CH703225B1

CH703225B1 - Outlet diffuser of a compressor in a gas turbine.

Info

Publication number: CH703225B1
Application number: CH01264/11A
Authority: CH
Inventors: Deepesh Dinesh Nanda
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2015-12-31
Also published as: US20120027578A1; DE102011052241A1; CN102425571A; JP2012031855A; CH703225A2

Abstract

Es ist ein Austrittsdiffusor (200) für eine Gasturbine, die einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine enthält, offenbart, der enthält: einen vorderen Bereich (101) und eine Ausgabekavität (110), wobei der vordere Bereich (101) konfiguriert ist, um eine Austrittsströmung aus dem Verdichter zu der Ausgabekavität (110) zu leiten; eine innere Diffusorwand (102), die einen inneren Strömungspfad (108) des vorderen Bereiches (101) radial begrenzt; und eine äussere Diffusorwand (104), die einen äusseren Strömungspfad (106) des vorderen Bereiches (101) radial begrenzt; wobei der Austrittsdiffusor (200) an einer stromabwärtigen Lippe (113) der inneren Diffusorwand (102) eine überhängende Stufe (116) aufweist.There is disclosed a gas turbine exhaust diffuser (200) including a compressor, a combustor and a turbine including: a front portion (101) and an output cavity (110) with the front portion (101) configured; to direct an exit flow from the compressor to the dispensing cavity (110); an inner diffuser wall (102) radially defining an inner flow path (108) of the front portion (101); and an outer diffuser wall (104) radially defining an outer flow path (106) of the front portion (101); wherein the exit diffuser (200) has an overhanging step (116) on a downstream lip (113) of the inner diffuser wall (102).

Description

Hintergrund zu der ErfindungBackground to the invention

[0001] Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein einen Austrittsdiffusor eines Verdichters in einer Gasturbine, der eine robuste Diffusor- und Verdichteraustrittsgehäuseleistung erzielt. The present application relates generally to an exit diffuser of a compressor in a gas turbine that achieves robust diffuser and compressor exit housing performance.

[0002] Allgemein enthält ein Turbinenmotor bzw. -triebwerk einen Verdichter, der eine Zufuhrmenge hochverdichteter Luft zu einer Brennkammer zur Verbrennung mit einem Brennstoff liefert. Die resultierende Strömung von heissen Gasen aus der Brennkammer treibt die Turbinen an, von denen Arbeit entnommen werden kann. Turbinenmotoren bzw. -triebwerke können mit einem Axialverdichter eingerichtet sein, der durch eine gemeinsame Welle oder einen Rotor mit einer stromabwärtigen Turbine mechanisch gekoppelt ist, wobei eine Brennkammer zwischen dem Verdichter und der Turbine angeordnet ist. Luft verlässt den Verdichter mit relativ hoher Geschwindigkeit, und herkömmlich wird ein Diffusor zur anfänglichen Verringerung der Geschwindigkeit der verdichteten Luftströmung und Minimierung nachfolgender Druckverluste verwendet. Der Diffusor kann Teilerschaufeln enthalten, die die Luftströmung in gesonderte Diffusordurchgänge aufteilen. Eine Diffusorausgaberegion oder -kavität empfängt die Luftströmung aus dem Diffusor, und dort findet eine weitere Verzögerung statt, bevor die Luft in kreisringförmige Kanäle geleitet wird, die die Brennkammer umgeben. Auf herkömmliche Weise ist der Verdichter mit einem Verdichteraustrittsinnenrohr und einem Verdichteraustrittsgehäuse (CDC, Compressor Discharge Casing) versehen. Das CDC koppelt das Innenrohr und eine erste Stufendüse der Turbine miteinander. Generally, a turbine engine includes a compressor that provides a supply of highly compressed air to a combustor for combustion with a fuel. The resulting flow of hot gases from the combustion chamber drives the turbines, from which work can be drawn. Turbine engines may be configured with an axial compressor that is mechanically coupled to a downstream turbine by a common shaft or rotor, with a combustion chamber disposed between the compressor and the turbine. Air exits the compressor at a relatively high speed and a diffuser is conventionally used to initially reduce the speed of the compressed air flow and minimize subsequent pressure drops. The diffuser may include splitter vanes that divide the air flow into separate diffuser passages. A diffuser output region or cavity receives the flow of air from the diffuser and there is a further delay before the air is directed into annular channels surrounding the combustion chamber. In a conventional manner, the compressor is provided with a compressor outlet inner pipe and a compressor outlet casing (CDC, Compressor Discharge Casing). The CDC couples the inner tube and a first stage nozzle of the turbine with one another.

[0003] Eine primäre Verlustquelle in Diffusoren stellt die Wirbelerzeugung dar, wenn eine Strömung in die Diffusorausgabekavität eintritt. Die Diffusorausgabekavität weist den höchsten Diffusoröffnungswinkel auf, was zur Wirbelbildung führt. Gewöhnlich wachsen die Wirbel, wenn die Fluidströmung stromabwärts strömt, und sie beginnen mit den stromaufwärtigen Bereichen des Austrittsdiffusors wechselzuwirken. Dadurch kommt es zu weiteren Wirkungsgradverlusten und zu einer schlechten Vor-Diffusor- und CDC-Leistung. A primary source of loss in diffusers is vortex generation when flow enters the diffuser output cavity. The diffuser output cavity has the highest diffuser opening angle, which leads to vortex formation. Usually, as the fluid flow travels downstream, the eddies grow and begin to interact with the upstream portions of the exit diffuser. This leads to further losses in efficiency and poor pre-diffuser and CDC performance.

[0004] Infolgedessen besteht ein Bedarf nach verbesserten Systemen und Vorrichtungen, die eine Wechselwirkung der Wirbel mit den stromaufwärtigen Bereichen des Austrittsdiffusors reduzieren und ein Wachstum der Wirbel in der Ausgabekavität des Diffusors stoppen, so dass auf diese Weise die Gesamtverluste reduziert und eine robuste, zuverlässige Diffusorleistung sichergestellt wird. As a result, there is a need for improved systems and devices that reduce the interaction of the vortices with the upstream regions of the exit diffuser and stop the growth of the vortices in the output cavity of the diffuser, thus reducing overall losses and providing a robust, reliable one Diffuser performance is ensured.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

[0005] Die obige Aufgabe wird durch einen Austrittsdiffusor für eine Gasturbine, die einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine enthält, gemäss Anspruch 1 gelöst. The above object is achieved according to claim 1 by an outlet diffuser for a gas turbine which contains a compressor, a combustion chamber and a turbine.

