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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Dampfturbinen, und sie betrifft insbesondere einen Diffusor für eine Abdampfhaube mit einem vergrößerten darin verfügbaren Flächenverhältnis für eine verstärkte Druckerholung innerhalb der Dampfturbine.
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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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In dem Auslass für Abdampf aus einer Axialdampfturbine z. B. zu einem anschließenden Kondensator sollte die Dampfströmung durch diesen vorzugsweise relativ sanft sein. Der Auslass des Abdampfes sollte ferner Energieverluste darin aus der Bildung von Wirbeln, Turbulenzen, Ungleichmäßigkeiten in der Strömung und dergleichen minimieren.
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Der Abdampf aus der Turbine wird im Allgemeinen in eine Abdampfhaube geleitet. Der Abdampf strömt anschließend durch einen Abdampfhaubenauslass hindurch in einer zu der Achse der Turbine im Wesentlichen senkrechten Richtung in den Kondensator oder sonstwo hinein. Ein effizienter Betrieb der Dampfturbine erfordert somit einen sanften Übergang von der axialen Strömung durch die Turbine zu der radialen Strömung in der Abdampfhaube sowie eine sanfte Strömung aus dem Abdampfhaubenauslass heraus und in den Kondensator hinein. Das Erreichen einer relativ gleichmäßigen Strömungsverteilung an dem Auslass der Abdampfhaube sorgt im Allgemeinen für eine effiziente Energieumwandlung in der Turbine und liefert den Abdampf in effektiver Weise zu dem Kondensator.
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Eine verbesserte Effizienz an den Laufschaufeln der letzteren Stufen der Dampfturbine vor dem Auslass erfordert im Allgemeinen auch eine relativ gleichmäßige umfangsseitige und günstige radiale Druckverteilung. In Dampfturbinen werden üblicherweise Diffusoren eingesetzt, um die gesamte Effizienz und Leistungsabgabe durch Erzielung einer Druckerholung in diesen zu verbessern. In herkömmlichen Abdampfhauben kommt die maximale Druckerholung im Allgemeinen innerhalb des Diffusors an dem Ende einer Dampfführung zustande. Ein Ausmaß der Druckerholung an dem Ende der Dampfführung kann jedoch aufgrund einer unpassenden Flächenfestlegung stromabwärts von dieser eingebüßt werden. Außerdem können Raumbeschränkungen die Fähigkeit des Diffusors, durch Vergrößerung der Durchflussfläche den statischen Druck zu erhöhen, während die Dampfgeschwindigkeit reduziert wird, begrenzen. Insbesondere sind Versuche unternommen worden, um diese Effizienzziele zu erreichen und dabei eine Abdampfhaube mit einer möglichst kurzen axialen Länge zu verwenden, um so die Länge des Rotors zu begrenzen. Obwohl eine reduzierte Rotorwellenlänge Produktionskosten reduzieren kann, kann dies auch ein reduziertes verfügbares Flächenverhältnis an dem Ende einer Dampfführung zur Folge haben. Die Einbuße bei einem Ausmaß der Druckerholung bedeutet somit eine Einbuße bei der Leistung des Niederdruckabschnitts und somit dem gesamten Wirkungsgrad.
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Es besteht folglich ein Wunsch nach einem verbesserten Diffusor für eine Abdampfhaube einer Dampfturbine. Der Diffusor bietet vorzugsweise eine vergrößerte Leistung und Effizienz mittels eines vergrößerten verfügbaren Flächenverhältnisses, während er ferner Produktionskosten in Bezug auf die Länge des Rotors und in sonstiger Weise reduziert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Anmeldung ergibt somit einen Diffusor für eine Abdampfhaube einer Dampfturbine. Der Diffusor kann ein erstes Ende benachbart zu einer letzten Laufschaufel und ein zweites Ende stromabwärts von einer Dampfführung und benachbart zu einem Lagerkonus enthalten. Ein Abdampfpfad erstreckt sich durch diesen hindurch. Das zweite Ende kann eine axiale Erweiterung enthalten, die den Abdampfströmungspfad aufweitet.
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Die vorliegende Anmeldung ergibt ferner eine Dampfturbine. Die Dampfturbine kann eine Anzahl von Laufschaufeln, die an einem Rotor positioniert sind, einen Diffusor, der sich von einem ersten Ende benachbart zu einer letzten Laufschaufel der Anzahl von Laufschaufeln bis zu einem zweiten Ende stromabwärts von einer Dampfführung und benachbart zu einem Lagerkonus erstreckt, enthalten. Ein Abdampfströmungspfad erstreckt sich durch den Diffusor hindurch. Das zweite Ende des Diffusors kann eine axiale Erweiterung, die den Abdampfströmungspfad aufweitet, enthalten.
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Die vorliegende Anmeldung ergibt ferner eine Dampfturbine. Die Dampfturbine kann eine Dampfführung und einen Lagerkonus darin enthalten. Die Dampfführung und der Lagerkonus können einen Diffusor zwischeneinander definieren. Ein Abdampfströmungspfad führt durch den Diffusor hindurch. Der Lagerkonus kann eine axiale Erweiterung darin definieren, die den Diffusor aufweitet.
