EP1892384A1 - Diffuser for a steam turbine - Google Patents

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EP1892384A1
EP1892384A1 EP06017831A EP06017831A EP1892384A1 EP 1892384 A1 EP1892384 A1 EP 1892384A1 EP 06017831 A EP06017831 A EP 06017831A EP 06017831 A EP06017831 A EP 06017831A EP 1892384 A1 EP1892384 A1 EP 1892384A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
diffuser
curvature
boundary wall
steam
steam turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06017831A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sascha Dr. Becker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP06017831A priority Critical patent/EP1892384A1/en
Publication of EP1892384A1 publication Critical patent/EP1892384A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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

Definitions

  • the invention relates to a diffuser for a steam turbine, wherein the diffuser has an outer boundary wall, which is designed for application to a steam outlet opening of the steam turbine.
  • the diffuser of a turbomachine in particular a steam turbine, is designed with a view to optimizing the turbine performance by the greatest possible pressure recovery.
  • a turbomachine in particular a steam turbine
  • the diffuser of a turbomachine is designed with a view to optimizing the turbine performance by the greatest possible pressure recovery.
  • today's steam turbines must deliver a required clamping performance with the lowest possible heat consumption.
  • a significant proportion of the clamping performance has in particular the low pressure (LP) power output.
  • Measures that affect the performance of the low-pressure power amplifier affect the overall performance of a turbo set.
  • a turbo set consists of a composition of different steam turbines, which are designed for different operating conditions.
  • the outflow area has a diffuser and a steam exhaust hood.
  • the diffuser should have the highest possible pressure recovery over a wide operating range.
  • the physical boundary conditions in the inlet of the diffuser are responsible for the achievable pressure recovery. Due to the output stage outflow, the boundary conditions are already highly inhomogeneous at the design point of the blading.
  • UU is also an operating state possible, in which the output stage permanently flows with a twist.
  • a swirl is understood as meaning a transverse component of the flow direction which is transverse to the main flow direction. In addition, it can be at a high set up a turbo set, that means, the flow direction after the power amplifier shows down, depending on Abdampfhaubendid to a strong variation of the flow sizes over the circumference.
  • a diffuser which is subdivided into different partial diffusers by incorporating baffles in the diffuser. By installing the baffles, the flow is deflected targeted.
  • axial diffusers which are formed with straight walls, are known in axially flowing turbines.
  • the axial diffusers have conical walls and can be referred to as a circular diffuser or cone diffuser because the geometric shape of these axial diffusers resembles a circular ring or a cone.
  • the invention begins, whose task is to provide a diffuser for a turbomachine, in particular steam turbine, with which a high pressure recovery can be achieved.
  • a diffuser for a steam turbine wherein the diffuser has an outer boundary wall has, which is designed for application to a steam outlet opening of the steam turbine, wherein the outer boundary wall is seen in cross-section S-shaped.
  • the S-shaped diffuser shape proposed here combines, so to speak, the advantages of axial diffusers and deflecting diffusers. Therefore, the diffuser efficiency is no longer dependent on the axial length of the Abdampfraumes, whereby the axial space between the final stage of the steam turbine and a capacitor can be shortened.
  • the proposed here new concept of an S-shaped diffuser is independent of a flow separation at the hub, which leads to a strong reduction of the diffuser efficiency in pure axial diffusers.
  • the last turbine stage of a low-pressure part of a steam turbine for deflecting diffusers is designed with deflection of the axially flowing steam in the radial direction to a laterally or below the steam turbine arranged condenser.
  • this leads to a high tendency to flow separation at the hub, which occurs, for example, in purely axially outflowing combined steam turbines. this will justified that these combination steam turbines have a strong tendency to radial deflection.
  • the outer boundary wall of the diffuser is seen in cross section, initially formed from the application point to the steam outlet from substantially parallel to a vapor flow direction, then initially curved in a radial direction, then formed a counter-curvature, wherein the counter-curvature is formed against the radial direction, wherein the radial direction is formed substantially perpendicular to a rotation axis.
  • the outer boundary wall thus describes in cross-section, viewed from the contact point to the outlet opening, substantially initially a convex region which merges into a concave region.
  • the boundary wall may have straight walls.
  • curvature and counter curvature are formed over a length which corresponds essentially to 10% to 12% of the total length of the diffuser.
  • radius of the outer boundary wall from the contact point to the steam outlet opening to the transition of the straight wall shows a radius increase between 10% and 20%.
  • curvature and counter-curvature are each described as part of a circular arc.
  • the low-pressure (ND) steam turbine has a rotor 8 rotatably mounted about a rotation axis 5.
  • the rotor 8 has various blades 3, which are arranged in the direction of a longitudinal axis.
  • vanes 2 are arranged on the inner housing 9 .
  • a flow medium flows via the inflow region 11 into the flow channel 12 of the low-pressure (ND) steam turbine.
  • the flow medium passes through the runner 3 and guide vanes 2 in the outflow area 13.
  • FIG. 2 shows a side view of a diffuser 4.
  • the diffuser shown in FIG 4 is one of the formed according to the prior art.
  • This diffuser 4 has a first region 6, which rests against the last turbine stage 14 of a steam turbine.
  • the diffuser 4 so to speak, adjoins the application point 15 at a steam outlet opening 16.
  • Flow calculations have shown that the diffuser geometry shown in FIG. 2 has a strong separation on the hub 17.
  • the diffuser 4 is formed such that the outer boundary wall 18 shows a straight course.
  • FIG. 3 shows a partial section of the diffuser from FIG. 2.
  • a flow medium in the diffuser 4 At the hub 17 and the outer boundary wall 18, the flow is guided along. The flow is thereby slowed down, whereby the pressure is increased.
  • the thus braked steam is finally passed to a condenser.
  • the diffuser 4 shows a perspective view of the diffuser 4 according to the invention.
  • the essential difference from FIG. 3 is that at the contact point 15 the course of the outer boundary wall 18 is not straight, but S-shaped 20 is formed.
  • the flow medium first flows into the diffuser 4 in a main flow direction 21 and has the possibility of being strongly deflected on the outer boundary wall 18 in the region of the S-shaped design of the diffuser. Flow calculations have shown that the flow thereby results in less separation at the hub 17.
  • the diffuser 4 has an outer boundary wall 18, which is designed for application to a steam outlet opening 22 of the steam turbine 1, wherein the outer boundary wall 18 seen in cross-section S-shaped 20 is formed.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the diffuser from FIG. 4.
  • the diffuser 4 is characterized in that the outer boundary wall 18 seen in cross-section initially from the application point 15 to the steam outlet opening 21 is formed substantially parallel to a steam flow direction 21, then initially curved in a radial direction 23 and then has a counter-curvature 24, the is formed against the radial direction 23, wherein the radial direction 23 is formed substantially perpendicular to a rotation axis 25.
  • the axis of rotation may coincide with the direction of vapor flow 21.
  • the curvature 26 and counter-curvature 24 is formed over a length which corresponds essentially to 10% to 12% of the total length of the diffuser 4.
  • the total length of the diffuser 4 extends from the application point 15 to the application point to the capacitor.
  • the total length 27 may be several meters.
  • the curvature 26 and counter curvature 24 may be described as parts of a circular arc. After the curvature 26 and countercurve 24, the course of the outer boundary wall corresponds to a straight line 28.
  • FIG 7 is a perspective view of the diffuser 4 can be seen, which is formed according to the prior art with a straight course of the outer boundary wall 18.
  • FIG. 8 shows a diffuser 4 according to the invention, which is essentially characterized in that the outer boundary wall 18 at the contact point 15 shows an S-shaped profile 20.
  • the diffuser 4 has a boundary wall 18, which at the application point 15 to the steam outlet opening 22 has a substantially circular course with a radius r A and in the course of the boundary wall, the radius after the curvature 26 and countercurve 24 substantially between 110% and 120%. of the radius r A shows.
  • the diffusers shown here are not only suitable for steam turbines, but also for turbomachines such as gas turbines.

