Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgasdiffusor für eine Gasturbine mit einem sich zum Diffusoraustritt hin erweitern ^¬ den Strömungskanal, in dessen Zentrum ein sich axial erstre ^¬ ckender Leitkörper vorgesehen ist.

Ein derartiger Abgasdiffusor dient zur Verzögerung der Abgasströmung einer Gasturbine und zur Rückgewinnung von zumindest eines Teils des Staudrucks. Um einen Abgasdiffusor mit einem vergleichsweisen großen Öffnungswinkel von 10° und mehr an- zugeben, ist beispielsweise aus der DE 198 05 115 AI bekannt, im Zentrum des Diffusorkanais einen sich axial erstreckenden Leitkörper vorzusehen. Durch die Verwendung des Leitkörpers wird der Abgasdiffusor als Ringdiffusor ausgebildet. Dadurch werden größere Gebiete von Rückströmungszonen hinter der Gas- turbinennabe vermieden, was sich vorteilhaft auf den Wir ^¬ kungsgrad des Abgasdiffusors auswirkt. Nachteilig ist jedoch, dass der Leitkörper vergleichsweise lang ist und aufgrund seiner Länge deswegen durch zusätzliche Streben abgestützt werden muss. Weiter sind die aerodynamischen Einflüsse der Lagerstreben unberücksichtigt.

Des Weiteren ist aus der US 5,791,136 ein Abgasdiffusor einer Gasturbine mit einem zentralen Trommelkörper bekannt, an dessen Mantelfläche eine Vielzahl drehfest angeordneter Schau- fein vorgesehen ist. Die Schaufeln dienen zur Vergleichmäßigung des Abgasstroms der Gasturbine bei geringem Druckabfall.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen raumsparenden Abgasdiffusor für eine Gasturbine anzugeben, der zur Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrads der Gastur ^¬ bine eine Verbesserung des Druckrückgewinns ermöglicht. Wei ^¬ terhin soll der Abgasdiffusor eine Vergleichmäßigung der Dif- fusorabströmung ermöglichen, so dass in einem der Gasturbinen nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger eine möglichst homogene Einströmung des heißen Abgases aus der Gasturbine erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Abgas- diffusor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dazu weist der Leitkörper des gattungsgemäßen Abgasdiffusors zumindest in einem axialen Abschnitt seiner Längserstreckung eine Anzahl von über den Umfang verteilten, zwischen den Leitelementen angeordneten Vertiefungen auf, wobei sich jedes Leitelement entlang einer Spirallinie erstreckt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die an den Lagerstreben des hinteren Lagersterns bei verdrallter Anströ- mung ausgelösten Sekundärströmungen ausgenutzt werden soll- ten, um die Durchmischung hinter dem Nabenende zu verstärken und so die Länge von Rückstromzonen hinter der Nabe weiter zu verkürzen. Hierzu weist der Leitkörper des Abgasdiffusors , welcher als im Wesentlichen konischer oder zylindrischer Körper ausgebildet ist, über den Umfang verteilt Vertiefungen und Leitelemente auf, um die Sekundärströmungen optimal zu führen und zu verstärken. Die Sekundärströmungen führen Fluid von der Druckseite der Lagerstreben auf spiralartigen Bahnen. Durch die Verwendungen von Vertiefungen und Leitelementen können die Sekundärströmungen somit näher an die Mittelachse des Diffusors gelangen und der Lagerkörper kann kürzer ausgebildet werden als beim Stand der Technik, ohne dessen Effizienz dabei zu verringern. Durch die verkürzte Länge des Lagerkörpers kann dieser auch freistehend ausgebildet sein. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt in der Ausnutzung der an den angestellten und/oder profilierten Lagerstreben erzeugten Sekundärströmungen, um mit Hilfe von nabenseitigen Vertiefungen Fluid noch näher zur Nabenachse zu leiten, um so die Größe und insbesondere die Länge der Rückströmzone hinter der Nabe weiter zu reduzieren. Dies führt zu einer weiter ge- steigerten Effizienz des Abgasdiffusors .

