JPH0842306A - ターボ機械のためのディフューザ - Google Patents

ターボ機械のためのディフューザ

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JPH0842306A
JPH0842306A JP7162598A JP16259895A JPH0842306A JP H0842306 A JPH0842306 A JP H0842306A JP 7162598 A JP7162598 A JP 7162598A JP 16259895 A JP16259895 A JP 16259895A JP H0842306 A JPH0842306 A JP H0842306A
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diffuser
flow
ribs
rib
passage
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JP7162598A
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Franz Kreitmeier
クライトマイアー フランツ
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ABB Management AG
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ABB Management AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/30—Exhaust heads, chambers, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved

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

Abstract

(57)【要約】 【構成】 アキシャル／ラジアルディフューザを有する
軸流蒸気タービンのためのディフューザにおいては、デ
ィフューザ入口の屈曲角度（αN、αZ）はターボ機械の
ボスにおいても、シリンダにおいてももっぱら最後の羽
根列（７Ａ）の出口における通路高さに亘ってトータル
圧力プロフィールを均等化する目的で規定されている。
ディフューは入口から出口まで半径方向外方へ湾曲され
た案内薄板（６０）によって内側通路（５０）と外側通
路（５１）とに分割されている。ディフューザの遅延ゾ
ーン内では外側の通路（５１）には半径方向で作業媒体
の流過するフローリブ（７０）が配置されかつ内側通路
（５０）にはダイヤゴナル方向で作業媒体の流過するフ
ローリブ（７１）が配置されている。これらは旋回流を
含んだ流れから旋回流を除去する手段である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明、軸流ターボ機械のための
ディフューザであって、 ―ディフューザ入口の屈曲角（αN、αZ）がターボ機械
のボスにおいてもシリンダにおいても、もっぱら最後の
回転羽根列（７Ａ）の出口における通路高さに亘って、
トータル圧力プロフィールを均等化するために規定され
ており、 ―ディフューザ（５０、５１）の遅延ゾーンの内部にフ
ローリブ（７０、７１）の形をした、旋回流を含んだ流
れの旋回流を除くための手段が設けられており、 ―流れを案内する少なくとも１つの案内薄板（６０）が
ディフューザを分割している形式のものに関する。
【０００２】
【従来技術】前記形式のターボ機械のためのディフュー
ザは、ＥＰ−Ｂ２６５６３３号明細書によって公知であ
る。できるだけ良好な圧力回復と旋回流のないディフュ
ーザ流出に対する要求が全荷及び部分負荷に際して充た
されるように、ディフューザ内部には整流するカスケー
ドが設けられている。このカスケードは作業媒体の流過
する通路の全高さに亘って延びている。旋回流を除去す
るためのこの手段は、周方向に均一に配置された円筒形
のフローリブである。このフローリブは厚い直線的なプ
ロフィールを有し、このプロフィールは流動機械分野の
認識に応じて設計されかつ斜めに当たる流れに対してで
きるだけ影響を受けないものでなければならない。この
リブの、作業媒体流の当たる前縁は、リブの圧力域によ
って惹起される、最後の羽根列の励起を回避するため