Abstract

The diffusor (4) has an external limiting wall applied at the steam outlet opening (16) of the steam turbine (1) .The limiting wall is formed s-shaped in cross section. The outer limiting wall is formed, in cross section, parallel to a steam flow direction starting from locating point to steam outlet opening.

Description

Die Erfindung betrifft einen Diffusor für eine Dampfturbine, wobei der Diffusor eine äußere Begrenzungswand aufweist, die zum Anlegen an einer Dampfaustrittsöffnung der Dampfturbine ausgebildet ist.The invention relates to a diffuser for a steam turbine, wherein the diffuser has an outer boundary wall, which is designed for application to a steam outlet opening of the steam turbine.

Der Diffusor einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Dampfturbine, ist im Hinblick auf eine Optimierung der Turbinenleistung durch einen größtmöglichen Druckrückgewinn ausgelegt. Im Rahmen von vorgesehenen Einsatzgrenzen müssen heutige Dampfturbinen eine geforderte Klemmleistung bei möglichst geringem Wärmeverbrauch abgeben. Einen maßgeblichen Anteil an der Klemmleistung hat insbesondere die Niederdruck(ND)-Endstufe. Maßnahmen die die Leistung der Niederdruck-Endstufe beeinflussen, wirken sich auf die Gesamtleistung eines Turbosatzes aus. Ein Turbosatz besteht aus einer Zusammensetzung verschiedener Dampfturbinen, die für verschiedene Betriebsbedingungen ausgelegt sind.The diffuser of a turbomachine, in particular a steam turbine, is designed with a view to optimizing the turbine performance by the greatest possible pressure recovery. Within the scope of intended use limits today's steam turbines must deliver a required clamping performance with the lowest possible heat consumption. A significant proportion of the clamping performance has in particular the low pressure (LP) power output. Measures that affect the performance of the low-pressure power amplifier, affect the overall performance of a turbo set. A turbo set consists of a composition of different steam turbines, which are designed for different operating conditions.

