EP0690206B1 - Diffusor for a turbomachine - Google Patents

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft einen Diffusor für eine axial durchströmte Turbomaschine gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a diffuser for an axially flow Turbo machine according to the preamble of patent claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Derartige Diffusoren für Turbomaschinen sind bekannt aus der GB-A-2 131 100. Bei diesem mittels Leitblech zweigeteilten Diffusor schliesst sich an einen axialen, unberippten Teil ein doppelgekrümmter Teil an, dessen Austritt grob als radial bezeichnet werden kann. Der Diffusor weist in unmittelbarer Nähe seines Austritts in beiden Teilkanälen aerodynamisch ausgebildete Rippen auf, deren Erzeugende parallel zur Maschinenachse verlaufen. Die Rippen sind radial durchströmt.Such diffusers for turbomachinery are known from GB-A-2 131 100. In this diffuser, which is divided in two by means of a guide plate, adjoins an axial, non-ribbed part a double-curved part, the exit of which is roughly radial can be designated. The diffuser points in the immediate vicinity of its outlet in both subchannels aerodynamically formed ribs, their generatrix run parallel to the machine axis. The ribs are flowed through radially.

Weitere 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.Further diffusers for turbomachinery are known from EP-B 265 633. To meet the demand there for the best possible Pressure recovery and swirl-free diffuser outflow Meeting full load and part load is within the Diffuser a rectifying grid provided that extends over the entire height of the flowed channel. It are these means for swirl removal Cylindrical evenly arranged over the circumference Flow ribs with thick straight profiles, which according to the Knowledge of turbomachinery are designed and which are as insensitive as possible to the inclined flow should. The leading edge of these ribs is located relatively far behind the trailing edge of the last Blades to one caused by the pressure field of the ribs Avoid excitation of the last row of blades. This distance is such that the front edge the ribs is in a plane where there is a diffuser area ratio of preferably three prevails. This first diffusion zone between the blading and the flow ribs are said to be due to total rotational symmetry remain undisturbed. The fact that no interference effects expected between ribs and blading are due to the fact that the ribs are only in take effect at a level that is already relatively deep Speed level 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 with usual high-load blading of turbines whose opening angle far exceeds that of a good diffuser, is the well-known diffuser for supporting the flow in the radial direction by means of flow-guiding rings divided into several partial diffusers. These guide rings extend from a level immediately at the exit of the Blading down to a level at which a diffusion ratio is reached by three, i.e. over the whole first diffusion zone. For vibration reasons, these are Form guide rings preferably in one piece. this leads to a solution disadvantageous for assembly reasons without parting line. In addition, the guide rings on large Machines with large diameters, so that there are transportation problems can result.

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 leading edge the thick flow ribs up to the greatest profile thickness the ribs. The swirl should be in this second zone the flow can be made for the most part largely without delay. In a third subsequent one Diffusion zone takes the form of a straight diffuser a further delay of the almost swirl-free at the time Flow.

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 a shortening especially at partial load the overall length of the system can be achieved.

In üblichen Gasturbinen wird der Diffusor bei Leerlauf unter einem Geschwindigkeitsverhältnis c_t/c_n von etwa 1,2 angeströmt, wobei c_t die Tangentialgeschwindigkeit und c_n die Axialgeschwindigkeit des Mediums bedeutet. Diese schräge Anströmung führt zu einem Abfall im Druckrückgewinn C_p.In conventional gas turbines, the diffuser is flowed at at idle under a speed ratio c _t / c _n of approximately 1.2, where c _{t 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 c_t/c_n 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. c_t/c_n = ca.0, 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 approximately 1, which would result in a somewhat greater pressure recovery under full load, ie c _t / c _n = approx. 0, 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 is due to that in the extreme conditions mentioned strong vortex between outlet blades and flow fins trains. The vortex is created by the flow ribs limited to which the tangential component of the Speed is dissipated. Will be at the emerging Backflow of solid particles, e.g. water droplets in Steam turbines carried, so there can be an acute danger of Foot erosion occurs on the blades of the last row of runs.

