EP0690206A2 - Diffusor for a turbomachine - Google Patents

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Publication number
EP0690206A2
EP0690206A2 EP95810378A EP95810378A EP0690206A2 EP 0690206 A2 EP0690206 A2 EP 0690206A2 EP 95810378 A EP95810378 A EP 95810378A EP 95810378 A EP95810378 A EP 95810378A EP 0690206 A2 EP0690206 A2 EP 0690206A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
diffuser
flow
ribs
channel
rib
Prior art date
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Granted
Application number
EP95810378A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0690206A3 (en
EP0690206B1 (en
Inventor
Franz Kreitmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Switzerland GmbH
Original Assignee
ABB Management AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Management AG filed Critical ABB Management AG
Publication of EP0690206A2 publication Critical patent/EP0690206A2/en
Publication of EP0690206A3 publication Critical patent/EP0690206A3/en
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Publication of EP0690206B1 publication Critical patent/EP0690206B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/30—Exhaust heads, chambers, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved

Definitions

  • Such diffusers for turbomachinery are known from EP-B 265 633.
  • a rectifying grid is provided within the diffuser, which extends over the entire height of the channel through which flow passes extends.
  • These means for swirl removal are cylindrical flow ribs arranged uniformly over the circumference with thick straight profiles, which are designed according to the knowledge of turbomachine construction and which should be as insensitive as possible to oblique flow. The flowed leading edge of these ribs is located relatively far behind the trailing edge of the last blades in order to avoid excitation of the last row of blades caused by the pressure field of the ribs.
  • This distance is dimensioned such that the front edge of the ribs is in a plane in which a diffuser area ratio of preferably three predominates.
  • This first diffusion zone between the blading and the flow ribs should thus remain undisturbed due to total rotational symmetry.
  • the fact that no interference effects between the ribs and the blades are to be expected is due to the fact that the ribs only become effective in a plane in which a relatively low speed level already prevails.
  • the known diffuser for supporting the flow in the radial direction is divided into several partial diffusers by means of flow-guiding rings.
  • These guide rings extend from a level directly at the exit of the blading to a level at which a diffusion ratio of three has been reached, i.e. over the entire first diffusion zone.
  • these guide rings should preferably be formed in one piece. This leads to a solution which is disadvantageous for assembly reasons, without a parting plane.
  • the guide rings on large machines lead to large diameters, so that transport problems can arise.
  • a second diffusion zone extends from the front edge of the thick flow ribs to the greatest profile thickness of the ribs.
  • the swirling of the flow is to be carried out for the most part, largely without delay.
  • a third subsequent one Diffusion zone in the form of a straight diffuser there is a further delay in the flow, which at the time was almost swirl-free.
  • the diffuser is flowed at at idle under a speed ratio c t / c n of approximately 1.2, where ct means the tangential speed and c n the axial speed of the medium. This oblique flow leads to a drop in the pressure recovery C p .
  • the large drop in pressure recovery can be attributed to the fact that, under the extreme conditions mentioned, a strong vortex is formed between the outlet blades and flow ribs.
  • the vortex is limited by the flow ribs on which the tangential component of the velocity is dissipated. If solid particles, for example water droplets, are carried in the steam turbines as the return flow sets in, an acute risk of foot erosion can arise on the blades of the last run.
  • the object of the invention is, with a diffuser of the type mentioned at the given diffuser area ratio, which is understood to mean the ratio of the flow cross sections at the outlet to the inlet of the diffuser, with a swirl-free outflow, the physical to achieve the greatest possible pressure recovery.
  • Axial-radial diffusers are already known from EP-A 581 978, in which the articulation angle idea is realized.
  • these are multi-zone gas turbine diffusers, as shown in FIG. 4 there.
  • a first single-channel diffusion zone has a bell shape here.
  • a second diffusion zone which is divided into three partial diffusers by means of two guide rings, opens into a third diffusion zone, which deflects strongly with only a slight delay. This strong deflection is greatly promoted by the arrangement of the guide rings continuing into the diffusion zone. This measure brings about a favorable increase in the mean radius of curvature of the third diffusion zone based on the channel height.
  • the present invention starting from a system in which there is a strongly divergent flow at the exit of a blading, with counter-swirl at the hub, co-swirl at the cylinder and significantly higher flow energy in the radially outer zone, has the advantage, for the first time, of the articulation angle idea, the The aim of achieving the lowest possible total pressure inhomogeneity over the blade height is to be used successfully with a two-channel diffuser with axial / radial deflection.
  • the guide plate with the inner and outer flow ribs and the associated inner and outer diffuser rings are designed as self-supporting half-shells with a horizontal parting plane, the mechanical integrity of the guide plate achieved in this way facilitates simple assembly / disassembly of the diffuser and access to the blading.
  • the ratio of the rib spacing a from the exit of the blading to the rib pitch t is at least 0.5. This measure also results in a full utilization of the working ability of the fluid.
  • the ratio of rib chord s to rib pitch t is at least 1, it is ensured that the sensitive diffuser flow is diverted free of detachment in the swirl-free outflow direction and that a contribution is made to the desired deceleration.
  • the ratio of the greatest profile thickness d max of the flow ribs to the rib chord s is at most 0.15 and is largely constant over the rib height, overspeeds, local Mach number problems and different displacement effects are minimized.
  • the curvature of the Velcro line of the ribs is advantageous with regard to a shock-free entry and an axial one Outflow selected. This guarantees the desired high pressure recovery as well as a certain insensitivity to partial load.
  • the radial flow ribs are provided at their two ends with base plates with which they are vane-shaped in the blade carrier and in the guide plate. It is particularly favorable if both base plates are provided on their arcuate circumferential surfaces with ring grooves, in which spikes of the twists engage.
  • tensile forces can also be introduced into the guide vane carrier via the flow ribs. In the event of an erosive attack on the flow ribs, these can be exchanged in the simplest way.
  • the direction of flow of the working fluid is indicated by arrows.
  • the main components are the outer housing 1, the inner housing 2 and the rotor 3.
  • the outer housing consists of several parts, not specified, which are usually screwed or welded together only at the place of installation.
  • the inner housing consists of the inflow housing 4 in the form of a torus and the downstream guide blade carriers 5, which are equipped with the guide blades 6.
  • the outer casing, inner casing and blade carrier are divided horizontally and screwed together on separating flanges 41 (FIG. 3). In the plane of these separating flanges, the inner housing is supported in the outer housing by means of support arms.
  • the rotor 3 equipped with the rotor blades 7 is welded together from shaft washers and shaft ends with integrated coupling flanges. It is supported in bearing housings by means of plain bearings, not shown.
  • the path of the steam leads from an additional steam line via the steam duct in the outer casing 1 into the inner casing 2.
  • the torus ensures that the steam is well guided to the both floods of blading reached.
  • the steam passes through an annular diffuser 11 into the evaporation chamber 30 of the outer housing 1 before it flows downward (in the drawing) to the condenser.
  • Axial flow through shaft seals 13 on the rotor bushing in the outer housing prevent air from entering the exhaust steam.
  • the articulation angle idea has not been realized here.
  • the opening angle of the blading is greatly reduced at the diffuser inlet. For only local support of the deflection, two axially staggered guide plates can be seen, which must be attached to the diffuser inner walls and outer walls with the above-mentioned disadvantageous struts.
  • the flow-limiting outer walls of the diffuser are formed by the diffuser outer ring 25 and the diffuser inner ring 24.
  • the former is screwed to the blade carrier 3 (as indicated).
  • the latter is made up of several parts.
  • the closest to the blading is an annular part 24A which extends at least approximately in the axial direction. This is followed by a deflecting ring part 24B, which merges into an even more diverting ring part 24C. Parts 24A and 24B are welded together. Axial play is provided between parts 24B and 24C.
  • the housing of the shaft seal 13 is fastened to the ring part 24C. Downstream, the ring part 24C is connected to the rear, substantially perpendicular baffle 31 by a flange. The baffle is in turn connected to the outer housing 1 in a vapor-tight manner.
  • the diffuser is divided into two sub-channels by means of a deflecting baffle 60, an inner channel 50 and an outer channel 51.
  • this baffle is likewise made in three parts; a first part 60A, a strongly deflecting middle part 60B and a vertically extending part 60C. The three parts are welded together as a whole.
  • the area ratios of the two subchannels 50, 51 are determined taking into account the total pressure profile or the flow energies behind the last moving blade 7A.
  • a larger area ratio is selected if, for example, large kinetic energies have to be implemented, which can be the case in the outer channel; accordingly, a smaller area is selected for the inner channel if smaller energies are to be implemented there.
  • the same surfaces are provided for the outer channel 50 and the inner channel 51, namely from the diffuser inlet to the diffuser outlet. This gives the different angles of attack for the guide plate part 60B and the diffuser inner ring 24B, 24C.
  • the guide plate part 60A is set so that the flow flows smoothly.
  • the inner diffuser ring 24 and the guide plate 60 can also be designed with a constant curvature.
  • the decisive factor for the desired functioning of the diffuser is now the kink angle of its two boundary walls 24 and 25 directly at the exit of the blading.
  • This is a highly loaded reaction blading with a large opening angle.
  • a high Mach number flows through the last row of blades 7A.
  • the channel contour on the blade root is cylindrical, that on the blade tip runs obliquely at an angle of up to 40 °.
  • the mentioned angle of 40 ° would be completely unsuitable to delay the flow and to achieve the desired pressure increase.
  • the current would detach from the walls. Purely constructive considerations would normally lead to a reduction of the diffuser angle from 40 ° to approx. 7 °.
  • the diffuser is therefore designed solely on the basis of fluid dynamics. The considerations must lead to a homogeneous total pressure profile over the entire duct height. The two bending angles are therefore determined on the basis of the entire flow in the blading and in the diffuser.
  • the kink angle ⁇ N is realized on the hub by means of a collar 80 arranged in a suitable manner on the rotor 3.
  • the kink angle extends over the axial length of the first diffuser ring 24A to which the flow is flowing.
  • An oblique annular channel 81 is formed between the collar end and the inner diffuser ring 24A.
  • the underside of the collar and the front edge of the diffuser inner ring 24A are configured accordingly. This measure has the advantage of shielding the outflow in the blade root area from harmful cross-flow effects.
  • Such cross flows are driven in the state-of-the-art machines by the pumping action of the rotor side wall 32, the sealing steam, and the rotational asymmetry of the outer housing 1.
  • the channel is therefore divided in the radial direction by means of flow-conducting guide rings into a plurality of partial diffusers which are dimensioned according to the known rules for a straight diffuser.
  • the only guide plate 60 already described is provided, which divides the flow-through channel into two partial diffusers.
  • the flow-carrying parts of this diffusion zone are shown in Fig. 2.
  • the two partial diffusers are designed as bell-shaped diffusers. This means that the equivalent opening angle ⁇ of the meridian contours downstream of the kink angles ⁇ Z and ⁇ N determined according to the above criteria is reduced in order to avoid flow separation. This happens first to a greater extent and then to a lesser extent, which leads to a shape equivalent to the bell shape.
  • flow ribs 70 through which radial flow flows are now arranged in the outer channel 51 of the diffuser and flow ribs 71 through which flow flows diagonally in the inner channel 50.
  • FIG. 2 shows that the inner flow ribs 71 are connected to the diffuser inner ring 24B and to the front guide plate part 60A, for example by welding. It is also shown how the radially flow-through flow ribs 71 are fastened in the outer channel 51. Shown is a suspension variant that is suitable for absorbing both tensile and compressive forces.
  • the same foot plates 14 are provided on both sides of the flow ribs, which are guided in the known manner of hammer head type or dovetail type in corresponding rotations of the diffuser outer ring 25 and the vertically extending part 60C of the guide plate.
  • the arcuate circumferential surfaces of both the inner and the outer sides of the plate are provided with grooves, in which correspondingly sized serrations of the recess 15 engage.
  • the baffle system 60 A, B, C forms a self-supporting unit with the inner and outer flow ribs 71, 70 and the associated inner (24A, B) and outer (25) diffuser rings.
  • these units are designed as half-shells with a horizontal parting plane. These half-shells are screwed together in the parting plane via inner flanges 26 (FIG. 3). The parting plane 26 lies at the level of the machine axis.
  • the lower half-shell (not shown) can be attached to the housing of the shaft seal 13.
  • This training facilitates access to the blading. If, for example, an end blade 7A is to be removed, the following procedure is followed: First of all, the evaporation hood (part of the outer housing 1) together with the upper housing of the Shaft seal 13 lifted off. Then, after loosening the flange screws of the diffuser inner ring and screwing the diffuser outer ring, the upper half-shell of the self-supporting structural unit as a whole can be lifted off.
  • such a diffuser insert is particularly suitable for retrofitting existing systems.
  • the required diffuser geometry - which includes the kink angle, the area ratios of the subchannels and the geometry of the flow ribs - it is advisable to measure the flow beforehand immediately after the last row 7A.
  • the required diffuser geometry is then determined according to the inverse design principles.
  • the diffuser insert should be designed on the basis of the guarantee points or the relevant operating range.
  • the number of radially flowed through outer flow ribs 70 is fifty (50) pieces in the present case. According to FIG. 3, this even number has the advantage that there are no ribs in the horizontal parting plane.
  • the large number of flow ribs 70 is also advantageous, inter alia, because this results in a low radial height or a small influence on the space for diffuser and exhaust steam.
  • the number of inner flow ribs 71 in the present case is eighteen (18) pieces. 3 shows, even with this even number, there are no ribs in the horizontal parting plane. This number and the fluidic design of the ribs 70, 71 are now based on the following considerations:
  • the distance a between the front edge 72 of the inner flow ribs 71 and the exit of the blading is related for rib division t - which measure is for the number of ribs - set. If this ratio is at least 0.5, interference with the last row 7A of the blading can be largely avoided.
  • the flow ribs have a supporting function, so a minimum cross-section should not be undercut.
  • a minimum chord length should also not be undercut. If the ratio of the rib chord s to the rib pitch t is at least 1 and the ratio of the maximum profile thickness d max of the flow ribs to the chord s to be described later is approximately 0.15, both tasks can be performed.
  • the diffusion zone is provided with a horizontal parting plane, i.e. the inner diffuser ring, the outer diffuser ring and the baffle are split.
  • No flow ribs are preferably installed in this horizontal parting plane in order to avoid a division of the ribs. On the other hand, it is advisable to arrange flow ribs in the vertical plane.
  • the number of ribs best suited for this purpose is 18.
  • the ratio of the greatest profile thickness d max of the flow ribs to the rib chord s should not exceed 0.15 and is kept largely constant over the rib height.
  • the flow ribs are curved.
  • the curvature of the Velcro line of the ribs is selected with regard to a smooth entry and an axial outflow, which generally leads to a variable curvature above the height of the ribs.
  • the diagonally flowed through inner ribs 71 can have a basic conicity. This is based on the idea of a ratio of tendon to division (s / t) adapted to the redirection task. This configuration forms the starting position, which is then adapted to the actual flow in sections above the height of the ribs.
  • the front edges 72 of the ribs are oriented above the rib height in such a way that they are cut perpendicularly by the streamlines. This leads to leading edges, which in no way have to be aligned radially or axially.
  • the new diffuser insert has great efficiency potential; pressure recovery coefficients of up to 60% are possible.
  • the kink angle idea together with the flow-oriented ribs for low-loss conversion of the swirl energy into pressure energy and the swirl-free outflow of the two rows of ribs ensures a minimum of residual energy.
  • the existing symmetrical flow spaces in the exhaust steam, and especially in the parting plane, are used as best as possible with regard to the lowest possible speed level.
  • the inner channel 50 is only partially required for the actual diffusion process.
  • the downstream part in the region of the baffle 31 increases the free cross section in the parting plane and thus serves to reduce the harmful rotational asymmetry.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