Eine Maßnahme, die sich besonders auf die Leistung der Niederdruck-Endstufe auswirkt, ist die Auslegung der Geometrie des Abströmbereiches. Der Abströmbereich weist einen Diffusor und eine Abdampfhaube auf. Dabei sollte der Diffusor über einen großen Betriebsbereich einen möglichst hohen Druckrückgewinn aufweisen. Die physikalischen Randbedingungen im Eintritt des Diffusors sind hierbei maßgeblich für den erzielbaren Druckrückgewinn verantwortlich. Die Randbedingungen sind aufgrund der Endstufenabströmung bereits im Auslegungspunkt der Beschaufelung stark inhomogen. U.U. ist auch ein Betriebszustand möglich, bei dem die Endstufe dauerhaft mit einem Drall abströmt. Unter einem Drall wird eine Querkomponente der Strömungsrichtung verstanden, die quer zur Hauptströmungsrichtung liegt. Zudem kann es bei einer Hochaufstellung eines Turbosatzes, das bedeutet, die Strömungsrichtung nach der Endstufe zeigt nach unten, je nach Abdampfhaubengestaltung zu einer starken Variation der Strömungsgrößen über den Umfang kommen.One measure which has a particular effect on the performance of the low-pressure power amplifier is the design of the geometry of the outflow area. The outflow area has a diffuser and a steam exhaust hood. The diffuser should have the highest possible pressure recovery over a wide operating range. The physical boundary conditions in the inlet of the diffuser are responsible for the achievable pressure recovery. Due to the output stage outflow, the boundary conditions are already highly inhomogeneous at the design point of the blading. UU is also an operating state possible, in which the output stage permanently flows with a twist. A swirl is understood as meaning a transverse component of the flow direction which is transverse to the main flow direction. In addition, it can be at a high set up a turbo set, that means, the flow direction after the power amplifier shows down, depending on Abdampfhaubengestaltung come to a strong variation of the flow sizes over the circumference.

Der einer Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine nachgeschaltete Diffusor soll den Auslassverlust verringern, indem die Abdampf- bzw. Abgasströmung verlangsamt wird. Gemäß der Bernoullischen Strömungsgleichung führt eine Abbremsung bzw. Verlangsamung der Strömung zu einer Erhöhung des statischen Druckes über die Lauflänge des Diffusors auf den Enddruck des Abhitzekessels bzw. des Kondensators. Gut ausgelegte Diffusoren haben den Effekt, dass das umsetzbare Arbeitsvermögen der letzten Turbinenstufe einer vorgeschalteten Turbine erhöht wird und dadurch eine höhere Klemmenleistung abgegeben werden kann.The downstream of a turbomachine, in particular steam turbine diffuser to reduce the outlet loss by the exhaust gas or exhaust gas flow is slowed down. According to the Bernoulli flow equation, a deceleration or slowing down of the flow leads to an increase in the static pressure over the run length of the diffuser to the final pressure of the waste heat boiler or of the condenser. Well-designed diffusers have the effect of increasing the workable capacity of the last turbine stage of an upstream turbine, thereby allowing higher terminal performance to be delivered.

Aus der EP 1 178 183 B1 ist ein Diffusor bekannt, der in verschiedene Teildiffusoren unterteilt ist, indem Leitbleche in den Diffusor eingebaut sind. Durch den Einbau der Leitbleche wird die Strömung zielgerichtet abgelenkt.From the EP 1 178 183 B1 For example, a diffuser is known which is subdivided into different partial diffusers by incorporating baffles in the diffuser. By installing the baffles, the flow is deflected targeted.

Bekannt sind in axial abströmenden Turbinen so genannte Axialdiffusoren, die mit geraden Wänden ausgebildet sind. Die Axialdiffusoren weisen konische Wände auf und können dadurch auch als Kreisringdiffusor oder Kegeldiffusor bezeichnet werden, weil die geometrische Form dieser Axialdiffusoren einem Kreisring bzw. einem Kegel ähnelt.So-called axial diffusers, which are formed with straight walls, are known in axially flowing turbines. The axial diffusers have conical walls and can be referred to as a circular diffuser or cone diffuser because the geometric shape of these axial diffusers resembles a circular ring or a cone.

Wünschenswert wäre es, einen Diffusor für eine Strömungsmaschine zu entwickeln, mit dem ein hoher Druckrückgewinn erzielt werden kann.It would be desirable to develop a diffuser for a turbomachine, with which a high pressure recovery can be achieved.