[0006] Diese und weitere Merkmale des vorliegenden Anmeldegegenstandes werden bei einer Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. These and other features of the present subject matter will become apparent upon a review of the following detailed description of preferred embodiments in conjunction with the drawings and the appended claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0007] Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden durch das sorgfältige Lesen der folgenden detaillierteren Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden und gewürdigt, in denen zeigen: Fig. 1 einen beispielhaften Austrittsdiffusor für einen Verdichter in einer Gasturbine, die eine Wirbelfalle oder überhängende Stufe gemäss einer Ausführungsform des vorliegenden Anmeldegegenstandes enthält; Fig. 2 einen beispielhaften Austrittsdiffusor, der eine Wirbelfalle oder überhängende Stufe gemäss einer alternativen Ausführungsform des vorliegenden Anmeldegegenstandes enthält; Fig. 3 beispielhafte Abmessungen verschiedener Teile der Wirbelfalle oder überhängenden Stufe gemäss einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden Anmeldegegenstandes; Fig. 4 ein Fluidströmungsmuster innerhalb eines herkömmlichen Diffusors; und Fig. 5 ein Fluidströmungsmuster innerhalb des Austrittsdiffusors, der eine Wirbelfalle oder überhängende Stufe gemäss einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden Anmeldegegenstandes aufweist.These and other features of the invention will be better understood and appreciated from a careful reading of the following more detailed description of exemplary embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows an exemplary exit diffuser for a compressor in a gas turbine which contains a vortex trap or overhanging step according to an embodiment of the present subject matter of the application; FIG. 2 shows an exemplary exit diffuser which contains a vortex trap or overhanging step according to an alternative embodiment of the present subject matter of the application; 3 shows exemplary dimensions of various parts of the vertebral trap or overhanging step according to an exemplary embodiment of the present application; Figure 4 shows a fluid flow pattern within a conventional diffuser; and FIG. 5 shows a fluid flow pattern within the exit diffuser which has a vortex trap or overhanging step according to an exemplary embodiment of the present application.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

[0008] Als ein Anfangsschritt, um die Erfindung gemäss der vorliegenden Anmeldung klar zu vermitteln, kann es erforderlich sein, eine Terminologie zu wählen, die sich auf bestimmte Teile oder Maschinenkomponenten einer Gasturbine bezieht und diese beschreibt. Wenn es möglich ist, wird in der Industrie übliche Terminologie genutzt und entsprechend ihrer akzeptierten Bedeutung verwendet. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass häufig eine bestimmte Komponente unter Verwendung mehrerer unterschiedlicher Ausdrücke bezeichnet werden kann. Ausserdem kann das, was hierin als ein Einzelteil beschrieben sein kann, mehrere Komponententeile enthalten und im anderen Zusammenhang als aus mehreren Komponententeilen bestehend bezeichnet werden, oder das, was hierin als mehrere Komponententeile enthaltend beschrieben sein kann, kann als ein Einzelteil gestaltet und in einigen Fällen als ein Einzelteil bezeichnet werden. As an initial step in order to clearly convey the invention according to the present application, it may be necessary to choose a terminology that relates to and describes certain parts or machine components of a gas turbine. Whenever possible, industry terminology will be used and used according to its accepted meaning. Those skilled in the art will recognize that often a particular component may be referred to using several different terms. In addition, what may be described herein as a single part may include multiple component parts and in other contexts may be referred to as consisting of multiple component parts, or what may be described herein as including multiple component parts can be configured as a single part and in some cases referred to as a single part.

[0009] Ferner sind in dem hierin verwendeten Sinne «stromabwärts» und «stromaufwärts» Ausdrücke, die eine Richtung relativ zu der Strömung eines Arbeitsfluids durch die Turbine anzeigen. An sich bezieht sich der Ausdruck «stromabwärts» auf eine Richtung, die allgemein der Richtung der Arbeitsfluidströmung entspricht, und der Ausdruck «stromaufwärts» bezieht sich allgemein auf die Richtung, die zu der Richtung der Arbeitsfluidströmung entgegengesetzt gerichtet ist. Die Ausdrücke «hinten» bzw. «hintere(r, s)» und «vorne» bzw. «vordere (r, s)» können verwendet werden, um eine relative Position innerhalb der Turbinenmaschine zu beschreiben. Es versteht sich, dass der Verdichter allgemein als auf der «vorderen» Seite der Turbinenmaschine befindlich beschrieben ist, während sich der Turbinenabschnitt auf der «hinteren» Seite befindet. Demgemäss beschreibt «vordere», wie hierin verwendet, eine Position, die sich näher an dem Verdichter befindet, während «hintere» eine Position näher an der Turbine beschreibt. Der Ausdruck «radial» bezieht sich auf eine Bewegung oder Position senkrecht zu einer Achse. Es ist häufig erforderlich, Teile zu beschreiben, die sich an unterschiedlichen radialen Positionen in Bezug auf eine Achse befinden. In diesem Fall kann, falls sich eine erste Komponente näher an der Achse befindet als eine zweite Komponente, hier angegeben werden, dass die erste Komponente «radial innen» von der zweiten Komponente oder «innerhalb» derselben angeordnet ist. Falls sich andererseits die erste Komponente weiter weg von der Achse als die zweite Komponente befindet, kann hierin angegeben werden, dass die erste Komponente «radial aussen» von der zweiten Komponente oder «ausserhalb» der zweiten Komponente angeordnet ist. Der Ausdruck «axial» bezieht sich auf eine Bewegung oder Position parallel zu einer Achse. Schliesslich bezeichnet der Ausdruck «Umfangs-» bzw. «in Umfangsrichtung» eine Bewegung oder Position rings um eine Achse. Further, as used herein, "downstream" and "upstream" are terms indicating a direction relative to the flow of a working fluid through the turbine. As such, the term "downstream" refers to a direction generally corresponding to the direction of working fluid flow and the term "upstream" generally refers to the direction opposite to the direction of working fluid flow. The terms "rear" or "rear (r, s)" and "front" or "front (r, s)" can be used to describe a relative position within the turbine engine. It will be understood that the compressor is generally described as being on the "front" side of the turbine engine, while the turbine section is on the "rear" side. Accordingly, as used herein, "front" describes a position closer to the compressor, while "rear" describes a position closer to the turbine. The term "radial" refers to movement or position perpendicular to an axis. It is often necessary to describe parts that are in different radial positions with respect to an axis. In this case, if a first component is closer to the axis than a second component, it can be stated here that the first component is arranged “radially inward” of the second component or “inside” it. If, on the other hand, the first component is further away from the axis than the second component, it can be stated here that the first component is arranged “radially outside” of the second component or “outside” the second component. The term "axial" refers to movement or position parallel to an axis. Finally, the term “circumferential” or “in the circumferential direction” denotes a movement or position around an axis.

