EP0959231A1

EP0959231A1 - Axial-radial diffusor in an axial turbine

Info

Publication number: EP0959231A1
Application number: EP98810479A
Authority: EP
Inventors: Andreas Dr. Weiss; Harald Römer; Matthias Geiger
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 1999-11-24

Abstract

A flow guide plate (24) oriented towards the steam turbine exhaust (12) is integrally mounted inside the diffusor exit, on the half-shell section (22) facing the exhaust. The diffusor (1) comprises a casing with cylindrical and cuboidal sections (17, 18) enclosing a collection region for the work medium driving the turbine, an exhaust being provided in the cuboidal casing section (18) for the work medium. The diffusor contains half-shell sections (22, 23) facing towards and away from the exhaust, and a diffusor exit leads into the collection region.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft einen Axial-Radial-Diffusor einer Axialturbine, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an axial-radial diffuser of an axial turbine, according to the Preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Im Austrittsbereich von Dampfturbinen wird der Ringkanalquerschnitt der Beschaufelung in den Querschnitt des anschliessenden Auslasses für das Arbeitsmedium überführt. Häufig muss dazu das Arbeitsmedium von axialer in radiale Richtung umgelenkt werden. Dabei sollte die Ausbildung von Wirbeln möglichst verhindert werden. Zudem soll ein möglichst grosser Druckrückgewinn und in der Folge ein hoher Wirkungsgrad der Dampfturbine realisiert werden. Wesentliche Bauteile des Austrittsbereiches sind ein an die Beschaufelung anschliessender Axial-Radial-Diffusor, ein Sammelraum für das Arbeitsmedium sowie der in ein den Sammelraum umgebendes Abdampfgehäuse mündende Auslass.In the exit area of steam turbines, the ring channel cross section of the blading in the cross section of the subsequent outlet for the working medium transferred. Often, the working medium has to be changed from axial to radial Direction to be redirected. The formation of vertebrae should be possible be prevented. In addition, the greatest possible pressure recovery and in the As a result, a high efficiency of the steam turbine can be realized. Essentials Components of the outlet area are connected to the blading Axial-radial diffuser, a collecting space for the working medium as well as the one in one exhaust outlet surrounding the collecting space.

Aus der DE 30 42 858 A1 ist eine Gasturbine mit einem stromab an die letzte Laufreihe anschliessenden Diffusor bekannt, welcher die Rauchgase nach ihrer Entspannung in der Beschaufelung der Gasturbine in Umfangsrichtung in einen weiter stromab angeordneten, quaderförmigen Sammelraum leitet. Letzterer ist mit einem Abgas-Auslass verbunden. Die Rauchgase treten im wesentlichen axial aus der Gasturbine bzw. dem Diffusor aus und werden im Sammelraum in radiale Richtung umgelenkt. Um der Entstehung grösserer Wirbel beim Übergang vom Diffusor zum Sammelraum und damit letztlich einer negativen Beeinflussung der Gasturbinenleistung entgegenzuwirken, ist auf der äusseren Umfangsfläche der Diffusoraussenwand eine sich zumindest teilweise über diese Umfangsfläche erstreckende Strömungs-Leitvorrichtung angeordnet. In einer besonderen Ausführungsform ist die Strömungs-Leitvorrichtung als ein am stromabwärtigen Ende der Diffusoraussenwand, radial nach aussen vorspringender, ringförmiger, d.h. auf dem gesamten Umfang der Diffusoraussenwand angeordneter Flansch (sogenannter Stehkragen) ausgebildet.DE 30 42 858 A1 describes a gas turbine with one downstream of the last Diffuser connected series, which the smoke gases according to their Relaxation in the blading of the gas turbine in the circumferential direction in one further downstream, cuboid collecting space. The latter is connected to an exhaust outlet. The flue gases occur essentially axially out of the gas turbine or the diffuser and are turned into radial in the plenum Redirected direction. About the creation of larger eddies at the transition from Diffuser to the collecting room and ultimately a negative influence on the Counteracting gas turbine power is on the outer peripheral surface of the Diffuser outer wall an at least partially extending over this peripheral surface Flow guide device arranged. In a special embodiment is the flow director as one at the downstream end of the Diffuser outer wall, projecting radially outward, annular, i.e. on the entire circumference of the diffuser outer flange (so-called Stand-up collar).

