichen gleichmässiges Strömungsgeschwindigkeitsprofil stromaufwärts des Schalldämpferabschnitts 248 und des Diffusorabschnitts 246 zu erzeugen. Die Strömungsführung 268 ist eine Platte mit einer planaren Oberfläche, die sich von der Unterseite 258 des Schalldämpferabschnitts 248 und über einen Hohlraum 270 des Schalldämpferabschnitts 248 hinweg erstreckt. Die planare Oberfläche der Strömungsführung 268 ist in einem Winkel in einem Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad von einer Querachse 272 des Kaminschachts 246 positioniert.
In dieser Hinsicht wird ein signifikanter Teil der Abgase von dem geschlossenen Ende 262 des Schalldämpferabschnitts 248 fort und in Richtung des konvergierenden Schachtabschnitts 250 gelenkt.
[0023] Der Schalldämpferabschnitt 248 ist dafür konfiguriert, die Ausdehnung der Abgase zu ermöglichen und die Geschwindigkeit und die Verwirbelungen der Abgase dergestalt zu verringern, dass starke Geräuschenergie in dem Schalldämpferabschnitt 248 dissipiert wird. Der Schalldämpferabschnitt 248 ist so konfiguriert, dass die durch ihn hindurchströmenden Abgase eine erste mittlere Geschwindigkeit aufweisen, und der röhrenförmige Abschnitt 252 ist dafür konfiguriert, dass die durch ihn hindurchströmenden Abgase eine zweite mittlere Geschwindigkeit aufweisen. Die erste mittlere Geschwindigkeit beträgt mindestens die Hälfte der zweiten mittleren Geschwindigkeit.
[0024] Bezugnehmend auf Fig. 8ähnelt ein Abzugskamin 330 mit einem Anschlussrohr 344 und einem Kaminschacht 346 mit einem Schalldämpferabschnitt 348, einem konvergierenden Schachtabschnitt 350, einem röhrenförmigen Abschnitt 352 und einem divergierenden Diffusorabschnitt 354 im Wesentlichen dem Abzugskamin 30 mit dem Anschlussrohr 44 und dem Kaminschacht 4 6 mit dem Schalldämpferabschnitt 48, dem konvergierenden Schachtabschnitt 50, dem röhrenförmigen Abschnitt 52 und dem divergierenden Diffusorabschnitt 54 der Fig. 1-4. Jedoch weist das Anschlussrohr 344 eine Oberseite 356 auf, die sich von einer Aussenfläche 360 des Schalldämpferabschnitts 348 aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad erstreckt.
Ausserdem weist das Anschlussrohr 344 eine Unterseite 358 auf, die sich von der Aussenfläche 360 aus in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad erstreckt. Des Weiteren enthält der Kaminschacht 346 eine Strömungsführung 368, die dafür konfiguriert ist, einen Richtungsänderungsverlust an einem geschlossenen Ende 362 des Schalldämpferabschnitts 348 zu verringern und ein im Wesentlichen gleichmässiges Geschwindigkeitsprofil an dem Schalldämpfereinlassabschnitt und dem Diffusoreinlassabschnitt zu erzeugen, wodurch eine maximale Druckwiederherstellung gewährleistet wird. Die Strömungsführung 368 ist eine Platte mit einer konkaven Oberfläche, die sich von der Unterseite 358 des Schalldämpferabschnitts 348 und über einen Hohlraum 370 des Schalldämpferabschnitts 348 hinweg erstreckt.
Die konkave Oberfläche weist einen Krümmungsradius auf, der gleich der Hälfte des ersten Durchmessers des Schalldämpferabschnitts 48. Jedoch kann die konkave Oberfläche stattdessen auch andere geeignete Krümmungsradien aufweisen. Die Strömungsführung 368 ist in einem Winkel in einem Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad von einer Querachse 372 des Kaminschachts 34 6 positioniert.