An dieser Stelle setzt die Erfindung an, dessen Aufgabe es ist, einen Diffusor für eine Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine, anzugeben, mit dem ein hoher Druckrückgewinn erzielt werden kann.At this point, the invention begins, whose task is to provide a diffuser for a turbomachine, in particular steam turbine, with which a high pressure recovery can be achieved.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Diffusor für eine Dampfturbine, wobei der Diffusor eine äußere Begrenzungswand aufweist, die zum Anlegen an einer Dampfaustrittsöffnung der Dampfturbine ausgebildet ist, wobei die äußere Begrenzungswand im Querschnitt gesehen S-förmig ausgebildet ist.This object is achieved by a diffuser for a steam turbine, wherein the diffuser has an outer boundary wall has, which is designed for application to a steam outlet opening of the steam turbine, wherein the outer boundary wall is seen in cross-section S-shaped.

Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, Diffusoren nicht mit einer geraden Wand auszuführen, sondern eine Wand S-förmig auszubilden. Somit wird der neue Weg eingeschlagen, statt konisch ausgebildeter Axialdiffusoren, S-förmig ausgebildete Diffusoren bereit zu stellen. Untersuchungen mit Hilfe von numerischen Strömungssimulationen haben gezeigt, dass der Übergang von der letzten Turbinenstufe zum Diffusor einen entscheidenden Einfluss auf den Druckrückgewinn hat. Mit der S-förmigen Ausbildung zu der äußeren Wand des Diffusors kann der Druckrückgewinn erhöht werden. Die numerischen Strömungs-Simulationenhaben gezeigt, dass je nach Ausgestaltung des s-förmigen äußeren Begrenzungswand der CP-Wert z.B. um 0.2 erhöht werden kann.With the invention it is proposed not to perform diffusers with a straight wall, but to form a wall S-shaped. Thus, the new way is taken, instead of conical axial diffusers to provide S-shaped diffusers. Investigations using numerical flow simulations have shown that the transition from the last turbine stage to the diffuser has a decisive influence on the pressure recovery. With the S-shaped design to the outer wall of the diffuser, the pressure recovery can be increased. The numerical flow simulations have shown that, depending on the configuration of the S-shaped outer boundary wall, the CP value is e.g. can be increased by 0.2.

Die hier vorgeschlagene S-förmige Diffusorform vereint sozusagen die Vorteile von Axialdiffusoren und Umlenkdiffusoren. Daher ist die Diffusoreffizienz nicht mehr abhängig von der axialen Baulänge des Abdampfraumes, wodurch der axiale Bauraum zwischen der Endstufe der Dampfturbine und einem Kondensator verkürzt werden kann.The S-shaped diffuser shape proposed here combines, so to speak, the advantages of axial diffusers and deflecting diffusers. Therefore, the diffuser efficiency is no longer dependent on the axial length of the Abdampfraumes, whereby the axial space between the final stage of the steam turbine and a capacitor can be shortened.

Außerdem ist das hier vorgeschlagene neue Konzept eines S-förmigen Diffusors unabhängig von einer Strömungsablösung an der Nabe, die bei reinen Axialdiffusoren zu einer starken Reduktion der Diffusoreffizienz führt. Dadurch entsteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung. Üblicherweise wird die letzte Turbinenstufe eines Niederdruckteils einer Dampfturbine für Umlenkdiffusoren mit Umlenkung des axial abströmenden Dampfes in die radiale Richtung zu einem seitlich bzw. unterhalb der Dampfturbine angeordneten Kondensator ausgelegt. Allerdings führt dies zu einer hohen Neigung zur Strömungsablösung an der Nabe, was in rein axial abströmenden Kombinationsdampfturbinen beispielsweise vorkommt. Dies wird damit begründet, dass diese Kombinationsdampfturbinen eine starke Tendenz zur radialen Umlenkung besitzen.In addition, the proposed here new concept of an S-shaped diffuser is independent of a flow separation at the hub, which leads to a strong reduction of the diffuser efficiency in pure axial diffusers. This creates a significant advantage of the invention. Usually, the last turbine stage of a low-pressure part of a steam turbine for deflecting diffusers is designed with deflection of the axially flowing steam in the radial direction to a laterally or below the steam turbine arranged condenser. However, this leads to a high tendency to flow separation at the hub, which occurs, for example, in purely axially outflowing combined steam turbines. this will justified that these combination steam turbines have a strong tendency to radial deflection.

Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen dargestellt.Advantageous developments are presented in the subclaims.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die äußere Begrenzungswand des Diffusors im Querschnitt gesehen, zunächst vom Anlegepunkt zur Dampfaustrittsöffnung aus im wesentlichen parallel zu einer Dampfströmungsrichtung ausgebildet, dann zunächst in einer Radialrichtung gekrümmt, anschließend eine Gegenkrümmung ausgebildet, wobei die Gegenkrümmung gegen die Radialrichtung ausgebildet ist, wobei die Radialrichtung im wesentlichen senkrecht zu einer Rotationsachse ausgebildet ist.In an advantageous development, the outer boundary wall of the diffuser is seen in cross section, initially formed from the application point to the steam outlet from substantially parallel to a vapor flow direction, then initially curved in a radial direction, then formed a counter-curvature, wherein the counter-curvature is formed against the radial direction, wherein the radial direction is formed substantially perpendicular to a rotation axis.