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 Druckrückgewinn zu erzielen.Based on a 3D optimization with Navier-Stokes The task of the invention is based on calculation methods a diffuser of the type mentioned at a given Diffuser area ratio, including the ratio of Flow cross sections at the outlet to the inlet of the diffuser is understood, with swirl-free outflow, the physical to achieve the greatest possible pressure recovery.

Erfindungsgemäss wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanpruchs 1 erreicht.According to the invention, this is with the characterizing features of Claim 1 reached.

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 known, where the kink angle idea is realized is. However, these are multi-zone diffusers of gas turbines, as shown in FIG. 4 there are. A first single-channel diffusion zone points here Bell shape. A second diffusion zone, which by means of 2 guide rings divided into three partial diffusers, opens into a third diffusion zone, which is only lower Delay strongly deflected. This strong redirection is caused by the arrangement of those continuing into the diffusion zone Guide rings strongly favored. This measure causes Favorable increase of the middle one related to the channel height Radius of curvature of the third diffusion zone.

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.It is already the case with low-pressure parts with axial flow known from steam turbines with radial exhaust steam, the Diffuser flow by means of radially outward curved Support baffles. With such - in Fig. 1st shown and described later - the machine two baffles for design reasons in the axial direction staggered so that they are in different levels be effective. This solution is particularly disadvantageous the only local effect of these deflection aids and the many struts that support the baffles required are. They affect the diffuser flow quite considerably. For information, it should be mentioned that therefore Diffusers at the present time usually without every augmentation will be performed. This requires 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 plant, at which is a very divergent at the exit of a blading Current is present, with counter-swirl on the hub, co-rotation on the cylinder and much higher flow energy in the radially outer zone has the advantage for the first time the kink angle idea, the goal of which is the lowest possible total pressure inhomogeneity is above the bucket height at one two-channel diffuser with axial / radial deflection with Apply success. By the targeted arrangement of a curved continuous baffle to support the diffuser flow during meridional redirection and one flow-oriented guide line in both subchannels in The shape of profiled ribs is a low-loss transformation the swirling flow energy in pressure energy reached. The flow ribs also take over the mechanical Support of the guide plate, thereby reducing the loss previous efforts 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 baffle with the inner and outer flow ribs and the associated inner and outer diffuser rings as self-supporting half-shells with horizontal Partition plane are formed, so it facilitates achieved mechanical integrity of the baffle a 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 to avoid interference as much as possible with the last row of blading in inner channel the ratio of rib distance a from the outlet the blading to rib division t is at least 0.5. This measure also results in full utilization 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 ensures that the sensitive Diffuser flow free of detachment in the swirl-free flow direction is redirected and that a contribution to the desired Delay is made.

Sofern das Verhältnis von grösster Profildicke d_max 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.If 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, this will minimize overspeeds, local Mach number problems and different displacement effects.

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 d_max/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 bumpless entry and axial Outflow selected. This guarantees the desired high Pressure recovery as well as a certain insensitivity 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 there is an even number of ribs, ribs in the vertical plane, but not in the horizontal plane are.

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 useful if the radial flow ribs on Both ends are provided with foot plates with which they in annular recesses in the blade carrier and in Baffle plate are shoveled. It is particularly cheap if both foot plates on their arcuate peripheral surfaces are provided with ring grooves, in which spikes of the turns intervention. In addition to the clear guidance of the flow ribs can also pull forces across the flow ribs be introduced into the guide vane carrier. At a possible erosive attack of 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 with arrows designated.

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 axial / radial Exhaust steam diffusers are only for understanding the mode of operation essential elements with reference numerals. The main components are the outer casing 1, the inner casing 2 and the rotor 3. The outer housing consists of several, unspecified parts, as a rule only screwed or welded together at the place of installation become. The inner housing consists of the inflow housing 4 in the form of a torus and the downstream guide vane supports 5, which is equipped with the guide vanes 6 are. Outer housing, inner housing and blade carriers are horizontally divided and on separating flanges 41 (Fig. 3) with each other screwed. That is in the plane of these separating flanges Inner housing supported by support arms in the outer housing.