[0025] Bezugnehmend auf Fig. 9ist ein Abzugskamin 400 dafür konfiguriert, den Druckabfall der Abgase auf ungefähr 0,5 Inch Wassersäule zu begrenzen. Genauer gesagt, enthält der Abzugskamin 400 ein Anschlussrohr 402 und einen Kaminschacht 404. Das Anschlussrohr 402 steht in Strömungsverbindung mit dem WRDG 28 und ist dafür konfiguriert, Dampf aus dem WRDG 2 8 aufzunehmen. Der Kaminschacht 404 enthält einen ersten röhrenförmigen Abschnitt 406, einen ersten divergierenden Diffusorabschnitt 408, einen Schalldämpferabschnitt 410, einen konvergierenden Schachtabschnitt 412, einen zweiten röhrenförmigen Abschnitt 414 und einen zweiten divergierenden Diffusorabschnitt 416. Der erste röhrenförmige Abschnitt 406 steht mit dem Anschlussrohr 402 in Strömungsverbindung.
Der erste röhrenförmige Abschnitt 406 weist einen ersten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, und der Schalldämpferabschnitt 410 weist einen zweiten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf. Der erste mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades ist kleiner oder gleich so gross wie der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades. Der erste divergierende Diffusorabschnitt 408 ist zwischen dem ersten röhrenförmigen Abschnitt 406 und dem Schalldämpferabschnitt 410 gekoppelt. Der zweite röhrenförmige Abschnitt 414 weist einen dritten mittleren hydraulischen Querschnitt eines Strömungspfades auf, der kleiner oder gleich so gross ist wie der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades.
Der konvergierende Schachtabschnitt 412 ist zwischen dem Schalldämpferabschnitt 410 und dem zweiten röhrenförmigen Abschnitt 414 gekoppelt. Der zweite divergierende Diffusorabschnitt 416 ist an ein Ende des zweiten röhrenförmigen Abschnitts 414, gegenüberliegend dem konvergierenden Schachtabschnitt 412 dergestalt gekoppelt, dass Abgase, die durch das Anschlussrohr 402, den ersten röhrenförmigen Abschnitt 406, den ersten divergierenden Diffusorabschnitt 408, den Schalldämpferabschnitt 410, den konvergierenden Schachtabschnitt 412, den zweiten röhrenförmigen Abschnitt 414 und den zweiten divergierenden Diffusorabschnitt 416 strömen, einen verringerten Gesamtdruckabfall aufweisen, mindestens zum Teil bedingt durch den zweiten divergierenden Diffusorabschnitt und dadurch,
dass der dritte mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades kleiner oder gleich so gross ist wie der zweite mittlere hydraulische Querschnitt eines Strömungspfades. Der verringerte örtliche Kamindruckabfall vergrössert eine Gesamtdruckdifferenz der Abgase durch die Gasturbine 16 hindurch und erhöht eine Ausgangsleistung der Gasturbine 16.
[0026] Der erste röhrenförmige Abschnitt 406, der Schalldämpferabschnitt 410 und der zweite röhrenförmige Abschnitt 414 sind so konfiguriert, dass Abgase mit einer ersten, einer zweiten bzw. einer dritten mittleren Geschwindigkeit durch sie hindurch strömen. Die erste mittlere Geschwindigkeit ist mindestens gleich einem Durchschnitt der zweiten und der dritten mittleren Geschwindigkeiten. Des Weiteren ist die zweite mittlere Geschwindigkeit mindestens gleich der Hälfte der dritten mittleren Geschwindigkeit. Der Schalldämpferabschnitt 410 ist des Weiteren dafür konfiguriert, die Ausdehnung der Abgase zu gestatten und die Geschwindigkeit und die Verwirbelungen der Abgase dergestalt zu verringern, dass starke Geräuschenergie in dem Schalldämpferabschnitt 410 dissipiert wird.
[0027] Der KaminSchacht 404 enthält des Weiteren eine Strömungsführung 468, die dafür konfiguriert ist, den Richtungsänderungsverlust an einem geschlossenen Ende 462 des Schalldämpferabschnitts 410 zu verringern und ein im Wesentlichen gleichmässiges Geschwindigkeitsprofil stromaufwärts des Schalldämpferabschnitts und des Diffusorabschnitts zu erzeugen. Die Strömungsführung 468 ist eine Platte mit einer planaren Oberfläche, die sich von der Unterseite 462 des Schalldämpferabschnitts 410 und über einen Hohlraum 470 des Schalldämpferabschnitts 410 hinweg erstreckt. Die Strömungsführung 4 68 ist in einem Winkel im Bereich von etwa 22,5 Grad und etwa 67,5 Grad von einer Querachse 472 des Kaminschachts 404 positioniert.