Die äußere Begrenzungswand beschreibt somit im Querschnitt gesehen vom Anlegepunkt zur Austrittsöffnung aus im Wesentlichen zunächst einen konvexen Bereich, der in einen konkaven Bereich übergeht. Im weiteren Verlauf des Diffusors kann die Begrenzungswand gerade Wände aufweisen.The outer boundary wall thus describes in cross-section, viewed from the contact point to the outlet opening, substantially initially a convex region which merges into a concave region. In the further course of the diffuser, the boundary wall may have straight walls.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Krümmung und Gegenkrümmung auf einer Länge ausgebildet ist, die im Wesentlichen 10% bis 12% der Gesamtlänge des Diffusors entspricht.It is particularly advantageous if the curvature and counter curvature are formed over a length which corresponds essentially to 10% to 12% of the total length of the diffuser.

Es ist ebenso vorteilhaft, wenn der Radius der äußeren Begrenzungswand vom Anlegepunkt zur Dampfaustrittsöffnung bis zum Übergang der geraden Wand eine Radiuszunahme zwischen 10% und 20% zeigt.It is also advantageous if the radius of the outer boundary wall from the contact point to the steam outlet opening to the transition of the straight wall shows a radius increase between 10% and 20%.

Numerische Strömungssimulationen haben gezeigt, dass die vorgenannten Werte zu einem besonders hohen Druckrückgewinn führen.Numerical flow simulations have shown that the above values lead to a particularly high pressure recovery.

Vorteilhaft im Sinne der Erfindung ist es, wenn die Krümmung und Gegenkrümmung jeweils als Teil eines Kreisbogens beschrieben wird.It is advantageous in the context of the invention if the curvature and counter-curvature are each described as part of a circular arc.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Darin zeigen:

FIG 1
Querschnitt einer Niederdruck(ND)-Dampfturbine,
FIG 2
Darstellung eines Abdampfgehäuses und Diffusors gemäß Stand der Technik,
FIG 3
perspektivische Darstellung eines Ausschnitts des Abdampfgehäuses und Diffusors gemäß Stand der Technik,
FIG 4
perspektivische Darstellung eines Diffusors,
FIG 5
seitliche Darstellung des Diffusors,
FIG 6
Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Diffusors,
FIG 7
perspektivische Darstellung eines Diffusors,
FIG 8
perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Diffusors.
Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals. Show:
FIG. 1
Cross section of a low pressure (ND) steam turbine,
FIG. 2
Representation of an exhaust steam housing and diffuser according to the prior art,
FIG. 3
perspective view of a section of the exhaust steam housing and diffuser according to the prior art,
FIG. 4
perspective view of a diffuser,
FIG. 5
lateral representation of the diffuser,
FIG. 6
Cross-sectional view of a diffuser according to the invention,
FIG. 7
perspective view of a diffuser,
FIG. 8
perspective view of the diffuser according to the invention.

FIG 1 zeigt den Querschnitt einer zweiflutigen Niederdruck(ND)-Dampfturbine 1. Die Niederdruck(ND)-Dampfturbine weist einen um eine Rotationsachse 5 drehgelagerten Rotor 8 auf. Der Rotor 8 weist verschiedene Laufschaufeln 3 auf, die in Richtung einer Längsachse angeordnet sind. Am Innengehäuse 9 sind Leitschaufeln 2 angeordnet. Im Betrieb strömt ein Strömungsmedium über den Einströmbereich 11 in den Strömungskanal 12 der Niederdruck(ND)-Dampfturbine. Das Strömungsmedium gelangt durch die Lauf- 3 und Leitschaufeln 2 in den Abströmbereich 13. Durch Entspannung und Beschleunigung des Dampfes an den Lauf- 3 und Leitschaufeln 2 wird Arbeit verrichtet, die als Drehmoment auf den Rotor 8 sich auswirkt.1 shows the cross section of a double-flow low-pressure (ND) steam turbine 1. The low-pressure (ND) steam turbine has a rotor 8 rotatably mounted about a rotation axis 5. The rotor 8 has various blades 3, which are arranged in the direction of a longitudinal axis. On the inner housing 9 vanes 2 are arranged. In operation, a flow medium flows via the inflow region 11 into the flow channel 12 of the low-pressure (ND) steam turbine. The flow medium passes through the runner 3 and guide vanes 2 in the outflow area 13. By relaxation and acceleration of the steam at the rotor 3 and stator blades 2 work is performed, which acts as a torque on the rotor 8.