Demgegenüber besteht das Abdampfgehäuse von Dampfturbinen zumeist aus einem oberhalb der Maschinenachse angeordneten, zylindrischen Oberteil und aus einem quaderförmigen Unterteil, welches über einen Dampf-Auslass mit einem Kondensator verbunden ist. Eine solche Dampfturbine mit einem zur Rückgewinnung von kinetischer Energie besonders geeigneten Axial-Radial-Diffusor ist beispielsweise bereits aus dem Artikel von E. Krämer et al, mit dem Titel "Nachrüstung von Niederdruck-Dampfturbinen", erschienen in ABB Technik 5/1996, S. 4-13, insbesondere Abbildungen 6 und 12 sowie der diesbezüglichen Beschreibung bekannt. Im Unterschied zum quaderförmigen Abgas-Sammelraum der Gasturbine ist im Oberteil eines solchen Abdampfgehäuses relativ wenig Freiraum für den nach oben überströmenden Dampf vorhanden. Aufgrund dessen hat jede diesen Freiraum verengende Installation von Bauteilen einen Aufstau der Strömung und damit eine Druckerhöhung des Dampfes über den Kondensatordruck zur Folge. Da jedoch am Dampf-Auslass ein geringerer Druck herrscht, kommt es bei der Anordnung eines Stehkragens zu einer erneuten Beschleunigung der Strömung, verbunden mit negativen Auswirkungen auf die Wirbelbildung und somit auch auf die Turbinenleistung.In contrast, the steam casing of steam turbines mostly consists of a cylindrical upper part arranged above the machine axis and from a cuboid lower part, which has a steam outlet with a Capacitor is connected. Such a steam turbine with one for recovery is particularly suitable of kinetic energy axial-radial diffuser for example, already from the article by E. Krämer et al, entitled "Retrofitting of low pressure steam turbines ", published in ABB Review 5/1996, p. 4-13, especially Figures 6 and 12 and the related description known. In contrast to the cuboid exhaust gas collecting space of the gas turbine is relatively little space for in the top part of such an evaporator housing the steam flowing upwards is present. Because of this, everyone has this Free space restricting installation of components a build-up of the flow and thus an increase in pressure of the steam via the condenser pressure. However, since there is a lower pressure at the steam outlet, it happens with the Arrangement of a standing collar to accelerate the flow again, combined with negative effects on the vortex formation and thus on the turbine power.

Mit der US 3120374 ist eine Turbomaschine mit einem torusförmigen, von einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Auslassgehäuse umgebenen Sammelraum, jedoch ohne Diffusorübergang von der Beschaufelung zum Sammelraum bekannt. Im Gegensatz zu einer Niederdruck-Dampfturbine erfolgt die Abströmung daher annähernd axial. Das Innengehäuse der Turbomaschine weist eine radial auslaufende Lippe auf Stromab, d.h. beabstandet von der Lippe, ist auf dem Innengehäuse der Dampfturbine ein radial ausgerichteter, umlaufender Stehkragen angeordnet, welcher das Auslassgehäuse in zwei miteinander verbundene Kammern mit unterschiedlichen Strömungs- und Druckverhältnissen teilt. Anstatt eines grossen Wirbeis entstehen dadurch letztlich zwei kleine Wirbel, welche jedoch trotz insgesamt geringerer Intensität die Nachteile des grossen Wirbeis beibehalten. Alternativ zur Hauptlösung ist der Stehkragen aus Kostengründen nur über 180° des lnnengehäuseumfangs der Dampfturbine ausgebildet und auf der Austrittseite des Auslassgehäuses angeordnet. Im Vergleich zum umlaufenden Stehkragen (360°) wird dieser Lösung jedoch ein geringerer Effekt zugeschrieben.With US 3120374 is a turbo machine with a toroidal, one essentially rotationally symmetrical outlet housing, but without a diffuser transition from the blading to the collecting room known. In contrast to a low pressure steam turbine, the outflow takes place therefore approximately axial. The inner casing of the turbomachine has one radially tapering lip on the downstream, i.e. spaced from the lip, is on the inner casing of the steam turbine has a radially aligned, all-round standing collar arranged, which connects the outlet housing in two Divides chambers with different flow and pressure conditions. Instead of A large vertebra ultimately creates two small vertebrae, which however maintain the disadvantages of the large vertebra despite the lower intensity overall. The stand-up collar is only an alternative to the main solution for cost reasons trained over 180 ° of the inner circumference of the steam turbine and on the Outlet side of the outlet housing arranged. Compared to the rotating one Stand-up collar (360 °) is said to have a lower effect on this solution.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Erfindung versucht alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, den Axial-Radial-Diffusor einer Axialturbine so auszubilden, dass die Strömungsführung im Austrittsbereich des Arbeitsmediums verbessert, der Druckrückgewinn und damit auch der Wirkungsgrad der Axialturbine erhöht werden.The invention tries to avoid all these disadvantages. It is based on the task to design the axial-radial diffuser of an axial turbine in such a way that the flow guidance improved pressure recovery in the outlet area of the working medium and thus the efficiency of the axial turbine can be increased.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einer Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, auf der dem Auslass zugewandten Halbschale des Axial-Radial-Diffusors eine Strömungs-Leitvorrichtung angeordnet ist. Die Strömungs-Leitvorrichtung ist bündig zum Diffusoraustritt ausgebildet und zum Auslass ausgerichtet.According to the invention, this is achieved in that with a device according to the preamble of claim 1, on the half-shell facing the outlet of the axial-radial diffuser, a flow guide device is arranged. The Flow guide device is flush with the diffuser outlet and to Outlet aligned.