に、最後の回転羽根列の出口縁の後ろに比較的に離れて
位置している。この間隔はリブの前縁が一平面内に位置
し、この平面において有利には３であるディフューザ面
比が得られるように選択されなければならない。翼配列
とフローリブとの間の前記第１のディフューザゾーンは
これによってトータルとしての回転対称に基づき、妨げ
られずに保たれることを目的としている。リブと翼配列
との間に干渉効果が期待されないという事実は、既に比
較的に低い速度レベルが支配している平面ではじめてリ
ブが有効になるということに帰因する。
【０００３】タービンの、通常の高負荷される翼配列に
おいてはその開放角は良好なディフューザの開放角を大
きく上回っているので、公知のディフューザは流れを助
成するために、流れを案内する案内リングによって半径
方向で複数の部分ディフューザに分割されている。これ
らの案内リングは翼配列の出口のすぐ近くにおける平面
から拡散比３が達成される平面まで達している。すなわ
ち第１のディフューザゾーン全体に亘って延びている。
振動上の理由からこの案内リングは有利には一体に構成
される。これは組立上の理由から不都合な、分離面のな
い解決策をもたらす。さらに案内リングは大きな機械の
場合には直径が大きくなり、したがって搬送上の問題を
生ぜしめる。
【０００４】第２のディフューザゾーンは厚いフローリ
ングの前縁からリブの最大プロフィール厚さまで延びて
いる。この第２のゾーンにおいては、流れの旋回流の除
去を大部分、しかもほぼ遅れなしで行なうことを目的と
している。直線的なディフューザの形をした、次の第３
のディフューザゾーンにおいてはこの時点でほぼ旋回流
のない流れがさらに遅延させられる。
【０００５】これらのすべての処置によっては特に部分
負荷に際しての最大の圧力回復だけではなく、装置の構
成長さの短縮も達成される。
【０００６】通常のガスタービンにおいてはディフュー
ザにはアイドリング運転ではほぼ１．２の速度比ｃｔ／
ｃｎで流れが送られる。この場合、ｃｔは媒体の接線方
向速度で、ｃｎは軸方向速度である。この斜めの媒体流
は圧力回復Ｃｐ．における低下をもたらす。
【０００７】他の機械タイプ、例えば蒸気タービンにお
いては、容積流が４０％まで減少し、ひいてはｃｔ／ｃ
ｎ比が３までになることがある。このような機械タイプ
においては圧力回復が負にすらなるので固定のディフュ
ーザ幾何学的形状はすすめられない。これはフローリブ
の弦に対するピッチの比が０．５である場合にすら当嵌
まる。全負荷、すなわちｃｔ／ｃｎ＝Ｃａ．Ｏである場
合にはいくらか大きい圧力回復をもたらすであろう、ほ
ぼ１のピッチ／弦比を有するフローリブはこのような機
械においてはまったく使用できない。
【０００８】圧力回復における大きな低下は、前述の極
端な比で強い渦流が出口回転羽根とフローリブとの間に
形成されることに起因する。渦流はフローリブによって
制限され、該フローリブにおいて速度の接線方向成分が
散逸させられる。形成される逆流において固形粒子、も
しくは水滴が蒸気タービンにおいて連行されると、最後
の回転羽根列の羽根におけるフットエロージョンの瞬間
的な危険が生じる。
【０００９】
【発明の課題】本発明の課題は、Ｎａｕｃｅｒ−Ｓｔｏ
ｋｅ計算法を用いた３Ｄ−オプディミゼーションをベー
スとして、冒頭に述べた形式のディフューザにおいて所
定のディフューザ面比（これはディフューザの入口に対
する出口における流れ横断面比である）で、旋回流のな
い流出のもとで、物理的に最大可能な圧力回復を達成す
ることである。
【００１０】
【課題を解決する手段】本発明の課題は、 ―ディフューザが軸方向の入口と半径方向の出口とを有
し、 ―ディフューザが半径方向外方へ湾曲された案内薄板に
よって内側の通路と外側の通路とに分割されており、 ―ディフューザの外側の通路内に、半径方向で媒体が流
過するフローリブが配置されかつ内側の通路内に、ダイ
ヤゴナル方向で媒体が流過するフローリブが配置されて
いることによって達成された。
【００１１】既にＥＰ−Ａ５８１９７８号明細書によれ
ばアキシャル−ラジアルディフューザであって、屈曲角
度思想が実現されているディフューザがすでに公知であ
るが、これは当該文献の第４図に示されているようにガ
スタービンの多ゾーン型ディフューザである。この場合
には第１の単路式のディフューザゾーンは吊鐘形であ
る。２つの案内リングによって３つの部分ディフューザ
に分割されている第２のディフューザゾーンは、低い遅
延で強く変向する第３のディフューザゾーンに開口して