[0028] Die im vorliegenden Text beschriebenen Abzugskamine und Verfahren stellen einen wesentlichen Vorteil im Vergleich zu anderen Vorrichtungen und Verfahren dar. Genauer gesagt, erzeugen die Abzugskamine einen technischen Effekt des Verringerns eines Druckabfalls von Abgasen und des Erhöhens der Ausgangsleistung einer Gasturbine. In einer beispielhaften Ausführungsform bezieht sich der Begriffmittlerer hydraulischer Querschnitt eines Strömungspfades" auf eine mittlere oder durchschnittliche Querschnittsgrösse eines Strömungspfades.
[0029] Obgleich die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde, können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, und Äquivalente können an die Stelle von Elementen der Ausführungsform treten, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Ausserdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material in die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Darum ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die konkreten Ausführungsformen beschränkt ist, die im vorliegenden Text offenbart wurden, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen beinhaltet, die unter den Geltungsbereich der angehängten Ansprüche fallen.
Claims (10)
1. Abzugskamin (30), der Folgendes umfasst: ein Anschlussrohr (44); und
einen Kaminschacht (46) mit einem Schalldämpferabschnitt (48), einem konvergierenden Schachtabschnitt (50) , einem röhrenförmigen Abschnitt (52) und einem divergierenden Diffusorabschnitt (54), wobei der Schalldämpferabschnitt (48) mit dem Anschlussrohr (44) in Strömungsverbindung steht, wobei mindestens ein Abschnitt des Schalldämpferabschnitts (48) eine erste Querschnittsgrösse aufweist, wobei mindestens ein Abschnitt des röhrenförmigen Abschnitts (52) eine zweite Querschnittsgrösse aufweist, die kleiner oder gleich so gross ist wie die erste Querschnittsgrösse, wobei der konvergierende Schachtabschnitt (50) zwischen dem Schalldämpferabschnitt (48) und dem röhrenförmigen Abschnitt (52) gekoppelt ist, wobei der divergierende Diffusorabschnitt (54) an ein Ende des röhrenförmigen Abschnitts (52), gegenüberliegend dem konvergierenden Schachtabschnitt (50)
dergestalt gekoppelt ist, dass Abgase, die durch das Anschlussrohr (44), den Schalldämpferabschnitt (48), den konvergierenden Schachtabschnitt (50), den röhrenförmigen Abschnitt (52) und den divergierenden Diffusorabschnitt (54) strömen, einen verringerten Gesamtdruckabfall aufweisen, mindestens zum Teil, bedingt durch den divergierenden Diffusorabschnitt (54) und dadurch, dass die zweiten Querschnittsgrösse kleiner oder gleich so gross ist wie die erste Querschnittsgrösse.
2. Abzugskamin (30) nach Anspruch 1, wobei der Schalldämpferabschnitt (48) für eine erste mittlere Geschwindigkeit von Abgasen konfiguriert ist, die im Wesentlichen gleich der Hälfte einer zweiten mittleren Geschwindigkeit von Abgasen in dem röhrenförmigen Abschnitt (52) ist.
3. Abzugskamin (30) nach Anspruch 1, wobei das Anschlussrohr (44) eine Oberseite (56) und eine Unterseite (58) aufweist, wobei sich die Oberseite (56) in einem Winkel im Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad von einer Aussenfläche (60) des Schalldämpferabschnitts (48) aus erstreckt, wobei sich die Unterseite (58) zwischen etwa 45 und etwa 90 Grad von der Aussenfläche (60) des Schalldämpferabschnitts (48) erstreckt, dergestalt, dass die Abgase ein im Wesentlichen gleichmässiges Geschwindigkeitsprofil durch den Kaminschacht (46) hindurch aufweisen .
4. Abzugskamin (30) nach Anspruch 1, der des Weiteren eine Strömungsführung (268) aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie sich von einer Unterseite (58) des Anschlussrohres (44) und über den Schalldämpferabschnitt (48) hinweg erstreckt, wodurch ein im Wesentlichen gleichmässiges Geschwindigkeitsprofil von Abgasen, die in den Schalldämpferabschnitt (48) und den divergierenden Diffusorabschnitt (54) hineinströmen, bewirkt wird.