Durch die gegenüber der Mittelachse angestellte Ausrichtung der Leitelemente (Steigung) wird sowohl eine äußerst effi- ziente als auch raumsparende Konstruktion zur Entdrallung der Strömung angegeben. Die Steigung der Spirallinie ist dabei vergleichsweise groß, so dass die Spirallinien lediglich ge ^¬ ringfügig gegenüber der Mittelachse des Abgasdiffusors ge- neigt sind. Die Steigung kann sich auch entlang ihrer Erstre- ckung verkleinern. Vorzugsweise vergrößert sie sich doch, um eine möglichst drallarme Ausströmung aus dem Abgasdiffusor zu erhalten. Diese Anordnung ist insbesondere bei einem axialen Abgasdiffusor von Vorteil, bei der die Anzahl der Leitele- mente gleich einer Anzahl von Lagerstreben ist, welche zur turbinenseitigen Lagerung des Gasturbinenrotors im Abgasdif- fusor oder unmittelbar stromauf davon vorgesehen sind

In vorteilhafter Ausgestaltung weist der Leitkörper eine zur Mittelachse des Abgasdiffusors senkrecht angeordnete Quer ^¬ schnittskontur auf, welche sternförmig ist und dessen Zacken von den jeweiligen Leitelementen gebildet sind. Mit Hilfe der sternförmigen Querschnittskontur kann eine wesentlich höhere Festigkeit der Innenwand des nunmehr als Ringdiffusor ausge- bildeten Abgasdiffusors erreicht werden. Die Neigung des

Leitkörpers zum Schwingen aufgrund der Strömung wird dadurch wesentlich verringert. Folglich ist es auch möglich, den Leitkörper als nur einseitig befestigt auszugestalten, so dass dessen dem Diffusoraustritt zugewandtes Ende frei schwe- bend im Abgasdiffusor auskragt. Eine aerodynamisch störende sowie Kosten steigernde, ausströmseitige Abstützung des Leit ^¬ körpers kann folglich vermieden werden aufgrund der höheren Steifigkeit des Leitkörpers. In zweckmäßiger Weiterbildung weist jedes Leitelement eine von der Mittelachse des Abgasdiffusors radial nach außen ragende äußere Spitze auf, deren kürzester Abstand zur Mit ^¬ telachse (also im zur Mittelachse senkrecht angeordneten Querschnitt) sich mit abnehmendem axialem Abstand zum Diffu- soraustritt verkleinert. Dabei weist jede Vertiefung einen radial innen angeordneten Grund auf, dessen kürzester Abstand zur Mittelachse (also im zur Mittelachse senkrecht angeordne ^¬ ten Querschnitt) sich mit abnehmendem axialem Abstand zum Diffusoraustritt ebenso verkleinert. Hierdurch wird eine Auf- weitung des Strömungsquerschnitts des Abgasdiffusors auch nabenseitig erzielt, was zu einer weiteren Verkürzung der axialen Baulänge des Abgasdiffusors beiträgt. Die Strömungs- querschnittzunähme muss somit nicht lediglich über eine Ver ^¬ größerung des Durchmessers der äußeren Ringwand des Abgasdif- fusors erreicht werden. Auch diese Maßnahme verringert die axiale Baulänge des Abgasdiffusors . Vorzugsweise ist jedes Leitelement - in der Strömungsrichtung des Abgasdiffusors betrachtet - in fluchtender Verlängerung der Lagerstreben angeordnet. Insbesondere hierdurch ist es möglich, die an den Lagerstreben des hinteren Lagersterns bei verdrallter Anströmung ausgelösten Sekundärströmungen auszu- nutzen, um die Durchmischung hinter dem Nabenende zu verstärken und eine verbesserte Druckrückgewinnung zu erreichen. Insbesondere die Sekundärströmungswirbel entlang der Druck ^¬ seite der Lagerstreben können dann aerodynamisch besonders günstig in die Vertiefung des Leitkörpers geleitet werden, was nur vergleichsweise geringe aerodynamische Verluste mit sich bringt. Dabei kann vorgesehen sein, dass bereits in demjenigen axialen Abschnitt des Abgasdiffusors , in dem die Lagerstreben angeordnet sind, der Leitkörper zwischen den Streben eine in Umfangsrichtung bogenförmige Innenwandkontur aufweist, deren kürzester Abstand zur Mittelachse des Abgas- diffusors sich mit abnehmendem axialen Abstand zum Diffuso- raustritt verkleinert. Mit anderen Worten: nicht alleine der sich an den Lagerstreben anschließende Leitkörper kann konisch ausgebildet sein, sondern die Innenwand des ringför- migen Abgasdiffusors im axialen Abschnitt der Lagerstreben kann auch schon bereits konisch ausgebildet sein, wobei auch deren Durchmesser zum austrittsseitigen Ende des Abgasdiffu- sors abnimmt. Insbesondere im Fall eines der Gasturbine abgasseitig über den Abgasdiffusor nachgeschalteten Abhitzedampferzeugers wird eine Materialeinsparung durch Verkürzung begleitender Dampfleitungen zum Abhitzedampferzeuger oder Abhitzekessel er- zielt. Ein entsprechender Abhitzedampferzeuger oder Kessel in liegender oder stehender Bauweise kann dann mit relativ geringer Heizfläche ausgestaltet sein, da diese in Folge einer vergleichsweise homogenen oder gleichmäßigeren Anströmung besser als bisher ausgenutzt wird. Damit sinkt der abgassei- tige Druckverlust des Kessels, was wiederum einen Wirkungs ^¬ gradgewinn der Gasturbine zur Folge hat.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich- nung näher erläutert.