Die zylindernahe Strömung trägt einen grossen Anteil zu den kinetischen Austrittsverlusten bei. Sie ist durch grosse Radial- und Tangentialkomponenten gekennzeichnet, welche durch einen Axialdiffusor nicht oder nur zu einem geringen Teil verzögert werden können. Die erfindungsgemässe Strömungs-Leitvorrichtung ist quer zur Haupt-Strömungsrichtung des Arbeitsmediums durch die Axialturbine ausgerichtet. Sie führt die zylindernahe Strömung radial und tangential nach aussen und verzögert diese Anteile durch den Radiuszuwachs. Insbesondere verhindert sie die Mischung dieser zylindernahen, hoch energetischen Strömung mit dem sich um das Innengehäuse der Axialturbine herumschlingenden Wirbel. Dies hat sowohl eine homogenere Druckverteilung in der dem Auslass zugewandten Halbschale des Axial-Radial-Diffusors als auch als auch einen tieferen Druck am Diffusoraustritt zur Folge. Der tiefere Druck im Axial-Radial-Diffusor erzeugt eine regelrechte Absaugung des Arbeitsmediums in Richtung des Auslasses. Zudem kann ein Aufstau der Strömung im zylindrischen Gehäuseteil vermindert werden, weil in diesem Bereich keinerlei strömungsführende Einbauten vorhanden sind. Letztlich wird durch die Strömungs-Leitvorrichtung der Druckrückgewinn und damit auch der Wirkungsgrad der Axialturbine erhöht.The flow close to the cylinder contributes a large part to the kinetic outlet losses at. It is characterized by large radial and tangential components, which is not or only to a small extent by an axial diffuser Part can be delayed. The flow guide device according to the invention is transverse to the main flow direction of the working medium through the axial turbine aligned. It directs the flow close to the cylinder radially and tangentially to the outside and delays these parts by increasing the radius. In particular prevented the mixture of this high-energy flow close to the cylinder the vortex looping around the inner casing of the axial turbine. This has both a more homogeneous pressure distribution in the one facing the outlet Half-shell of the axial-radial diffuser as well as a lower pressure on Diffuser outlet results. The lower pressure in the axial-radial diffuser creates one normal suction of the working medium in the direction of the outlet. In addition the build-up of flow in the cylindrical housing part can be reduced, because there are no flow-carrying fittings in this area. Ultimately, through the flow guide device, the pressure recovery and thus the efficiency of the axial turbine is also increased.

Bei einer Axialturbine mit einem Unterflur-Auslass wird die Strömungs-Leitvorrichtung unterhalb einer Trennebene des das Arbeitsmedium der Axialturbine aufnehmenden Gehäuses angeordnet, während sie bei einem seitlich positionierten Auslass in der Trennebene des Gehäuses ausgebildet ist.In the case of an axial turbine with an underfloor outlet, the flow guide device below a parting plane of the receiving the working medium of the axial turbine Housing arranged while at a side-positioned outlet is formed in the parting plane of the housing.

Es ist besonders zweckmässig, wenn die Strömungs-Leitvorrichtung eine im wesentlichen dem Aussendurchmesser des Diffusoraustrittes entsprechende Breite besitzt. Eine unterhalb der Trennebene des Gehäuses angeordnete Strömungs-Leitvorrichtung weist zudem bei einem Winkel α von etwa 45° zur Trennebene sowie bei einem Winkel β von 135° zur Trennebene jeweils eine maximale, radiale Ausdehnung auf. Dagegen besitzt eine in der Trennebene des Gehäuses angeordnete Strömungs-Leitvorrichtung jeweils eine maximale, radiale Ausdehnung bei einem Winkel χ von etwa + 45° zur Trennebene sowie bei einem Winkel δ von - 45° zur Trennebene. Neben konstruktiven Vorteilen erlaubt eine solche Lösung auch eine vereinfachte Montage.It is particularly useful if the flow guiding device is essentially one width corresponding to the outer diameter of the diffuser outlet owns. A flow guiding device arranged below the parting plane of the housing also points at an angle α of about 45 ° to the parting plane as well a maximum radial at an angle β of 135 ° to the parting plane Extension to. In contrast, has one arranged in the parting plane of the housing Flow guide device each a maximum, radial expansion an angle χ of approximately + 45 ° to the parting plane and at an angle δ of - 45 ° to the parting plane. In addition to constructive advantages, such a solution allows also a simplified assembly.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die maximale, radiale Ausdehnung der Strömungs-Leitvorrichtung etwa 75 bis 100 % des Spitzendurchmessers einer stromauf des Axial-Radial-Diffusors angeordneten Endschaufel der Axialturbine beträgt. Damit kann die Energie der sich beim Übergang vom Diffusor zum Sammelraum ausbildenden, störenden Wirbelströmung auf etwa 66 % bis 75 % reduziert werden, was gleichbedeutend mit einem erhöhten Druckrückgewinn bzw. mit einem verbesserten Wirkungsgrad der Axialturbine ist. It is also advantageous if the maximum radial extent of the flow guide device about 75 to 100% of the tip diameter of an upstream of the Axial-radial diffuser arranged end blade of the axial turbine is. In order to can the energy of the transition from the diffuser to the collecting space, disturbing vortex flow can be reduced to about 66% to 75% what synonymous with an increased pressure recovery or with an improved Efficiency of the axial turbine is.

