專利名稱：用于燃?xì)廨啓C(jī)的排氣擴(kuò)散器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的排氣擴(kuò)散器，所述排氣擴(kuò)散器具有朝向擴(kuò)散器出口擴(kuò)寬的流動(dòng)通道，在所述排氣擴(kuò)散器的中央設(shè)有軸向延伸的導(dǎo)向體。
背景技術(shù)：
這類排氣擴(kuò)散器用于使燃?xì)廨啓C(jī)的排氣流動(dòng)減速，并且用于回收動(dòng)壓的至少一部分。為了得出具有10°或更大的相對(duì)大的張角的排氣擴(kuò)散器，例如從DE 198 05 115A1中已知，在擴(kuò)散器通道的中央設(shè)有軸向延伸的導(dǎo)向體。通過使用所述導(dǎo)向體，排氣擴(kuò)散器構(gòu)造為環(huán)形擴(kuò)散器。因此，避免了在燃?xì)廨啓C(jī)輪轂的后方的回流區(qū)的更大的區(qū)域，這對(duì)排氣擴(kuò)散器的效率產(chǎn)生有利的影響。然而不利的是，所述導(dǎo)向體是相對(duì)長的，并且因此由于其長度必須通過附加的支柱來支承。此外，不考慮支承柱的空氣動(dòng)力的影響。此外，從US 5，791，136中已知一種帶有中央滾筒體的、燃?xì)廨啓C(jī)的排氣擴(kuò)散器， 在所述中央滾筒體的側(cè)表面上設(shè)有多個(gè)抗扭地設(shè)置的葉片。所述葉片用于在低的壓降的情況下使燃?xì)廨啓C(jī)的排氣流均勻化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明基于的目的是，提供一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的節(jié)約空間的排氣擴(kuò)散器，為了獲得燃?xì)廨啓C(jī)的盡可能高的效率，所述排氣擴(kuò)散器可實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力回收的改進(jìn)。此外，所述排氣擴(kuò)散器應(yīng)可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散器出流的均勻化，以至于在連接在燃?xì)廨啓C(jī)的下游的廢熱蒸汽發(fā)生器中，實(shí)現(xiàn)來自燃?xì)廨啓C(jī)的熱的排氣的盡可能均勻的入流。根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過具有權(quán)利要求I所述的特征的排氣擴(kuò)散器得以實(shí)現(xiàn)。為此，這種類型的排氣擴(kuò)散器的導(dǎo)向體至少在其縱向延伸部的軸向部段中具有多個(gè)在外周上分布的、設(shè)置在導(dǎo)向元件之間的凹部，其中，每個(gè)導(dǎo)向元件沿螺旋線延伸。本發(fā)明基于下述認(rèn)識(shí)，S卩，應(yīng)利用在成漩渦的入流的情況下在后方的星形支承件的支承柱上引發(fā)的二次流，以便增強(qiáng)在輪轂端的后方的混勻，并且因此進(jìn)一步縮短在輪轂的后方的回流區(qū)的長度。對(duì)此，所述排氣擴(kuò)散器的基本上構(gòu)造為錐體或圓柱體的導(dǎo)向體具有在外周上分布的凹部和導(dǎo)向元件，以便最優(yōu)地引導(dǎo)和增強(qiáng)二次流。所述二次流將流體從支承柱的壓力側(cè)引導(dǎo)到螺旋狀的軌道上。因此，通過使用凹部和導(dǎo)向元件，二次流能夠離擴(kuò)散器的中軸線更近，并且與在現(xiàn)有技術(shù)的情況下相比，支承體能夠更短地構(gòu)成，而不會(huì)在此降低其效率。由于支承體的縮短的長度，所述支承體也能夠構(gòu)造為獨(dú)立的。本發(fā)明的特別的優(yōu)點(diǎn)在于利用在傾斜的和/或帶輪廓的支承柱上產(chǎn)生的二次流，以便借助于輪轂側(cè)的凹部將流體朝向輪轂軸更近地引導(dǎo)，以便進(jìn)一步減小在輪轂的后方的回流區(qū)的尺寸以及尤其是長度。這導(dǎo)致排氣擴(kuò)散器的進(jìn)一步提升的效率。由于導(dǎo)向元件相對(duì)于中軸線而傾斜的定向(斜度)，得出用于對(duì)流動(dòng)進(jìn)行去漩渦的、非常有效而且節(jié)約空間的結(jié)構(gòu)。在此，螺旋線的斜度相對(duì)大，以至于螺旋線僅略微相對(duì)于排氣擴(kuò)散器的中軸線傾斜。所述斜度也能夠沿其延伸而降低。但是，所述斜度優(yōu)選增加，以便獲得來自排氣擴(kuò)散器的盡可能低漩渦的出流。