DE112007002564T5

DE112007002564T5 - Diffusor und Auslasssystem für Turbine

Info

Publication number: DE112007002564T5
Application number: DE112007002564T
Authority: DE
Inventors: Lale Dr. Demiraydin; Ralf Dr. Greim
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2009-10-01
Also published as: JP2010509534A; US20090263241A1; CN101563526A; JP5230638B2; CN101563526B; WO2008058821A1; EP1921278A1; US7934904B2

Abstract

Diffusor- und Auslasssystem (1) für eine Turbine, das einen Axial-Radial-Diffusor und eine Abzugshaube (8) umfasst, wobei der Diffusor eine innere Strömungsführung (10) und eine äußere Strömungsführung (12) aufweist, die sich jeweils von einem Diffusoreinlass an der letzten Turbinenschaufelreihe (4) zu einem Diffusorauslass erstrecken, wobei sich die innere Strömungsführung (10) von der Nabe (5) an der letzten Turbinenschaufelreihe (4) erstreckt und sich die äußere Strömungsführung (12) von dem Turbinengehäuse (7) an der letzten Turbinenschaufelreihe (4) erstreckt und sich der Diffusorauslass von dem Ende der inneren Strömungsführung zu dem Ende der äußeren Strömungsführung (12) erstreckt, und wobei die Abzugshaube (8) einen ersten Teil (20) mit einer Endwand (11) und einer Seitenwand (11'), die sich um ungefähr die Hälfte des Umfangs des Diffusorauslasses erstrecken, und einen zweiten Teil (21), der sich von dem ersten Teil (20) zu einem Abzugshaubenauslass (22) erstreckt, umfasst, wobei die Abzugshaube (8) zwei Strömungskanäle (24, 25) an den...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Axial-Radial-Diffusor und ein Auslasssystem für eine Turbine, insbesondere eine Dampfturbine.
Allgemeiner Stand der Technik
Bei einer Turbine mit einem Axial-Radial-Diffusor wird das Arbeitsfluid hinter der letzten Reihe von Turbinenschaufeln abgeführt und strömt in einen ringförmig nach außen kelchenden Strömungskanal, den Diffusor, der durch eine innere und eine äußere Strömungsführung gebildet wird, die sich von der Nabe bzw. der Spitze der letzten Schaufelreihe der Turbine erstreckt. Der Diffusor erstreckt sich anfangs in Axialrichtung und um den Umfang über die ganzen 360° um die Drehachse der Turbine herum und krümmt sich dann bezüglich der Drehachse der Turbine radial nach außen. Der Diffusorauslass führt in der Regel zu einer Abzugshaube, wobei der Auslass in der Regel in der Abzugshaube angeordnet ist. Die Abzugshaube weist wiederum einen Auslass zum Abführen des Arbeitsfluids auf. Bei einer Dampfturbine leitet der Auslass Dampf in einen Kondensator. Die Abzugshaube weist gegenüber ihrem Auslass einen ersten Teil mit einem in der Regel halbkreisförmigen Querschnitt auf, der die Hälfte der Turbine und des Diffusors umgibt, und einen zweiten Teil mit einem rechteckigen Querschnitt, der sich von dem ersten Teil zu dem Auslass der Abzugshaube erstreckt. Der Übergang von dem ersten Teil zu dem zweiten Teil der Abzugshaube wird durch zwei so genannte Durchlässe gebildet, die sich bezüglich der Turbine einander gegenüberliegend befinden. Der Auslass ist oftmals unter der Höhe der Turbinenachse angeordnet und wird oftmals als eine nach unten abführende Abzugshaube bezeichnet. Er kann jedoch auch auf der gleichen Höhe wie die oder über der Höhe der Turbinenachse angeordnet werden. Ein Kondensator würde dann daneben auf einer Seite der Turbine bzw. über der Turbine angeordnet werden.