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Diese und weitere Merkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung werden für einen Fachmann auf dem Gebiet bei einer Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offenkundig.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine teilweise weggeschnittene Perspektivansicht einer bekannten Dampfturbine mit einer Abdampfhaube.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer bekannten Abdampfhaube, die einen durch diese hindurchführenden Abdampfströmungspfad enthält.
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3 zeigt eine ausschnittsweise Querschnittsansicht eines bekannten Diffusors.
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4 zeigt eine ausschnittsweise Querschnittsansicht eines Diffusors, wie er hierin beschrieben sein kann.
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5 zeigt eine ebene Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer seitlichen Abdampfhaube, wie sie hierin beschrieben sein kann.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten gleiche Elemente bezeichnen, zeigt 1 eine perspektivische, teilweise weggeschnittene Ansicht einer Dampfturbine 10. Allgemein beschrieben, enthält die Dampfturbine 10 einen Rotor 15 mit einer Anzahl von Turbinenlaufschaufeln 20. Die Dampfturbine 10 enthält ferner ein inneres Turbinengehäuse 25 mit einer Anzahl von Leitschaufeln 30, die sich von diesem weg erstrecken. Ein zentral angeordneter, im Wesentlichen radialer Dampfeinlass 35 führt Dampf jeder der Turbinenlaufschaufeln 20 und Leitschaufeln 30 auf entgegengesetzten axialen Seiten der Turbine 10 zu, um den Rotor 15 anzutreiben. Die Laufschaufeln 20 und die Leitschaufeln 30 bilden die verschiedenen Stufen der Turbine sowie einen hindurchführenden Strömungspfad.
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Die Dampfturbine 10 enthält ferner eine Abdampfhaube 40. Die äußere Abdampfhaube 40 umgibt und trägt das innere Gehäuse 25 sowie andere Teile, wie beispielsweise die Lager und dergleichen. Die Dampfströmung kann die Stufen bis zu einem Auslass 45 passieren, um zu einem oder mehreren (nicht veranschaulichten) Kondensatoren oder sonstigen Stellen zu strömen. Der Abdampfströmungspfad ist im Allgemeinen gewunden und unterliegt Druckverlusten mit einer daraus folgenden Reduktion der Leistung und Effizienz. Die Abdampfhaube 40 kann eine obere Haube 50 und eine untere Haube 55 enthalten.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer bekannten Abdampfhaube 40 für eine Gasturbine 10, die einen durch diese hindurchführenden Abdampfströmungspfad 60 enthält. Wie vorstehend beschrieben, besteht eine der Hauptfunktionen der Abdampfhaube 40 darin, den statischen Druck in dem Abdampfpfad 60 wiederzugewinnen, während die Abdampfströmung von den Rotorschaufeln 20 zu dem Kondensator geführt wird. Ein Niederdruckabschnitt 65 der Dampfturbine 10 enthält somit den Dampfeinlass 35, die Turbinenstufen (Laufschaufeln 20 und Leitschaufeln 30) sowie die Abdampfhaube 50 mit einem Diffusor 70. Ein Teil des Abdampfströmungspfades 60 erstreckt sich abwärts zu dem Kondensator durch die untere Abdampfhaube 55, während sich der restliche Strömungspfad durch die obere Abdampfhaube 50 hindurch erstreckt.
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Wie in 3 veranschaulicht, kann sich der Diffusor 70 von einer letzten Laufschaufel 75 sowie zwischen einer Dampfführung 80 und einem Abschnitt eines Lagerkonus 85 erstrecken. Wie vorstehend beschrieben, tritt die maximale Druckerholung im Allgemeinen an dem Ende der Dampfführung 80 auf, weil Druckverluste im Allgemeinen stromabwärts hiervon aufgrund einer ungeeigneten Flächenfestlegung und dergleichen steigen. Das verfügbare Flächenverhältnis innerhalb des Diffusors 70 ist im Allgemeinen durch die Konfiguration des Rotors 15 begrenzt.
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4 zeigt eine Dampfturbine 100 mit einem Abschnitt einer Abdampfhaube 105, die einen Diffusor 110 aufweist, wie er hierin beschrieben sein kann. Ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen erstreckt sich der Diffusor 110 von einer letzten Laufschaufel 120 aus sowie zwischen einer Dampfführung 130 und einem Abschnitt eines Lagerkonus 140. Der Diffusor 110 definiert einen Abdampfströmungspfad 150 dazwischen. Der Diffusor 110 erstreckt sich von einem ersten Ende 160 benachbart zu der letzten Laufschaufel 120 bis zu einem zweiten Ende 170 stromabwärts von der Dampfführung 130 und an dem Lagerkonus 140.