[0010] Fig. 1 veranschaulicht einen beispielhaften Verdichteraustrittsdiffusor 100 in einer Gasturbine, die eine Wirbelfalle oder überhängende Stufe gemäss einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden Anmeldegegenstandes enthält. Der Austrittsdiffusor 100 (siehe Fig. 5 ) kann ein komprimiertes Fluid aus einem (nicht veranschaulichten) Verdichter zu einer (nicht veranschaulichten) Brennkammer leiten. Im Allgemeinen verlässt Luft in der Turbinenmaschine den Verdichter mit relativ hoher Geschwindigkeit, und sie tritt in den Diffusor 100 ein, wo sie anschliessend verlangsamt wird. Fig. 1 illustrates an exemplary compressor outlet diffuser 100 in a gas turbine that contains a vortex trap or overhanging stage according to an exemplary embodiment of the present subject matter. The exit diffuser 100 (see FIG. 5) may direct a compressed fluid from a compressor (not shown) to a combustor (not shown). Generally, air in the turbine engine leaves the compressor at a relatively high speed and enters the diffuser 100 where it is then slowed down.

[0011] Wie durch Pfeile in Fig. 1 veranschaulicht, tritt das komprimierte Fluid zunächst in einen vorderen Bereich 101 (siehe Fig. 2 ) des Austrittsdiffusors 100 ein. Der vordere Bereich 101 kann eine innere Diffusorwand 102 und eine äussere Diffusorwand 104 enthalten. Es wird erkannt, dass sich die äussere Diffusorwand 104 nach aussen derart erweitert, das die Diffusorwände 102, 104 einen sich aufweitenden Strömungspfad durch den vorderen Abschnitt 101 definieren, der die ankommende komprimierte Luft verzögert. Ferner kann eine ringförmige Teilerschaufel bzw. -einrichtung 105 (wie veranschaulicht) enthalten sein. Die Teilerschaufel 105 teilt den vorderen Bereich 101 des Austrittsdiffusors 100 in zwei Durchgänge – einen ersten Durchgang 106 und einen zweiten Durchgang 108 – auf, die die Verdichteraustrittsströmung zu einer Sammel- bzw. Ausgabekavität 110 leiten. (Es ist zu beachten, dass nur ein Teil der Ausgabekavität 110 in den Fig. 1 bis 3 veranschaulicht ist, während weitere Bereiche der Ausgabekavität 110 in den Fig. 4 und 5 veranschaulicht sind.) In manchen Realisierungen des Offenbarungsgegenstandes kann der Austrittsdiffusor 100 eine beliebige Anzahl von Teilerschaufeln (105) bzw. -einrichtungen enthalten oder kann alternativ einen einzigen sich erweiternden ringförmigen Kanal ohne Teilerschaufeln bzw. -einrichtungen enthalten. As illustrated by arrows in FIG. 1, the compressed fluid first enters a front region 101 (see FIG. 2) of the outlet diffuser 100. The front region 101 may include an inner diffuser wall 102 and an outer diffuser wall 104. It is recognized that the outer diffuser wall 104 widens outward in such a way that the diffuser walls 102, 104 define a widening flow path through the front section 101 which delays the incoming compressed air. An annular divider vane 105 (as illustrated) may also be included. The splitter vane 105 divides the front region 101 of the outlet diffuser 100 into two passages - a first passage 106 and a second passage 108 - which guide the compressor discharge flow to a collecting or output cavity 110. (It should be noted that only a portion of the dispensing cavity 110 is illustrated in FIGS. 1 to 3, while other portions of the dispensing cavity 110 are illustrated in FIGS. 4 and 5.) In some implementations of the subject matter of the disclosure, the exit diffuser 100 can be a contain any number of divider vanes (105) or, alternatively, may contain a single flared annular channel with no divider vanes or assemblies.

[0012] Allgemein enthält der Austrittsdiffusor 100 eine Sammel- bzw. Ausgabekavität 110, die eine Luftströmung von dem vorderen Bereich 101 empfängt (wie durch Pfeile veranschaulicht). Von der Ausgabekavität 110 wird Luft in die nicht dargestellten ringförmigen Kanäle, die die Brennkammer umgeben, geleitet. Fig. 1 zeigt die Ausgabekavität 110 als einen Bereich mit einem Volumen, der allgemein stromabwärts von den hinteren Endpunkten der inneren Diffusorwand 102 und der äusseren Diffusorwand 104 positioniert ist. Die Ausgabekavität 110 kann eine innere Kavitätswand 112 enthalten, die eine innere radiale Begrenzung der Ausgabekavität 110 definiert, und die Ausgabekavität 110 kann, wie angegeben, wenigstens einen Abschnitt der Brennkammer umgeben. Die Ausgabekavität 110 weist einen deutlich höheren Diffusoröffnungswinkel auf, was im Betrieb gewöhnlich zu der Bildung eines Wirbels oder von Wirbeln (nicht veranschaulicht) führt. Es versteht sich für Fachleute auf dem Gebiet, dass die Bildung derartiger Wirbel eine primäre Verlustquelle darstellt, die den Wirkungsgrad der Maschine negativ beeinflusst. Gewöhnlich wachsen die Wirbel, wenn die Fluidströmung expandiert, und sie beginnen mit dem stromaufwärtigen Bereich 101 des Austrittsdiffusors 100 wechselzuwirken, wodurch weitere Wirkungsgradverluste hervorgerufen werden, wenn die Wirbel an ihrer Expansion gehindert werden. In general, the exit diffuser 100 includes a collection or output cavity 110 that receives a flow of air from the front area 101 (as illustrated by arrows). From the output cavity 110, air is fed into the annular channels (not shown) which surround the combustion chamber. 1 shows the dispensing cavity 110 as an area with a volume positioned generally downstream of the rearward endpoints of the inner diffuser wall 102 and the outer diffuser wall 104. The dispensing cavity 110 may include an inner cavity wall 112 defining an inner radial boundary of the dispensing cavity 110, and the dispensing cavity 110, as indicated, may surround at least a portion of the combustion chamber. The output cavity 110 has a significantly higher diffuser opening angle, which during operation usually leads to the formation of a vortex or vortices (not illustrated). It will be understood by those skilled in the art that the formation of such eddies is a primary source of loss that adversely affects the efficiency of the machine. Usually, the eddies grow as the fluid flow expands and they begin to interact with the upstream region 101 of the exit diffuser 100, causing further efficiency losses if the eddies are prevented from expanding.