Der eine Dampfturbine hinter der letzten Schaufelreihe verlassende Dampf verzögert oder verlangsamt sich in dem Diffusor. Da die kinetische Energie des Dampfstroms somit im Diffusor verringert wird, erhöht sich der statische Druck entsprechend von der letzten Turbinenschaufelreihe zum Diffusorausgang. Mit dieser Dampfdruckzunahme in Strömungsrichtung im Diffusor geht eine entsprechende Dampfdruckabnahme in Höhe der letzten Turbinenschaufelreihe einher, da der Druck am Abzugshaubenauslass durch die verwendete Kühlumgebung (zum Beispiel den Kondensator) gegeben wird. Folglich wird die Turbinenarbeitsleistung im Vergleich zu der einer Turbine ohne Diffusor erhöht. Deshalb können die Druckzunahme im Diffusor und die Turbinenausgangsleistung durch eine geeignete Diffusorausführung potentiell verbessert werden.
Durch Erhöhen des statischen Drucks im Diffusor kann die Leistung einer Turbine optimiert werden. Es kann jedoch aufgrund von Strömungstrennung und Wirbelbildungen in der Haube zu Verlusten kommen, die die Gesamtleistung beeinträchtigen. Solche Wirbel können in verschiedenen Bereichen eines Diffusors und der Abzugshaube zum Beispiel aufgrund von Stützstreben oder in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Abzugshaube zu verschiedenen Graden entstehen. Zum Beispiel tritt in einem Diffusor, der den Dampf in eine nach unten abführende Abzugshaube führt (der Abzugshaubenauslass befindet sich unterhalb der Höhe der Turbine), der sich im untersten Teil des Diffusorkanals verlangsamende Dampf ohne oder mit sehr wenig Änderung der Strömungsrichtung in die Abzugshaube ein. Der sich im obersten Teil des Diffusors verlangsamende Dampf, der im Wesentlichen in Radial- und vertikal nach oben führender Richtung gelenkt wird, erfährt jedoch eine Änderung der Strömungsrichtung von 180°, um nach unten in die Abzugshaube und zum Auslass am Boden zu strömen. Solche großen Richtungsänderungen verursachen Wirbel und Verluste, die die Leistung des Diffusors und folglich auch die Ausgangsleistung der Turbine nachteilig beeinflussen.
Die US 5 518 366 offenbart einen Diffusor für eine Turbomaschine mit einer inneren und einer äußeren Strömungsführung, die jeweils an einem Einlass neben der letzten Schaufelreihe der Turbine beginnen und an einem Auslass in einer Abzugshaube enden. Die nach unten abführende Abzugshaube weist eine Strömungsführungsfläche auf, die einen Abstand von dem Einlass der äußeren Diffusorströmungsführung besitzt, der über den Umfang variiert und ein Minimum von weniger als die Länge der letzten Turbinenschaufel an einer bestimmten Stelle, zum Beispiel oben an der Abzugshaube, aufweist. Die äußere Strömungsführung weist eine axiale Länge von ihrem Einlass zu ihrem Auslass auf, die über den Umfang der Strömungsführung variiert und ein Minimum an der Stelle aufweist, an der der minimale Abstand zwischen der Strömungsführungsfläche der Abzugshaube und dem Einlass der äußeren Strömungsführung auftritt. Der minimale Abstand zwischen der Strömungsführungsfläche der Abzugshaube und dem Einlass der äußeren Diffusorströmungsführung und die axiale Länge der äußeren Strömungsführung werden bezüglich der Länge des Schaufelblatts der letzten Turbinenschaufelreihe definiert.
Kurze Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Axial-Radial-Diffusors und eines Auslasssystems für eine Turbine, mit verbesserter aerodynamischer Leistung, insbesondere verbesserter Rückgewinnung seines statischen Drucks gegenüber dem Diffusor nach dem Stand der Technik.
Ein Diffusor- und Auslasssystem umfasst einen Diffusor und eine Abzugshaube, wobei der Diffusor eine innere und eine äußere Strömungsführung aufweist, die einen Strömungskanal von einem Einlass an der letzten Turbinenschaufelreihe zu einem in der Abzugshaube positionierten Auslass aufweist. Die innere Strömungsführung erstreckt sich von der Nabe der letzten Turbinenschaufelreihe zum Diffusorauslass, während sich die äußere Strömungsführung von dem Turbinengehäuse an der Spitze der letzten Schaufelreihe zum Diffusorauslass erstreckt. Der Diffusor ist ein Axial-Radial-Diffusor, der sich zunächst in Axialrichtung bezüglich der Drehachse der Turbine erstreckt und sich dann in radial nach außen verlaufender Richtung krümmt. Die Abzugshaube umfasst einen ersten Teil mit einer Endwand und einer Seitenwand, die sich um ungefähr eine Hälfte des Umfangs des Diffusorauslasses erstrecken. Weiterhin umfasst sie einen zweiten Teil, der sich von dem ersten Teil zu einem Abführauslass erstreckt. Die Abzugshaube umfasst zwei Durchlässe oder Strömungskanäle zwischen dem Diffusorauslass und der Seitenwand der Abzugshaube. Sie sind an der Übergangsstelle von dem ersten Teil zu dem zweiten Teil der Abzugshaube an umfangsmäßig einander gegenüberliegenden Seiten der Turbine positioniert.