所述構(gòu)造在軸向的排氣擴(kuò)散器中是尤其有利的，其中導(dǎo)向元件的數(shù)量等于支承柱的數(shù)量，所述支承柱設(shè)置在排氣擴(kuò)散器中或者直接設(shè)置在所述排氣擴(kuò)散器的上游，以用于在渦輪側(cè)支承燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子。在有利的擴(kuò)展方案中，導(dǎo)向體具有垂直于排氣擴(kuò)散器的中軸線設(shè)置的橫截面輪廓，所述橫截面輪廓是星形的，并且其尖角由相應(yīng)的導(dǎo)向元件形成。借助于星形的橫截面輪廓，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)在構(gòu)造為環(huán)形擴(kuò)散器的排氣擴(kuò)散器的內(nèi)壁的明顯更高的強(qiáng)度。因此，顯著降低了導(dǎo)向體的導(dǎo)致由于流動(dòng)引起的振動(dòng)的傾向。因此也可能的是，導(dǎo)向體設(shè)計(jì)為僅在一側(cè)固定，以至于所述導(dǎo)向體朝向擴(kuò)散器出口的端部以自由懸垂的方式在排氣擴(kuò)散器中伸出。因此，由于導(dǎo)向體的較高的強(qiáng)度，能夠避免導(dǎo)向體受空氣動(dòng)力干擾的以及增加成本的在出流側(cè)的支承。在適宜的改進(jìn)形式中，每個(gè)導(dǎo)向元件都具有從排氣擴(kuò)散器的中軸線徑向向外伸出的外尖部，所述外尖部距中軸線(即在垂直于中軸線設(shè)置的橫截面中)的最短距離隨著距擴(kuò)散器出口的軸向距離的減小而減小。在此，每個(gè)凹部具有設(shè)置在徑向內(nèi)部的基面，所述基面距中軸線(即在垂直于中軸線設(shè)置的橫截面中)的最短距離隨著距擴(kuò)散器出口的軸向距離 的減小而同樣地減小。因此，在輪轂側(cè)也獲得排氣擴(kuò)散器的流動(dòng)橫截面的擴(kuò)寬，這有助于排氣擴(kuò)散器的軸向的結(jié)構(gòu)長度的進(jìn)一步縮短。因此，流動(dòng)橫截面的增大不必僅通過排氣擴(kuò)散器的外環(huán)形壁的直徑的變大來實(shí)現(xiàn)。所述措施也減小了排氣擴(kuò)散器的軸向的結(jié)構(gòu)長度。優(yōu)選的是，沿排氣擴(kuò)散器的流動(dòng)方向觀察，每個(gè)導(dǎo)向元件設(shè)置在支承柱的對(duì)齊的延長部中。因此，尤其可能的是，利用在成漩渦的入流的情況下在后方的星形支承件的支承柱上引發(fā)的二次流，以便加強(qiáng)在輪轂的后方的混勻，并且實(shí)現(xiàn)改善的壓力回收。然后，特別是能夠在空氣動(dòng)力學(xué)方面尤其有利地將沿著支承柱的壓力側(cè)的二次流渦流引導(dǎo)到導(dǎo)向體的凹部中，這引起僅相對(duì)低的空氣動(dòng)力的損耗。在此能夠提出，在排氣擴(kuò)散器的設(shè)置有支承柱的軸向部段中，在所述支承件之間的導(dǎo)向體已經(jīng)具有在外周方向上呈弧形的內(nèi)壁輪廓，所述內(nèi)壁輪廓距排氣擴(kuò)散器的中軸線的最短距離隨著距擴(kuò)散器出口的軸向距離的減小而減小。換言之，不只是連接到支承柱上的導(dǎo)向體能夠構(gòu)成為錐形，而且在支承柱的軸向部段中的環(huán)形排氣擴(kuò)散器的內(nèi)壁也能夠已經(jīng)構(gòu)成為錐形，其中，所述內(nèi)壁的直徑也朝向排氣擴(kuò)散器的出口側(cè)的端部減小。特別是在將廢熱蒸汽發(fā)生器通過排氣擴(kuò)散器連接到燃?xì)廨啓C(jī)的下游的排氣側(cè)的情況下，通過縮短相關(guān)聯(lián)的通向廢熱蒸汽發(fā)生器或廢熱鍋爐的蒸汽管道實(shí)現(xiàn)了材料節(jié)約。那么，具有平放的或豎直的結(jié)構(gòu)方式的相應(yīng)的廢熱蒸汽發(fā)生器或鍋爐能夠設(shè)計(jì)成帶有相對(duì)小的發(fā)熱面，因?yàn)橛捎谙鄬?duì)均勻或更一致的入流，與迄今為止相比，這被更好地利用。因此，降低了鍋爐的排氣側(cè)的壓力損耗，這又引起燃?xì)廨啓C(jī)的效率增加。


根據(jù)附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中示出圖I示出具有設(shè)置在中央的導(dǎo)向體的燃?xì)廨啓C(jī)的排氣擴(kuò)散器的部分剖開的、部分立體的視圖；圖2示出穿過根據(jù)圖I的導(dǎo)向體的橫截面的第一剖視圖；以及圖3示出根據(jù)圖I的導(dǎo)向體的第二剖視圖。