いる。前記の強い変向はディフューザゾーンに続く案内
リングの配置によって強く助成される。この処置は通路
高さに関連した第３ディフューザゾーンの平均曲率半径
の良好な上昇をもたらす。
【００１２】さらに半径方向に蒸気が排出される蒸気タ
ービンの軸流低圧部分においては、ディフューザ流を半
径方向外方へ湾曲した案内薄板で助成することが公知で
ある。このような−図１に示されかつあとで説明する−
機械においては、２つの案内薄板は構成的なる理由か
ら、案内薄板が異なる平面で有効であるように軸方向で
段階状に配置されている。この構成の欠点は特に、この
変向補助が局部的にしか作用せず、案内薄板を支持する
ために多くの固定ステーが必要であることである。これ
らの固定ステーはディフューザ流を著しく妨げる。さら
に情報として現時点では通常はディフューザはどのよう
なアグメンテーションも使用することなしに構成されて
いることを付言しておく。これは高い流れ損失をもたら
す。
【００１３】翼配列の出口において強く方向性の異った
流れがあり、ボスにおける対応旋回流を有し、シリンダ
における同旋回流を有しかつ半径方向外側のゾーンにお
いて著しく高い流れエネルギを有する装置から出発し
た、本発明は、できるだけ少ないトータル圧不均等性を
羽根高さに亘って得ることを目的とした屈曲角思想がア
キシャル／ラジアル変向の２通路型ディフューザにおい
てはじめて効果をもって使用されたという利点を有す
る。子午線方向の変向の間にディフューザ流を助成す
る、湾曲した、一貫した案内薄板を目的に合わせて配置
しかつ流れを整流する付加的な案内列を２つの部分通路
において、成形されたリブの形で目的に合わせて配置す
ることによって、旋回流を含んだ流れエネルギを圧力エ
ネルギに変換することが少ない損失で可能になる。フロ
ーリブは案内薄板の機械的な支持をも引き受け、これに
よって損失の多い従来のステーは回避される。
【００１４】内側と外側のフローリブと所属の内側と外
側のディフューザリングとを有する案内薄板が水平な分
離平面を有するセルフサポーティングハーフシェルとし
て構成されていると、このようにして達成された案内薄
板の機械的な完全性は、ディフューザの簡単な組立／解
体及び翼配列への接近を容易にする。
【００１５】内側の通路において翼配列の最後の回転羽
根列での干渉を効果的に回避するためには、リブピッチ
ｔに対する翼配列の出口からのリブ間隔ａの比が少なく
とも０．５であると有利である。さらにこの処置は流動
媒体の作業能の完全な活用をもたらす。
【００１６】リブピッチｔに対するリブ弦ｓの比が少な
くとも１であると、敏感なディフューザ流が剥離なし
で、旋回流を伴わない排出方向に変向されることが保証
され、かつ所望の遅延が達成される。
【００１７】リブ弦ｓに対するフローリブの最大プロフ
ィール厚さｄmaxの比が最高でも０．１５でありかつリ
ブ高さに亘ってほぼ一定であると、これによって過速
度、局部的なマッハ数問題及び種々異なる押除け作用が
減少させられる。
【００１８】さらにリブの前縁は、該前縁がフローラィ
ンと垂直に交差するようにリブ高さに亘って配向されて
いると有利である。これによってｄmax/s＝一定という
処置と共に、流れが外へ押除けられず、剥離が形成され
ないことが保証される。
【００１９】リブの骨格線の湾曲は衝撃のない流入と軸
方向の流出とに関して選択されていると有利である。こ
れは所望される高い圧力回復と部分負荷における所定敏
感性を保証する。
【００２０】ディフューザゾーンに水平な分離平面があ
る場合には偶数のリブが設けられる。この場合にはリブ
は水平平面ではなく、鉛直平面に配置される。
【００２１】さらに半径方向のフローリブが両側にフッ
トプレートを備え、このフットプレートで羽根保持体と
案内薄板とにおけるリング状の旋削部に植設されている
と合目的的である。特に有利であるのは、両方のフット
プレートが円弧状の周面にリング溝を備え、該リング溝
に旋削部の歯が係合していることである。これによって
フローリブの一義的な案内の他に、引張り力もフローリ
ブを介して案内羽根保持体に導入されるようになる。フ
ローリブが場合によって腐蝕を受けたときにはフローリ
ブは簡単に交換することができる。
【００２２】
【実施例】図１に示された、アキシャル／ラジアル排気
ディフューザを有する蒸気タービンにおいては、作用形
式を理解するのに重要な部材だけに符号が付けられてい
る。主コンポーネントは外側ケーシング１、内側ケーシ