The deflection angles (aN,aZ) at the diffuser inlet, both at the hub and at the cylinder of the turbine, are set solely so as to give an even pressure gradient over the passage height at the outlet from the last row of blades (7A). Flow-guiding ribs are provided inside the retardation zone of the diffuser, so as to suppress turbulence, and the diffuser is divided by a guide plate. The diffuser has an axial inlet and a radial outlet, and is divided between them by the plate (60), which curves radially in the outwards direction, into inner and outer passages (50,51). In the outer passage, flow through the ribs takes place in the radial direction, and in the inner one in the diagonal direction. To avoid interference with the last row of blades, in the inner passage the ratio of the distance of the ribs (a) from the blade outlet to the rib pitch can be 0.5:1. <IMAGE>

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft einen Diffusor für eine axial durchströmte Turbomaschine,

  • wobei die Knickwinkel des Diffusoreintritts sowohl an der Nabe als auch am Zylinder der Turbomaschine ausschliesslich zwecks Vergleichmässigung des Totaldruckprofils über der Kanalhöhe am Austritt der letzten Schaufelreihe festgelegt sind,
  • wobei innerhalb der Verzögerungszone des Diffusors Mittel zur Drallwegnahme der drallbehafteten Strömung in Form von Strömungsrippen vorgesehen sind,
  • und wobei mindestens ein strömungsführendes Leitblech den Diffusor unterteilt.
The invention relates to a diffuser for an axially flow-through turbomachine.
  • the kink angles of the diffuser inlet both on the hub and on the cylinder of the turbomachine being determined exclusively for the purpose of making the total pressure profile uniform over the channel height at the outlet of the last row of blades,
  • wherein means for removing the swirl of the swirled flow in the form of flow ribs are provided within the delay zone of the diffuser,
  • and wherein at least one flow-conducting baffle divides the diffuser.

Stand der TechnikState of the art

Derartige Diffusoren für Turbomaschinen sind bekannt aus der EP-B 265 633. Um der dortigen Forderung nach bestmöglichem Druckrückgewinn und drallfreier Diffusorabströmung bei Vollast und Teillast gerecht zu werden, ist innerhalb des Diffusors ein gleichrichtendes Gitter vorgesehen, das sich über die ganze Höhe des durchströmten Kanals erstreckt. Es handelt sich bei diesen Mitteln zur Drallwegnahme um gleichmässig über dem Umfang angeordnete zylindrische Strömungsrippen mit dicken geraden Profilen, die nach den Erkenntnissen des Strömungsmaschinenbaus ausgelegt sind und die gegen Schräganströmung möglichst unempfindlich sein sollen. Die angeströmte Vorderkante dieser Rippen befindet sich relativ weit hinter der Austrittskante der letzten Laufschaufeln, um eine durch das Druckfeld der Rippen verursachte Anregung der letzten Schaufelreihe zu vermeiden. Dieser Abstand ist so bemessen, dass sich die Vorderkante der Rippen in einer Ebene befindet, bei welcher ein Diffusorflächenverhältnis von vorzugsweise drei vorherrscht. Diese erste Diffusionszone zwischen der Beschaufelung und den Strömungsrippen soll damit infolge totaler Rotationssymmetrie ungestört bleiben. Die Tatsache, dass keine Interferenzeffekte zwischen Rippen und Beschaufelung zu erwarten sind, ist darauf zurückzuführen, dass die Rippen erst in einer Ebene wirksam werden, in der bereits ein relativ tiefes Geschwindigkeitsniveau vorherrscht.Such diffusers for turbomachinery are known from EP-B 265 633. In order to meet the demand there for the best possible pressure recovery and swirl-free diffuser outflow at full load and part load, a rectifying grid is provided within the diffuser, which extends over the entire height of the channel through which flow passes extends. These means for swirl removal are cylindrical flow ribs arranged uniformly over the circumference with thick straight profiles, which are designed according to the knowledge of turbomachine construction and which should be as insensitive as possible to oblique flow. The flowed leading edge of these ribs is located relatively far behind the trailing edge of the last blades in order to avoid excitation of the last row of blades caused by the pressure field of the ribs. This distance is dimensioned such that the front edge of the ribs is in a plane in which a diffuser area ratio of preferably three predominates. This first diffusion zone between the blading and the flow ribs should thus remain undisturbed due to total rotational symmetry. The fact that no interference effects between the ribs and the blades are to be expected is due to the fact that the ribs only become effective in a plane in which a relatively low speed level already prevails.