具體實(shí)施例方式在圖I中示出用于燃?xì)廨啓C(jī)的排氣擴(kuò)散器10的縱剖視圖，其中，示出設(shè)置在排氣擴(kuò)散器10的中央的星形支承件12的立體視圖，所述星形支承件用于在渦輪側(cè)支承所述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子和設(shè)置在所述星形支承件上的導(dǎo)向體14。排氣擴(kuò)散器10具有位于其中央的中軸線16，所述中軸線16從入流側(cè)端部18延伸到出流側(cè)端部20。在排氣擴(kuò)散器10中設(shè)有流動(dòng)通道22，所述流動(dòng)通道的垂直于中軸線的橫截面具有環(huán)形輪廓。在此，流動(dòng)通道22由設(shè)置在徑向外部的外壁24限定。導(dǎo)向體14設(shè)置在排氣擴(kuò)散器10的中央，即設(shè)置在所述排氣擴(kuò)散器的中軸線16的區(qū)域中，并且在此為流動(dòng)通道22的設(shè)置在徑向內(nèi)部的邊界。在此，導(dǎo)向體14由五個(gè)在外周上均勻地、或不均勻地分布的支承柱26來支承。在排氣擴(kuò)散器10的也設(shè)置有支承柱26的軸向部段A中，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的渦輪側(cè)的端部終止在所述導(dǎo)向體的內(nèi)部中，所述端部由于清楚起見沒有示出。在部段A的上游，即朝向入流側(cè)端部18，導(dǎo)向體14構(gòu)成為圓柱形。本發(fā)明提出，在部段A中，導(dǎo)向體14在支承柱26之間已經(jīng)不具有圓柱形的內(nèi)壁輪廓，而是在那里已經(jīng)設(shè)有變大(變深)的凹部30。在部段A的下游，在導(dǎo)向體14的外周上分布的凹部30由導(dǎo)向元件32限定，以至于凹部30和導(dǎo)向元件32沿切向方向交替地設(shè)置。在此，導(dǎo)向元件32的數(shù)量相應(yīng)于支承柱26的數(shù)量，在所示出的實(shí)施例中分別設(shè)有五個(gè)導(dǎo)向元件32和支承柱26。也能夠設(shè)有更多的或更少的導(dǎo)向元件32或支承柱26。只要支承柱26在外周上不均勻地分布，那么凹部30和導(dǎo)向元件32在入流側(cè)相應(yīng)地不均勻地分布。在任何情況下，所述凹部30和導(dǎo)向元件32在出流側(cè)優(yōu)選均勻地分布。已知的是，支承柱26具有空氣動(dòng)力學(xué)型廓。因此，支承柱26具有預(yù)設(shè)的出流角，所述出流角也從渦輪葉片和壓縮機(jī)葉片中已知,在所述出流角空氣動(dòng)力地對(duì)齊的延伸中，導(dǎo)向元件32相對(duì)于中軸線傾斜地朝向排氣擴(kuò)散器10的出流側(cè)端部20扭曲。每個(gè)導(dǎo)向元件32具有向外突出的尖部36，對(duì)于垂直于中軸線16的每個(gè)任意的橫截面而言，所述尖部36的最外部的點(diǎn)具有距排氣擴(kuò)散器10的中軸線的最短距離，所述距離隨著所述橫截面到擴(kuò)散器出口 20的軸向距離的減小而減小。同樣適用于每個(gè)凹部。設(shè)置在徑向內(nèi)部的基面38距中軸線16的最短距離隨著距擴(kuò)散器出口的軸向距離的減小而減小。因此，導(dǎo)向體14在其部段A的下游總體上保持錐形的外形，這導(dǎo)致了，所述導(dǎo)向體的未經(jīng)排氣穿流的內(nèi)部橫截面的面積不斷地縮小。因此，在導(dǎo)向體的端部上僅保留相對(duì)較小的、能夠?qū)е禄亓鲄^(qū)域的橫截面，所述回流區(qū)域相應(yīng)地構(gòu)成為相對(duì)較短和較弱。 在圖2和3中示出根據(jù)圖I的剖面II和III的、導(dǎo)向體14的垂直于中軸線16設(shè)置的橫截面視圖。在此，相同的特征設(shè)有相同的附圖標(biāo)記?？傮w來說，本發(fā)明提供了一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的排氣擴(kuò)散器10，所述排氣擴(kuò)散器具有朝向擴(kuò)散器出口 20擴(kuò)寬的流動(dòng)通道22，在所述排氣擴(kuò)散器的中央設(shè)有軸向延伸的導(dǎo)向體14。為了提供進(jìn)一步縮短的排氣擴(kuò)散器10提出，導(dǎo)向體14至少在其縱向延伸部的軸向部段中具有多個(gè)在外周上分布的、設(shè)置在導(dǎo)向元件32之間的凹部30，其中所述排氣擴(kuò)散器的導(dǎo)向體14具有尤其高的強(qiáng)度并且所述排氣擴(kuò)散器的引起流致振動(dòng)的傾向減小。