[0013] Die innere Diffusorwand 102 endet an einer stromabwärtigen bzw. hinteren Lippe 113. In dem hierin verwendeten Sinne ist die stromabwärtige bzw. hintere Lippe 113 der stromabwärtige oder hintere Endpunkt der inneren Diffusorwand 102, wie in den Fig. 1 und 2 angezeigt. In einigen Ausführungsformen kann die innere Diffusorwand 102 eine Übergangsstufe 116 enthalten, die gleich vor der stromabwärtigen bzw. hinteren Lippe 113 positioniert ist, wie dies veranschaulicht ist. Es versteht sich, dass die stromabwärtige bzw. hintere Lippe 113 den Übergangspunkt von dem vorderen Bereich 101 zu der Ausgabekavität 110 des Austrittsdiffusors 100 kennzeichnet. Eine herkömmliche Konstruktion, wie sie in Fig. 4 veranschaulicht ist, stellt an dieser Stelle eine radiale Stufe bereit, wobei die Stufe eine Stufenwand aufweist, die mit der Radialrichtung im Wesentlichen ausgerichtet ist. The inner diffuser wall 102 terminates at a downstream or rear lip 113. As used herein, the downstream or rear lip 113 is the downstream or aft terminus of the inner diffuser wall 102, as indicated in FIGS. In some embodiments, the inner diffuser wall 102 may include a transition step 116 positioned just in front of the downstream lip 113, as illustrated. It goes without saying that the downstream or rear lip 113 characterizes the transition point from the front region 101 to the discharge cavity 110 of the outlet diffuser 100. A conventional construction, as illustrated in FIG. 4, provides a radial step at this point, the step having a step wall which is substantially aligned with the radial direction.

[0014] Gemäss Ausführungsformen des vorliegenden Anmeldegegenstandes enthält der Austrittsdiffusor 100 eine überhängende Stufe 116, die, wie nachstehend näher beschrieben, dazu dient, das Wachstum von Wirbeln in diesem Bereich zu minimieren oder zu stoppen. Die überhängende Stufe 116 enthält im Wesentlichen eine Stufenwand 118, die sich schräg radial nach innen und in einer stromaufwärtigen Richtung erstreckt, wodurch sie einen hinteren Abschnitt der inneren Diffusorwand 102 unterschneidet, wie dies in den Querschnittsansichten der Fig. 1 bis 3 veranschaulicht ist. Genauer gesagt, enthält die überhängende Stufe 116 eine Stufenwand 118, die von einem Anfangspunkt an der stromabwärtigen bzw. hinteren Lippe 113 der inneren Diffusorwand 102 aus in einer Richtung schräg verläuft, die sowohl eine nach innen weisende Richtungskomponente als auch eine axial stromaufwärts weisende Richtungskomponente enthält. An einem Ende ist die Stufenwand 118 mit der inneren Diffusorwand 102 verbunden, während sie an dem anderen Ende mit der inneren Kavitätswand 112 an einer Vorderkante (einer Stelle, die hierin als die Ausgabekavitätsvorderkante 117 bezeichnet ist) verbunden ist. Es versteht sich, dass gemäss Ausführungsformen des vorliegenden Anmeldegegenstandes die axiale Position der Ausgangskavitätsvorderkante 117 vor der axialen Position der stromabwärtigen bzw. hinteren Lippe 113 liegt. Natürlich ist es diese Konfiguration, die die überhängende Stufe 116 erzeugt, die wiederum die Strömungsdynamik herbeiführt, die die Bildung von Wirbeln beim Durchgang durch den Diffusor 100 während eines Betriebs der Maschine reduziert. According to embodiments of the present subject matter of the application, the outlet diffuser 100 contains an overhanging step 116 which, as described in more detail below, serves to minimize or stop the growth of eddies in this area. The overhanging step 116 essentially includes a step wall 118 that extends obliquely radially inward and in an upstream direction, thereby undercutting a rearward portion of the inner diffuser wall 102, as illustrated in the cross-sectional views of FIGS. 1-3. More specifically, the overhanging step 116 includes a step wall 118 that slopes from a starting point at the downstream lip 113 of the inner diffuser wall 102 in a direction that includes both an inward directional component and an axially upstream directional component . At one end, the step wall 118 is connected to the inner diffuser wall 102 while at the other end it is connected to the inner cavity wall 112 at a leading edge (a location referred to herein as the dispensing cavity leading edge 117). It goes without saying that, according to embodiments of the present application, the axial position of the exit cavity front edge 117 lies in front of the axial position of the downstream or rear lip 113. Of course, it is this configuration that creates the overhanging step 116 which in turn creates the fluid dynamics that reduce the formation of vortices as it passes through the diffuser 100 during operation of the engine.