Gemäß der Erfindung umfasst die äußere Strömungsführung eine Lippe am Diffusorauslass, die rotationssymmetrisch über ein erstes Segment des Umfangs ist, und eine Aussparung oder einen Ausschnitt über ein zweites Segment des Umfangs. Die Erstreckung des zweiten Segments des Umfangs enthält die Winkelposition einer der beiden Durchlässe. Der bestimmte Durchlass ist in Richtung des tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektors bezüglich einer bestimmten Stelle in der Abzugshaube positioniert. Diese Stelle in der Abzugshaube liegt umfangsmäßig dem Auslass der Abzugshaube und der Stelle gegenüber, die am weitesten von dem Auslass der Abzugshaube weg liegt.
Die tangentiale Strömungsgeschwindigkeitskomponente ist die Komponente des absoluten Strömungsgeschwindigkeitsvektors, die die letzte Stufe der Turbine verlässt. Die Richtung des tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektors hängt von der Ausführung der letzten Turbinenschaufelreihe ab. Bei vielen Turbinen fällt diese Richtung mit der Richtung der Turbinendrehung zusammen. Bei anderen Turbinenausführungen verläuft die Richtung des tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektors entgegengesetzt der Turbinendrehung.
Bei einer Turbine gibt es zum Beispiel einen tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektor in Richtung der Turbinendrehung, wobei diese Richtung im Uhrzeigersinn verläuft. Wenn die Turbine mit einer nach unten abführenden Abzugshaube ausgestattet ist, befindet sich die Stelle umfangsmäßig gegenüber dem Abzugshaubenauslass oben an der Haube. Gemäß der Erfindung ist die Aussparung bei Betrachtung der Abzugshaube von ihrem Einlass an der äußeren Diffusorströmungsführung dann an dem Durchlass auf der rechten Seite der Abzugshaube positioniert.
Die Aussparung oder der Ausschnitt an der Lippe der äußeren Strömungsführung ist nur an einem der beiden Durchlässe oder Strömungskanäle vom ersten Teil zum zweiten Teil der Abzugshaube platziert. Um diesen bestimmten Durchlass herum, wo die Aussparung wirkt, befindet sich in der Regel ein Hochgeschwindigkeitsströmungsbereich, in dem der tangentiale Strömungsgeschwindigkeitsvektor dazu neigt, das Arbeitsfluid überwiegend zu schieben. Deshalb ist dies der Bereich, der hinsichtlich Wiederbeschleunigung und Abnahme des statischen Drucks am kritischsten ist. Die besondere Anordnung der Aussparung an diesem Durchlass bewirkt eine Vergrößerung und verhindert eine Wiederbeschleunigung des Arbeitsfluids in dem Durchlassbereich. Eine Zunahme der kinetischen Energie und eine Abnahme des statischen Drucks werden deshalb verhindert, und die Leistung des Diffusors und Auslasssystems wird verbessert.
Bei einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung enthält der ringförmige Bereich des zweiten Segments des äußeren Strömungsführungsumfangs die Position des Durchlasses, wo sich der ringförmige Bereich der Aussparung in einem Winkelbereich von bis zu 140° in beiden Drehrichtungen erstreckt, das heißt auch von dem Auslass der Abzugshaube weg. Er enthält damit einen Hochgeschwindigkeitsbereich mit Wirbeln, die von dem Durchlass in beiden Richtungen verlaufen. Bei einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung liegt die Winkelerstreckung des zweiten Segments in einem Bereich bis zu 90°.
Bei einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Winkelbereich der Aussparung von der Position des Durchlasses in Richtung des tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektors, wo die Winkelerstreckung in einem Bereich bis zu 90° liegt.
Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform erreicht der Winkelbereich der Aussparung bei seiner größten Erstreckung die Mitte des Auslasses der Abzugshaube.
Solch ein Bereich enthält das größte Ausmaß des Hochgeschwindigkeitsströmungsbereichs in der Abzugshaube.
Bei der ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Diffusorprofil über den gesamten Umfang des Diffusors das gleiche wie im ersten und zweiten Segment des Diffusors.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich das meridionale Querschnittsprofil der Strömungsführung im ersten Teil des Umfangs von dem Profil im zweiten Teil des Umfangs. Die Aussparung an der Lippe einer Strömungsführung ergibt einen relativ abrupten Übergang, der eine verminderte Diffusorleistung verursachen kann. Um diesen Leistungsverlust auszugleichen, wird das Profil der Strömungsführung im Winkelbereich der Aussparung, das heißt des zweiten Segments des Umfangs, im Vergleich zu dem Profil über den Rest des Umfangs, das heißt im ersten Segment des Umfangs, geändert. Zwischen den beiden Segmenten befindet sich ein sanfter geometrischer Übergang. Diese Maßnahme vermeidet insbesondere Verluste, die mit Strömungstrennung und Wirbeln in Verbindung stehen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das erste Segment, das eine Aussparung enthält, eine Gesamtkrümmung auf, die im Vergleich zur Krümmung des Profils im zweiten Segment außerhalb des Aussparungsbereichs kleiner ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Ansicht einer Ausführungsform des Turbinendiffusor- und Abgassystems gemäß der Erfindung.
2 zeigt einen Querschnitt der Abzugshaube entlang der Linie II-II in 1.
3a und b zeigen einen Querschnitt entlang den Linien III-III in 1 der Abzugshaube und der äußeren Strömungsführung des Diffusors gemäß der Erfindung bei Betrachtung in Richtung der Arbeitsfluidströmung. Sie zeigen jeweils eine beispielhafte Ausführungsform der äußeren Strömungsführung mit verschiedenen Winkelerstreckungen der Aussparung oder des Ausschnitts.
4 zeigt einen meridionalen Querschnitt entlang den Linien IV-IV in 3 der äußeren Strömungsführung einer bestimmten Ausführungsform des Diffusors gemäß der Erfindung.
Beste Durchführungsweisen der Erfindung
1 zeigt ein Auslasssystem 1 für eine Turbine mit einem Turbinenrotor 2 mit einer Turbinendrehachse 3, die sich in einer durch den Pfeil gezeigten Richtung dreht. Von den Turbinenschaufeln wird nur die letzte Schaufelreihe gezeigt, die am Rotor 2 angeordnet ist, wobei sich die Schaufeln 4 von der Nabe 5 zu den Schaufelspitzen 6 erstrecken. Ein inneres Turbinengehäuse 7 umschließt den Turbinenkanal bis zu den Spitzen der letzten Turbinenreihe. Das Turbinenauslasssystem enthält einen Axial-Radial-Diffusor und eine Abzugshaube 8, wo der Diffusor einen Strömungskanal für das Turbinenarbeitsfluid 9 von der letzten Schaufelreihe der Turbine in die Abzugshaube 8 bereitstellt. Bei der Abzugshaube 8 handelt es sich in diesem Fall um eine nach unten abführende Abzugshaube mit einem (nicht gezeigten) Auslass unter der Höhe der Turbine. Sie umfasst eine Endwand 11 und eine Seitenwand 11', die sich um ungefähr die Hälfte des Umfangs des Diffusorauslasses herum erstreckt. Das in die Abzugshaube eintretende Arbeitsfluid 9 strömt zu dem Auslass der Abzugshaube, wo das Fluid am obersten Raum in der Haube seine Strömungsrichtung abrupt ändert und im untersten Raum der Haube die geringste Änderung der Strömungsrichtung erfährt.