In der FIG 2 ist eine Seitenansicht eines Diffusors 4 zu sehen. Der in FIG 4 dargestellte Diffusor ist einer der gemäß Stand der Technik ausgebildet ist. Dieser Diffusor 4 weist einen ersten Bereich 6 auf, der an der letzten Turbinenstufe 14 einer Dampfturbine anliegt. Der Diffusor 4 grenzt sozusagen am Anlegepunkt 15 an einer Dampfaustrittsöffnung 16 an. Strömungsrechnungen haben gezeigt, dass die in FIG 2 dargestellte Diffusorgeometrie eine starke Ablösung an der Nabe 17 aufweist. Gemäß der FIG 2 ist der Diffusor 4 derart ausgebildet, dass die äußere Begrenzungswand 18 einen geradlinigen Verlauf zeigt.FIG. 2 shows a side view of a diffuser 4. The diffuser shown in FIG 4 is one of the formed according to the prior art. This diffuser 4 has a first region 6, which rests against the last turbine stage 14 of a steam turbine. The diffuser 4, so to speak, adjoins the application point 15 at a steam outlet opening 16. Flow calculations have shown that the diffuser geometry shown in FIG. 2 has a strong separation on the hub 17. According to FIG 2, the diffuser 4 is formed such that the outer boundary wall 18 shows a straight course.

In FIG 3 ist ein Teilausschnitt des Diffusors aus FIG 2 dargestellt. An der Anlegestelle 15 strömt von der letzten Turbinenstufe 14 einer Dampfturbine ein Strömungsmedium in den Diffusor 4. An der Nabe 17 und an der äußeren Begrenzungswand 18 wird die Strömung entlang geführt. Die Strömung wird dadurch abgebremst, wodurch der Druck erhöht wird. Am Ende 19 des Diffusors wird der somit abgebremste Dampf schließlich zu einem Kondensator geführt.3 shows a partial section of the diffuser from FIG. 2. At the dock 15 flows from the last turbine stage 14 of a steam turbine, a flow medium in the diffuser 4. At the hub 17 and the outer boundary wall 18, the flow is guided along. The flow is thereby slowed down, whereby the pressure is increased. At the end 19 of the diffuser, the thus braked steam is finally passed to a condenser.

In der FIG 4 ist eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Diffusors 4 zu sehen. Der wesentliche Unterschied zur FIG 3 ist, dass am Anlegepunkt 15 der Verlauf der äußeren Begrenzungswand 18 nicht gerade ausgebildet ist, sondern S-förmig 20 ausgebildet ist. Das Strömungsmedium strömt in einer Hauptströmungsrichtung 21 zunächst in den Diffusor 4 hinein und hat an der äußeren Begrenzungswand 18 im Bereich der S-förmigen 20 Ausbildung des Diffusors die Möglichkeit stark umgelenkt zu werden. Strömungsrechnungen haben gezeigt, dass die Strömung dadurch zu einer geringeren Ablösung an der Nabe 17 führen. Der Diffusor 4 weist eine äußere Begrenzungswand 18 auf, die zum Anlegen an einer Dampfaustrittsöffnung 22 der Dampfturbine 1 ausgebildet ist, wobei die äußere Begrenzungswand 18 im Querschnitt gesehen S-förmig 20 ausgebildet ist.4 shows a perspective view of the diffuser 4 according to the invention. The essential difference from FIG. 3 is that at the contact point 15 the course of the outer boundary wall 18 is not straight, but S-shaped 20 is formed. The flow medium first flows into the diffuser 4 in a main flow direction 21 and has the possibility of being strongly deflected on the outer boundary wall 18 in the region of the S-shaped design of the diffuser. Flow calculations have shown that the flow thereby results in less separation at the hub 17. The diffuser 4 has an outer boundary wall 18, which is designed for application to a steam outlet opening 22 of the steam turbine 1, wherein the outer boundary wall 18 seen in cross-section S-shaped 20 is formed.

In der FIG 5 ist eine Querschnittsansicht des Diffusors aus FIG 4 dargestellt. Der Diffusor 4 zeichnet sich dadurch aus, dass die äußere Begrenzungswand 18 im Querschnitt gesehen zunächst vom Anlegepunkt 15 zur Dampfaustrittsöffnung 21 aus im wesentlichen parallel zu einer Dampfströmungsrichtung 21 ausgebildet ist, dann zunächst in einer Radialrichtung 23 gekrümmt ist und anschließend eine Gegenkrümmung 24 aufweist, die gegen die Radialrichtung 23 ausgebildet ist, wobei die Radialrichtung 23 im wesentlichen senkrecht zu einer Rotationsachse 25 ausgebildet ist. Die Rotationsachse kann mit der Dampfströmungsrichtung 21 zusammen fallen.FIG. 5 shows a cross-sectional view of the diffuser from FIG. 4. The diffuser 4 is characterized in that the outer boundary wall 18 seen in cross-section initially from the application point 15 to the steam outlet opening 21 is formed substantially parallel to a steam flow direction 21, then initially curved in a radial direction 23 and then has a counter-curvature 24, the is formed against the radial direction 23, wherein the radial direction 23 is formed substantially perpendicular to a rotation axis 25. The axis of rotation may coincide with the direction of vapor flow 21.