[0015] Die Stufenwand 118 kann, wie veranschaulicht, konisch ausgebildet sein und bildet im Querschnitt mit einer radialen Referenzlinie allgemein einen Winkel 306, der insbesondere in Fig. 3 veranschaulicht ist. Wie hierin verwendet, wird dieser Winkel als der Stufenwandwinkel 306 bezeichnet. Herkömmlich ist, wie erwähnt, die Stufenwand 118 mit der radialen Referenzlinie fluchtend ausgerichtet, so dass folglich der Stufenwandwinkel 306 ungefähr 0° beträgt. In anderen herkömmlichen Anordnungen (nicht veranschaulicht) bildet die Stufenwand 118 einen positiven Winkel mit der radialen Referenzlinie, der sich in dem hierin verwendeten Sinne auf eine Konfiguration bezieht, in der die Stufenwand 118 schräg radial nach innen in der hinteren Richtung verläuft. Wie in der vorliegenden Anmeldung gelehrt, bildet die Stufenwand 118 jedoch einen negativen Winkel mit der radialen Referenzlinie, der, wie erwähnt, einen Überhang oder eine Unterschneidung erzeugt. Es ist festgestellt worden, dass Konfigurationen, die bestimmte Stufenwandwinkel 306 oder Stufenwandwinkel 306 innerhalb eines bestimmten Bereiches aufweisen, ein verbessertes Leistungsverhalten ergeben. Z.B. weist der Stufenwandwinkel 306 in einer bevorzugten Ausführungsform einen Wert in einem Bereich zwischen ungefähr –20° und –60° auf. Bevorzugterweise weist der Stufenwandwinkel 306 einen Wert in einem Bereich zwischen ungefähr –30° und –50° auf. In einigen Anwendungen weist ein idealer Stufenwandwinkel 306 einen Wert von ungefähr –40° auf. Wie in grösseren Einzelheiten nachstehend erläutert, bildet die Schräglage der Stufenwand 118 eine Wirbelfalle, die das Wachstum von Wirbeln stoppt und die Wirbel daran hindert, mit dem Fluid in dem vorderen Bereich 101 des Diffusors 100 wechselzuwirken. The step wall 118 can, as illustrated, be conical and in cross section with a radial reference line generally forms an angle 306, which is illustrated in particular in FIG. As used herein, this angle is referred to as the step wall angle 306. As mentioned, the step wall 118 is conventionally aligned with the radial reference line, so that the step wall angle 306 is consequently approximately 0 °. In other conventional arrangements (not illustrated), step wall 118 forms a positive angle with the radial reference line which, as used herein, refers to a configuration in which step wall 118 slopes radially inward in the rearward direction. As taught in the present application, however, the step wall 118 forms a negative angle with the radial reference line which, as noted, creates an overhang or undercut. It has been found that configurations that have certain step wall angles 306 or step wall angles 306 within a certain range provide improved performance. E.g. In a preferred embodiment, the step wall angle 306 has a value in a range between approximately −20 ° and −60 °. The step wall angle 306 preferably has a value in a range between approximately -30 ° and -50 °. In some applications, an ideal step wall angle 306 has a value of approximately -40 °. As explained in greater detail below, the incline of the step wall 118 forms a vortex trap which stops the growth of vortices and prevents the vortices from interacting with the fluid in the front region 101 of the diffuser 100.

[0016] Die stromabwärtige bzw. hintere Lippe 113 der inneren Diffusorwand 102 kann verschiedene bevorzugte Konfigurationen aufweisen. In einer Konfiguration, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist, kann die stromabwärtige bzw. hintere Lippe 113 eine glatte, gerundete Ecke aufweisen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform, wie sie in Fig. 2 veranschaulicht ist, kann die stromabwärtige bzw. hintere Lippe 113 eine scharfe Ecke aufweisen. In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform, wie sie Fig. 3 zeigt, enthält die stromabwärtige bzw. hintere Lippe 113 eine flache Fläche, die in einer im Wesentlichen radialen Richtung ausgerichtet ist. Diese alternativen Formen der stromabwärtigen bzw. hinteren Lippe 113 haben sich zum Einfangen von Wirbeln und zur Reduktion aerodynamischer Verluste als effektiv erwiesen. Während diese beschriebenen Konfigurationen für die stromabwärtige bzw. hintere Lippe 113 bevorzugte Ausführungsformen bilden, versteht es sich, dass andere Konfigurationen möglich sind. [0016] The downstream lip 113 of the inner diffuser wall 102 can have various preferred configurations. In a configuration as illustrated in FIG. 1, the downstream lip 113 may have a smooth, rounded corner. In another preferred embodiment, as illustrated in FIG. 2, the downstream lip 113 may have a sharp corner. In yet another preferred embodiment, as shown in FIG. 3, the downstream lip 113 includes a flat surface that is oriented in a generally radial direction. These alternative shapes of the downstream or rear lip 113 have been found to be effective in capturing vortices and reducing aerodynamic losses. While these described configurations constitute preferred embodiments for the downstream lip 113, it should be understood that other configurations are possible.

[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Gestalt der Verbindung, die zwischen der Stufenwand 118 und der inneren Kavitätswand 112 geschaffen ist, wie veranschaulicht, einen gerundeten kehlförmigen Bereich. Wie erkannt wird, kann dieser Spannungskonzentrationen verhindern. Es sind auch andere Konfigurationen möglich. In a preferred embodiment, the shape of the connection created between the step wall 118 and the inner cavity wall 112, as illustrated, includes a rounded throat-shaped area. As can be seen, this can prevent stress concentrations. Other configurations are also possible.