Der Diffusor umfasst eine innere Strömungsführung 10 von der Nabe 5, die zunächst in Axialrichtung bezüglich der Drehachse 3 der Turbine und dann radial nach außen gekrümmt verläuft und an der Endwand 11 der Abzugshaube 8 endet. Eine äußere Strömungsführung 12 des Diffusors erstreckt sich von dem Ende des inneren Gehäuses 7 zunächst in Axialrichtung, krümmt sich in der radial nach außen verlaufenden Richtung und endet in der Abzugshaube 8. Der Diffusor führt das Arbeitsfluid 9 in die Abzugshaube, wo es nach unten strömt. In dem gezeigten Beispiel sind die innere und die äußere Strömungsführung 10 und 12 aus mehreren einzelnen Strömungskanalabschnitten 10' und 12' mit geraden Rändern gebildet, die in Knickwinkeln aneinander gefügt sind. Die äußere Strömungsführung 12 weist an ihrem Ende eine Lippe 13 auf, die gemäß der Erfindung eine Aussparung oder einen Ausschnitt 14 über einen Winkelbereich aufweist, der die Länge der äußeren Strömungsführung verringert. Bei der gezeigten Ausführungsform weist die Aussparung eine Tiefe auf, die gleich dem einen geraden Rand aufweisenden Bereich am Ende der äußeren Strömungsführung ist. Bei einer weiteren Ausführungsform enthält die Tiefe mehr als einen Abschnitt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die innere und die äußere Strömungsführung oder beide Strömungsführungen in einem einzigen gleichmäßig geformten Teil hergestellt (ohne Knickwinkel in seinem Profil). In diesem Fall ist die Tiefe der Aussparung willkürlich.
2 zeigt den Querschnitt einer nach unten abführenden Abzugshaube 8 durch die Seitenwand 11' und den Diffusorauslass zwischen der äußeren und der inneren Strömungsführung. Sie zeigt einen ersten Teil 20 der Haube, in diesem Fall den oberen Teil, der eine ungefähr halbkreisförmige Gestalt aufweist, und den zweiten Teil 21, der sich von dem ersten Teil nach unten zu dem Auslass 22 der Abzugshaube erstreckt. Bei einem Dampfturbinensystem führt der Auslass 22 der Abzugshaube in einen Kondensatorhals 23. Das Auslasssystem dieser Art kann auch seitwärts angeordnet werden, wobei sich der Auslass der Abzugshaube auf einer der Seiten der Turbine befindet. Der Auslass der Abzugshaube kann auch oben über der Höhe der Turbine positioniert sein. Diese Arten von Auslasssystemen werden als seitwärts oder nach oben abführende Systeme bezeichnet. Alle geometrischen Merkmale des Diffusors und der Abzugshaube gemäß der Erfindung, wie sie hier beschrieben werden, befinden sich in seitwärts oder nach oben abführenden Auslasssystemen, wenn sie entsprechend gedreht sind. Der Übergang oder Kanal von dem ersten zum zweiten Teil der Abzugshaube wird als der Durchlass der Abzugshaube bezeichnet. Bei der gezeigten Abzugshaube befinden sich die Durchlässe oder Strömungskanäle 24 und 25 vom ersten zum zweiten Teil der Abzugshaube auf beiden Seiten der Turbine in Höhe der Drehachse 3 der Turbine. In Abhängigkeit von der Ausführung und Anordnung des ersten Teils der Abzugshaube bezüglich der Drehachse 3 der Turbine befinden sich die Durchlässe auf beiden Seiten der Turbine entweder in Höhe der Drehachse der Turbine oder über oder unter dieser Höhe. In den Durchlässen 24, 25 erfährt das Arbeitsfluid eine Strömungsbeschleunigung, die Hochgeschwindigkeitsströmungsbereiche in einem Auslasssystem dieser Art bewirkt. Der Grad der Wiederbeschleunigung der Arbeitsfluidströmung ist jedoch in beiden Durchlässen auf beiden Seiten der Turbine nicht der gleiche. Die Wiederbeschleunigung ist in Abhängigkeit von der Richtung des tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektors S in Fluidströmung auf einer Seite größer, wobei bei den meisten Turbinenausführungen die Richtung des tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektors S der Richtung der Turbinendrehung R entspricht. Der Durchlass mit der größeren Wiederbeschleunigung der Fluidströmung ist bei den meisten Turbinenausführungen in dem Durchlass 25, die bezüglich Punkt A in Richtung des tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektors S positioniert ist. Punkt A ist am weitesten von dem Auslass 22 der Abzugshaube weg. Gemäß der Erfindung weist die äußere Strömungsführung 12 an ihrer Lippe 13 eine Aussparung 14 auf, die die Winkelposition des Durchlasses oder des Strömungskanals 25 enthält und sich über einen gegebenen Winkel von dem Durchlass 25 weg erstreckt. Die Winkelerstreckung der Aussparung 14 enthält den Hochgeschwindigkeitsströmungsbereich in der Abzugshaube.
