NO130025B - - Google Patents

Description

Utstrømningshus for en aksial turbomaskin.

Oppfinnelsen vedrorer et utstromningshus for en aksial turbomaskin med en ringformet kanal som oppviser en aksial diffusor, et tilsluttende avboyningsavsnitt med radielt utlbp, og en dertil sluttende radiell diffusor.

Ved termiske, aksialt gjennornstrommende turbomaskiner, såsom dampturbiner eller gassturbiner og kompressorer, er den til den siste skovlkrans tilknyttede aksiale diffusor utformet som en ring, i motsetning til hva som er tilfelle ved vannturbin-er. Ved utviklingen av turbomaskiner med storre effekter, er det en tendens til å velge den aksiale gjennomstromningshastighet så hoy som mulig, og dermed blir også utgangshastighetene fra slutt-trinnene stadig storre. For å holde utgangstapene så lave som mulig, må den kinetiske energi i den utgående stromning mest mulig omdannes til trykkenergi.

Det er kjent lange ringformede diffusorer, hvis kanal-akser forloper aksialt eller også kontinuerlig radielt utover krummet eller diagonalt. Felles for disse utforelsesformer er den ulempe at man har en stor aksial byggelengde, som utgjor et multiplum av endeskovlenes hoyde. Byggelengden til hele anleg-get okes i tillegg ved at det i nærheten av sluttrinnet ikke forefinnes noen plass for rotorens aksellager, og dette lager må derfor anordnes i en storre avstand, eller det må anvendes et komplisert innerlager.

Ved' et kjent utstromningshus for en aksial turbomaskin benyttes det en meget lang, rett aksial diffusor for å omsette den kinetiske energi til trykkenergi, dvs. unngå utgangstap. Resultatet er en god virkningsgrad, men turbosatsens aksiale lengde blir meget stor som folge av det lange utstromningshus.

Fra U.S. patentskrift nr. 2.610.786 er det kjent en aksial kompressor hvor utstromningshuset etter en kort aksial del går over i en radiell del. Ved dette utstromningshuset oker stromningsmediumkanalens tverrsnitt svakt og kontinuerlig, på samme måte som ved et rent aksialt utstromningshus. Ved avbdy-ningen oppnår man riktignok en kortere lengde for turbosatsen, men virkningsgraden for omsetningen av den kinetiske energi til trykkenergi er merkbart dårligere sammenlignet med den rette diffusor.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe et utstromningshus som samtidig som det har en kort aksial lengde også har en god omsetningsvirkningsgrad.

Dette oppnås ifolge oppfinnelsen ved at det er tilveie-bragt et utstromningshus som nevnt innledningsvis, hvilket utstromningshus er kjennetegnet ved at gjennomstromningstverrsnittet i avboyningsavsnittet avtar med minst 5% i stromningsretningen,

og ved at den aksielle diffusors åpnings vinkel er minst 12°.

På denne måten oppnås at utstromningshusets aksiale lengde blir liten, samtidig som man oppnår en god virkningsgrad for.omsetningen av den kinetiske energi til trykkenergi.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning

til tegningene som viser utforelsesformer rent skjematisk.

Fig. 1 viser et aksialsnitt gjennom et utsnitt av et utstromningshus for 'en aksial kompressor. Fig. 2 viser et aksialsnitt gjennom et utsnitt av et utstromningshus for en lavtrykksdampturbin. Fig. 3 og 4 viser detaljer av fig. 2 i storre målestokk. I fig. 1 er maskinaksen betegnet med 1 og sluttrinnet er betegnet med 11. En skovl er betegnet med 12. På sluttrinnets utstromningsside er det anordnet en ringformet aksial diffusor 13. Etter denne diffusor er det anordnet et i radiell retning endende avboyningsavsnitt 14. I området ved avboyningsavsnittet 14 avtar gjennomstromningstverrsnittet, dvs. at tverrsnittet F-^ er mindre enn tverrsnittet F^, Etter avboyningsavsnittet 14 er det anordnet en radiell diffusor 15. Åpningsvinkelen oe"*" for den aksiale diffusor 13 er 13°, noe som gir en steilere diffusor enn vanlig. Vanlige verdier er 6 - 8°. Den radielle diffusor 15 har parallelle, på maskinaksen vinkelrett forlopende vegger. Avboyningsavsnittet 14 begrenses av bueformede vegger hvortil veggene i den aksiale diffusor og den radiale diffusor slutter seg tangensielt.