Ebenso kann die Strömungs-Leitvorrichtung auch halbringförmig ausgebildet sein und sich über etwa 180° des Diffusoraustrittes erstrecken. Diese Alternativlösung weist fertigungstechnische und insbesondere strömungsmechanische Vorteile auf, so dass mit ihr eine verbesserte Strömungsführung erreicht werden kann.Likewise, the flow guide device can also be designed in the form of a semi-ring and extend over approximately 180 ° of the diffuser outlet. This alternative solution has advantages in terms of production technology and in particular fluid mechanics, so that an improved flow guidance can be achieved with it.

Besonders vorteilhaft sind die Axialturbine als Dampfturbine und der Sammelraum für das Arbeitsmedium als Abdampf-Sammelraum der Dampfturbine ausgebildet.The axial turbine as a steam turbine and the collecting space are particularly advantageous designed for the working medium as an exhaust steam collecting space of the steam turbine.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch und vereinfacht dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: einen Axialschnitt durch eine Niederdruck-Dampfturbine des Standes der Technik;
Fig. 2: einen Teillängsschnitt der Dampfturbine, mit Darstellung der letzten Laufschaufelreihe und des erfindungsgemäss ausgebildeten Axial-Radial-Diffusors;
Fig. 3: einen Teilquerschnitt durch die Dampfturbine, entlang der Linie III-III in Fig. 2;
Fig. 4: eine Darstellung entsprechend Fig. 3, jedoch in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5: eine Darstellung entsprechend Fig. 3, jedoch in einem dritten Ausführungsbeispiel.

In the drawing, several embodiments of the invention are shown schematically and in a simplified manner. Show it:

Fig. 1: an axial section through a low-pressure steam turbine of the prior art;
Fig. 2: a partial longitudinal section of the steam turbine, showing the last row of blades and the axial-radial diffuser designed according to the invention;
Fig. 3: a partial cross section through the steam turbine, along the line III-III in Fig. 2;
Fig. 4: a representation corresponding to Figure 3, but in a second embodiment.
Fig. 5: a representation corresponding to FIG. 3, but in a third embodiment.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise die der Dampfturbine vor-bzw. nachgelagerten Bauteile. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ist mit Pfeilen bezeichnet. Only the elements essential for understanding the invention are shown. The system does not show, for example, that of the steam turbine upstream or downstream. downstream components. The direction of flow of the working fluid is with Arrows.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

In der Figur 1 ist eine mit einem Axial-Radial-Diffusor 1 ausgestattete, als Dampfturbine ausgebildeten Axialturbine 2 des Standes der Technik dargestellt. Dabei sind nur die für das Verständnis der Wirkungsweise wesentlichen Elemente mit Bezugszeichen versehen. Die Hauptkomponenten der Dampfturbine 2 sind ein Aussengehäuse 3, ein Innengehäuse 4 und ein Läufer 5. Das Aussengehäuse 3 besteht aus mehreren, nicht näher bezeichneten Teilen, die in der Regel erst am Errichtungsort der Dampfturbine 2 miteinander verschraubt bzw. verschweisst werden. Das Innengehäuse 4 weist ein Zuströmgehäuse 6 und mehrere nachgeschaltete Leitschaufelträger 7 auf, die mit Leitschaufeln 8 bestückt sind. Aussengehäuse 3, Innengehäuse 4 und Leitschaufelträger 7 sind horizontal geteilt und an nicht dargestellten Trennflanschen miteinander verschraubt. In der Ebene dieser Trennflansche ist das Innengehäuse 4 mittels Tragarmen im Aussengehäuse 3 abgestützt.FIG. 1 shows a steam turbine equipped with an axial-radial diffuser 1 trained axial turbine 2 of the prior art. Here are only the essential elements for understanding the mode of operation Provide reference numerals. The main components of the steam turbine 2 are one Outer housing 3, an inner housing 4 and a rotor 5. The outer housing 3 consists of several, unspecified parts, which are usually only on Place of installation of the steam turbine 2 screwed or welded together become. The inner housing 4 has an inflow housing 6 and several downstream Guide vane carrier 7, which are equipped with guide vanes 8. Outer housing 3, inner housing 4 and guide vane carrier 7 are horizontally divided and on Separating flanges, not shown, screwed together. In the plane of this Separating flanges are the inner housing 4 by means of support arms in the outer housing 3 supported.