Da bei üblichen hochbelasteten Beschaufelungen von Turbinen deren Öffnungswinkel jenen eines guten Diffusors weit überschreitet, ist der bekannte Diffusor zur Stützung der Strömung in radialer Richtung mittels strömungsführender Leitringe in mehrere Teildiffusoren unterteilt. Diese Leitringe erstrecken sich von einer Ebene unmittelbar am Austritt der Beschaufelung bis hin zu einer Ebene, bei welcher ein Diffusionsverhältnis von drei erreicht ist, d.h. über die gesamte erste Diffusionszone. Aus Schwingungsgründen sind diese Leitringe vorzugsweise einteilig auszubilden. Dies führt zu einer aus Montagegründen nachteiligen Lösung ohne Trennebene. Darüberhinaus führen die Leitringe bei grossen Maschinen zu grossen Durchmessern, so dass sich Transportprobleme ergeben können.Since, in the case of customary, heavily loaded blades of turbines, their opening angle far exceeds that of a good diffuser, the known diffuser for supporting the flow in the radial direction is divided into several partial diffusers by means of flow-guiding rings. These guide rings extend from a level directly at the exit of the blading to a level at which a diffusion ratio of three has been reached, i.e. over the entire first diffusion zone. For reasons of vibration, these guide rings should preferably be formed in one piece. This leads to a solution which is disadvantageous for assembly reasons, without a parting plane. In addition, the guide rings on large machines lead to large diameters, so that transport problems can arise.

Eine zweite Diffusionszone erstreckt sich von der Vorderkante der dicken Strömungsrippen bis zur grössten Profildicke der Rippen. In dieser zweiten Zone soll die Entdrallung der Strömung grösstenteils vorgenommen werden und zwar weitgehend verzögerungsfrei. In einer dritten anschliessenden Diffusionszone in Form eines geraden Diffusors erfolgt eine weitere Verzögerung der zu dem Zeitpunkt nahezu drallfreien Strömung.A second diffusion zone extends from the front edge of the thick flow ribs to the greatest profile thickness of the ribs. In this second zone, the swirling of the flow is to be carried out for the most part, largely without delay. In a third subsequent one Diffusion zone in the form of a straight diffuser there is a further delay in the flow, which at the time was almost swirl-free.

Mit all diesen Massnahmen soll neben einem maximalen Druckrückgewinn insbesondere bei Teillast auch eine Verkürzung der Baulänge der Anlage erreicht werden.With all of these measures, in addition to maximum pressure recovery, in particular at partial load, the overall length of the system is to be shortened.

In üblichen Gasturbinen wird der Diffusor bei Leerlauf unter einem Geschwindigkeitsverhältnis ct/cn von etwa 1,2 angeströmt, wobei ct die Tangentialgeschwindigkeit und cn die Axialgeschwindigkeit des Mediums bedeutet. Diese schräge Anströmung führt zu einem Abfall im Druckrückgewinn Cp.In conventional gas turbines, the diffuser is flowed at at idle under a speed ratio c t / c n of approximately 1.2, where ct means the tangential speed and c n the axial speed of the medium. This oblique flow leads to a drop in the pressure recovery C p .

Bei andern Maschinentypen, wie beispielsweise Dampfturbinen kommt es durchaus vor, dass der Volumenstrom bis auf 40% reduziert wird und damit ct/cn Verhältnisse bis zu 3 vorliegen. Bei solchen Maschinentypen bietet sich eine feste Diffusorgeometrie nicht an, da der Druckrückgewinn sogar negativ werden könnte. Dies gilt selbst für den Fall, bei dem das Verhältnis Teilung zu Sehne der Strömungsrippen 0,5 beträgt. Strömungsrippen mit Teilung/Sehne-Verhältnissen von etwa 1, welche bei Vollast, d.h. ct/cn = ca.O, zwar einen etwas grösseren Druckrückgewinn ergeben würden, sind bei derartigen Maschinen überhaupt nicht anwendbar.With other machine types, such as steam turbines, it is quite possible that the volume flow is reduced to 40% and thus there are c t / c n ratios of up to 3. With such machine types, a fixed diffuser geometry is not recommended, since the pressure recovery could even become negative. This applies even in the case where the ratio of pitch to chord of the flow ribs is 0.5. Flow ribs with pitch / chord ratios of about 1, which would result in a somewhat greater pressure recovery at full load, ie c t / c n = approx. O, cannot be used at all in such machines.

Der grosse Abfall im Druckrückgewinn ist darauf zurückzuführen, dass sich bei den genannten extremen Verhältnissen ein starker Wirbel zwischen Austrittslaufschaufeln und Strömungsrippen ausbildet. Der Wirbel wird durch die Strömungsrippen begrenzt, an denen die Tangentialkomponente der Geschwindigkeit dissipiert wird. Werden an der sich einstellenden Rückströmung feste Partikel, bspw. Wassertröpfchen in Dampfturbinen mitgeführt, so kann eine akute Gefahr der Fusserosion an den Schaufeln der letzten Laufreihe entstehen.The large drop in pressure recovery can be attributed to the fact that, under the extreme conditions mentioned, a strong vortex is formed between the outlet blades and flow ribs. The vortex is limited by the flow ribs on which the tangential component of the velocity is dissipated. If solid particles, for example water droplets, are carried in the steam turbines as the return flow sets in, an acute risk of foot erosion can arise on the blades of the last run.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Unter Zugrundelegung einer 3D-Optimierung mit Navier-Stokes Rechenmethoden liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Diffusor der eingangs genannten Art bei vorgegebenem Diffusor-Flächenverhältnis, worunter das Verhältnis der Strömungsquerschnitte am Austritt zum Eintritt des Diffusors verstanden wird, bei drallfreier Abströmung den physikalisch grösstmöglichem Drückrückgewinn zu erzielen.On the basis of a 3D optimization using Navier-Stokes computing methods, the object of the invention is, with a diffuser of the type mentioned at the given diffuser area ratio, which is understood to mean the ratio of the flow cross sections at the outlet to the inlet of the diffuser, with a swirl-free outflow, the physical to achieve the greatest possible pressure recovery.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht,

  • dass der Diffusor einen axialen Eintritt und einen radialen Austritt aufweist,
  • dass der Diffusor mittels eines radial nach aussen gekrümmten Leitbleches in einen inneren und einen äusseren Kanal unterteilt ist,
  • dass im äusseren Kanal des Diffusors radial durchströmte Strömungsrippen und im inneren Kanal diagonal durchströmte Strömungsrippen angeordnet sind.
According to the invention, this is achieved by
  • that the diffuser has an axial inlet and a radial outlet,
  • that the diffuser is divided into an inner and an outer channel by means of a radially outwardly curved guide plate,
  • that in the outer channel of the diffuser flow ribs flowed through radially and flow ribs flowed through diagonally in the inner channel are arranged.

Zwar sind bereits aus der EP-A 581 978 axial-radiale Diffusoren bekannt, bei denen die Knickwinkel-Idee verwirklicht ist. Jedoch handelt es sich dabei um mehrzonige Diffusoren von Gasturbinen, wie sie in der dortigen Fig. 4 dargestellt sind. Eine erste einkanalige Diffusionszone weist hier Glockenform auf. Eine zweite Diffusionszone, welche mittels 2 Leitringen in drei Teildiffusoren unterteilt ist, mündet in eine dritte Diffusionszone, welche bei nur geringer Verzögerung stark umlenkt. Diese starke Umlenkung wird durch die Anordnung der sich in die Diffusionszone fortsetzenden Leitringe stark begünstigt. Diese Massnahme bewirkt eine günstige Steigerung des auf die Kanalhöhe bezogenen mittleren Krümmungsradius der dritten Diffusionszone.Axial-radial diffusers are already known from EP-A 581 978, in which the articulation angle idea is realized. However, these are multi-zone gas turbine diffusers, as shown in FIG. 4 there. A first single-channel diffusion zone has a bell shape here. A second diffusion zone, which is divided into three partial diffusers by means of two guide rings, opens into a third diffusion zone, which deflects strongly with only a slight delay. This strong deflection is greatly promoted by the arrangement of the guide rings continuing into the diffusion zone. This measure brings about a favorable increase in the mean radius of curvature of the third diffusion zone based on the channel height.

Weiter ist es bereits bei axial durchströmten Niederdruckteilen von Dampfturbinen mit radialem Abdampf bekannt, die Diffusorströmung mittels radial nach aussen gekrümmten Leitblechen zu unterstützen. Bei einer solchen - in Fig. 1 dargestellten und später beschriebenen - Maschine sind die zwei Leitbleche aus konstruktiven Gründen in axialer Richtung so gestaffelt, dass sie in unterschiedlichen Ebenen wirksam werden. Nachteilig bei dieser Lösung sind insbesondere die nur lokale Wirkung dieser Umlenkhilfen und die vielen Befestigungsstreben, die zum Abstützen der Leitbleche erforderlich sind. Sie beeinträchtigen die Diffusorströmung ganz erheblich. Zur Information sei noch erwähnt, dass deshalb Diffusoren zum heutigen Zeitpunkt in der Regel ohne jede Augmentation ausgeführt werden. Dies bedingt hohe Strömungsverluste.Furthermore, in the case of axially flow-through low-pressure parts of steam turbines with radial exhaust steam, it is known to support the diffuser flow by means of guide plates which are curved radially outwards. In such a machine - shown in FIG. 1 and described later - for constructional reasons, the two guide plates are staggered in the axial direction in such a way that they become effective in different planes. A disadvantage of this solution is in particular the only local effect of these deflection aids and the many fastening struts that are required to support the guide plates. They significantly affect the diffuser flow. For your information, it should be mentioned that this is why diffusers are usually designed without any augmentation at the present time. This causes high flow losses.