Die Krümmung 26 und Gegenkrümmung 24 ist dabei auf einer Länge ausgebildet, die im Wesentlichen 10% bis 12% der Gesamtlänge des Diffusors 4 entspricht. Die Gesamtlänge des Diffusors 4 erstreckt sich von dem Anlegepunkt 15 bis zum Anlegepunkt an den Kondensator. Die Gesamtlänge 27 kann hierbei mehrere Meter betragen.The curvature 26 and counter-curvature 24 is formed over a length which corresponds essentially to 10% to 12% of the total length of the diffuser 4. The total length of the diffuser 4 extends from the application point 15 to the application point to the capacitor. The total length 27 may be several meters.

Die Krümmung 26 und Gegenkrümmung 24 können als Teile eines Kreisbogens beschrieben werden. Nach der Krümmung 26 und Gegenkrümmung 24 entspricht der Verlauf der äußeren Begrenzungswand einer geraden Linie 28.The curvature 26 and counter curvature 24 may be described as parts of a circular arc. After the curvature 26 and countercurve 24, the course of the outer boundary wall corresponds to a straight line 28.

In der FIG 7 ist eine perspektivische Darstellung des Diffusors 4 zu sehen, der gemäß dem Stand der Technik mit einem geradlinigen Verlauf der äußeren Begrenzungswand 18 ausgebildet ist.In the FIG 7 is a perspective view of the diffuser 4 can be seen, which is formed according to the prior art with a straight course of the outer boundary wall 18.

Wohingegen in der FIG 8 ein erfindungsgemäßer Diffusor 4 abgebildet ist, der sich im Wesentlichen dadurch auszeichnet, dass die äußere Begrenzungswand 18 am Anlegepunkt 15 einen S-förmigen Verlauf 20 zeigt.Whereas FIG. 8 shows a diffuser 4 according to the invention, which is essentially characterized in that the outer boundary wall 18 at the contact point 15 shows an S-shaped profile 20.

Der Diffusor 4 weist eine Begrenzungswand 18 auf, die am Anlegepunkt 15 zur Dampfaustrittsöffnung 22 einen im wesentlichen kreisförmigen Verlauf mit einem Radius rA aufweist und im weiteren Verlauf der Begrenzungswand der Radius nach der Krümmung 26 und Gegenkrümmung 24 im Wesentlichen zwischen 110% und 120% des Radius rA zeigt. Die hier dargestellten Diffusoren sind nicht nur für Dampfturbinen geeignet, sondern auch für Strömungsmaschinen wie z.B. Gasturbinen.The diffuser 4 has a boundary wall 18, which at the application point 15 to the steam outlet opening 22 has a substantially circular course with a radius r A and in the course of the boundary wall, the radius after the curvature 26 and countercurve 24 substantially between 110% and 120%. of the radius r A shows. The diffusers shown here are not only suitable for steam turbines, but also for turbomachines such as gas turbines.

Claims (6)