[0018] Ferner ist durch Experimente und computergestützte Modellierung von Strömungsmustern festgestellt worden, dass bestimmte Abmessungen bei der Steuerung oder Begrenzung der Wirbelbildung effektiver sind als andere. Fig. 3 hilft bei der Beschreibung der beispielhaften Abmessungen der verschiedenen Teile einer beispielhaften Wirbelfalle 300 innerhalb des Diffusors 100. Z.B. kann die radiale Höhe 312 der überhängenden Stufe 116 zwischen ungefähr 10,2 und 15,2 cm (4 und 6 Zoll) betragen. Insbesondere kann diese radiale Höhe 312 ungefähr 11,2 cm (4,4 Zoll) betragen. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand 302 zwischen der Übergangsstufe 114 und der stromabwärtigen bzw. hinteren Lippe 113 ungefähr 8,9 bis 11,4 cm (3,5 bis 4,5 Zoll) betragen. Mehr bevorzugt kann dieser Abstand 302 ungefähr 10,2 cm (4 Zoll) betragen. In einigen Ausführungsformen kann die Höhe 304 des abgeflachten Endes der stromabwärtigen bzw. hinteren Lippe 113 (vgl. Fig. 3 ) zwischen ungefähr 0 und 2,5 cm (0 und 1 Zoll) betragen. Mehr bevorzugt kann diese Höhe 304 ungefähr 1,3 cm (0,5 Zoll) betragen. In einigen Ausführungsformen kann der Radius 308 des zwischen der Stufenwand 118 und der inneren Kavitätswand 112 gebildeten Bogens zwischen ungefähr 1,3 und 5,1 cm (0,5 und 2 Zoll) betragen. Mehr bevorzugt kann dieser Radius 308 ungefähr 2,5 cm (1 Zoll) betragen. Ferner kann die Höhe 310 der Übergangsstufe 114 zwischen ungefähr 0,5 und 2,5 cm (0,2 und 1 Zoll) betragen. Mehr bevorzugt kann diese Höhe 310 ungefähr 1,3 cm (0,5 Zoll) betragen. Die vorstehenden Abmessungen sind zur Minimierung von Gesamtverlusten aufgrund eines Wirbelwachstums (nicht veranschaulicht) und zur Begrenzung der Wirbelwechselwirkung mit stromaufwärtiger Fluidströmung optimiert. Es versteht sich, dass diese Abmessungen in Abhängigkeit von der Anwendung verändert werden können und dass sie nur eine bevorzugte Umsetzung in die Praxis darstellen. Further, it has been determined through experimentation and computer-aided modeling of flow patterns that certain dimensions are more effective than others in controlling or limiting vortex formation. FIG. 3 helps describe the exemplary dimensions of the various parts of an exemplary vortex trap 300 within the diffuser 100. For example, the radial height 312 of the overhanging step 116 may be between about 10.2 and 15.2 cm (4 and 6 inches). In particular, this radial height 312 can be approximately 11.2 cm (4.4 inches). In some embodiments, the distance 302 between the transition step 114 and the downstream or rear lip 113 can be about 8.9 to 11.4 cm (3.5 to 4.5 inches). More preferably, this distance 302 can be approximately 10.2 cm (4 inches). In some embodiments, the height 304 of the flattened end of the downstream lip 113 (see FIG. 3) can be between about 0 and 2.5 cm (0 and 1 inches). More preferably, this height 304 can be about 1.3 cm (0.5 inches). In some embodiments, the radius 308 of the arc formed between the step wall 118 and the inner cavity wall 112 can be between about 1.3 and 5.1 cm (0.5 and 2 inches). More preferably, this radius 308 can be about 2.5 cm (1 inch). Further, the height 310 of the transition step 114 can be between approximately 0.5 and 2.5 cm (0.2 and 1 inches). More preferably, this height 310 can be approximately 1.3 cm (0.5 inches). The foregoing dimensions are optimized to minimize overall losses due to eddy growth (not illustrated) and to limit eddy interaction with upstream fluid flow. It is understood that these dimensions can be changed depending on the application and that they only represent a preferred implementation in practice.

[0019] Fig. 4 veranschaulicht ein Fluidströmungsmuster innerhalb eines herkömmlichen Diffusors 400 sowie experimentelle Ergebnisse von diesem. Der herkömmliche Diffusor 400 enthält den ersten Durchgang 106 und den zweiten Durchgang 108, durch die das komprimierte Fluid zu der Ausgabekavität 110 strömt, wie dies anhand von Pfeilen veranschaulicht ist. Eine Stufe 402, die eine im Wesentlichen in der Radialrichtung orientierte Stufenwand aufweist, verbindet die innere Diffusorwand 102 mit der inneren Kavitätswand 112 der Ausgabekavität 110, die sich innen in Bezug auf die innere Diffusorwand 102 befindet. Die Ausgabekavität 110 weist den höchsten Diffusoröffnungswinkel auf, was zur Wirbelerzeugung führt. Ein Wirbel 404 (der anhand des schattierten Bereiches dargestellt ist) bildet sich in der Nähe der Stufe 402 aus, während Fluid in die Ausgabekavität 110 eintritt. Der Wirbel 404 wächst, während das Fluid stromabwärts strömt und beginnt, mit dem Fluid in dem vorderen Abschnitt des herkömmlichen Diffusors 400 wechselzuwirken. Eine Fluidumkehrströmung in der Ausgabekavität 110 steigt die Stufe 402 hinauf, die eine im Wesentlichen vertikale Wand bildet, und sie tritt folglich in Wechselwirkung mit der stromaufwärtigen Strömung und trägt zu dem weiteren Wachstum des Wirbels 404 bei. Die Wechselwirkung kann aus Fig. 4 ersehen werden, worin das Fluid veranschaulicht ist, wie es in den zweiten Durchgang 108 eintritt. Dieses Wachstum des Wirbels 404 bewirkt eine Fluidströmung stromaufwärts von der Ausgabekavität 110, was zu schweren Verlusten und schlechterer Vorverdichter- und Verdichteraustrittsgehäuseleistung führt. Figure 4 illustrates a fluid flow pattern within a conventional diffuser 400 and experimental results therefrom. The conventional diffuser 400 includes the first passage 106 and the second passage 108 through which the compressed fluid flows to the dispensing cavity 110, as illustrated by arrows. A step 402, which has a step wall oriented substantially in the radial direction, connects the inner diffuser wall 102 to the inner cavity wall 112 of the output cavity 110, which is located inwardly with respect to the inner diffuser wall 102. The output cavity 110 has the highest diffuser opening angle, which leads to the generation of vortices. A vortex 404 (shown by the shaded area) forms near the step 402 as fluid enters the dispensing cavity 110. The vortex 404 grows as the fluid flows downstream and begins to interact with the fluid in the forward portion of the conventional diffuser 400. Reverse fluid flow in the dispensing cavity 110 rises up the step 402, which forms a substantially vertical wall, and thus interacts with the upstream flow and contributes to the further growth of the vortex 404. The interaction can be seen in FIG. 4, which illustrates the fluid entering the second passage 108. This growth of the vortex 404 causes fluid flow upstream of the discharge cavity 110, resulting in severe losses and inferior supercharger and discharge casing performance.