Die vorliegende Erfindung, ausgehend von einer Anlage, bei welcher am Austritt einer Beschaufelung eine stark divergente Strömung vorliegt, mit Gegendrall an der Nabe, Mitdrall am Zylinder und wesentlich höherer Strömungsenergie in der radial äusseren Zone, weist den Vorteil auf, erstmals die Knickwinkelidee, deren Ziel eine geringstmögliche Totaldruck-Inhomogenität über der Schaufelhöhe ist, bei einem zweikanaligen Diffusor mit axial/radialer Umlenkung mit Erfolg anzuwenden. Durch die gezielte Anordnung eines gekrümmten duchgehenden Leitbleches zur Stützung der Diffusorströmung während der meridionalen Umlenkung und einer strömungorientierten Nachleitreihe in beiden Teilkanälen in Form von profilierten Rippen wird eine verlustarme Umwandlung der drallbehafteten Strömungsenergie in Druckenergie erreicht. Die Strömungsrippen übernehmen auch die mechanische Abstützung des Leitbleches, wodurch auf die verlustreichen bisherigen Streben verzichtet werden kann.The present invention, starting from a system in which there is a strongly divergent flow at the exit of a blading, with counter-swirl at the hub, co-swirl at the cylinder and significantly higher flow energy in the radially outer zone, has the advantage, for the first time, of the articulation angle idea, the The aim of achieving the lowest possible total pressure inhomogeneity over the blade height is to be used successfully with a two-channel diffuser with axial / radial deflection. Through the targeted arrangement of a curved, continuous baffle to support the diffuser flow during the meridional deflection and a flow-oriented guide line in both subchannels in the form of profiled ribs, a low-loss conversion of the swirling flow energy into pressure energy is achieved. The flow ribs also take over the mechanical support of the guide plate, which means that the previous struts, which are lossy, can be dispensed with.

Wenn das Leitblech mit den inneren und äusseren Strömungsrippen und den zugehörigen inneren und äusseren Diffusorringen als selbstragende Halbschalen mit horizontaler Trennebene ausgebildet sind, so erleichtert die derart erzielte mechanische Integrität des Leitbleches eine einfache Montage/Demontage des Diffusors und den Zugang zu der Beschaufelung.If the guide plate with the inner and outer flow ribs and the associated inner and outer diffuser rings are designed as self-supporting half-shells with a horizontal parting plane, the mechanical integrity of the guide plate achieved in this way facilitates simple assembly / disassembly of the diffuser and access to the blading.

Es ist sinnvoll, wenn zur weitgehenden Vermeidung von Interferenzen mit der letzten Laufreihe der Beschaufelung im inneren Kanal das Verhältnis Rippenabstand a vom Austritt der Beschaufelung zu Rippenteilung t mindestens 0,5 beträgt. Diese Massnahme ergibt zudem eine vollständige Ausnutzung der Arbeitsfähigkeit des Strömungmittels.It is useful if, in order to largely avoid interference with the last row of the blading in the inner channel, the ratio of the rib spacing a from the exit of the blading to the rib pitch t is at least 0.5. This measure also results in a full utilization of the working ability of the fluid.

Wenn das Verhältnis Rippensehne s zu Rippenteilung t mindestens 1 beträgt, wird sichergestellt, dass die empfindliche Diffusorströmung ablösungsfrei in die drallfreie Abströmrichtung umgelenkt wird und dass ein Beitrag zur gewünschten Verzögerung geleistet wird.If the ratio of rib chord s to rib pitch t is at least 1, it is ensured that the sensitive diffuser flow is diverted free of detachment in the swirl-free outflow direction and that a contribution is made to the desired deceleration.

Sofern das Verhältnis von grösster Profildicke dmax der Strömungsrippen zu Rippensehne s höchstens 0,15 beträgt und über der Rippenhöhe weitgehend konstant ist, werden dadurch Übergeschwindigkeiten, lokale Machzahlprobleme und unterschiedliche Verdrängungswirkungen minimiert.Provided that the ratio of the greatest profile thickness d max of the flow ribs to the rib chord s is at most 0.15 and is largely constant over the rib height, overspeeds, local Mach number problems and different displacement effects are minimized.

Es ist zudem angebracht, wenn die Vorderkanten der Rippen über der Rippenhöhe so orientiert werden, dass sie von den Stromlinien senkrecht geschnitten werden. Zusammen mit der Massnahme dmax/s = konstant wird hierdurch sichergestellt, dass die Strömung nicht nach aussen abgedrängt wird und sich eine Ablösung ausbildet.It is also appropriate if the leading edges of the ribs are oriented above the rib height so that they are cut perpendicularly by the streamlines. Together with the measure d max / s = constant, this ensures that the flow is not pushed outwards and a detachment is formed.

Mit Vorteil ist die Krümmung der Sklettlinie der Rippen hinsichtlich eines stossfreien Eintritts und einer axialen Abströmung gewählt. Dies garantiert den angestrebten hohen Druckrückgewinn sowie eine gewisse Unempfindlichkeit bei Teillast.The curvature of the Velcro line of the ribs is advantageous with regard to a shock-free entry and an axial one Outflow selected. This guarantees the desired high pressure recovery as well as a certain insensitivity to partial load.

Im Fall einer horizontalen Trennebene in der Diffusionszone ist eine gerade Anzahl Rippen vorgesehen, wobei Rippen in der Vertikalebene, nicht jedoch in der Horizontalebene angeordnet sind.In the case of a horizontal parting plane in the diffusion zone, an even number of ribs is provided, ribs being arranged in the vertical plane, but not in the horizontal plane.

Es ist zweckmässig, wenn die radialen Strömungsrippen an ihren beiden Enden mit Fussplatten versehen sind, mit denen sie in ringförmigen Eindrehungen im Schaufelträger und im Leitblech eingeschaufelt sind. Besonders günstig ist es, wenn beide Fussplatten an ihren bogenförmigen Umfangsflächen mit Ringnuten versehen sind, in welche Zacken der Eindrehungen eingreifen. Neben der eindeutigen Führung der Strömungsrippen können dadurch auch Zugkräfte über die Strömungsrippen in den Leitschaufelträger eingeleitet werden. Bei einem eventuellen erosiven Angriff der Strömungsrippen können diese auf einfachste Weise ausgetauscht werden.It is expedient if the radial flow ribs are provided at their two ends with base plates with which they are vane-shaped in the blade carrier and in the guide plate. It is particularly favorable if both base plates are provided on their arcuate circumferential surfaces with ring grooves, in which spikes of the twists engage. In addition to the clear guidance of the flow ribs, tensile forces can also be introduced into the guide vane carrier via the flow ribs. In the event of an erosive attack on the flow ribs, these can be exchanged in the simplest way.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch und vereinfacht dargestellt.
Es zeigen:

Fig. 1
eine doppelflutige Niederdruck-Teilturbine im Axialschnitt mit einem zum Stand der Technik zählenden Diffusor;
Fig. 2
einen Teillängsschnitt durch einen erfindungsgemässen Diffusor;
Fig. 3
einen Teilquerschnitt durch den Diffusor nach Schnittlinie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4
einen Teilquerschnitt durch die Strömungsrippen nach Schnittlinie 6-6 und 7-7 in Fig. 2;
Fig. 5
einen Teilquerschnitt durch die Strömungsrippen nach Schnittlinie 4-4 und 5-5 in Fig. 2;
Fig. 6
das Detail 8 gemäss Fig. 2 in vergrössertem Massstab;
In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically and simplified.
Show it:
Fig. 1
a double-flow low-pressure turbine section in axial section with a prior art diffuser;
Fig. 2
a partial longitudinal section through a diffuser according to the invention;
Fig. 3
a partial cross section through the diffuser according to section line 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4
a partial cross section through the flow ribs along section lines 6-6 and 7-7 in Fig. 2;
Fig. 5
a partial cross section through the flow ribs along section lines 4-4 and 5-5 in Fig. 2;
Fig. 6
detail 8 according to FIG. 2 on an enlarged scale;

Die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ist mit Pfeilen bezeichnet.The direction of flow of the working fluid is indicated by arrows.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

In der in Fig. 1 gezeigten Dampfturbine mit axial/radialem Abdampfdiffusor sind nur die für das Verständnis der Wirkungsweise wesentlichen Elemente mit Bezugszeichen versehen. Die Hauptkomponenten sind das Aussengehäuse 1, das Innengehäuse 2 und der Läufer 3. Das Aussengehäuse besteht aus mehreren, nicht näher bezeichneten Teilen, die in der Regel erst am Errichtungsort miteinander verschraubt bzw. verschweisst werden. Das Innengehäuse besteht aus dem Zuströmgehäuse 4 in Form eines Torus und den nachgeschalteten Leitschaufelträgern 5, die mit den Leitschaufeln 6 bestückt sind. Aussengehäuse, Innengehäuse und Schaufelträger sind horizontal geteilt und an Trennflanschen 41 (Fig. 3) miteinander verschraubt. In der Ebene dieser Trennflansche ist das Innengehäuse mittels Tragarmen im Aussengehäuse abgestützt.In the steam turbine shown in FIG. 1 with an axial / radial exhaust steam diffuser, only the elements essential for understanding the mode of operation are provided with reference numerals. The main components are the outer housing 1, the inner housing 2 and the rotor 3. The outer housing consists of several parts, not specified, which are usually screwed or welded together only at the place of installation. The inner housing consists of the inflow housing 4 in the form of a torus and the downstream guide blade carriers 5, which are equipped with the guide blades 6. The outer casing, inner casing and blade carrier are divided horizontally and screwed together on separating flanges 41 (FIG. 3). In the plane of these separating flanges, the inner housing is supported in the outer housing by means of support arms.

Der mit den Laufschaufeln 7 bestückte Läufer 3 ist aus Wellenscheiben und Wellenenden mit integrierten Kupplungsflanschen zusammengeschweisst. Er ist mittels nicht dargestellten Gleitlagern in Lagergehäusen abgestützt.The rotor 3 equipped with the rotor blades 7 is welded together from shaft washers and shaft ends with integrated coupling flanges. It is supported in bearing housings by means of plain bearings, not shown.