Diffusor (4) für eine Dampfturbine,
wobei der Diffusor (4) eine äußere Begrenzungswand (18) aufweist,
die zum Anlegen an einer Dampfaustrittsöffnung (16) der Dampfturbine ausgebildet ist,
wobei die äußere Begrenzungswand (18) im Querschnitt gesehen S-förmig ausgebildet ist.Diffuser (4) for a steam turbine,
the diffuser (4) having an outer boundary wall (18),
which is designed for application to a steam outlet opening (16) of the steam turbine,
wherein the outer boundary wall (18) is S-shaped as seen in cross-section. Diffusor (4) nach Anspruch 1,
wobei die äußere Begrenzungswand (18) im Querschnitt gesehen zunächst vom Anlegepunkt (15) zur Dampfaustrittsöffnung (16) aus im wesentlichen parallel zu einer Dampfströmungsrichtung (21) ausgebildet ist,
dann zunächst in einer Radialrichtung (23) gekrümmt ist und anschließend eine Gegenkrümmung aufweist,
die gegen die Radialrichtung (23) ausgebildet ist,
wobei die Radialrichtung (23) im wesentlichen senkrecht zu einer Rotationsachse (5) ausgebildet ist.Diffuser (4) according to claim 1,
wherein the outer boundary wall (18), as seen in cross-section, is formed initially from the contact point (15) to the steam outlet opening (16) substantially parallel to a steam flow direction (21),
then first in a radial direction (23) is curved and then has a Gegenkurümmung,
which is formed against the radial direction (23),
wherein the radial direction (23) is formed substantially perpendicular to a rotation axis (5). Diffusor (4) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Krümmung und Gegenkrümmung auf einer Länge ausgebildet ist, die im Wesentlichen 10% - 12% der Gesamtlänge (27) des Diffusors (4) entspricht.Diffuser (4) according to claim 1 or 2,
wherein the curvature and counter-curvature is formed to a length substantially equal to 10% -12% of the total length (27) of the diffuser (4). Diffusor (4) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei die Krümmung und Gegenkrümmung jeweils Teile eines Kreisbogens entsprechen.Diffuser (4) according to claim 1, 2 or 3,
wherein the curvature and counterbending respectively correspond to parts of a circular arc. Diffusor (4) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,
wobei der Diffusor (4) nach der Krümmung und Gegenkrümmung einen im wesentlichen gradlinigen Verlauf aufweist.Diffuser (4) according to claim 1, 2, 3 or 4,
wherein the diffuser (4) has a substantially straight course after the curvature and counterbending. Diffusor (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Begrenzungswand (18) am Anlegepunkt (15) zur Dampfaustrittsöffnung (16) einen im wesentlichen kreisförmigen Verlauf mit einem Radius rA aufweist und
im weiteren Verlauf der Begrenzungswand (18) der Radius nach der Krümmung und Gegenkrümmung im Wesentlichen zwischen 110% und 120% des Radius rA aufweist.Diffuser (4) according to one of the preceding claims,
wherein the boundary wall (18) at the contact point (15) to the steam outlet opening (16) has a substantially circular course with a radius r A and
in the further course of the boundary wall (18), the radius after the curvature and counter-curvature substantially between 110% and 120% of the radius r A has.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2967461A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-18 Gen Electric LOW PRESSURE EXHAUST GAS DIFFUSER FOR STEAM TURBINE
US8506233B2 (en) 2009-09-14 2013-08-13 Alstom Technology Ltd. Axial turbine and method for discharging a flow from an axial turbine

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1187432B (en) * 1960-11-19 1965-02-18 Theodor Helmbold Dr Ing Diffuser with guide troughs for the main flow contacting potential vortices
GB1000767A (en) * 1963-05-08 1965-08-11 Int Research & Dev Co Ltd Diffusers for fluids
FR1415204A (en) * 1963-11-29 1965-10-22 Bristol Siddeley Engines Ltd Improvements to axial flow turbines and compressors
GB1125049A (en) * 1964-12-22 1968-08-28 Bbc Brown Boveri & Cie Improvements in and relating to fluid diffusers
FR2497883A1 (en) * 1981-01-09 1982-07-16 Etri Sa AXIAL FLAT TYPE ELECTRIC FAN
EP0345700A1 (en) * 1988-06-07 1989-12-13 SKODA koncernovy podnik Turbo machine exhaust casing
US5110560A (en) * 1987-11-23 1992-05-05 United Technologies Corporation Convoluted diffuser
EP0695874A1 (en) * 1994-08-03 1996-02-07 ROLLS-ROYCE plc A gas turbine engine and a diffuser therefor
EP1178183A2 (en) * 2000-07-31 2002-02-06 Alstom (Switzerland) Ltd Low pressure steam turbine with multi channel diffuser

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1187432B (en) * 1960-11-19 1965-02-18 Theodor Helmbold Dr Ing Diffuser with guide troughs for the main flow contacting potential vortices
GB1000767A (en) * 1963-05-08 1965-08-11 Int Research & Dev Co Ltd Diffusers for fluids
FR1415204A (en) * 1963-11-29 1965-10-22 Bristol Siddeley Engines Ltd Improvements to axial flow turbines and compressors
GB1125049A (en) * 1964-12-22 1968-08-28 Bbc Brown Boveri & Cie Improvements in and relating to fluid diffusers
FR2497883A1 (en) * 1981-01-09 1982-07-16 Etri Sa AXIAL FLAT TYPE ELECTRIC FAN
US5110560A (en) * 1987-11-23 1992-05-05 United Technologies Corporation Convoluted diffuser
EP0345700A1 (en) * 1988-06-07 1989-12-13 SKODA koncernovy podnik Turbo machine exhaust casing
EP0695874A1 (en) * 1994-08-03 1996-02-07 ROLLS-ROYCE plc A gas turbine engine and a diffuser therefor
EP1178183A2 (en) * 2000-07-31 2002-02-06 Alstom (Switzerland) Ltd Low pressure steam turbine with multi channel diffuser

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8506233B2 (en) 2009-09-14 2013-08-13 Alstom Technology Ltd. Axial turbine and method for discharging a flow from an axial turbine
DE102010044819B4 (en) 2009-09-14 2022-12-15 General Electric Technology Gmbh Axial flow turbine and method of removing flow from an axial flow turbine
FR2967461A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-18 Gen Electric LOW PRESSURE EXHAUST GAS DIFFUSER FOR STEAM TURBINE
JP2012107617A (en) * 2010-11-16 2012-06-07 General Electric Co <Ge> Low pressure exhaust gas diffuser for steam turbine

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