Der mit einer Vielzahl von Laufschaufeln 9 bestückte Läufer 5 ist aus Wellenscheiben und Wellenenden mit integrierten Kupplungsflanschen zusammengeschweisst. Er ist mittels nicht dargestellter Gleitlager in Lagergehäusen abgestützt.The rotor 5, which is equipped with a large number of rotor blades 9, is made of wave washers and shaft ends welded together with integrated coupling flanges. It is supported in the bearing housing by means of plain bearings, not shown.

Der Weg des als Arbeitsmedium 10 eingesetzten Dampfes führt von einer Zudampfleitung über eine Dampfdurchführung im Aussengehäuse 3 in das Innengehäuse 4. Das Zuströmgehäuse 6 sorgt dafür, dass der Dampf 10 gut geführt zu den beiden Fluten der Beschaufelung gelangt. Nach Abgabe der Energie an den Läufer 5 gelangt der Dampf 10 über den ringförmigen Axial-Radial-Diffusor 1 in einen als Abdampf-Sammelraum ausgebildeten Sammelraum 11 des Aussengehäuses 3, bevor er über einen Auslass 12 zu einem nicht dargestellten Kondensator abströmt. Axial durchströmte Wellendichtungen 13 an der Läuferdurchführung im Aussengehäuse 3 verhindern das Eintreten von Umgebungsluft in den Abdampf 10. The path of the steam used as working medium 10 leads from an additional steam line via a steam duct in the outer housing 3 into the inner housing 4. The inflow housing 6 ensures that the steam 10 is well guided the two floods of blading. After delivering the energy to the Runner 5 passes the steam 10 through the ring-shaped axial-radial diffuser 1 in a collecting space 11 of the outer housing designed as an exhaust steam collecting space 3 before passing through an outlet 12 to a condenser, not shown flows out. Axial flow through shaft seals 13 on the rotor bushing in the outer housing 3 prevent the entry of ambient air into the Steam 10.

Die Figur 2 zeigt einen Teillängsschnitt durch die Dampfturbine 1, wobei insbesondere die letzte Reihe der Laufschaufeln 9, der an diese anschliessende Axial-Radial-Diffusor 1 und ein den Abdampf-Sammelraum 11 umschliessendes, als Abdampfgehäuse ausgebildetes Gehäuse 14 dargestellt sind. Der Axial-Radial-Diffusor 1 besitzt einen Diffusoreintritt 15 und einen in den Abdampf-Sammelraum 11 einmündenden Diffusoraustritt 16. Das Abdampfgehäuse 14 besteht aus einem zylindrischen sowie aus einem quaderförmigen Gehäuseteil 17, 18. Dabei ist das zylindrische Gehäuseteil 17 als Oberteil und das quaderförmige Gehäuseteil 18 als Unterteil des Abdampfgehäuses 14 ausgeformt. Beide Gehäuseteile 17, 18, sind in einer Trennebene 19 miteinander verbunden (Fig. 3). Sowohl das zylindrische als auch das quaderförmige Gehäuseteil 17, 18 werden in Strömungsrichtung des Dampfes 10 von einer Prallwand 20 abgeschlossen. Das Abdampfgehäuse 14 ist mit einem Kondensator 21 verbunden und besitzt dazu an seinem quaderförmigen Gehäuseteil 18 den bereits beschriebenen Auslass 12 für den Abdampf 10. Der Axial-Radial-Diffusor 1 verfügt über eine dem Auslass 12 zugewandte und eine von diesem abgewandte Halbschale 22, 23. Auf der dem Auslass 12 zugewandten Halbschale 22 ist eine als Latz ausgebildete StrömungsLeitvorrichtung 24 befestigt. Letztere ist bündig zum Diffusoraustritt 16 sowie quer zur Haupt-Strömungsrichtung des Dampfes 10 durch die Axialturbine 2 angeordnet und zum Auslass 12 ausgerichtet.FIG. 2 shows a partial longitudinal section through the steam turbine 1, in particular the last row of blades 9, the axial-radial diffuser adjoining them 1 and a surrounding the evaporation collecting space 11, as an evaporation housing formed housing 14 are shown. The axial-radial diffuser 1 has a diffuser inlet 15 and one in the exhaust steam collecting space 11 opening diffuser outlet 16. The evaporation housing 14 consists of a cylindrical and from a cuboid housing part 17, 18. This is cylindrical housing part 17 as the upper part and the cuboid housing part 18 formed as the lower part of the evaporator housing 14. Both housing parts 17, 18, are connected to one another in a parting plane 19 (FIG. 3). Both the cylindrical and the cuboid housing part 17, 18 are in the direction of flow the steam 10 is closed by a baffle 20. The evaporator housing 14 is connected to a capacitor 21 and has on it cuboid housing part 18, the already described outlet 12 for the Exhaust steam 10. The axial-radial diffuser 1 has an outlet 12 facing and a half-shell 22, 23 facing away from it. On the outlet 12 facing half-shell 22 is a flow control device designed as a bib 24 attached. The latter is flush with the diffuser outlet 16 and across to the main flow direction of the steam 10 through the axial turbine 2 and aligned with outlet 12.