3a zeigt eine erste Variante des Diffusor- und Auslasssystems für eine Turbine mit einer Drehachse 3, die sich in die durch den Pfeil gezeigte Richtung dreht (im Uhrzeigersinn). Die Abzugshaube weist zwei Durchlässe 24 und 25 auf, die den Kanal für das Arbeitsfluid zwischen dem äußersten Rand der äußeren Strömungsführung 12 und der Seitenwand der Abzugshaube an der Übergangsstelle vom ersten Teil 20 zum zweiten Teil 21 der Abzugshaube bilden. In der Regel ist der Durchlass 25 der kritischere Durchlass bezüglich der Leistung des Diffusors. (Bei Turbinenausführungen mit tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektoren in einer Richtung entgegengesetzt der Turbinendrehrichtung wäre der kritische Durchlass der Durchlass 24). Die äußere Diffusorströmungsführung 12 ist in der Abzugshaube 8 angeordnet und umfasst zum Beispiel mehrere Abschnitte 12', die in einem Knickwinkel zueinander angeordnet sind. Der Abschnitt 12' am Ende der Strömungsführung 12 weist eine Lippe 13 auf und ist über ein erstes Winkelsegment C–B der Strömungsführung, das sich von Punkt B im Uhrzeigersinn zu Punkt C erstreckt, rotationssymmetrisch. In einem zweiten Winkelsegment B–C des Umfangs weist der Abschnitt 12' der Strömungsführung eine Aussparung 14 auf, die von Punkt B im Uhrzeigersinn zu Punkt C über einen Winkelbereich α verläuft, der die Winkelposition des Strömungskanals oder der Strömungsdurchlass 25 enthält. Die Fläche der Aussparung 14 erreicht zum Beispiel ca. 45° in beiden Drehrichtungen von der Höhe des Durchlasses 25. Die Tiefe der Aussparung 14 ist zum Beispiel gleich der Tiefe des äußersten Strömungsführungsabschnitts 12'. Um eine Strömungstrennung oder Wirbel um die Übergangsstellen zu der Aussparung 14 zu vermeiden, wird der Übergang mittels gekrümmter Teile 30 und 31, die sich über die Winkel β1 und β2 erstrecken, realisiert.
3b zeigt eine andere Variante des Diffusor- und Auslasssystems ähnlich der von 3a hinsichtlich aller wesentlichen Aspekte der Erfindung. Bei dieser Variante enthält der Aussparungsbereich wieder die Winkelposition des Durchlasses 25. Die Aussparung 14 des Abschnitts 12' am Ende der Strömungsführung erstreckt sich von der Position des Durchlasses 25 im Uhrzeigersinn über den Winkel α bis zur Mitte des Abzugshaubenauslasses 22. Dieser Bereich enthält den ganzen Hochgeschwindigkeitsströmungsbereich, der in Auslasssystemen dieser Art auftreten kann. Ähnlich dem Diffusor in 3a weist die Aussparung gekrümmte Übergangsteile 32 und 33 auf.
Das Profil der äußeren Strömungsführung 12 sowie der inneren Strömungsführung 10 in den 1–3 ist über seinen ganzen Umfang identisch. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ändert sich das Profil über den Umfang, wie in Verbindung mit 4 gezeigt.
4 zeigt eine Draufsicht auf einen Querschnitt der äußeren und der inneren Strömungsführung 12 und 10 mit Strömungsführungsabschnitten 12' bzw. 10'. Die Profile 40 und 41 der äußeren bzw. der inneren Strömungsführung führen zum Diffusorauslass und zum Durchlass 24. Die Profile 42 und 43 der äußeren bzw. der inneren Strömungsführung führen zum Diffusorauslass und zum Durchlass 25.