Der Weg des Dampfes führt von einer Zudampfleitung über die Dampfdurchführung im Aussengehäuse 1 in das Innengehäuse 2. Der Torus sorgt dafür, dass der Dampf gut geführt zu den beiden Fluten der Beschaufelung gelangt. Nach Abgabe der Energie an den Läufer 3 gelangt der Dampf über einen ringförmigen Diffusor 11 in den Abdampfraum 30 des Aussengehäuses 1, bevor er nach unten (in der Zeichnung) zum Kondensator abströmt. Axial durchströmte Wellendichtungen 13 an der Läuferdurchführung im Aussengehäuse verhindern das Eintreten von Luft in den Abdampf. Bei dieser bekannten Maschine ist aufgrund der Diffusorform ersichtlich, dass die Knickwinkelidee hier nicht verwirklicht ist. Am Diffusoreintritt wird der Öffnungswinkel der Beschaufelung stark reduziert. Zur lediglich lokalen Stützung der Umlenkung sind zwei axial gestaffelte Leitbleche erkennbar, die mit den oben erwähnten nachteiligen Streben an den Diffusor-Innenwandungen und - Aussenwandungen befestigt sein müssen.The path of the steam leads from an additional steam line via the steam duct in the outer casing 1 into the inner casing 2. The torus ensures that the steam is well guided to the both floods of blading reached. After the energy has been delivered to the rotor 3, the steam passes through an annular diffuser 11 into the evaporation chamber 30 of the outer housing 1 before it flows downward (in the drawing) to the condenser. Axial flow through shaft seals 13 on the rotor bushing in the outer housing prevent air from entering the exhaust steam. In this known machine, it can be seen from the diffuser shape that the articulation angle idea has not been realized here. The opening angle of the blading is greatly reduced at the diffuser inlet. For only local support of the deflection, two axially staggered guide plates can be seen, which must be attached to the diffuser inner walls and outer walls with the above-mentioned disadvantageous struts.

In den Fig. 2 und 3 sind die funktionsgleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Von der Beschaufelung ist lediglich die letzte Stufe in Form der Leitreihe mit den Leitschaufeln 6A und die Laufreihe mit den Endschaufeln 7A.2 and 3, the functionally identical elements are provided with the same reference numerals as in Fig. 1. Of the blading, only the last stage in the form of the guide row with the guide vanes 6A and the row with the end blades 7A.

Die strömungsbegrenzenden Aussenwandungen des Diffusors werden gebildet durch den Diffusoraussenring 25 und den Diffusorinnenring 24. Ersterer ist mit dem Schaufelträger 3 (wie angedeutet) verschraubt. Letzterer ist mehrteilig ausgebildet. Der Beschaufelung am nächsten ist ein zumindest annähernd in axialer Richtung verlaufender Ringteil 24A. Daran schliesst sich ein umlenkender Ringteil 24B an, der in einen noch stärker umleitenden Ringteil 24C übergeht. Die Teile 24A und 24B sind miteinander verschweisst. Zwischen den Teilen 24B und 24C ist ein axiales Spiel vorgesehen. Am Ringteil 24C ist das Gehäuse der Wellendichtung 13 befestigt. Stromabwärts ist der Ringteil 24C über einen Flansch mit der rückwärtigen, im wesentlichen senkrecht verlaufenden Prallwand 31 verbunden. Die Prallwand ist ihrerseits dampfdicht mit dem Aussengehäuse 1 verbunden.The flow-limiting outer walls of the diffuser are formed by the diffuser outer ring 25 and the diffuser inner ring 24. The former is screwed to the blade carrier 3 (as indicated). The latter is made up of several parts. The closest to the blading is an annular part 24A which extends at least approximately in the axial direction. This is followed by a deflecting ring part 24B, which merges into an even more diverting ring part 24C. Parts 24A and 24B are welded together. Axial play is provided between parts 24B and 24C. The housing of the shaft seal 13 is fastened to the ring part 24C. Downstream, the ring part 24C is connected to the rear, substantially perpendicular baffle 31 by a flange. The baffle is in turn connected to the outer housing 1 in a vapor-tight manner.

Der Diffusor wird mittels eines umlenkenden Leitbleches 60 in zwei Teilkanäle unterteilt, einen Innenkanal 50 und einen Aussenkanal 51. Aus Fertigungsgründen ist dieses Leitblech ebenfalls dreiteilig ausgeführt; ein erster Teil 60A, ein stark umlenkender mittlerer Teil 60B und ein vertikal verlaufender Teil 60C. Die drei Teile sind zu einem Ganzen zusammengeschweisst.The diffuser is divided into two sub-channels by means of a deflecting baffle 60, an inner channel 50 and an outer channel 51. For reasons of production, this baffle is likewise made in three parts; a first part 60A, a strongly deflecting middle part 60B and a vertically extending part 60C. The three parts are welded together as a whole.

Die Flächenverhältnisse der beiden Teilkanäle 50, 51 werden unter Berücksichtung des Totaldruckprofils beziehungsweise den Strömungsenergien hinter der letzten Laufschaufel 7A festgelegt. Ein grösseres Flächenverhältnis wird gewählt, wenn beispielsweise grosse kinetische Enrgien umgesetzt werden müssen, was im äusseren Kanal der Fall sein kann; dementsprechend wird eine kleinere Fläche gewählt für den inneren Kanal, wenn dort kleinere Energien umzusetzen sind. Im vorliegenden Fall sind für Aussenkanal 50 und Innenkanal 51 die gleichen Flächen vorgesehen und zwar vom Diffusoreintritt bis zum Diffusoraustritt. Damit sind die verschiedenen Anstellwinkel für den Leitblechteil 60B und den Diffusorinnnenring 24B, 24C gegeben. Der Leitblechteil 60A ist so angestellt, dass er stossfrei angeströmt wird. Selbstverständlich können in Abweichung zu den gezeigten Lösungen der Diffusorinnenring 24 und das Leitblech 60 auch mit stetiger Krümmung ausgeführt werden.The area ratios of the two subchannels 50, 51 are determined taking into account the total pressure profile or the flow energies behind the last moving blade 7A. A larger area ratio is selected if, for example, large kinetic energies have to be implemented, which can be the case in the outer channel; accordingly, a smaller area is selected for the inner channel if smaller energies are to be implemented there. In the present case, the same surfaces are provided for the outer channel 50 and the inner channel 51, namely from the diffuser inlet to the diffuser outlet. This gives the different angles of attack for the guide plate part 60B and the diffuser inner ring 24B, 24C. The guide plate part 60A is set so that the flow flows smoothly. Of course, in deviation from the solutions shown, the inner diffuser ring 24 and the guide plate 60 can also be designed with a constant curvature.

Massgebend für die gewünschte Funktionsweise des Diffusors ist nunmehr der Knickwinkel seiner beiden Begrenzungswände 24 und 25 unmittelbar am Austritt der Beschaufelung. Bei dieser handelt es sich um eine hochbelastete Reaktionsbeschaufelung mit grossem Öffnungswinkel. Die letzte Laufschaufelreihe 7A wird mit hoher Machzahl durchströmt. Die Kanalkontur am Schaufelfuss ist zylindrisch, jene an der Schaufelspitze verläuft schräg unter einem Winkel von bis zu 40°. Würde man diese Konizität im Diffusor weiterführen, so wäre der genannte Winkel von 40° völlig ungeeignet, um die Strömung zu verzögern und den gewünschten Druckanstieg zu erzielen. Die Strömung würde von den Wandungen ablösen. Rein konstruktive Überlegungen würden nun in der Regel dazu führen, den Diffusorwinkel von 40° auf ca. 7° zu reduzieren. Die dadurch bewirkte Umlenkung der Stromlinien an den Knickstellen des Diffusoreintritts und der damit verbundene schädliche Druckaufbau reduziert indes das Gefälle, d.h. die Dampfarbeit über der Beschaufelung. Daraus resultiert eine geringere Leistung. Die nicht verwertete Energie führt am Diffusoraustritt lokal zu Übergeschwindigkeiten und dissipiert in der Folge im Abdampfgehäuse.The decisive factor for the desired functioning of the diffuser is now the kink angle of its two boundary walls 24 and 25 directly at the exit of the blading. This is a highly loaded reaction blading with a large opening angle. A high Mach number flows through the last row of blades 7A. The channel contour on the blade root is cylindrical, that on the blade tip runs obliquely at an angle of up to 40 °. Would you continue this conicity in the diffuser, so the mentioned angle of 40 ° would be completely unsuitable to delay the flow and to achieve the desired pressure increase. The current would detach from the walls. Purely constructive considerations would normally lead to a reduction of the diffuser angle from 40 ° to approx. 7 °. The redirection of the streamlines at the bends of the diffuser inlet and the associated harmful pressure build-up, however, reduce the gradient, ie the steam work above the blading. This results in lower performance. The unused energy locally leads to overspeeds at the diffuser outlet and subsequently dissipates in the exhaust steam housing.

Der Diffusor wird deshalb einzig und allein nach strömungstechnischen Gesichtspunkten ausgelegt. Die Überlegungen müssen dahin führen, ein möglichst homogenes Totaldruckprofil über der ganzen Kanalhöhe. Die beiden Knickwinkel werden demnach bestimmt aufgrund der gesamten Strömung in der Beschaufelung und im Diffusor.The diffuser is therefore designed solely on the basis of fluid dynamics. The considerations must lead to a homogeneous total pressure profile over the entire duct height. The two bending angles are therefore determined on the basis of the entire flow in the blading and in the diffuser.

Die Gleichung für das radiale Gleichgewicht lehrt, dass in erster Linie die Meridiankrümmung der Stromlinien verantwortlich ist für das Ausmass der oben erwähnten Druckerhöhung. Diese muss also primär beeinflusst werden durch Anpassen des Knickwinkels, um eine homogene Totaldruckverteilung zu erzielen. Mit dieser Überlegung ist der Knickwinkel αN (Fig. 2 + 6) der inneren Begrenzungswand 24 am Diffusoreintritt im Prinzip festgelegt. Im vorliegenden Fall führt dies zu einem Winkel αN, der von der Horizontalen in negativer Richtung abfällt und zwar um nahezu 10°.The equation for the radial equilibrium teaches that the meridian curvature of the streamlines is primarily responsible for the extent of the pressure increase mentioned above. This must therefore be primarily influenced by adjusting the articulation angle in order to achieve a homogeneous total pressure distribution. With this consideration, the kink angle α N (FIGS. 2 + 6) of the inner boundary wall 24 at the diffuser inlet is in principle determined. In the present case, this leads to an angle α N , which drops from the horizontal in the negative direction, namely by almost 10 °.