ング２及びロータ３である。外側ケーシングは通常は設
置場所で互いにねじ結合されるかもしくは溶接される、
詳細には図示していない複数の部分から成っている。内
側ケーシングはトルソ形の流入ケーシング４と後接続さ
れた案内羽根保持体５とから成り、案内羽根保持体５に
は案内羽根６が装着されている。外側ケーシングと内側
ケーシングと案内羽根保持体は水平方向で分割され、分
離フランジ４１（図３）において互いにねじ結合されて
いる。この分離フランジの平面においては内側ケーシン
グは支持アームを介して外側ケーシング内で支えられて
いる。
【００２３】回転羽根７で装備されたロータ３は軸円板
と結合された継手フランジを有する軸端とから溶接結合
されている。ロータは図示されていない滑り軸受を介し
て軸受ケーシングに支えられている。蒸気路は蒸気供給
導管から外側ケーシング１における蒸気導通部を介して
内側ケーシング２内へ通じている。トルソは蒸気が良好
に案内されて翼配列の両方の流れに達するようにするた
めに役立つ。ロータ３にエネルギを放出したあとで、蒸
気はリング状のディフューザ１１を介して、下方へ（図
面で見て）凝縮器に流入する前に、外側ケーシング１の
排気室３０に達する。外側ケーシングにおけるロータ導
通部の、軸方向で作業媒体が流過する軸シール装置１３
は、空気が排出蒸気内へ侵入することを阻止する。この
公知の機械においてはディフューザの形に基づき、屈曲
角思想が実現されていないことが判る。ディフューザ入
口においては翼配列の開放角は強く減じられている。変
向を局部的にだけ助けるためには軸方向で階段状に配置
された２つの案内薄板が認められる。これらの案内薄板
は前述の不都合なステーを用いてディフューザ内壁と外
壁とに固定されていなければならない。
【００２４】図２と図３とにおいては機能的に同じであ
る部材は第１図と同じ符号で示されている。翼配列の
内、図示してあるのは案内羽根６Ａを有する案内羽根列
の形をした最後の段と端部羽根７Ａを有する回転羽根列
だけでる。
【００２５】流れを制限するディフューザの外壁はディ
フューザ外側リング２５とディフューザ内側リング２４
とによって形成されている。前者は図示の如く羽根保持
体３とねじ結合されている。後者は多部分から構成され
ている。翼配列にもっとも近いのは少なくともほぼ軸方
向に延びるリング部分２４Ａである。これには変向する
リング部分２４Ｂが接続されている。このリング部分２
４Ｂはさらに強く変向するリング部分２４Ｃに移行して
いる。リング部分２４Ａと２４Ｂは互いに溶接されてい
る。リング部分２４Ｂと２４Ｃとの間には軸方向の遊び
が設けられている。リング部分２４Ｃには軸シール装置
１３のケーシングが固定されている。下流側ではリング
部分２４Ｃはフランジを介して、ほぼ垂直に延びる後方
の衝突壁３１と結合されている。衝突壁自体は蒸気密に
外側ケーシング１と結合されている。
【００２６】ディフューザは変向する案内薄板６０によ
って２つの部分通路、すなわち、内側通路５０と外側通
路５１とに分割されている。製作上の理由から前記案内
薄板は同様に３部分から、すなわち、第１の部分６０
Ａ、強く変向する中央の部分６０Ｂ、鉛直に延びる部分
６０Ｃから成っている。３つの部分は全体として溶接に
よって結合されている。
【００２７】両方の部分通路５０、５１の面積比はトー
タル圧力プロフィールもしくは最後の回転羽根７Ａの後
ろの流動エネルギを考慮して規定されている。より大き
な面積比は例えば大きな運動エネルギが変換されなけれ
ばならないときに選択される。これは外側の通路の場合
である。これに相応して内側の通路においてより小さい
エネルギが変換される必要があると内側の通路のために
より小さい面が選択される。この実施例では外側通路５
０と内側通路５１とのために同じ面が、しかもディフュ
ーザ入口からディフューザ出口まで設けられている。こ
れによって案内薄板部分６０Ｂとディフューザ内側リン
グ２４Ｂ、２４Ｃとのために種々の設置角が与えられ
る。案内薄板部分６０Ａは流動媒体が該案内薄板部分６
０Ａに衝撃なしで当たるように設置されている。もちろ
ん、図示の構成とは異ってディフューザ内側リング２４
と案内薄板６０は連続的に変化する曲率をもって構成す
ることができる。
【００２８】ディフューザの所望の作用形式にとって重
要であるのは、ディフューザの両方の制限壁２４と２５
とにおける、翼配列の出口直近の屈曲角である。この翼
配列は高い負荷を受ける、大きな開放角を有するリアク
ション翼配列である。最後の回転羽根列７Ａは高いマッ