[0020] Fig. 5 zeigt ein Fluidströmungsmuster innerhalb des Diffusors 100 gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie experimentelle Ergebnisse von diesem. Wie erläutert, muss sich die Stufenwand 118 schräg radial nach innen und in einer stromaufwärtigen Richtung erstrecken, so dass die Stufenwand 118 einen Abschnitt der inneren Diffusorwand 102 unterschneidet. Ferner muss die stromabwärtige bzw. hintere Lippe 113 eine axiale Position aufweisen, die sich relativ zu der axialen Position der Ausgabekavitätsvorderkante 117 hinter dieser befindet. Fig. 5 zeigt einen abgeschwächten Wirbel 502, der in enger Nähe zu der Stufenwand 118 ausgebildet ist. Die Neigung bzw. Schräglage der Stufenwand 118 erzeugt eine Wirbelfalle in der Ausgabekavität 110, durch die das Wachstum des abgeschwächten Wirbels 502 gestoppt und seine Wechselwirkung mit dem vorderen Bereich 101 des Diffusors 100 verhindert wird. Fig. 5 zeigt den abgeschwächten Wirbel 502, wie er von dem zweiten Durchgang 108 im Wesentlichen losgelöst ist, im Vergleich zu dem Wirbel 404 in Fig. 4 , der eine beträchtliche Wechselwirkung mit dem zweiten Durchgang 108 aufweist. Dieser Vergleich veranschaulicht die Art und Weise, in der die vorliegende Konstruktion des Diffusors 100 das Wachstum des abgeschwächten Wirbels 502 verhindern kann und den abgeschwächten Wirbel 502 von der stromaufwärtigen Fluidströmung im Wesentlichen lösen kann. Figure 5 shows a fluid flow pattern within diffuser 100 according to an embodiment of the present invention and experimental results therefrom. As explained, the step wall 118 must extend obliquely radially inward and in an upstream direction so that the step wall 118 undercuts a portion of the inner diffuser wall 102. Furthermore, the downstream or rear lip 113 must have an axial position which is located behind the dispensing cavity leading edge 117 relative to the axial position thereof. FIG. 5 shows an attenuated vortex 502 formed in close proximity to the step wall 118. The inclination of the step wall 118 creates a vortex trap in the output cavity 110, which stops the growth of the weakened vortex 502 and prevents its interaction with the front region 101 of the diffuser 100. FIG. 5 shows the weakened vortex 502 as it is substantially detached from the second passage 108 compared to the vortex 404 in FIG. 4, which has a significant interaction with the second passage 108. This comparison illustrates the manner in which the present construction of the diffuser 100 can prevent the growth of the weakened vortex 502 and substantially detach the weakened vortex 502 from the upstream fluid flow.

[0021] Die Konstruktion des Diffusors 100 ermöglicht ferner eine gleichmässige Strömungsverteilung über einem Übergangsstück 504 einer Brennkammer und verhindert die Bildung heisser Stellen. Das resultierende Strömungsfeld reduziert Gesamtverluste und verbessert die Leistung des Diffusors 100. Ferner senkt die Eindämmung des abgeschwächten Wirbels 502 die strenge Anforderung, ein gleichmässiges Strömungsprofil an dem Verdichter zu haben, ohne die Leistung negativ zu beeinflussen. Die reduzierten Verluste in dem Verdichteraustrittsgehäuse können ferner einen höheren Spielraum bei der Verdichter- oder Brennkammerkonstruktion zulassen, wodurch deutliche leistungsbezogene und finanzielle Vorteile erzielt werden. The construction of the diffuser 100 also enables a uniform flow distribution over a transition piece 504 of a combustion chamber and prevents the formation of hot spots. The resulting flow field reduces overall losses and improves the performance of the diffuser 100. Furthermore, the containment of the weakened vortex 502 lowers the stringent requirement of having a uniform flow profile on the compressor without adversely affecting the performance. The reduced losses in the compressor outlet housing can also allow greater leeway in the compressor or combustion chamber design, as a result of which clear performance-related and financial advantages are achieved.

[0022] Tabelle 1 vergleicht das Verhalten des herkömmlichen Diffusors 400 mit demjenigen des Diffusors 100. Es werden vier Szenarien betrachtet, die unterschiedliche Leckverlustniveaus aufweisen, die an dem vierzehnten Stator (S14) des Verdichters festgelegt werden, wobei die Leckage zwischen dem Schaufelblatt an dem vierzehnten Stator (S14) und dem Verdichteraustrittsgehäuse (CDC) stattfindet. Eine Leckage von 0,3% am S14 ist der Auslegungspunkt für das vorliegende Beispiel. Der Druckverlust wird entsprechend der folgenden Gleichung 1 gemessen: Table 1 compares the behavior of the conventional diffuser 400 with that of the diffuser 100. Four scenarios are considered, which have different leakage loss levels, which are set at the fourteenth stator (S14) of the compressor, the leakage between the airfoil at the fourteenth stator (S14) and the compressor outlet casing (CDC) takes place. A leak of 0.3% at the S14 is the design point for the present example. The pressure drop is measured according to Equation 1 below:

[0023] Tabelle 1 0,1 1,17 1,16 0,3 (Auslegungspunkt) 1, 13 0,99 0,4 1, 19 1, 03 0, 8 1, 42 1,3 Table 1 0.1 1.17 1.16 0.3 (design point) 1, 13 0.99 0.4 1, 19 1, 03 0, 8 1, 42 1.3

[0024] Es sollte beachtet werden, dass gewöhnlich ein beträchtlicher Aufwand investiert wird, um derart niedrige Leckverlustniveaus konstant einzuhalten. Die reduzierten Verluste in dem Diffusor 100 können einen gewissen Grad an Flexibilität während der Verdichter- oder Brennkammerkonstruktion gewähren und können ferner die strengen Anforderungen an die Einhaltung der Leckverlustniveaus mildern. It should be noted that a considerable amount of effort is usually invested in order to consistently maintain such low leakage levels. The reduced losses in the diffuser 100 can allow some degree of flexibility during the compressor or combustor design and can also alleviate the stringent requirements for compliance with leakage levels.

[0025] Tabelle 1 zeigt, dass der Diffusor 100 den auf Wirbelwachstum zurückzuführenden Druckverlust im Vergleich zu dem herkömmlichen Diffusor 400 verringert. Es sollte beachtet werden, dass die beanspruchte Diffusorkonstruktion ein robustes Leistungsverhalten nicht nur an dem Auslegungspunkt, sondern auch über verschiedene Betriebsbedingungen hinweg ergibt. Somit begrenzt der Diffusor 100 gemäss den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Wirbelwachstum, und er begrenzt die Wechselwirkung der stromaufwärtigen Strömung mit dem Wirbel, was zu deutlichen Verbesserungen des Diffusor- und CDC-Leistungsverhaltens führt. Table 1 shows that the diffuser 100 reduces pressure loss due to vortex growth compared to the conventional diffuser 400. It should be noted that the claimed diffuser design provides robust performance not only at the design point, but also over various operating conditions. Thus, the diffuser 100 according to embodiments of the present invention limits vortex growth and limits the interaction of the upstream flow with the vortex, resulting in significant improvements in diffuser and CDC performance.