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 blades 7 is out Shaft washers and shaft ends with integrated coupling flanges welded together. It is not shown by means of Bearings supported in bearing housings.

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 a steam pipe over the Steam feed-through in the outer casing 1 into the inner casing 2. The torus ensures that the steam is guided to the well both floods of blading reached. After submitting the The steam passes energy to the rotor 3 via an annular ring Diffuser 11 in the evaporation chamber 30 of the outer housing 1 before going down (in the drawing) to the capacitor flows out. Axial flow through shaft seals 13 on the Carrier bushings in the outer housing prevent entry of air in the exhaust steam. In this known machine is due to the diffuser shape it can be seen that the kink angle idea is not realized here. At the diffuser inlet the opening angle of the blading is greatly reduced. For only local support of the deflection is two axially staggered baffles recognizable, those with the above disadvantageous struts on the diffuser inner walls and - Outside walls must be attached.

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 are the functionally identical elements with the same reference numerals as in Fig. 1. From the Blading is just the last stage in the form of the Guide row with the guide vanes 6A and the guide 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 with the blade carrier 3 (like indicated) screwed. The latter is made up of several parts. The closest to the blading is at least approximate Ring part 24A extending in the axial direction. That is followed by a deflecting ring part 24B, which in one passes even more diverting ring portion 24C. The parts 24A and 24B are welded together. Between Axial play is provided for parts 24B and 24C. At the Ring part 24C, the housing of the shaft seal 13 is attached. Downstream is the ring portion 24C via a flange with the rear, essentially vertical Baffle 31 connected. The baffle is in turn vapor tight connected to the outer housing 1.

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 turned by means of a deflecting baffle 60 divided into two sub-channels, an inner channel 50 and one Outer duct 51. This baffle is for manufacturing reasons also made in three parts; a first part 60A, a strongly deflecting middle part 60B and a vertically running one Part 60C. The three parts are a whole welded together.

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 taking into account the total pressure profile respectively the flow energies behind the last blade 7A fixed. A larger area ratio is chosen if, for example, large kinetic energies are implemented must become what can be the case in the outer channel; accordingly, a smaller area is chosen for the inner channel if smaller energies are to be implemented there. In the present case, the outer channel is 50 and the inner channel 51 the same areas are provided, namely from the diffuser inlet up to the diffuser outlet. So that are the different Angle of attack for the guide plate part 60B and the diffuser inner ring 24B, 24C. The baffle part 60A is like this employed that the flow flows smoothly. Of course can deviate from the solutions shown Diffuser inner ring 24 and the baffle 60 also with steady 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.Decisive for the desired functionality of the diffuser is now the bend angle of its two boundary walls 24 and 25 immediately at the exit of the blading. At this is a highly loaded reaction blading with a large opening angle. The last row of blades 7A is flowed through with a high Mach number. The Channel contour on the blade root is cylindrical, that on the Blade tip runs 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 for the Delay flow and the desired pressure increase achieve. The current would detach from the walls. Purely constructive considerations would now usually lead to reduce the diffuser angle from 40 ° to approx. 7 °. The resulting deflection of the streamlines at the kinks the diffuser inlet and the associated harmful pressure build-up reduces the gradient, i.e. the Steam work over the blading. This results in one lower performance. The unused energy leads on Diffuser exit locally at overspeed and dissipates subsequently in the exhaust casing.

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 solely based on fluid technology Aspects. The considerations must lead to a homogeneous total pressure profile over the entire canal height. The two kink angles will be therefore determined based on the total 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 α_N (Fig. 2 + 6) der inneren Begrenzungswand 24 am Diffusoreintritt im Prinzip festgelegt. Im vorliegenden Fall führt dies zu einem Winkel α_N, 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, e.g. cylindrical continuation of the inner boundary wall of the Diffuser would definitely be unsuitable for the typical To compensate for shortcomings. With the new measure however, excess energy is broken down by the wave work is increased. Otherwise, it would be considered residual energy dissipate after the diffuser.