Under drift blir en betraktelig del av den kinetiske energi til det arbeidsmiddel som forlater sluttrinnet 11 omdan-net til trykkenergi i den aksiale diffusor 13, dvs. mellom gjennomstromningstverrsnittene F-^ og F^. Til tross for at diffusoren er relativt steil, vil man ikke få noen opprivning av stromningen, fordi diffusoren er kort og går umiddelbart over i avboyningsavsnittet 14, hvis gjennomstromningstverrsnitt avtar mellom gjennomstromningstverrsnittene F2 og F^. I den radielle diffusor 15 foregår det en omdannelse fra kinetisk energi til trykkenergi mellom gjennomstromningstverrsnittene F^ og F^. Ved slutten av den radielle diffusor 15 er det anordnet et i og for seg kjent, ikke vist samlerom, hvor stromningen ikke trenger noen særskilt foring mer, og dette samlerom kan utfores på forskjellige måter.

Ved oppfinnelsen oppnås et utstromningshus for en aksial turbomaskin, hvilket utstromningshus har en diffusorvirkning som minst er like god som den man kjenner fra de kjente utførel-ser, og samtidig får man en betraktelig mindre aksial byggelengde, slik at aksiallengden for hele maskinen kan reduseres vesentlig.

Jo steilere den aksiale diffusor er utformet, desto kortere kan den være i sin aksiale lengde. Undersøkelser har vist at for en merkbar aksial forkorting av den aksiale diffusor er det nodvendig med en åpningsvinkel på minst 12°, mens åpningsvinkelen ikke bor utgjore mer enn 55°. Videre har undersøkelser vist at gjennomstromningstverrsnittet i avboyningsavsnittet fortrinnsvis skal avta med mellom 5 - 15%. Veggene i avboyningsavsnittet kan også bestå av en eller flere sirkelbueformede sek-torer eller av ett eller flere avsnitt som forloper tangensielt til den tenkte buelinje.

Ved det i fig. 4 viste utstromningshus for en kompressor er sluttrinnets skovlhoyder på noen få centimeter. Gjennomstromningstverrsnittene er derfor så små at det ikke er nodvendig med noen hjelpemidler for foring av stromningen i og etter avboyningsavsnittet, f.eks. i form av ledeskovler. Ved lavtrykksdampturbiner derimot vil man i sluttrinnet ha skovlhoyder på 70 - 90 cm. Her er kravet til en liten aksial byggelengde særlig utpreget, og derfor utformes den aksiale diffusor ved slike maskiner særlig steil, slik at det er nodvendig med ledeskovler.

Fig. 2 viser et utsnitt av et aksialsnitt gjennom utstromningshuset for en lavtrykksdampturbin med ledeskovler i og etter avboyningsavsnittet. Sluttrinnet er betegnet med 21 og en skovl er betegnet med 22. Man gjenkjenner den aksiale diffusor 23, avboyningsavsnittet 24 og den radiale diffusor 25. Den aksiale diffusor 23 har en åpningsvinkel a 2 på 52°. Avboyningsavsnittet 24 har rtette, tangensielt til de tenkte bueformede linjer forløpende vegger. En sammenligning med fig. 1 viser med en gang at den aksiale diffusor 23, i samsvar med den storre åpningsvinkel, er betydelig kortere enn den aksiale diffusor 13, til tross for at skovlene 22 har en storre hbyde enn skovlene 12.