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Wie veranschaulicht ist, enthält das zweite Ende 170 des Diffusors 110 eine axiale Erweiterung 180 innerhalb des Lagerkonus 140. Die axiale Erweiterung 180 erstreckt sich in der Länge in einer Axialrichtung von etwa einem mittleren Abschnitt 190 des Diffusors 110 aus bis zu dem zweiten Ende 170. Eine gestrichelte Linie 200 zeigt die Position einer ursprünglichen äußeren Wand 210 des ursprünglichen Diffusors 70. Die axiale Erweiterung 180 definiert somit einen näherungsweise dreieckförmigen Querschnitt 215 zwischen der ursprünglichen Außenwand 210 und einer erweiterten Außenwand 220. Die axiale Erweiterung 180 kann innerhalb des Lagerkonus 140 definiert sein. Die axiale Erweiterung 180 vergrößert somit ein verfügbares Flächenverhältnis 225 an dem Ende der Dampfführung 130, um so die gesamte Druckerholung durch diese zu steigern.
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Der Anfang der axialen Erweiterung 180 an dem mittleren Abschnitt 190 ist nur ein Beispiel. Die axiale Erweiterung 180 kann an einer beliebigen Position beginnen, die das verfügbare Flächenverhältnis 225 vergrößert und sich unter, an oder über dem mittleren Abschnitt befinden kann. Die axiale Erweiterung 180 kann eine gerade Fläche, eine konvexe Fläche, eine konkave Fläche oder eine gekrümmte Fläche von beliebiger Art sein.
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Allgemein definiert, ist die Druckerholung eine Funktion einer axialen Länge 230 des Diffusors 110 von einer Mittellinie 240 der letzten Laufschaufel 120 bis zu einer Endwand des Diffusors dividiert durch eine Länge der letzten Schaufel 120. Die Druckerholung steigt somit, indem die Endwand des Diffusors 110 von der ursprünglichen Außenwand 210 zu der erweiterten Außenwand 220 erweitert wird. Eine erhöhte Druckerholung ergibt somit eine verbesserte gesamte Leistung und einen verbesserten Gesamtwirkungsgrad. Außerdem ergibt der Diffusor 110 hier das vergrößerte verfügbare Flächenverhältnis 225, während ein relativ kurzer Rotor 15 aufrechterhalten wird, um so Produktionskosten zu reduzieren.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Abdampfhaube 250. Die Abdampfhaube 250 kann eine seitliche Abdampfhaube 260 sein. Die seitliche Abdampfhaube 260 enthält ebenfalls einen Diffusor 270 mit einer axialen Erweiterung 280. Die Erstreckung der ursprünglichen Abdampfhaube ist anhand der Linie 290 veranschaulicht. Es können andere Winkel hierin verwendet werden. Die axiale Erweiterung 280 kann durch eine Anzahl von Sektoren oder einen vollständigen 360 Grad realisiert werden. 5 zeigt eine Erweiterung von etwa 180 Grad. Es können andere Konfigurationen hierin verwendet werden.
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Es sollte offensichtlich sein, dass das Vorstehende lediglich bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung anbetrifft und dass daran zahlreiche Veränderungen und Modifikationen durch einen Fachmann auf dem Gebiet vorgenommen werden können, ohne dass von dem allgemeinen Rahmen und Umfang der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche definiert, und deren Äquivalenten abgewichen wird.
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Die vorliegende Anmeldung ergibt einen Diffusor 110 für eine Abdampfhaube 105 einer Dampfturbine 100. Der Diffusor 110 kann ein erstes Ende 160 benachbart zu einer letzten Laufschaufel 120 und ein zweites Ende 170 stromabwärts von einer Dampfführung 130 und benachbart zu einem Lagerkonus 140 enthalten. Ein axialer Strömungspfad 150 führt hindurch. Das zweite Ende 170 kann eine axiale Erweiterung 180 enthalten, die den Abdampfströmungspfad 150 aufweitet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dampfturbine
- 15
- Rotor
- 20
- Laufschaufeln
- 25
- Gehäuse
- 30
- Leitschaufeln
- 35
- Dampfeinlass
- 40
- Abdampfhaube
- 45
- Auslass
- 50
- Obere Haube
- 55
- Untere Haube
- 60
- Abdampfströmungspfad
- 65
- Niederdruckabschnitt
- 70
- Diffusor
- 75
- Letzte Laufschaufel
- 80
- Dampfführung
- 85
- Lagerkonus
- 100
- Dampfturbine
- 105
- Abdampfhaube
- 110
- Diffusor
- 120
- Letzte Laufschaufel
- 130
- Dampfführung
- 140
- Lagerkonus
- 150
- Abdampfströmungspfad
- 160
- Erstes Ende
- 170
- Zweites Ende
- 180
- Axiale Erweiterung
- 190
- Mittlerer Abschnitt
- 200
- Gestrichelte Linie
- 215
- Dreieckiger Querschnitt
- 210
- Ursprüngliche Außenwand
- 220
- Erweiterte Außenwand
- 225
- Verfügbares Flächenverhältnis
- 230
- Axiale Länge
- 240
- Mittellinie
- 250
- Abdampfhaube
- 260
- Seitliche Abdampfhaube
- 270
- Diffusor
- 280
- Axiale Erweiterung
- 290
- Linie