ハ数で流過される。羽根フット部における通路輪郭は円
筒形で、羽根先端部における通路輪郭は４０°までの角
度のもとで傾斜して延びている。この円錐性をディフュ
ーザにおいて継続するとすれば、流れを遅延させかつ所
望の圧力上昇を達成するためには４０°の前述の角度は
完全に不適当である。流れは壁から剥離するであろう。
純然たる構成的な考察はディフューザ角を４０°から約
７°に減ずる結果となろう。これによってディフューザ
入口の屈曲個所において生ぜしめられたフローラインの
変向、ひいてはこれに関連した有害な圧力上昇は圧力差
を減少する。すなわち、翼配列を介する蒸気作業を減少
させる。この結果、出力は小さくなる。評価されなかっ
たエネルギはディフューザ出口において局部的に過速度
をもたらし、その結果、排気ケーシングにおいて散逸す
る。
【００２９】したがってディフューザは流動技術的な観
点だけから設計される。考察は全面通路高さに亘っる、
できるだけ均一なトータル圧力プロフィールが得られる
ようになされなければならない。したがって両方の屈曲
角は翼配列とディフューザとにおける総流に基づき決定
される。
【００３０】半径方向の釣合いのための等式は、前述の
圧力上昇の大きさにとってはまずフローラインの子午線
曲率に責任のあることを教えている。したがって均一な
トータル圧力分布を達成するためには１次的に子午線曲
率に最響が及ぼされなければならない。この考察でディ
フューザ入口における内側の制限壁２４の屈曲角α
N（図２＋６）は原理的に規定される。この結果、この
場合には水平線から負の方向に、しかもほぼ１０°下降
する角αN がもたらされる。
【００３１】さらに、ディフューザの内側の制限壁を意
図的に、例えば円筒状に継続することは、典型的な排出
流不足を補償するためには適していないであることが判
る。しかしながら新しい処置では、過剰なエネルギは、
軸作業が上昇させられることで解消される。さもないと
過剰なエネルギはディフューザのあとの残留エネルギと
して散逸する。
【００３２】図６に示された実施例においては、ボスに
おける屈曲角αN の実現は、ロータ３に適当な形式で配
置されたカラー８０によって成されている。屈曲角αN
は最初に媒体流を受けるディフューザリング２４Ａの軸
方向の長さに亘って延びている。カラー端部とディフュ
ーザ内側リング２４Ａとの間には傾斜して延びるリング
通路８１が形成されている。このためにはカラーの下面
とディフューザ内側リング２Ａの前縁とは適当に形成さ
れている。この処置の利点は羽根フット部範囲における
流出が有害な横方向流効果に対して遮蔽されることであ
る。このような横方向流は公知技術に属する機械におい
ては通常はロータ側壁３２のポンプ作用、バリア蒸気並
びに外側ケーシング１の回転対称性によって排除され
る。
【００３３】同じ考察はシリンダ、すなわち外側の制限
壁における屈曲角αZに関しても成される必要がある。
もちろんこの場合には流れが羽根先端と羽根保持体２と
の間のギャップ流に基づききわめて多くのエネルギを有
していることを考慮する必要がある。さらに流れは強い
同旋回流を含んでいる。この場合には均一なエネルギ分
布はシリンダにおける屈曲角αN が羽根通路の傾斜に対
していずれの場合にも外方へ開放している場合しか達成
されない。これは例えば付加的な１０−１５°だけ行な
われる。
【００３４】結果としてはディフューザの総開放角は翼
配列の開放角よりも著しく大きいことが示されている。
しかしながらデイューザの総開放角は純構成的な考察に
相応するであろう値は決してとらない。
【００３５】これによって以後のディフューザにおいて
ディフューザの出口において均一な、旋回流のない流出
が与えられるように圧力変換が行なわれる条件が得られ
る。
【００３６】他方、全部で約６０°の開放角度を有する
ディフューザは流れを遅延させるためには適していな
い。したがって冒頭に述べた公知のディフューザにおい
ては通路は流れを案内する案内リングによって半径方向
で複数の部分ディフューザに分割されており、これらの
部分ディフューザが直線的なディフューザの公知の法則
にしたがって計設されている。
【００３７】この実施例の場合には作業媒体が流過する
通路を２つの部分ディフューザに分割する、既に既述し
た唯一の案内薄板６０が設けられている。両方の部分デ
ィフューザは吊鐘型ディフューザ（ベル型ディフュー
ザ）として構成されている。これは、前述の基準に従っ
て規定された屈曲角αZ 及びαN の下流側の子午線輪郭