Das Profil 40 der äußeren Strömungsführung erstreckt sich zur Lippe 13. Das zum Durchlass 25 führende Profil 42 der äußeren Strömungsführung ist durch die Tiefe der Aussparung 14 im Vergleich zu dem zum Durchlass 24 führenden Profil 40 der äußeren Strömungsführung verkürzt. Bei der in dieser Figur gezeigten besonderen Ausführungsform unterscheidet sich das Profil 42 von dem Profil 40 nicht nur bezüglich der Aussparung 14, sondern auch bezüglich der Form des Profils selbst von dem Einlass an der letzten Turbinenschaufelreihe 4 des Diffusors bis zum Auslass des Diffusors. Um den Unterschied zwischen den Profilen zu veranschaulichen, wird das Profil 40 gestrichelt neben dem Profil 42 gezeigt. Das Profil 42 unterscheidet sich von dem Profil 40 darin, dass die Gesamtkrümmung des Profils 42 kleiner ist als die für das Profil 40. Dank dieser Maßnahme wird eine Strömungstrennung vermieden, zu der es aufgrund des kürzeren Profils der äußeren Strömungsführung ansonsten kommen könnte.
Die innere Strömungsführung 10 mit den Abschnitten 10' und dem Profil 41 führt von dem Diffusoreinlass zur Endwand 11 der Abzugshaube und zum Durchlass 24. Die innere Strömungsführung 10 mit den Abschnitten 10' und dem Profil 43 führt vom Diffusoreinlass zur Endwand 11 der Abzugshaube und zum Durchlass 25. Das Profil 41 unterscheidet sich von dem Profil 43 wieder darin, dass die Gesamtkrümmung des Profils 41 größer ist als die Krümmung des Profils 43. Um den Unterschied darzustellen, zeigt die gestrichelte Linie neben dem Profil 43 das Profil 41.
Der Übergang von dem Profil 40 zum Profil 42 wird durch geeignete geometrisch stetige Kurven realisiert.
Zusammenfassung
Ein Diffusor- und Auslasssystem (1) für eine Turbine umfasst einen Axial-Radial-Diffusor und eine Abzugshaube (8), wobei der Diffusor eine innere und eine äußere Strömungsführung (10, 12) aufweist, die sich von einem Einlass zu einem Auslass erstrecken, und die Abzugshaube (8) zwei Durchlässe oder Strömungskanäle zwischen dem Diffusorauslass und einer Abzugshaubenseitenwand (11') umfasst. Gemäß der Erfindung umfasst die äußere Strömungsführung (12) eine Aussparung (14) an einem der beiden Strömungskanäle. Der Strömungskanal ist bezüglich eines Punkts in der Abzugshaube (8) in Richtung des tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektors positioniert, wobei der Punkt in der Abzugshaube (8) am weitesten von dem Abzugshaubenauslass (22) weg ist. Die Aussparung (14) verhindert eine Wiederbeschleunigung der Strömung in der Abzugshaube (8) und bewirkt eine Zunahme der Leistung des Diffusor- und Abzugshaubensystems (1).

1: Diffusor- und Auslasssystem
2: Rotor
3: Turbinendrehachse
4: Turbinenschaufeln
5: Nabe
6: Schaufelspitzen
7: Turbinengehäuse
8: Abzugshaube
9: Strömungsrichtung des Arbeitsfluids
10: innere Strömungsführung
11: Endwand der Abzugshaube
11': Seitenwand der Abzugshaube
12: äußere Strömungsführung
13: Lippe der äußeren Strömungsführung
14: Aussparung oder Ausschnitt von der Lippe 13 der äußeren Strömungsführung 12
15–19
20: erster (oberer) Teil der Abzugshaube
21: zweiter (unterer) Teil der Abzugshaube
22: Auslass der Abzugshaube
23: Kondensatorhals
24: Druchlass
25: Durchlass
30–33: gekrümmte Übergangsteile zur Aussparung 14
R: Drehrichtung des Turbinenrotors
S: Richtung des tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektors (in der Regel in Richtung der Turbinendrehung; kann jedoch auch in einer Richtung entgegengesetzt der Turbinendrehung verlaufen)
A: am weitesten vom Abzugshaubenauslass weg liegender Punkt
B, C: die Winkelerstreckung der Aussparung 14 in der äußeren Strömungsführung 12 begrenzende Punkte
α: Winkel der Aussparung 14
β1, β2: Winkelerstreckung des Übergangsteils in die Aussparung 14
40: zum Durchlass 24 führendes Profil der äußeren Strömungsführung
41: zum Durchlass 24 führendes Profil der inneren Strömungsführung
42: zum Durchlass 25 führendes Profil der äußeren Strömungsführung
43: zum Durchlass 25 führendes Profil der inneren Strömungsführung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5518366 [0005]