Aus alldem ist zu erkennen, dass ein willkürliches, z.B. zylindrisches Weiterführen der inneren Begrenzungswand des Diffusors auf jeden Fall ungeeignet wäre, um die typischen Abströmmängel auszugleichen. Mit der neuen Massnahme wird jedoch überschüssige Energie abgebaut, indem die Wellenarbeit gesteigert wird. Andernfalls würde sie als Restenergie nach dem Diffusor dissipieren.From all this it can be seen that an arbitrary, for example cylindrical, continuation of the inner boundary wall of the diffuser would in any case be unsuitable to compensate for the typical leakage defects. With the new measure, however, excess energy is reduced by the wave work is increased. Otherwise, it would dissipate as residual energy after the diffuser.

Im gezeigten Beispiel gemäss Fig. 6 erfolgt die Realisierung des Knickwinkels αN an der Nabe durch einen in geeigneter Weise am Läufer 3 angeordneten Kragen 80. Der Knickwinkel erstreckt sich über die axiale Länge des zuerst angeströmten Diffusorinnenringes 24A. Zwischen Kragenende und Diffusorinnenringes 24A wird ein schräg verlaufender Ringkanal 81 gebildet. Hierzu werden Kragenunterseite und Vorderkante des Diffusorinnenringes 24A entsprechend konfiguriert. Diese Massnahme hat den Vorteil, die Abströmung im Schaufelfussbereich vor schädlichen Querströmeffekten abzuschirmen. Derartige Querströmungen werden beim zum Stand der Technik zählenden Maschinen durch die in der Regel duch die Pumpwirkung der Rotorseitenwand 32, den Sperrdampf, sowie durch die Rotationsunsymmetrie des Aussengehäuses 1 getrieben.In the example shown in FIG. 6, the kink angle α N is realized on the hub by means of a collar 80 arranged in a suitable manner on the rotor 3. The kink angle extends over the axial length of the first diffuser ring 24A to which the flow is flowing. An oblique annular channel 81 is formed between the collar end and the inner diffuser ring 24A. For this purpose, the underside of the collar and the front edge of the diffuser inner ring 24A are configured accordingly. This measure has the advantage of shielding the outflow in the blade root area from harmful cross-flow effects. Such cross flows are driven in the state-of-the-art machines by the pumping action of the rotor side wall 32, the sealing steam, and the rotational asymmetry of the outer housing 1.

Die gleichen Überlegungen sind nun auch bezüglich des Knickwinkels αZ am Zylinder, d.h. an der äusseren Begrenzungswand 25, anzustellen. Hier gilt es allerdings zu berücksichtigen, dass die Strömung infolge des Spaltstromes zwischen Schaufelspitze und Schaufelträger 2 sehr energiereich ist. Ausserdem weist sie einen starken Mitdrall auf. Eine homogene Energieverteilung lässt sich hier nur dann erzielen, wenn der Knickwinkel αZ am Zylinder gegenüber der Schrägen des Beschaufelungskanals in jedem Fall nach aussen öffnet. Im Beispielsfall geschieht dies um zusätzliche 10-15°.The same considerations must now also be made with regard to the articulation angle α Z on the cylinder, ie on the outer boundary wall 25. Here, however, it is important to take into account that the flow is very high in energy due to the gap flow between the blade tip and blade carrier 2. In addition, it has a strong swirl. A homogeneous energy distribution can only be achieved here if the kink angle α Z on the cylinder opens towards the outside in any case with respect to the inclines of the blading channel. In the example, this happens by an additional 10-15 °.

Im Ergebnis zeigt sich, dass der Gesamtöffnungswinkel des Diffusors deutlich grösser ist als der Öffnungswinkel der Beschaufelung. Keinesfalls nimmt er jedoch einen Wert an, welcher rein konstruktiven Überlegungen entsprechen würde.The result shows that the total opening angle of the diffuser is significantly larger than the opening angle of the blading. Under no circumstances does it assume a value that would correspond to purely constructive considerations.

Damit sind die Bedingungen geschaffen, dass im nachfolgenden Diffusor die Druckumsetzung so erfolgt, dass an dessen Austritt eine homogene, drallfreie Abströmung vorliegt.This creates the conditions for the pressure to be converted in the downstream diffuser in such a way that there is a homogeneous, swirl-free outflow at its outlet.

Nun ist indes klar, dass ein Diffusor mit insgesamt ca. 60 Öffnungswinkel ungeeignet ist, um die Strömung zu verzögern. Bei dem eingangs erwähnten bekannten Diffusor wird der Kanal deshalb in radialer Richtung mittels strömungsführender Leitringe in mehrere Teildiffusoren unterteilt, welche nach den bekannten Regeln für einen geraden Diffusor dimensioniert sind.It is now clear, however, that a diffuser with a total of approx. 60 opening angles is unsuitable to delay the flow. In the known diffuser mentioned at the outset, the channel is therefore divided in the radial direction by means of flow-conducting guide rings into a plurality of partial diffusers which are dimensioned according to the known rules for a straight diffuser.

Im vorliegenden Fall ist das bereits beschriebene einzige Leitblech 60 vorgesehen, welches den durchströmten Kanal in zwei Teildiffusoren unterteilt. Die strömungsführenden Teile dieser Diffusionszone sind in Fig. 2 dargestellt. Die beiden Teildiffusoren sind als Glockendiffusoren (bell shaped diffusor) ausgebildet. Dies bedeutet, dass der äquivalente Öffnungswinkel Θ der Meridiankonturen stromabwärts der nach obigen Kriterien festgelegten Knickwinkel αZ und αN zur Vermeidung von Strömungsablösung reduziert wird. Dies geschieht zunächst in stärkerem Masse und anschliessend in schwächerem Masse, was zu einer der Glockenform äqivalenten Form führt. Unter äquivalentem Öffnungswinkel Θ wird hier verstanden: tan Θ/2 = 1 U · dA ds

Figure imgb0001

worin
U = der lokale Umfang des Strömungsquerschnittes;
dA = die lokale Änderung des Strömungsquerschnittes;
ds = die lokale Änderung des Strömungsweges entlang des Teildiffusors.In the present case, the only guide plate 60 already described is provided, which divides the flow-through channel into two partial diffusers. The flow-carrying parts of this diffusion zone are shown in Fig. 2. The two partial diffusers are designed as bell-shaped diffusers. This means that the equivalent opening angle Θ of the meridian contours downstream of the kink angles α Z and α N determined according to the above criteria is reduced in order to avoid flow separation. This happens first to a greater extent and then to a lesser extent, which leads to a shape equivalent to the bell shape. The equivalent opening angle Θ is understood here: tan Θ / 2 = 1 U · there ds
Figure imgb0001
wherein
U = the local circumference of the flow cross-section;
dA = the local change in the flow cross-section;
ds = the local change in the flow path along the partial diffuser.

Gemäss der Erfindung sind nunmehr im äusseren Kanal 51 des Diffusors radial durchströmte Strömungsrippen 70 und im inneren Kanal 50 diagonal durchströmte Strömungsrippen 71 angeordnet.According to the invention, flow ribs 70 through which radial flow flows are now arranged in the outer channel 51 of the diffuser and flow ribs 71 through which flow flows diagonally in the inner channel 50.

Fig. 2 zeigt, dass die inneren Strömungsrippen 71 mit dem Diffusorinnenring 24B und mit dem vorderen Leitblechteil 60A verbunden sind, beispielsweise durch Schweissung. Gezeigt ist auch, wie die radial durchströmten Strömungsrippen 71 im Aussenkanal 51 befestigt sind. Gezeigt ist eine Einhängvariante, die für die Aufnahme sowohl von Zugkräften als auch von Druckkräften geeignet ist. An beiden Seiten der Strömungsrippen sind hier jeweils gleiche Fussplatten 14 vorgesehen, welche auf die an sich bekannte Hammerkopfart oder Schwalbenschwanzart in entsprechenden Eindrehungen des Diffusoraussenringes 25 und des vertikal verlaufendes Teiles 60C des Leitbleches geführt sind. Hierzu sind die bogenförmigen Umfangsflächen sowohl der inneren als auch der äusseren Plattenseiten mit Nuten versehen, in die entsprechend bemessene Zacken der Eindrehung 15 eingreifen.2 shows that the inner flow ribs 71 are connected to the diffuser inner ring 24B and to the front guide plate part 60A, for example by welding. It is also shown how the radially flow-through flow ribs 71 are fastened in the outer channel 51. Shown is a suspension variant that is suitable for absorbing both tensile and compressive forces. The same foot plates 14 are provided on both sides of the flow ribs, which are guided in the known manner of hammer head type or dovetail type in corresponding rotations of the diffuser outer ring 25 and the vertically extending part 60C of the guide plate. For this purpose, the arcuate circumferential surfaces of both the inner and the outer sides of the plate are provided with grooves, in which correspondingly sized serrations of the recess 15 engage.

Auf diese Weise bildet das System Leitblech 60 A,B,C mit den inneren und äusseren Strömungsrippen 71, 70 und den zugehörigen inneren (24A,B) und äusseren (25) Diffusorringen eine selbstragende Einheit. Aus Montagegründen sind diese Einheiten als Halbschalen mit horizontaler Trennebene ausgebildet. Miteinanderverschraubt sind diese Halbschalen in der Trennebene über Innenflansche 26 (Fig. 3). Die Trennebene 26 liegt auf der Höhe der Maschinenachse. Die untere Halbschale kann (nicht dargestellt) am Gehäuse der Wellendichtung 13 befestigt sein.In this way, the baffle system 60 A, B, C forms a self-supporting unit with the inner and outer flow ribs 71, 70 and the associated inner (24A, B) and outer (25) diffuser rings. For assembly reasons, these units are designed as half-shells with a horizontal parting plane. These half-shells are screwed together in the parting plane via inner flanges 26 (FIG. 3). The parting plane 26 lies at the level of the machine axis. The lower half-shell (not shown) can be attached to the housing of the shaft seal 13.