のイクイバレントな開放角θが流れの剥離を回避するた
めに減少させられていることを意味する。これは最初は
より強い程度で行なわれ、次いでより弱い程度で行なわ
れる。これは吊鐘形と同じ形をもたらす。この場合、イ
クイバレントな開放角θは ｔａｎθ／２＝１
／Ｕ・ｄＡ／ｄｓ である。
【００３８】式中、Ｕは流れ横断面の局所的な周囲、ｄ
Ａは流れ横断面の局所的な変化、ｄｓは部分ディフュー
ザに沿った流路の局所的な変化である。
【００３９】本発明によればディフューザの外側の通路
５１においては半径方向で流過されるフローリブ７０が
配置され、内側の通路５０にはダイヤゴナルに流過され
るフローリブ７１が配置されている。
【００４０】図２に示されているように、内側のフロー
リブ７１はディフューザ内側リング２４Ｂと前方の案内
薄板部分６０Ａとに例えば溶接によって結合されてい
る。さらに図２には、半径方向で流過されるフローリブ
７１がどのように外側通路５１に固定されているかが示
されている。さらに引張り力の受容にも圧縮力の受容に
も適したサスペンション変化実施例が同時に示されてい
る。この場合にはフローリブの両側にはそれぞれ同じフ
ットプレート１４が設けられている。これらのフットプ
レート１４は自体公知のハンマヘッド形状又は蟻形状に
ディフューザリング２５及び案内薄板の鉛直方向に延び
る部分６０Ｃの対応する旋削部に案内されている。この
ためには内側と外側の板面はいずれも溝を備え、これら
の溝に旋削部１５における適当な寸法を有する歯が係合
している。
【００４１】このような形式でシステム案内薄板６０
Ａ、Ｂ、Ｃは内側と外側のフローリブ７１、７０と所属
の内側のディフューザリング（２４Ａ、Ｂ）と外側のデ
ィフューザリング（２５）と共にセルフサポーディング
ユニットを形成する。組み立て状の理由からこれらのユ
ニットは水平方向の分離平面を有するハーフシェルとし
て構成されている。これらのハーフシェルは分離平面に
おいて内フランジ２６(図３）を介して互いにねじで結
合されている。分離平面は機械軸の高さに位置してい
る。下方のハーフシェル（図示せず）は軸シール装置１
３のケーシングに固定されていることができる。
【００４２】この構成は翼配列への接近を容易にする。
例えば端羽根７Ａを取出すことが必要であると、これは
以下のように行なわれる。まず排気フード（外側ケーシ
ング１の１部）が軸シール装置１３の上方のケーシング
と一緒に持上げられる。そのあとで、ディフューザリン
グのフランジねじとディフューザ外側リングのねじ結合
を解除したあとでセルフサポーティングユニットの上方
のハーフシェルが全体として持上げられる。
【００４３】このようなディフューザインサートは主と
して既存の装置の後装備のために適していることが判
る。このような場合に必要なディフューザ幾何学的形状
（これは屈曲角、部分通路の面比、フローリブの幾何学
的形状である）を正確に設計するためには、最後の回転
羽根列７Ａのすぐあとの流れの前述の設定がすすめられ
る。この場合には必要なディフューザ幾何学的な形状は
逆さの設計原理によって規定される。新たに構成される
装置の場合にはディフューザインサートは保証点又は重
要な運転範囲に基づき設計することが望ましい。
【００４４】半径方向で流過されるフローリブ７０の数
はこの場合には５０個である。この偶数は図３に示され
ているように、水平方向の分離面にリブが存在しいない
という利点をもたらす。フローリブ７０の大きな個数
は、これによってわずかな半径方向の構成高さもしくは
ディフューザの構成スペース及び排気に対するわずかな
影響が達成されるためにも有利である。
【００４５】内側のフローリブ７１の数はこの場合には
１８個である。図３に示すようにこの偶数の場合にも水
平方向の分離面にはリブが存在しない。この個数並びに
リブ７０、７１の流体技術的な構成は以下の考察を根底
としている。
【００４６】まず内側のフローリブ７１の前縁７２と翼
配列の出口に対する間隔ａが、リブ数のための尺度であ
るリブピッチｔに対す比として置かれている。この比の
値が少なくとも０．５であると、羽根の最後の回転羽根
列７Ａでの干渉はほぼ回避される。
【００４７】フローリブの弦長さを決定する場合にはこ
の場合には２つの事柄を考慮する必要がある。フローリ
ブは支持機能を有しているので、最小横断面を下回るこ
とはできない。フローリブの変向課題―この変向課題の
助けを借りて旋回流を含む流れを整流したい―に関して
は、同様に最小弦長さを下回ることはできない。リブピ