Claims

Diffusor- und Auslasssystem (1) für eine Turbine, das einen Axial-Radial-Diffusor und eine Abzugshaube (8) umfasst, wobei der Diffusor eine innere Strömungsführung (10) und eine äußere Strömungsführung (12) aufweist, die sich jeweils von einem Diffusoreinlass an der letzten Turbinenschaufelreihe (4) zu einem Diffusorauslass erstrecken, wobei sich die innere Strömungsführung (10) von der Nabe (5) an der letzten Turbinenschaufelreihe (4) erstreckt und sich die äußere Strömungsführung (12) von dem Turbinengehäuse (7) an der letzten Turbinenschaufelreihe (4) erstreckt und sich der Diffusorauslass von dem Ende der inneren Strömungsführung zu dem Ende der äußeren Strömungsführung (12) erstreckt, und wobei die Abzugshaube (8) einen ersten Teil (20) mit einer Endwand (11) und einer Seitenwand (11'), die sich um ungefähr die Hälfte des Umfangs des Diffusorauslasses erstrecken, und einen zweiten Teil (21), der sich von dem ersten Teil (20) zu einem Abzugshaubenauslass (22) erstreckt, umfasst, wobei die Abzugshaube (8) zwei Strömungskanäle (24, 25) an den Übergangsstellen vom ersten Teil (20) zum zweiten Teil (21) der Abzugshaube (8) und zwischen dem Diffusorauslass und der Abzugshaubenseitenwand (11') umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Strömungsführung (12) eine Lippe (13) am Diffusorauslass umfasst, die über ein erstes Segment (C–B) des Umfangs der äußeren Strömungsführung rotationssymmetrisch ist, und eine Aussparung (14) über ein zweites Segment (B–C, α) des Umfangs umfasst, wobei die Winkelerstreckung des zweiten Segments (α) des Umfangs die Winkelposition eines der beiden Strömungskanäle (24, 25) enthält, wobei der Strömungskanal (25) bezüglich eines Punkts (A) in der Abzugshaube (8) in der Richtung des tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektors (S) positioniert ist, wobei der Punkt (A) in der Abzugshaube (8) am weitesten von dem Abzugshaubenauslass (22) weg ist.
Diffusor- und Auslasssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zweite Segment (B–C, α) über einen Winkelbereich (α) bis zu 140° erstreckt.
Diffusor- und Auslasssystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zweite Segment (B–C, α) über einen Winkelbereich (α) bis zu 90° erstreckt.
Diffusor- und Auslasssystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zweite Segment (B–C, α) von dem einen Strömungskanal (25) in Richtung des tangentialen Strömungsgeschwindigkeitsvektors (S) erstreckt.
Diffusor- und Auslasssystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zweite Segment (B–C, α) von dem einen Strömungskanal (25) in beiden Drehrichtungen erstreckt.
Diffusor- und Auslasssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das meridionale Querschnittsprofil der äußeren Strömungsführung (12) und der inneren Strömungsführung (10) über ihren gesamten Umfang gleich ist.
Diffusor- und Auslasssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das meridionale Querschnittsprofil (40) der äußeren Strömungsführung (12) im ersten Segment (C–B) des Umfangs von dem meridionalen Querschnittsprofil (42) im zweiten Segment (B–C) des Umfangs der äußeren Strömungsführung (12) unterscheidet.
Diffusor- und Auslasssystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das meridionale Querschnittsprofil (41) der inneren Strömungsführung (10) im ersten Segment des Umfangs von dem meridionalen Querschnittsprofil (43) im zweiten Segment des Umfangs der inneren Strömungsführung (10) unterscheidet.
Diffusor- und Auslasssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der tangentiale Strömungsgeschwindigkeitsvektor (S) in Richtung der Turbinendrehung (R) verläuft.
Diffusor- und Auslasssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der tangentiale Strömungsgeschwindigkeitsvektor (S) in der der Turbinendrehung (R) entgegengesetzten Richtung verläuft.
Diffusor- und Auslasssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Turbine um eine Dampfturbine handelt.