Darin zeigen:

FIG 1 einen Abgasdiffusor einer Gasturbine in teils ge- schnittener, teils perspektivischer Darstellung mit einem im Zentrum angeordneten Leitkörper,

FIG 2 den Querschnitt durch den Leitkörper gemäß FIG 1 in einer ersten Schnittdarstellung und den Leitkörper gemäß FIG 1 in einem zweiten Schnitt .

In FIG 1 ist ein Abgasdiffusor 10 für eine Gasturbine in einem Längsschnitt dargestellt, wobei der im Zentrum des Ab- gasdiffusors 10 angeordnete Lagerstern 12 zur turbinenseiti- gen Lagerung des Gasturbinenrotors und des daran angeordneten Leitkörpers 14 in perspektivischer Darstellung gezeigt sind. Der Abgasdiffusor 10 weist eine in seinem Zentrum liegende

Mittelachse 16 auf, die sich von einem einströmseitigen Ende 18 zu einem ausströmseitigen Ende 20 erstreckt. Im Abgasdif- fusor 10 ist ein Strömungskanal 22 vorgesehen, dessen im zur Mittelachse senkrecht stehender Querschnitt eine Ringkontur aufweist. Der Strömungskanal 22 ist dabei von einer radial außen angeordneten Außenwand 24 begrenzt. Im Zentrum des Ab- gasdiffusors 10, also im Bereich seiner Mittelachse 16, ist der Leitkörper 14 angeordnet und stellt dabei die radial innen angeordnete Begrenzung des Strömungskanals 22 dar. Der Leitkörper 14 wird dabei von fünf über den Umfang gleichmäßig oder auch ungleichmäßig verteilten Lagerstreben 26 gestützt. Im axialen Abschnitt A des Abgasdiffusors 10, in dem auch die Lagerstreben 26 angeordnet sind, endet im Inneren des Leit ^¬ körpers das turbinenseitige Ende des Gasturbinenrotors, wel ^¬ ches aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Stromauf des Abschnitts A, also zum einströmseitigen Ende 18 hin, ist der Leitkörper 14 zylindrisch ausgebildet. Es ist vorgesehen, dass bereits im Abschnitt A der Leitkörper 14 zwischen den Lagerstreben 26 keine zylindrische Innenwandkontur aufweist, sondern dass bereits dort größer (tiefer) werdende Vertiefungen 30 vorgesehen sind. Stromab des Abschnitts A werden die über den Umfang des Leitkörpers 14 verteilten Vertiefungen 30 von Leitelementen 32 begrenzt, so dass abwechselnd Vertiefungen 30 und Leitelemente 32 in Tangential- richtung angeordnet sind. Die Anzahl der Leitelemente 32 ent ^¬ spricht dabei der Anzahl der Lagerstreben 26, im dargestell ^¬ ten Ausführungsbeispiel sind jeweils fünf Leitelemente 32 und Lagerstreben 26 vorgesehen. Es können auch mehr oder weniger Leitelemente 32 bzw. Lagerstreben 26 vorgesehen sein. Sofern die Lagerstreben 26 über