5. Abzugskamin (30) nach Anspruch 4, wobei die Strömungsführung (268) eine Platte umfasst, die in einem Winkel von mindestens etwa 20 Grad von einer Querachse (272) des Kaminschachts (46) versetzt ist.
6. Abzugskamin (30) nach Anspruch 4, wobei die Strömungsführung (268) eine Platte umfasst, die eine planare Oberfläche oder eine konkave Oberfläche aufweist.
7. Abzugskamin (30) nach Anspruch 1, wobei der divergierende Diffusorabschnitt (54) dafür konfiguriert ist, von dem röhrenförmigen Abschnitt (52) um einen zuvor festgelegten Divergenzwinkel in einem Bereich zwischen etwa 5 und etwa 15 Grad zu divergieren.
8. Abzugskamin (400), der Folgendes umfasst: ein Anschlussrohr (402); und
einen Kaminschacht (404) mit einem ersten röhrenförmigen Abschnitt (406), einem ersten divergierenden Diffusorabschnitt (408), einem Schalldämpferabschnitt (410), einem konvergierenden Schachtabschnitt (412), einem zweiten röhrenförmigen Abschnitt (414) und einem zweiten divergierenden Diffusorabschnitt (416), wobei der erste röhrenförmige Abschnitt (406) mit dem Anschlussrohr (402) in Strömungsverbindung steht, wobei mindestens ein Abschnitt des ersten röhrenförmigen Abschnitts (406) eine erste Querschnittsgrösse aufweist, wobei mindestens ein Abschnitt des Schalldämpferabschnitts (410) eine zweite Querschnittsgrösse aufweist, wobei die erste Querschnittsgrösse kleiner oder gleich so gross ist wie die erste Querschnittsgrösse, wobei der erste divergierende Diffusorabschnitt (408) zwischen dem ersten röhrenförmigen Abschnitt (406)
und dem Schalldämpferabschnitt (410) gekoppelt ist, wobei mindestens ein Abschnitt des zweiten röhrenförmigen Abschnitts (414) eine dritte Querschnittsgrösse aufweist, die kleiner oder gleich so gross ist wie die zweite Querschnittsgrösse, wobei der konvergierende Schachtabschnitt (412) zwischen dem Schalldämpferabschnitt (410) und dem zweiten röhrenförmigen Abschnitt (414) gekoppelt ist, wobei der zweite divergierende Diffusorabschnitt (416) an ein Ende des zweiten röhrenförmigen Abschnitts (414), gegenüberliegend dem konvergierenden Schachtabschnitt (412) dergestalt gekoppelt ist, dass Abgase, die durch das Anschlussrohr (402), den ersten röhrenförmigen Abschnitt (406), den ersten divergierenden Diffusorabschnitt (408), den Schalldämpferabschnitt (410), den konvergierenden Schachtabschnitt (412), den zweiten röhrenförmigen Abschnitt (414)
und den zweiten divergierenden Diffusorabschnitt (416) strömen, einen verringerten Gesamtdruckabfall aufweisen, mindestens zum Teil bedingt durch den zweiten divergierenden Diffusorabschnitt (416) und dadurch, dass die dritte Querschnittsgrösse kleiner oder gleich so gross ist wie die zweite Querschnittsgrösse.
9. Abzugskamin (400) nach Anspruch 8, wobei der erste röhrenförmige Abschnitt (406) für eine erste mittlere Geschwindigkeit von Abgasen konfiguriert ist, der Schalldämpferabschnitt (410) für eine zweite mittlere Geschwindigkeit von Abgasen konfiguriert ist und der zweite röhrenförmige Abschnitt (414) für eine dritte mittlere Geschwindigkeit von Abgasen konfiguriert ist, dergestalt, dass die erste mittlere Geschwindigkeit gleich einem Durchschnitt der zweiten mittleren Geschwindigkeit und der dritten mittleren Geschwindigkeit ist.
10. Abzugskamin (400) nach Anspruch 9, wobei die dritte mittlere Geschwindigkeit nicht grösser als das Doppelte der zweiten mittleren Geschwindigkeit ist.
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