[0026] Es ist ein Austrittsdiffusor für eine Gasturbine, die einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine enthält, offenbart, der enthält: einen vorderen Bereich 101 und eine Ausgabekavität 110, wobei der vordere Bereich 101 konfiguriert ist, um eine Austrittsströmung aus dem Verdichter zu der Ausgabekavität 110 zu leiten; eine innere Diffusorwand 102, die einen inneren Strömungspfad des vorderen Bereiches 101 radial begrenzt; und eine äussere Diffusorwand 104, die einen äusseren Strömungspfad des vorderen Bereiches 101 radial begrenzt; wobei der Austrittsdiffusor an einer stromabwärtigen Lippe 113 der inneren Diffusorwand 102 eine überhängende Stufe 116 aufweist. An exit diffuser for a gas turbine including a compressor, a combustor, and a turbine is disclosed that includes: a forward portion 101 and a discharge cavity 110, the forward portion 101 configured to convey an exhaust flow from the compressor to the dispensing cavity 110; an inner diffuser wall 102 that radially defines an inner flow path of the front region 101; and an outer diffuser wall 104 which radially delimits an outer flow path of the front region 101; wherein the exit diffuser has an overhanging step 116 on a downstream lip 113 of the inner diffuser wall 102.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

[0027] 100 Verdichteraustrittsdiffusor 101 vorderer Bereich 102 innere Diffusorwand 104 äussere Diffusorwand 105 ringförmige Teilerschaufel 106 erster Durchgang 108 zweiter Durchgang 110 Ausgabekavität 112 innere Kavitätswand 113 stromabwärtige bzw. hintere Lippe 114 Übergangsstufe 116 überhängende Stufe 117 Vorderkante der Ausgabekavität 118 Stufenwand 120 zweiter Schenkel 300 Wirbelfalle 302 Weite 304 Höhe der flachen Ecke 306 Stufenwandwinkel 307 radiale Achse 308 Radius 310 Höhe 312 radialer Abstand 400 herkömmlicher Diffusor 402 Stufe 404 Wirbel 500 Fluidströmungsmuster 502 abgeschwächter Wirbel 504 Übergangsstück100 compressor outlet diffuser 101 front area 102 inner diffuser wall 104 outer diffuser wall 105 annular divider blade 106 first passage 108 second passage 110 output cavity 112 inner cavity wall 113 downstream or rear lip 114 transitional step 116 overhanging step 117 front edge of output cavity 118 step wall 120 second leg 300 vortex trap 302 width 304 flat corner height 306 step wall angle 307 radial axis 308 radius 310 height 312 radial spacing 400 conventional diffuser 402 step 404 vortex 500 fluid flow pattern 502 weakened vortex 504 transition piece

Claims

A discharge diffuser for a gas turbine including a compressor, a combustor, and a turbine, the discharge diffuser comprising: a front portion (101) and an output cavity (110), the forward portion (101) configured to direct an exit flow from the compressor to the dispensing cavity (110); an inner diffuser wall (102) radially defining an inner flow path of the front portion (101); and an outer diffuser wall (104) radially defining an outer flow path of the front portion (101); wherein at a downstream lip (113) of the inner diffuser wall (102), the exit diffuser has an overhanging step (116).

The exit diffuser of claim 1, wherein the outer diffuser wall (104) flares outwardly such that the inner diffuser wall (102) and the outer diffuser wall (104) define an expanding flow path, and the downstream lip (113) defines the downstream end point the inner diffuser wall (102); wherein the dispensing cavity (110) is a region having a volume disposed downstream of the flared inner and outer diffuser walls (102, 104) of the front portion (101), and wherein the dispensing cavity (110) is configured to be at least one of Surround the combustion chamber section.

3. The outlet diffuser of claim 1, wherein the overhanging step (116) has a step wall (118) extending from the downstream lip (113) of the front portion (101) to an inner cavity wall (112) of the dispensing cavity (110). wherein the inner cavity wall (112) forms an inner radial boundary of the dispensing cavity (110).

4. The outlet diffuser of claim 3, wherein the overhanging step (116) has a radial step extending radially inward and in an upstream direction from the downstream lip (113) such that the radial step defines a portion of the inner diffuser wall (11). 102) undercuts.

The exit diffuser of claim 3, wherein the step wall (118) connects the inner diffuser wall (102) to the inner cavity wall (112).

6. The outlet diffuser of claim 5, wherein the inner cavity wall (112) has a position farther inward with respect to the inner diffuser wall (102); the radial height (312) of the overhanging step (116) being at a distance that the inner cavity wall (112) is located further inward of the inner diffuser wall (102); and wherein the step wall (118) is connected at one end to the inner diffuser wall (102) at the downstream lip (113) and at the other end to the inner cavity wall (112) at an output cavity leading edge (117).

The egress diffuser of claim 6, wherein the step wall (118) is substantially conical, and the overhanging step (116) is configured such that a step wall angle (306) formed between the step wall (118) and a radially oriented reference line is, has a value in a range between -20 and -60 degrees.

The egress diffuser of claim 7, wherein the treadwall angle (306) has a value in a range between -30 and -50 degrees.

The exit diffuser of claim 6, wherein the downstream lip (113) has either a rounded edge, a sharp edge, or a flat surface oriented in a substantially radial direction, and wherein the discharge cavity leading edge (117) has a rounded edge ,

The egress diffuser of claim 6, wherein the radial height (312) of the overhanging step (116) is from 10.2 to 15.2 cm, i. 4 to 6 inches; and further wherein the exit diffuser has a transitional step (114) disposed on the inner side of the inner diffuser wall (102), axially between a compressor-side end and the downstream lip (113), wherein the axial distance (302) between the transition stage (114) and the downstream lip (113) is 8.9 to 11.4 cm, i. 3.5 to 4.5 inches, and, wherein the radial height (310) of the transition stage (114) is 1.3 cm, i. 0.5 inches.