Der Latz 24 weist eine Breite 25 auf, welche im wesentlichen einem Aussendurchmesser 26 des Diffusoraustrittes 16 entspricht. Er besitzt bei einem Winkel α von etwa 45° zur Trennebene 19 des Abdampfgehäuses 14 sowie bei einem Winkel β von etwa 135° zur Trennebene 19 jeweils eine maximale, radiale Ausdehnung 27.The bib 24 has a width 25 which essentially has an outside diameter 26 of the diffuser outlet 16 corresponds. It has an angle α of about 45 ° to the parting plane 19 of the evaporator housing 14 and at an angle β a maximum radial extension 27 of approximately 135 ° to the parting plane 19.

Die in Figur 2 dargestellten, der letzten Schaufelreihe der Dampfturbine 2 zugehörigen Laufschaufeln 9 werden auch als Endschaufeln bezeichnet. Die Endschaufeln 9, als die längsten Schaufeln der Dampfturbine 2, sind mit einem Spitzendurchmesser 28 versehen, welcher in einem besonderen Verhältnis zur radialen Erstreckung des Latzes 24 steht. So beträgt dessen maximale, radiale Ausdehnung 27 etwa 75 bis 100 % des Spitzendurchmessers 28 der Endschaufeln 9. Zudem ist der Latz 24 mit einer dem Auslass 12 zugewandten, abgeflachten Abströmseite 29 ausgestattet.The shown in Figure 2, belonging to the last blade row of the steam turbine 2 Blades 9 are also referred to as end blades. The end blades 9, as the longest blades of the steam turbine 2, are with a tip diameter 28 provided, which has a special relationship to the radial Extension of the bib 24 stands. So its maximum radial expansion is 27 about 75 to 100% of the tip diameter 28 of the end blades 9. In addition is the bib 24 with a flattened outflow side facing the outlet 12 29 equipped.

Beim Betrieb der Dampfturbine 2 strömt der die Beschaufelung verlassende Abdampf 10 zunächst durch den Axial-Radial-Diffusor 1 in den Abdampf-Sammelraum 11 und wird in radiale Richtung umgeleitet. Aufgrund des erfindungsgemäss ausgebildeten und angeordneten Latzes 24 erfolgt dabei eine Trennung des Abdampfes 10 in eine energiereiche Hauptströmung 30 prallwandseitig des Latzes 24 und in eine sich auf der der Prallwand 20 abgewandten Seite des Latzes 24 ausbildende Wirbelströmung 31. Die Hauptströmung 30 überstreicht den Latz 24 in Richtung des Auslasses 12 und wird über diesen direkt und separat von der Wirbelströmung 31 in den Kondensator 21 geführt. Dabei werden die Geschwindigkeitskomponenten der Hauptströmung 30 durch den grösser werdenden Radius in radialer und in Umfangsrichtung deutlich verzögert Demgegenüber wird die Wirbelströmung 31 unterhalb der Trennebene 19 durch den Latz 24 von der Hauptströmung 30 weitgehend abgeschirmt, so dass Interaktionen deutlich reduziert werden. Die Hauptströmung 30 ist daher nicht mehr in der Lage, die Wirbelströmung 31 weiter anzutreiben, so dass letztere nicht verstärkt wird. Dadurch kommt es zu einer homogeneren Druckverteilung im Abdampfgehäuse 14 und zu einem tieferen Druck am Diffusoraustritt 16, was letztlich den Druckrückgewinn und damit auch den Wirkungsgrad der Dampfturbine 2 erhöht.When the steam turbine 2 is operating, the exhaust steam leaving the blades flows 10 first through the axial-radial diffuser 1 into the exhaust steam collecting space 11 and is redirected in the radial direction. Due to the inventive trained and arranged bib 24 there is a separation of the exhaust steam 10 into a high-energy main flow 30 on the baffle side of the bib 24 and into a side of the bib 24 facing away from the baffle 20 forming vortex flow 31. The main flow 30 sweeps over the bib 24 in the direction of the outlet 12 and is directly and separately from the Vortex flow 31 led into the condenser 21. The speed components the main flow 30 through the increasing radius In contrast, in the radial and in the circumferential direction is significantly delayed the vortex flow 31 below the parting plane 19 through the bib 24 from the Main flow 30 largely shielded, so that interactions are significantly reduced become. The main flow 30 is therefore no longer able to handle the vortex flow 31 continue to drive, so that the latter is not reinforced. Thereby there is a more homogeneous pressure distribution in the evaporation housing 14 and a lower pressure at the diffuser outlet 16, which ultimately results in pressure recovery and thus also increases the efficiency of the steam turbine 2.

Gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der ist der Latz 24 halbringförmig ausgebildet und erstreckt sich über etwa 180° des Diffusoraustrittes 16 (Fig. 4). Ein derart ausgeformter Latz 24 kann besonders kostengünstig gefertigt werden. Seine Funktion entspricht im wesentlichen der des im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Latzes 24. Mit einem solchen halbringförmigen Latz 24 kann bei bestimmten Auslegungsvarianten jedoch eine verbesserte Wirkung erzielt werden.According to a second embodiment of the bib 24 is semi-ring-shaped formed and extends over about 180 ° of the diffuser outlet 16 (Fig. 4). A bib 24 shaped in this way can be manufactured particularly inexpensively. Its function corresponds essentially to that of the first embodiment bib 24 described with such a semi-annular bib 24 can certain design variants, however, an improved effect can be achieved.

In einem dritten Ausführungsbeispiel ist der Kondensator 21 nicht unterhalb des Abdampfgehäuses 14 sondern neben diesem angeordnet (Fig. 5). In diesem Fall befindet sich der Auslass 12 für das Arbeitsmedium 10 seitlich am quaderförmigen Gehäuseteil 18 des Abdampfgehäuses 14. Der Latz 24 ist entsprechend ausgebildet, d.h. erweist bei einem Winkel χ von etwa + 45° zur Trennebene 19 des Gehäuses 14 sowie bei einem Winkel δ von - 45° zur Trennebene 19 jeweils eine maximale, radiale Ausdehnung 27 auf.In a third embodiment, the capacitor 21 is not below the Evaporating housing 14 but arranged next to it (Fig. 5). In this case is the outlet 12 for the working medium 10 laterally on the cuboid Housing part 18 of the evaporation housing 14. The bib 24 is designed accordingly, i.e. proves at an angle χ of approximately + 45 ° to the parting plane 19 of the housing 14 and at an angle δ of - 45 ° to the parting plane 19 each maximum radial expansion 27.

Natürlich kann ebenso der Axial-Radial-Diffusor einer Gasturbine mit einer geeigneten Strömungs-Leitvorrichtung versehen werden, so dass auch deren Abgase weitgehend verlustfrei abgeführt werden können.Of course, the axial-radial diffuser of a gas turbine can also be used with a suitable one Flow guide device are provided so that their exhaust gases can be dissipated largely without loss.

BezugszeichenlisteReference list

11: Axial-Radial-DiffusorAxial-radial diffuser
22nd: Axialturbine, DampfturbineAxial turbine, steam turbine
33rd: AussengehäuseOuter housing
44th: InnengehäuseInner casing
55: Läuferrunner
66: ZuströmgehäuseInflow housing
77: LeitschaufelträgerGuide vane carrier
88th: Leitschaufelvane
99: Laufschaufel, EndschaufelBlade, end blade
1010th: Arbeitsmedium, Dampf, AbdampfWorking medium, steam, exhaust steam
1111: Sammelraum, Abdampf-SammelraumCollection room, exhaust steam collection room
1212th: AuslassOutlet
1313: WellendichtungShaft seal
1414: Gehäuse, AbdampfgehäuseHousing, evaporator housing
1515: DiffusoreintrittDiffuser inlet
1616: DiffusoraustrittDiffuser outlet
1717th: zylindrisches Gehäuseteilcylindrical housing part
1818th: quaderförmiges Gehäuseteilcuboid housing part
1919th: Trennebene Dividing plane
2020th: PrallwandBaffle
2121: Kondensatorcapacitor
2222: Halbschale, dem Auslass 12 zugewandteHalf-shell facing the outlet 12
2323: Halbschale, vom Auslass 12 abgewandteHalf-shell, facing away from outlet 12
2424th: Strömungs-Leitvorrichtung, LatzFlow control device, bib
2525th: Breite, von 24Width, from 24
2626: Aussendurchmesser, von 16Outside diameter, from 16
2727: maximale, radiale Ausdehnungmaximum radial expansion
2828: SpitzendurchmesserTip diameter
2929: AbströmseiteOutflow side
3030th: HauptströmungMainstream
3131: WirbelströmungVortex flow