Diese Ausbildung erleichtert den Zugang zur Beschaufelung. Ist z.B. eine Endschaufel 7A auszubauen, so wird folgendermassen vorgegangen: Zunächst wird die Abdampfhaube (Teil des Aussengehäuses 1) zusammen mit der oberen Gehäuse der Wellendichtung 13 abgehoben. Danach kann nach dem Lösen der Flanschschrauben des Diffusorinnenringes und der Verschraubung des Diffusoraussenringes die obere Halbschale der selbsttragenden Baueinheit als Ganzes abgehoben werden.This training facilitates access to the blading. If, for example, an end blade 7A is to be removed, the following procedure is followed: First of all, the evaporation hood (part of the outer housing 1) together with the upper housing of the Shaft seal 13 lifted off. Then, after loosening the flange screws of the diffuser inner ring and screwing the diffuser outer ring, the upper half-shell of the self-supporting structural unit as a whole can be lifted off.

Es versteht sich, dass ein derartiger Diffusoreinsatz vorzüglich für die Nachrüstung von bestehenden Anlagen geeignet ist. Um in solchem Fall die erforderliche Diffusorgeometrie - worunter die Knickwinkel, die Flächenverhältnisse der Teilkanäle und die Geometrie der Strömungsrippen zu verstehen ist - punktgenau auszulegen, empfiehlt sich eine vorgängige Ausmessung der Strömung unmittelbar nach der letzten Laufreihe 7A. Die erforderliche Diffusorgeometrie wird dann gemäss inversen Auslegungsprinzipien bestimmt. Bei neu zu konzipierenden Anlagen sollte der Diffusoreinsatz anhand der Garantiepunkte oder des massgeblichen Betriebsbereiches ausgelegt werden.It goes without saying that such a diffuser insert is particularly suitable for retrofitting existing systems. In such a case, in order to precisely design the required diffuser geometry - which includes the kink angle, the area ratios of the subchannels and the geometry of the flow ribs - it is advisable to measure the flow beforehand immediately after the last row 7A. The required diffuser geometry is then determined according to the inverse design principles. In the case of new systems to be designed, the diffuser insert should be designed on the basis of the guarantee points or the relevant operating range.

Die Anzahl der radial durchströmten äusseren Strömungsrippen 70 beträgt im vorliegenden Fall fünfzig (50) Stück. Diese gerade Anzahl hat gemäss Fig. 3 den Vorteil, dass in der horizontalen Trennebene keine Rippen sind. Die grosse Stückzahl an Strömungsrippen 70 ist unter anderem auch vorteilhaft, weil dadurch eine geringe radiale Bauhöhe bzw. ein geringer Einfluss auf den Bauraum für Diffusor und Abdampf erzielt wird.The number of radially flowed through outer flow ribs 70 is fifty (50) pieces in the present case. According to FIG. 3, this even number has the advantage that there are no ribs in the horizontal parting plane. The large number of flow ribs 70 is also advantageous, inter alia, because this results in a low radial height or a small influence on the space for diffuser and exhaust steam.

Die Anzahl der inneren Strömungsrippen 71 beträgt im vorliegenden Fall achtzehn (18) Stück. Wie Fig. 3 zeigt, sind auch bei dieser geraden Anzahl in der horizontalen Trennebene keine Rippen vorhanden. Dieser Anzahl sowie der strömungstechnischen Ausbildung der Rippen 70, 71 liegen nunmehr folgende Überlegungen zugrunde:The number of inner flow ribs 71 in the present case is eighteen (18) pieces. 3 shows, even with this even number, there are no ribs in the horizontal parting plane. This number and the fluidic design of the ribs 70, 71 are now based on the following considerations:

Zunächst wird der Abstand a der Vorderkante 72 der inneren Strömungsrippen 71 zum Austritt der Beschaufelung ins Verhältnis zur Rippenteilung t - welches Mass für die Rippenanzahl ist - gesetzt. Beträgt dieses Verhältnis mindestens 0,5, so können Interferenzen mit der letzten Laufreihe 7A der Beschaufelung weitgehend vermieden werden.First of all, the distance a between the front edge 72 of the inner flow ribs 71 and the exit of the blading is related for rib division t - which measure is for the number of ribs - set. If this ratio is at least 0.5, interference with the last row 7A of the blading can be largely avoided.

Bei der Bestimmung der Sehnenlänge der Strömungsrippe gilt es im vorliegenden Fall zweierlei zu berücksichtigen. Die Strömungsrippen haben eine Tragfunktion, somit ist ein minimaler Querschnitt nicht zu unterschreiten. Bezüglich der Umlenkaufgabe der Strömungsrippe - mit ihrer Hilfe soll die drallbehaftete Strömung gleichgerichtet werden - ist ebenfalls eine Minimalsehnenlänge nicht zu unterschreiten. Beträgt nun das Verhältnis Rippensehne s zu Rippenteilung t mindestens 1 und das später zu beschreibende Verhältnis von grösster Profildicke dmax der Strömungsrippen zu Rippensehne s ca. 0,15 , so können beide Aufgaben wahrgenommen werden.In the present case, two things have to be taken into account when determining the tendon length of the flow rib. The flow ribs have a supporting function, so a minimum cross-section should not be undercut. With regard to the deflection task of the flow rib - with the help of which the swirled flow is to be rectified - a minimum chord length should also not be undercut. If the ratio of the rib chord s to the rib pitch t is at least 1 and the ratio of the maximum profile thickness d max of the flow ribs to the chord s to be described later is approximately 0.15, both tasks can be performed.

Die Anordnung der Srömungsrippen unterliegt nunmehr folgenden Kriterien: Um den Zugang zur Beschaufelung zu ermöglichen, ist die Diffusionszone mit einer horizontalen Trennebene versehen, d.h. der Diffusorinnenring, der Diffusorausenring und das Leitblech sind geteilt ausgeführt.The arrangement of the flow ribs is now subject to the following criteria: In order to allow access to the blading, the diffusion zone is provided with a horizontal parting plane, i.e. the inner diffuser ring, the outer diffuser ring and the baffle are split.

In diese horizontale Trennebene werden vorzugsweise keine Strömungsrippen verlegt, um eine Teilung der Rippen zu vermeiden. Andererseits bietet es sich an, in der Vertikalebene Strömungsrippen anzuordnen. Die für vorliegende Zwecke bestgeignete Anzahl Rippen beträgt 18.No flow ribs are preferably installed in this horizontal parting plane in order to avoid a division of the ribs. On the other hand, it is advisable to arrange flow ribs in the vertical plane. The number of ribs best suited for this purpose is 18.

Das Verhältnis von grösster Profildicke dmax der Strömungsrippen zu Rippensehne s soll höchstens 0,15 betragen und ist über der Rippenhöhe weitgehend konstant gehalten. Diese - wiederum im Gegensatz zu den Strömungsrippen im eingangs erwähnten Diffusor - relativ dünnen Rippen vermeiden lokale Machzahlprobleme und minimieren unterschiedliche Verdrängungswirkungen über der Rippenhöhe.The ratio of the greatest profile thickness d max of the flow ribs to the rib chord s should not exceed 0.15 and is kept largely constant over the rib height. These - again in contrast to the flow ribs in the diffuser mentioned at the beginning - relatively thin ribs avoid local Mach number problems and minimize different displacement effects above the rib height.

Wiederum im Gegensatz zu den Strömungsrippen im eingangs erwähnten Diffusor sind die Strömungsrippen gekrümmt ausgebildet. Die Krümmung der Sklettlinie der Rippen ist dabei hinsichtlich eines stossfreien Eintritts und einer axialen Abströmung gewählt, was zu einer im Regelfall variablen Krümmung über der Rippenhöhe führt.Again, in contrast to the flow ribs in the diffuser mentioned at the beginning, the flow ribs are curved. The curvature of the Velcro line of the ribs is selected with regard to a smooth entry and an axial outflow, which generally leads to a variable curvature above the height of the ribs.

Die diagonal durchströmten Innenrippen 71 können eine grundsätzliche Konizität aufweisen. Dem liegt der Gedanke eines der Umlenkaufgabe angepassten Verhältnisses von Sehne zu Teilung (s/t) zugrunde. Diese Konfiguration bildet die Ausgangslage, die anschliessend schnittweise über der Rippenhöhe an die tatsächliche Strömung angepasst wird. Die Vorderkanten 72 der Rippen werden hierzu über der Rippenhöhe so orientiert, dass sie von den Stromlinien senkrecht geschnitten werden. Dies führt zu Vorderkanten, die keineswegs radial beziehungsweise axial ausgerichtet sein müssen.The diagonally flowed through inner ribs 71 can have a basic conicity. This is based on the idea of a ratio of tendon to division (s / t) adapted to the redirection task. This configuration forms the starting position, which is then adapted to the actual flow in sections above the height of the ribs. For this purpose, the front edges 72 of the ribs are oriented above the rib height in such a way that they are cut perpendicularly by the streamlines. This leads to leading edges, which in no way have to be aligned radially or axially.

Die neue Massnahme ermöglicht es auch, am Austritt aus den letzten Laufschaufeln 7A einen gewissen Gegendrall zuzulassen, da stromabwärts im Diffusor eine axiale Ausrichtung durch die Strömungsrippen stattfindet. Dieser Gegendrall bietet die folgenden Vorteile:

  • Die Stufenarbeit kann gesteigert werden bei gleichbleibendem Wirkungsgrad oder
  • der Wirkungsgrad kann gesteigert werden bei gleichbleibender Stufenarbeit;
  • die Schaufeln der letzten Laufreihe können weniger verwunden ausgebildet werden, was zu einer Verbilligung führt;
  • die Umlenkung in der letzten Turbinenleitreihe kann reduziert werden, was wegen der Partikelseparation insbesondere bei Nassdampfturbinen zum Tragen kommt.
The new measure also makes it possible to allow a certain counter-swirl at the outlet from the last blades 7A, since an axial alignment takes place downstream in the diffuser through the flow ribs. This counter-swirl offers the following advantages:
  • The step work can be increased with the same efficiency or
  • the efficiency can be increased with constant step work;
  • the blades of the last row can be made less twisted, which leads to a reduction in price;
  • the deflection in the last turbine guide row can be reduced, which is particularly important in wet steam turbines because of the particle separation.