Im gezeigten Beispiel gemäss Fig. 6 erfolgt die Realisierung des Knickwinkels aN 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 implementation takes place the kink angle aN on the hub by a suitable Collar 80 arranged on the runner 3 extends over the axial length of the first flow Diffuser inner ring 24A. Between the collar end and the diffuser inner ring 24A becomes an oblique annular channel 81 educated. For this purpose, the underside of the collar and the front edge of the Diffuser inner ring 24A configured accordingly. This The measure has the advantage of the outflow in the area of the blade root shield against harmful cross-flow effects. Such cross flows become the state of the art counting machines due to the pump effect the rotor side wall 32, the barrier steam, and by the rotational asymmetry of the outer housing 1 driven.

Die gleichen Überlegungen sind nun auch bezüglich des Knickwinkels α_Z 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 α_Z 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. In no case does it take on a value which 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 that the following Diffuser the pressure conversion takes place so that at its outlet there is a homogeneous, swirl-free outflow.

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.Now it is clear that a diffuser with a total of about 60 ° Opening angle is unsuitable to delay the flow. In the known diffuser mentioned at the beginning, the channel therefore in the radial direction by means of flow Guide rings divided into several partial diffusers, which according to the known rules for a straight diffuser are.

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 α_Z und α_N 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 = 1U · dAds 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 wherein

U =

the local extent 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, the outer channel 51 of the Radially flowed through flow ribs 70 and in flow channels 71 through which diagonal flow flows arranged.

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.Fig. 2 shows that the inner flow ribs 71 with the Diffuser inner ring 24B and with the front baffle part 60A are connected, for example by welding. Shown is also how the radially flowed flow ribs 71 in Outer channel 51 are attached. A suspension variant is shown, those for absorbing both tensile forces as well of compressive forces is suitable. On both sides of the Flow ribs are here the same base plates 14 provided, which in the known hammerhead type or dovetail type in corresponding turns 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 outer Groove the sides of the panel into the corresponding engage the dimensioned spikes of the recess 15.

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 system forms 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 one self-supporting unit. For assembly reasons, these are units designed as half-shells with a horizontal parting plane. These half-shells are screwed together in the Parting plane over inner flanges 26 (Fig. 3). The parting plane 26 lies at the level of the machine axis. The lower half-shell can (not shown) on the housing of the shaft seal 13 be attached.

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. Is e.g. Removing an end blade 7A is as follows first of all, the exhaust hood (part of the Outer housing 1) together with the upper housing Shaft seal 13 lifted off. After that, after loosening the Flange screws of the diffuser inner ring and the screw connection the upper half shell of the diffuser outer ring self-supporting unit as a whole.

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 excellent suitable for retrofitting existing systems is. In such a case the required diffuser geometry - including the kink angle, the area ratio of the To understand sub-channels and the geometry of the flow ribs is to be interpreted precisely, a previous one is recommended Measure the flow immediately after the last one Run row 7A. The required diffuser geometry is then determined according to inverse design principles. With new too designing systems, the diffuser should be based on the Guarantee points or the relevant operating range become.

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 outer flow ribs In the present case, 70 is fifty (50) pieces. This 3 even number has the advantage that in the horizontal parting plane are not ribs. The large number on flow ribs 70 is also advantageous, among other things, because this results in a low radial height or little influence on the installation space for diffuser and exhaust steam is achieved.

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 is in the present Case eighteen (18) pieces. 3 shows, are also at this even number in the horizontal parting plane no ribs present. This number as well as the fluidic Formation of the ribs 70, 71 are now 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, the distance a of the leading edge 72 becomes the inner one Flow ribs 71 in relation to the exit of the blading for rib division t - which measure for the number of ribs is set. This ratio is at least 0.5, so interference with the last run 7A 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 d_max 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 following criteria: To gain access to blading enable is the diffusion zone with a horizontal Provide parting plane, i.e. the diffuser inner ring, the Diffuser outer 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.In this horizontal parting plane there are preferably none Flow ribs relocated to split the ribs too avoid. On the other hand, it offers itself in the vertical plane Arrange flow ribs. For present purposes the most suitable number of ribs is 18.