Claims

Axial-Radial-Diffusor einer Axialturbine mit einem aus einem zylindrischen sowie aus einem quaderförmigen Gehäuseteil (17, 18) bestehenden, einen an den Axial-Radial-Diffusor (1) stromab anschliessenden Sammelraum (11) für ein Arbeitsmedium (10) der Axialturbine (2) umgebenden Gehäuse (14) und mit einem am quaderförmigen Gehäuseteil (18) angreifenden Auslass (12) für das Arbeitsmedium (10), wobei der Axial-Radial-Diffusor (1) eine dem Auslass (12) zugewandte und eine vom Auslass (12) abgewandte Halbschale (22, 23) sowie einen in den Sammelraum (11) einmündenden Diffusoraustritt (16) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Auslass (12) zugewandten Halbschale (22) des Axial-Radial-Diffusors (1), bündig zum Diffusoraustritt (16) eine Strömungs-Leitvorrichtung (24) angeordnet und letztere zum Auslass (12) ausgerichtet ist.Axial-radial diffuser of an axial turbine with a cylindrical one and consisting of a cuboid housing part (17, 18), one to the axial-radial diffuser (1) downstream of the collecting space (11) for a working medium (10) surrounding the axial turbine (2) housing (14) and with an outlet engaging on the rectangular housing part (18) (12) for the working medium (10), the axial-radial diffuser (1) being a facing the outlet (12) and one facing away from the outlet (12) Half-shell (22, 23) and one opening into the collecting space (11) Diffuser outlet (16), characterized in that on the Outlet (12) facing half-shell (22) of the axial-radial diffuser (1), A flow guide device (24) is arranged flush with the diffuser outlet (16) and the latter is aligned with the outlet (12).

Axial-Radial-Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungs-Leitvorrichtung (24) unterhalb einer Trennebene (19) des Gehäuses (14) angeordnet ist.Axial-radial diffuser according to claim 1, characterized in that the Flow guide device (24) below a parting plane (19) of the housing (14) is arranged.

Axial-Radial-Diffusor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungs-Leitvorrichtung (24) eine Breite (25) aufweist, welche im wesentlichen einem Aussendurchmesser (26) des Diffusoraustrittes (16) entspricht, und dass die Strömungs-Leitvorrichtung (24) bei einem Winkel α von etwa 45° zur Trennebene (19) des Gehäuses (14) sowie bei einem Winkel β von 135° zur Trennebene (19) jeweils eine maximale, radiale Ausdehnung (27) aufweist.Axial-radial diffuser according to claim 2, characterized in that the Flow guide device (24) has a width (25), which is essentially corresponds to an outer diameter (26) of the diffuser outlet (16), and that the flow guide device (24) at an angle α of about 45 ° to the parting plane (19) of the housing (14) and at one Angle β of 135 ° to the parting plane (19) each have a maximum radial extent (27).

Axial-Radial-Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungs-Leitvorrichtung (24) in der Trennebene (19) des Gehäuses (14) angeordnet ist. Axial-radial diffuser according to claim 1, characterized in that the Flow guiding device (24) in the parting plane (19) of the housing (14) is arranged.

Axial-Radial-Diffusor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungs-Leitvorrichtung (24) eine Breite (25) aufweist, welche im wesentlichen einem Aussendurchmesser (26) des Diffusoraustrittes (16) entspricht, und dass die Strömungs-Leitvorrichtung (24) bei einem Winkel χ von etwa + 45° zur Trennebene (19) des Gehäuses (14) sowie bei einem Winkel δ von - 45° zur Trennebene (19) jeweils eine maximale, radiale Ausdehnung (27) aufweist.Axial-radial diffuser according to claim 4, characterized in that the Flow guide device (24) has a width (25), which is essentially corresponds to an outer diameter (26) of the diffuser outlet (16), and that the flow guide device (24) at an angle χ of about + 45 ° to the parting plane (19) of the housing (14) and at one Angle δ of - 45 ° to the parting plane (19) each a maximum, radial Extension (27).

Axial-Radial-Diffusor nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialturbine (2) eine stromauf des Axial-Radial-Diffusors (1) angeordnete Reihe von Endschaufeln (9) mit einem Spitzendurchmesser (28) besitzt und die maximale, radiale Ausdehnung (27) der Strömungs-Leitvorrichtung (24) etwa 75 bis 100 % dieses Spitzendurchmessers (28) beträgt.Axial-radial diffuser according to claim 3 or 5, characterized in that the axial turbine (2) is arranged upstream of the axial-radial diffuser (1) Row of end blades (9) with a tip diameter (28) has and the maximum radial extent (27) of the flow guide (24) is approximately 75 to 100% of this tip diameter (28).

Axial-Radial-Diffusor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungs-Leitvorrichtung (24) mit einer dem Auslass (12) zugewandten, abgeflachten Abströmseite (29) ausgestattet ist.Axial-radial diffuser according to claim 6, characterized in that the Flow guiding device (24) with an outlet (12) facing flattened outflow side (29) is equipped.

Axial-Radial-Diffusor nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungs-Leitvorrichtung (24) halbringförmig ausgebildet ist und sich über etwa 180° des Diffusoraustrittes (16) erstreckt.Axial-radial diffuser according to claim 2 or 4, characterized in that the flow guiding device (24) is semi-ring-shaped and extends over approximately 180 ° of the diffuser outlet (16).

Axial-Radial-Diffusor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialturbine (2) als Dampfturbine und der Sammelraum (11) als Abdampf-Sammelraum der Dampfturbine ausgebildet sind.Axial-radial diffuser according to one or more of the preceding claims, characterized in that the axial turbine (2) as a steam turbine and the collecting space (11) is designed as an exhaust steam collecting space of the steam turbine are.