Nach alldem ist erkennbar, dass der neue Diffusoreinsatz ein grosses Wirkungsgrad-Potential aufweist; es sind Druckrückgewinn-Koeffizienten bis 60% möglich. Die Knickwinkel-Idee zusammen mit den strömungsorientierten Rippen zur verlustarmen Umwandlung der Drallenergie in Druckenergie und die drallfreie Abströmung der beiden Rippenreihen stellt ein Minimum an Restenenergie sicher. Zudem werden die vorhandenen symmetrischen Strömungräume im Abdampf, und dies vor allem in der Trennebene, bestmöglichst genutzt hinsichtlich eines tiefstmöglichen Geschwindigkeitsniveaus. Bei der gezeigten Konfiguration ist anzumerken, dass der innere Kanal 50 nur zum Teil für den eigentlichen Diffusionsprozess benötigt wird. Der stromabwärtige Teil im Bereich der Prallwand 31 erhöht den freien Querschnitt in der Trennebene und dient somit zum Abbau der schädlichen Rotations-Unsymmetrie.After all, it can be seen that the new diffuser insert has great efficiency potential; pressure recovery coefficients of up to 60% are possible. The kink angle idea together with the flow-oriented ribs for low-loss conversion of the swirl energy into pressure energy and the swirl-free outflow of the two rows of ribs ensures a minimum of residual energy. In addition, the existing symmetrical flow spaces in the exhaust steam, and especially in the parting plane, are used as best as possible with regard to the lowest possible speed level. In the configuration shown, it should be noted that the inner channel 50 is only partially required for the actual diffusion process. The downstream part in the region of the baffle 31 increases the free cross section in the parting plane and thus serves to reduce the harmful rotational asymmetry.

BezugszeichenlisteReference list

11
AussengehäuseOuter housing
22nd
InnengehäuseInner casing
33rd
Läuferrunner
44th
ZuströmgehäuseInflow housing
55
LeitschaufelträgerGuide vane carrier
66
Leitschaufelvane
6A6A
Leitschaufel der letzen StufeGuide vane of the last stage
77
LaufschaufelBlade
7A7A
AustrittslaufschaufelExit blade
1111
DiffusorDiffuser
1313
WellendichtungShaft seal
1414
FussplatteFootplate
1515
EindrehungScrewing
24,A,B,C24, A, B, C
DiffusorinnenringDiffuser inner ring
2525th
DiffusoraussenringDiffuser outer ring
2626
Trennflansch DiffusorinnenringSeparating flange diffuser inner ring
3030th
AbdampfraumEvaporation chamber
3131
PrallwandBaffle
3232
RotorseitenwandRotor side wall
4141
Trennflansch AussengehäuseSeparating flange outer housing
5050
innener Diffusorkanalinner diffuser channel
5151
äusserer Diffusorkanalouter diffuser channel
5252
Maschinenachse = horizontale TrennebeneMachine axis = horizontal parting plane
60,A,B,C60, A, B, C
LeitblechBaffle
7070
äussere Strömungsrippeouter flow rib
7171
innere Strömungsrippeinner flow rib
7272
Vorderkante von 71Leading edge of 71
8080
Kragen am LäuferCollar on the runner
8181
RingkanalRing channel
aa
Abstand von 7A zu 71Distance from 7A to 71
dmax d max
grösste Profildicke von 70,71greatest profile thickness of 70.71
ss
Sehne von 70,71Tendon of 70.71
tt
Teilung von 70,71Division of 70.71
αZ α Z
Knickwinkel an 25Articulation angle at 25
αN α N
Knickwinkel an 24AKink angle at 24A

Claims (12)

Diffusor für eine axial durchströmte Turbomaschine, - wobei die Knickwinkel (αN, αZ) des Diffusoreintritts sowohl an der Nabe als auch am Zylinder der Turbomaschine ausschliesslich zwecks Vergleichmässigung des Totaldruckprofils über der Kanalhöhe am Austritt der letzten Laufschaufelreihe (7A) festgelegt sind, - wobei innerhalb der Verzögerungszone des Diffusors (50, 51) Mittel zur Drallwegnahme der drallbehafteten Strömung in Form von Strömungsrippen (70, 71) vorgesehen sind, - und wobei mindestens ein strömungsführendes Leitblech (60) den Diffusor unterteilt, dadurch gekennzeichnet, - dass der Diffusor (50, 51) einen axialen Eintritt und einen radialen Austritt aufweist, - dass der Diffusor vom Eintritt bis zum Austritt mittels eines radial nach aussen gekrümmten Leitblech (60) in einen inneren (50) und einen äusseren (51) Kanal unterteilt ist, - dass im äusseren Kanal (51) des Diffusors radial durchströmte Strömungsrippen (70) und im inneren Kanal (50) diagonal durchströmte Strömungsrippen (71) angeordnet sind. Diffuser for an axially flowed turbomachine, the kink angles (α N , α Z ) of the diffuser inlet both on the hub and on the cylinder of the turbomachine are determined exclusively for the purpose of making the total pressure profile uniform over the channel height at the outlet of the last row of blades (7A), - wherein within the deceleration zone of the diffuser (50, 51) means for removing the swirl of the swirled flow in the form of flow ribs (70, 71) are provided, - and wherein at least one flow-conducting baffle (60) divides the diffuser, characterized, that the diffuser (50, 51) has an axial inlet and a radial outlet, that the diffuser is divided into an inner (50) and an outer (51) channel from the inlet to the outlet by means of a radially outwardly curved guide plate (60), - That in the outer channel (51) of the diffuser radially flow-through flow ribs (70) and in the inner channel (50) diagonally flow-through flow ribs (71) are arranged. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur weitgehenden Vermeidung von Interferenzen mit der letzten Laufreihe (7A) der Beschaufelung im inneren Kanal (50) das Verhältnis Rippenabstand (a) vom Austritt der Beschaufelung zu Rippenteilung (t) mindestens 0,5 beträgt.Diffuser according to claim 1, characterized in that in order to largely avoid interference with the last row (7A) of the blading in the inner channel (50), the ratio of the rib spacing (a) from the outlet of the blading to the rib pitch (t) is at least 0.5. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wahrnehmung der Umlenkaufgabe das Verhältnis Rippensehne (s) zu Rippenteilung (t) mindestens 1 beträgt und über der Rippenhöhe in Abhängigkeit von der Umlenkungsaufgabe gewählt ist.Diffuser according to claim 1, characterized in that for the perception of the deflection task, the ratio of the rib chord (s) to the rib division (t) is at least 1 and is selected above the height of the ribs as a function of the deflection task. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von grösster Profildicke (dmax) der Strömungsrippen zu Rippensehne (s) höchstens 0,15 beträgt und über der Rippenhöhe weitgehend konstant ist.Diffuser according to claim 1, characterized in that the ratio of the greatest profile thickness (d max ) of the flow ribs to the rib chord (s) is at most 0.15 and is largely constant over the rib height. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkanten (72) der Strömungsrippen über der Rippenhöhe so orientiert sind, dss sie von den Stromlinien senkrecht geschnitten werden.Diffuser according to claim 1, characterized in that the front edges (72) of the flow ribs are oriented above the rib height so that they are cut perpendicularly by the streamlines. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Krümmung der Sklettlinie der Strömungsrippen hinsichtlich eines stossfreien Eintritts und einer drallfreien Abströmung über der gesamten Rippenhöhe gewählt ist.Diffuser according to claim 1, characterized in that the respective curvature of the Velcro line of the flow ribs is selected with regard to a smooth entry and a swirl-free outflow over the entire height of the ribs. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am nabenseitigen Diffusoreintritt zwischen Läufer (3) und Diffusorinnenring (24A) ein in Strömungsrichtung schräg verlaufender Ringkanal (81) vorgesehen ist, über den Sperrmittel in die Hauptströmung einführbar sind.Diffuser according to claim 1, characterized in that at the hub-side diffuser inlet between the rotor (3) and the diffuser inner ring (24A) there is an annular channel (81) which runs obliquely in the flow direction and through which blocking means can be introduced into the main flow. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech (60 A,B,C) mit den inneren und äusseren Strömungsrippen (71, 70) und den zugehörigen inneren (24A,B) und äusseren (25 Diffusorringen als selbstragende Halbschalen mit horizontaler Trennebene ausgebildet sind.Diffuser according to claim 1, characterized in that the guide plate (60 A, B, C) with the inner and outer flow ribs (71, 70) and the associated inner (24A, B) and outer (25 diffuser rings as self-supporting half-shells with a horizontal parting plane are trained. Diffusor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen in der Trennebene mit radial einwärts gerichteten Flanschen (26) versehen sind.Diffuser according to claim 8, characterized in that the half-shells in the parting plane are provided with radially inwardly directed flanges (26). Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine gerade Anzahl Strömungsrippen (70,71) vorgesehen ist, wobei Rippen in der Vertikalebene, nicht jedoch in der Horizontalebene angeordnet sind.Diffuser according to claim 1, characterized in that an even number of flow ribs (70, 71) is provided, ribs being arranged in the vertical plane, but not in the horizontal plane. Diffusor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im äusseren Kanal (51) fünfzig Strömungsrippen (70) und im inneren Kanal (50) achtzehn Strömungsrippen (71) vorgesehen sind.Diffuser according to claim 10, characterized in that fifty flow ribs (70) are provided in the outer channel (51) and eighteen flow ribs (71) are provided in the inner channel (50). Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Strömungsrippen (70) an ihren beiden Enden mit Fussplatten (14) versehen sind, mit denen sie in ringförmigen Eindrehungen (15) im Diffusoraussenring (25) und im Leitblech (60C) eingeschaufelt sind.Diffuser according to claim 1, characterized in that the radial flow ribs (70) are provided at both ends with base plates (14) with which they are vane-shaped in ring-shaped recesses (15) in the diffuser outer ring (25) and in the baffle plate (60C).
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