ッチｔに対するリブ弦ｓの比が少なくとも１であって、
あとで既述した、フローリブの最大プロフィール厚さｄ
max の、リブ弦ｓに対する比が約０．１５であると、両
方の課題は充たされる。
【００４８】フローリブの配置は以下の基準のもとで実
施される。羽根に対する接近を可能にするためにはディ
フューザゾーンは水平方向の分離面を備えている。すな
わち、ディフューザ内側リング、ディフューザ外側リン
グ及び案内リングは分割されて構成されている。
【００４９】この水平方向の分離平面にはリブの分割を
避けるためにフローリブが敷設されていないと有利であ
る。他面においては鉛直平面にフローリブを配置するこ
とがすすめられる。この目的のために最も適したリブの
数は１８である。
【００５０】フローリブの最大のフロフィール厚さｄ
max の、リブ弦ｓに対する比は最高でも０．１５でかつ
リブ高さに亘ってほぼコンスタントに保っておきたい。
冒頭に述べたディフューザにおけるフローリブとは異っ
て−比較的に薄い前記リブは、局部的なマッハ数問題を
回避しかつリブ高さに亘たる種々の変化作用を減少させ
る。同様に冒頭に述べたディフューザにおけるフローリ
ブは異ってフローリブは湾曲して形成されている。この
場合、リブの骨格線の湾曲は衝撃のない流入と軸方向の
流出とに関して選択されている。これはリブ高さに亘っ
て通常変化する湾曲をもたらす。 ダイヤゴナル流過さ
れる内側リブ７１は原則的な円錐性を有していることが
できる。これには変向課題に合わせられた、ピッチに対
する弦の比（ｓ／ｔ）の考えに基づいている。この構成
は出発位置を形成し、この出発位置は以後歩進的にリブ
高さに亘って実際の流れに適合される。このためにはリ
ブの前縁はリブ高さに亘って、前縁がフローラインと垂
直に交差するように配向されている。この結果、前縁は
決して半径方向もしくは軸方向に向けられていなければ
ならないことはなくなる。
【００５１】さらに新しい処置は、最後の回転羽根７Ａ
からの出口においてある程度の逆旋回流を許すことを可
能にする。何故ならばディフューザにおいて下流側で、
フローリブによる軸方向の配向が行なわれるからであ
る。この逆旋回流は下記の利点をもたらす。
【００５２】すなわち、 ―段階作業が効率を変えないで上昇させられるか又は ―効率が段階作業を変えないで上昇させられる ―最後の回転羽根列の羽根が少ないねじれで構成でき、
この結果、安価になる。
【００５３】―最後のタービン案内列における変向が減
少され、これは、粒子分離のために特に湿式蒸気タービ
ンにおいて有利である。
【００５４】したがって新しいディフューザインサート
は大きな有効度ポテンシャルを有していることが判る。
すなわち６０％までの圧力回復係数が可能である。屈曲
思想は流れを配向するリブと共に旋回エネルギを少ない
損失で圧力エネルギに変換し、両方のリブ列の旋回流の
ない流出は残留エネルギの最少を保証する。さらに排気
蒸気における前方の対称的な流れ空間、特に分離平面の
前の流れ空間はできるだけ低い速度レベルに関して利用
される。開示した構想においては、内側の通路５０が部
分的にしか本来のディフューザプロセスに必要とされな
いことを言及しておく必要がある。衝突壁３１の範囲に
おける下流側の部分は分離平面における自由な横断面を
高めかつ有害な回転非対称の除去に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】複流低圧部分タービンを軸方向で断面して公知
技術のディフューザと共に示した図。
【図２】本発明によるディフューザの部分縦断面図。
【図３】ディフューザを図２の３−３線に沿って断面し
た部分横断面図。
【図４】フローリブを図２の６−６線と７−７線に沿っ
て断面した部分横断面図。
【図５】フローリブを図２の４−４線と５−５線に沿っ
て断面した図。
【図６】図２の１部分８を拡大して示した図。
【符号の説明】
１ 外側ケーシング ２ 内側ケーシング ３ ロータ ４ 流入ケーシング ５ 案内羽根保持体 ６ 案内羽根 ６Ａ 最後の段の案内羽根 ７ 回転羽根 ７Ａ 出口回転羽根 １１ ディフューザ １３ 軸シール装置 １４ フットプレート １５ 旋削部 ２４Ａ、Ｂ、Ｃ ディフューザ内側リング ２５ ディフューザ外側リング ２６ 分離フランジ ３０ 排気蒸気室 ３１ 衝突壁 ３２ ローラ側壁 ４１ 分離フランジ ５０ 内側のディフューザ通路 ５１ 外側のディフューザ通路 ５２ 機械軸（水平な分離平面） ７０ 外側のフローリブ ７１ 内側のフローリブ ７２ 前縁 ８０ カラー ８１ リング通路