權(quán)利要求
1.用于燃?xì)廨啓C(jī)的排氣擴(kuò)散器(10)， 具有朝向擴(kuò)散器出口擴(kuò)寬的流動(dòng)通道(22 )，在所述排氣擴(kuò)散器的中央設(shè)有軸向延伸的導(dǎo)向體(14)， 其中，所述導(dǎo)向體(14)至少在其縱向延伸部的軸向部段中具有多個(gè)在外周上分布的、設(shè)置在導(dǎo)向元件(32)之間的凹部(30)， 其特征在于， 其中，沿著所述導(dǎo)向體(14)的所述縱向延伸部，每個(gè)導(dǎo)向元件(32)沿螺旋線延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣擴(kuò)散器(10)， 其中，所述導(dǎo)向體(14)具有垂直于所述排氣擴(kuò)散器(10)的中軸線(16)設(shè)置的橫截面輪廓，所述橫截面輪廓是星形的，并且所述橫截面輪廓的尖角由相應(yīng)的導(dǎo)向元件(32)形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的排氣擴(kuò)散器(10)， 其中，每個(gè)導(dǎo)向元件具有從所述排氣擴(kuò)散器(10)的所述中軸線(16)徑向向外伸出的尖部(36)， 所述尖部(36)距所述排氣擴(kuò)散器(10)的所述中軸線(16)的最短距離隨著距所述擴(kuò)散器出口(20)的軸向距離的減小而減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的排氣擴(kuò)散器(10)， 其中，每個(gè)凹部(30)具有設(shè)置在徑向內(nèi)部的基面(38)， 所述基面(38)距所述排氣擴(kuò)散器(10)的所述中軸線(16)的最短距離隨著距所述擴(kuò)散器出口(20)的軸向距離的減小而減小。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的排氣擴(kuò)散器(10)， 其中，所述導(dǎo)向體(14)的帶有凹部(30)和導(dǎo)向元件(32)的所述軸向部段在所述導(dǎo)向體(14)的整個(gè)軸向延伸部上延伸。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的排氣擴(kuò)散器(10)， 其中，所述導(dǎo)向元件(32)的數(shù)量等于支承柱(26)的數(shù)量，所述支承柱設(shè)置為用于在渦輪側(cè)支承燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的排氣擴(kuò)散器(10)， 其中，沿所述排氣擴(kuò)散器(10 )的流通方向觀察，每個(gè)導(dǎo)向元件(32 )設(shè)置在所述支承柱(26)的對(duì)齊的延長部中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的排氣擴(kuò)散器(10)， 其中，在所述支承柱(26)的軸向部段(A)中，在所述支承柱(26)之間設(shè)有在外周方向上呈弧形的內(nèi)壁輪廓， 所述內(nèi)壁輪廓距所述排氣擴(kuò)散器(10)的所述中軸線(16)的最短距離隨著距所述擴(kuò)散器出口的軸向距離的減小而減小。
9.具有根據(jù)權(quán)利要求I至8之一所述的排氣擴(kuò)散器(10)的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，具有連接到所述排氣擴(kuò)散器(10)的下游的廢熱蒸汽發(fā)生器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的排氣擴(kuò)散器10，所述排氣擴(kuò)散器具有朝向擴(kuò)散器出口20擴(kuò)寬的流動(dòng)通道22，在所述排氣擴(kuò)散器的中央設(shè)有軸向延伸的導(dǎo)向體14。為了提供進(jìn)一步縮短的排氣擴(kuò)散器10提出，導(dǎo)向體14至少在其縱向延伸部的軸向部段中具有多個(gè)在外周上分布的、設(shè)置在導(dǎo)向元件32之間的凹部30，其中所述排氣擴(kuò)散器的導(dǎo)向體14具有尤其高的強(qiáng)度并且所述排氣擴(kuò)散器的引起流致振動(dòng)的傾向減小。
文檔編號(hào)F01D25/30GK102844527SQ201180019740
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者馬克·布勒克, 托比亞斯·布哈爾 申請(qǐng)人:西門子公司