I avboyningsavsnittet 24 og i den radiale diffusor 25 er det anordnet fire ledeskovler 26, hvis vegger i det vesent-lige forloper parallelt med veggene i avboyningsavsnittet og parallelt med veggene i den radiale diffusor. Ledeskovlene er ved hjelp av sylindriske stusser 27 festet til den ytre diffusor-vegg og begrenser fem strbmningskanaler 28.

Undersøkelser har vist at for å få en skikkelig foring av stromningen i hver strbmningskanal 28 gjennom avbbyningsav-snittet og den radiale diffusor, må man oppfylle den betingelse at forholdet mellom R, minus R. og RQ minus R. (se fig. 3) må

q. x a i

være minst 3 og fortrinnsvis minst 4. Av fig. 3, hvor de to til. hoyre i fig. 2 liggende ledeskovler 26 er vist i dobbelt måle-

stokk, ser man at dette forhold

er lik 4,5. Da skrå-

vinkelen for den indre vegg i den aksiale diffusor 23 relativt maskinaksen 1 i det viste utforelseseksempel utgjor 3°, og rent generelt alltid holdes liten, idet den nodvendige åpningsvinkel i forste rekke oppnås ved en tilsvarende skråstilling av den

ytre vegg i den aksiale diffusor, består det en sammenheng mellom navforholdet til sluttrinnet 21 og antallet av de nodvendige ledeskovler 26. Ved en skovlhbyde på 80 cm i et sluttrinn med et nav-forhold på 0,5 - 0,6 skal det således fortrinnsvis forefinnes fire ledeskovler, dersom man skal ha de ovenfor angitte dimensjonsforhold i de enkelte av ledeskovlene bestemte gjennomstrbm-ningskanaler.

I fig. 1 hvor skovlhbyden bare utgjor få centimeter,

og det tilsvarende bare foreligger små gjennomstromningstverrsnitt, er de nevnte dimensjonsforhold oppfylt for stromningskanal-en 18, som strekker seg gjennom avboyningsavsnittet 14 og den radiale diffusor 15 og begrenses av veggene i disse deler, og det er derfor ikke nodvendig med noen ledeskovler. I,fig. 2, hvor man har store skovlhoyder og tilsvarende store gjennomstrbmnings-tverrsnitt, er de nevnte betingelser ikke oppfylt for den gjennom avboyningsavsnittet 24 og den radiale diffusor 25 forlopende kanal som begrenses av veggene i de nevnte deler, og for å oppfylle de foran oppstilte betingelser, må det således være anordnet ledeskovler 26. Ved anordningen av ledeskovlene 26 oppfyller man de ovenfor nevnte betingelser for de enkelte strbmningskanaler 28. De bbyede avsnitt av ledeskovlene 26 utgjor i prinsippet avsnitt av torusskall. Fremstillingen av slike deler ved metall-trykking er imidlertid vanskelig og bare mulig opp til en viss diametergrense, og fremstillingen er ikke mulig for de dimen-sjoner som er vanlige ved lavtrykksdampturbiner. Derfor har ledeskovlene 26 en mangekantet form, slik som vist i fig. 4. En slik ledeskovl kan lett sammensveises av flere enkeltkrummede plater.

Claims (2)

1. Utstromningshus for en aksial turbomaskin med en ringformet kanal som oppviser en aksial diffusor, et tilsluttende avboyningsavsnitt med radielt utlbp, og en dertil sluttende radiell diffusor, karakterisert ved at gjennomstromningstverrsnittet (F2, F-^) i avbbyningstverrsnittet (14, 24) avtar med minst 5% i strbmningsretningen, og ved at den aksielle diffusors (13, 23) åpningsvinkel (a-^, a2) er minst 12°.

2. Utstromningshus ifblge krav 1, karakterisert ved at gjennomstrbmningstverrsnittet (F2, F^) i avboyningsavsnittet (14, 24) avtar med hbyst 15% i strbmningsretningen, og ved at den aksiale diffusors (13, 23) åpningsvinkel (a-^, a2) er hbyst 55°.