den Umfang ungleichmäßig verteilt sind, sind die Vertiefungen 30 und Leitelemente 32 einström- seitig dementsprechend ungleichmäßig verteilt. Ausströmseitig ist auf jeden Fall deren Gleichverteilung bevorzugt. Bekanntermaßen sind die Lagerstreben 26 aerodynamisch profiliert. Somit weisen die Lagerstreben 26 einen vorbestimmten Abströmwinkel, welcher auch von Turbinenschaufeln und Verdichterschaufeln bekannt ist, auf, in dessen aerodynamisch fluchten- der Fortführung sich die Leitelemente 32 gegenüber der Mittelachse geneigt zum ausströmseitigen Ende 20 des Abgasdiffu- sors 10 hin verdrallen. Jedes Leitelement 32 weist eine nach außen ragende Spitze 36 auf, deren äußerster Punkt einen kürzesten Abstand zur Mittelachse des Abgasdiffusors 10 - für jeden beliebigen senkrecht zur Mittelachse 16 stehenden Querschnitt - aufweist, welcher Abstand sich mit abnehmendem axi ^¬ alen Abstand des Querschnitts zum Diffusoraustritt 20 ver ^¬ kleinert. Gleiches gilt für jede Vertiefung. Der kürzeste Ab- stand des radial innen angeordneten Grunds 38 zur Mittelachse 16 verkleinert sich mit abnehmendem axialem Abstand zum Dif- fusoraustritt . Dadurch erhält der Leitkörper 14 stromab sei ^¬ nes Abschnitts A insgesamt eine konische Erscheinung, was dazu führt, dass die innere Querschnittsfläche des Leitkör ^¬ pers, welche nicht von Abgas durchströmt wird, sich stetig verkleinert. Am Ende des Leitkörpers verbleibt somit nur ein vergleichsweise geringer Querschnitt, der zu Rückstromgebie- ten führen kann, die dementsprechend vergleichsweise kürzer und schwächer ausgebildet sind.

In den Figuren 2 und 3 sind die senkrecht zur Mittelachse 16 angeordneten Querschnittsansichten des Leitkörpers 14 gemäß der Schnitte II und III aus FIG 1 dargestellt. Dabei sind identische Merkmale mit identischen Bezugszeichen versehen.

Insgesamt gibt die Erfindung einen Abgasdiffusor 10 für eine Gasturbine an, mit einem sich zum Diffusoraustritt 20 hin er ^¬ weiterten Strömungskanal 22, in dessen Zentrum ein sich axial erstreckender Leitkörper 14 vorgesehen ist. Um einen weiter verkürzten Abgasdiffusor 10 anzugeben, dessen Leitkörper 14 eine besonders hohe Festigkeit aufweist und dessen Neigung zum strömungsbedingten Schwingen verringert ist, ist vorgesehen, dass der Leitkörper 14 zumindest in einem axialen Ab- schnitt seiner Längserstreckung eine Anzahl von einer über den Umfang verteilten, zwischen Leitelementen 32 und angeordnete Vertiefungen 30 aufweist.