Das Verhältnis von grösster Profildicke d_max 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 beginning Diffuser mentioned, the flow ribs are curved. The curvature of the Velcro line of the ribs is there in terms of bumpless entry and axial Outflow selected, which is usually a variable Curvature leads 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 be a basic one Have taper. That is the thought of one the ratio of the tendon to the redirection task Division (s / t). This configuration is the starting point which is then cut in sections above the height of the ribs is adapted to the actual flow. The leading edges 72 of the ribs are so above the rib height oriented that they cut perpendicularly from the streamlines become. This leads to leading edges, which by no means must 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 gezeigt-en 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 is a has great efficiency potential; they are pressure recovery coefficients up to 60% possible. The articulation angle idea together with the flow-oriented ribs for low loss Conversion of the swirl energy into pressure energy and the swirl-free flow of the two rows of fins sets Minimum of residual energy safe. In addition, the existing symmetrical flow spaces in the exhaust steam, and this before everything in the parting level, best used in terms of of the lowest possible speed level. In the shown configuration is that the inner Channel 50 only partially for the actual diffusion process is needed. The downstream part in the area 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

d_max 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

α_Z α _Z

Knickwinkel an 25Articulation angle at 25

α_N α _N

Knickwinkel an 24AKink angle at 24A

Claims (12)

1. Diffusor for an axial-flow turbo-machine,

   means for cancelling the rotation of the rotational flow being provided in the form of flow ribs (70, 71) within the deceleration zone of the diffusor (50, 51),

   the diffusor (50, 51) having an axial inlet and a radial outlet,

   the diffusor being subdivided from the inlet to the outlet into an inner (50) and an outer (51) channel by means of a radially outward-curved guide plate (60),

   and radial-flow flow ribs (70) being arranged in the outer channel (51) of the diffusor,

   characterized in that

   the bending angles (α_N, α_Z) of the diffusor inlet both at the hub and at the cylinder of the turbomachine are determined solely for the purpose of equalizing the total pressure profile over the channel height at the outlet of the last moving-blade row (7A),

   and in that diagonal-flow flow ribs (71) are arranged in the inner channel (50) of the diffusor.
2. Diffusor according to Claim 1, characterized in that, in order largely to avoid interference with the last moving-blade row (7A) of the blading, in the inner channel (50) the ratio of the rib distance (a) from the outlet of the blading to the rib spacing (t) amounts to at least 0.5.
3. Diffusor according to Claim 1, characterized in that, in order to perform the deflection function, the ratio of the rib chord (s) to the rib spacing (t) amounts to at least 1 and is selected over the rib height in dependence on the deflection function.
4. Diffusor according to Claim 1, characterized in that the ratio of the largest profile thickness (d_max) of the flow ribs to the rib chord (s) amounts to at most 0.15 and is largely constant over the rib height.
5. Diffusor according to Claim 1, characterized in that the front edges (72) of the flow ribs are oriented over the rib height in such a way that they are intersected perpendicularly by the flow lines.
6. Diffusor according to Claim 1, characterized in that the respective curvature of the median line of the flow ribs is selected with a view to a jolt-free inlet and a non-rotational flow-off over the entire rib height.
7. Diffusor according to Claim 1, characterized in that there is provided at the hub-side diffusor inlet between the rotor (3) and diffusor inner ring (24A) an annular channel (81) which extends obliquely in the direction of flow and via which barrier means can be introduced into the main flow.
8. Diffusor according to Claim 1, characterized in that the guide plate (60 A, B, C) together with the inner and outer flow ribs (71, 70) and the associated inner (24A, B) and outer (25 diffusor rings are designed as self-supporting half-shells with a horizontal parting plane.
9. Diffusor according to Claim 8, characterized in that the half-shells are provided in the parting plane with radially inward-directed flanges (26).
10. Diffusor 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.
11. Diffusor according to Claim 10, characterized in that fifty flow ribs (70) are provided in the outer channel (51) and eighteen flow ribs (71) in the inner channel (50).
12. Diffusor according to Claim 1, characterized in that the radial flow ribs (70) are provided at their two ends with foot plates (14), by means of which they are embedded in annular turned recesses (15) in the diffusor outer ring (25) and in the guide plate (60C).

Images