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸流ターボ機械のためのディフューザで
    あって、 ―ディフューザ入口の屈曲角（αN、αZ）がターボ機械
    のボスにおいてもシリンダにおいても、もっぱら最後の
    回転羽根列（７Ａ）の出口における通路高さに亘って、
    トータル圧力プロフィールを均等化するために規定され
    ており、 ―ディフューザ（５０、５１）の遅延ゾーンの内部にフ
    ローリブ（７０、７１）の形をした、旋回流を含んだ流
    れの旋回流を除くための手段が設けられており、 ―流れを案内する少なくとも１つの案内薄板（６０）が
    ディフューザを分割している形式のものにおいて、 ―ディフューザ（５０、５１）が軸方向の入口と半径方
    向の出口とを有し、 ―ディフューザが入口から出口まで、半径方向外方へ湾
    曲された案内薄板（６０）によって内側の通路（５０）
    と外側の通路（５１）とに分割されており、 ―ディフューザの外側の通路（５１）には半径方向で作
    業媒体が流過するフローリブ（７０）が配置され、内側
    の通路（５０）にはダイヤゴナル方向で作業媒体が流過
    するフローリブ（７１）が配置されていることを特徴と
    する、ターボ機械のためのディフューザ。
  2. 【請求項２】 内側の通路（５０）における翼配列の最
    後の回転羽根列（７Ａ）による干渉をほぼ回避するため
    に翼配列の出口からのリブ間隔（ａ）の、リブピッチ
    （ｔ）に対する比が少なくとも０．５である、請求項１
    記載のディフューザ。
  3. 【請求項３】 変向課題を充たすためにリブピッチ
    （ｔ）に対するリブ弦(ｓ）の比が少なくとも１であ
    り、リブ高さに亘って変向課題に関連して選ばれてい
    る、請求項１記載のディフューザ。
  4. 【請求項４】 リブ弦（ｓ）に対するフローリブの最大
    のプロフィール厚さ（ｄmax）の比が最高でも０．１５
    であって、リブ高さに亘ってほぼコンスタントである、
    請求項１記載のディフューザ。
  5. 【請求項５】 フローリブの前縁（７２）がフローライ
    ンによって垂直に横切られるようにリブ高さに亘って配
    向されている、請求項５記載のディフューザ。
  6. 【請求項６】 フローリブの骨格線の各湾曲が衝撃のな
    い流入及び旋回流のない流出に関し、全リブ高さに亘っ
    て選ばれている、請求項１記載のディフューザ。
  7. 【請求項７】 ボス側のディフューザ入口においてロー
    タ（３）とディフューザリング（２４Ａ）との間に流れ
    方向で斜めに延びるリング通路（８１）が設けられてお
    り、このリング通路（８１）を介してバリア部材が主流
    へ導入可能である、請求項１記載のディフューザ。
  8. 【請求項８】 内側と外側のフローリブ（７１、７０）
    と所属の内側のディフューザリング（２４Ａ、Ｂ）と外
    側のディフューザリング（２５）とを有する案内薄板
    （６０Ａ、Ｂ、Ｃ）が水平方向の分離平面を有するセル
    フサポーディングハーフシェルとして構成されている、
    請求項１記載のディフューザ。
  9. 【請求項９】 ハーフシェルが分離平面において、半径
    方向内方へ向けられたフランジ（２６）を備えている、
    請求項８記載のディフューザ。
  10. 【請求項１０】 偶数のフローリブ（７０、７１）が設
    けられ、リブが鉛直平面に配置されているが、水平平面
    には配置されていない、請求項１記載のディフューザ。
  11. 【請求項１１】 外側の通路（５１）内に５０のフロー
    リブ（７０）が設けられ、内側の通路（５０）に１８の
    フローリブ（７１）が設けられている、請求項１０記載
    のディフューザ。
  12. 【請求項１２】 半径方向のフローリブ（７０）が両側
    にフットプレート(１４）を備え、該フットプレート
    （１４）でフローリブがディフューザ外リング（２５）
    と案内薄板（６０ｃ）とにおけるリング状の旋削部に植
    設されている、請求項１記載のディフューザ。
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