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Technisches
Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine axial
durchströmte Niederdruckdampfturbine
mit einem Mehrkanal-Diffusor zur Führung der Beschaufelungsabströmung.
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Ein Mehrkanal-Diffusor zur Führung des
Beschaufelungsabdampfes einer Niederdruckdampfturbine ist beispielsweise
in der
DE 100 37 684 beschrieben.
Es handelt sich dort um einen axial-radialen Diffusor, der durch
einen äusseren
und inneren Diffusorring gebildet ist und dessen Innenraum mittels
zwei Leitblechen in drei Teildiffusoren unterteilt ist. Insbesondere
ist die Querschnittsfläche
auf die drei Teildiffusoren ungleichmässig verteilt, und die Leitbleche
sind möglichst
nahe an der letzten Schaufelreihe angeordnet und bezüglich Nabe
und Gehäusekontur
der Turbine so ausgerichtet, dass die Beschaufelungsabströmung möglichst
stabil und verlustarm geführt
wird. Das äussere
Leitblech dient ferner dazu, den Grossteil der Beschaufelungsabströmung von
der hochenergetischen, supersonischen Spaltströmung abzuschirmen und dadurch
verlustbringende Strömungsinterferenzen
zu vermeiden.
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Der äussere und innere Diffusorring
sowie die Leitbleche sind dort durch mehrere konische Teilstücke gebildet.
Die Winkel zwischen den einzelnen Teilstücken sind dabei so gewählt, dass
die gewünschte
axial-radiale Umlenkung der Beschaufelungsabströmung mittels einer Anzahl von
Teilstücken
realisiert wird, die in Anbetracht der Baukosten vertretbar ist.
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Der dort beschriebene Dreikanal-Diffusor
ist ferner als Unterschalldiffusor ausgelegt. Dabei wird allerdings
dem Energiepotential der Spaltabströmung nicht vollumfänglich Rechnung
getragen. Die Spaltabströmung
der letzten Schaufelreihe erreicht meridional Geschwindigkeiten
von ca. Ma 1.6 bis 1.8 . Bei grossen Schaufelspielen ist der Fluss
der kinetischen Energie der Spaltabströmung sehr hoch und füllt dabei
bis zu 10% der Kanalhöhe
des Diffusors aus. Weiter ist diese Energie stark inhomogen und drallbehaftet.
Es ergibt sich dadurch ein Zusatzverlust durch Überschall im äusseren
Teildiffusor.
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Der vorliegenden Erfindung ist die
Aufgabe gestellt, einen Mehrkanal-Diffusor zu schaffen, der eine
stabile und verlustarme Führung
der Beschaufelungsabströmung
einer Niederdruckdampfturbine erbringt und durch den zugleich, zur
Erhöhung
der Turbinenleistung, die Energie der Spaltabströmung nach der letzten Laufschaufelreihe
im Vergleich zu Diffusoren des Standes der Technik besser genutzt
wird.
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Diese Aufgabe ist durch einen Mehrkanal-Diffusor
gemäss
Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungen
und Varianten der Erfindungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Ein Mehrkanal-Diffusor zur Führung des
Beschaufelungsabdampfs aus einer Niederdruckdampfturbine weist einen äusseren
und inneren Diffusorring und ein Leitblech oder mehrere Leitbleche
auf, die den Diffusor in zwei oder mehr Teildiffusoren aufteilen.
Der äussere
Diffusorring und das äusserste
Leitblech, welches dem äusseren
Diffusorring am nächsten
liegt, bilden den äussersten
Teildiffusor. Dieses äusserste
Leitblech ist in bezug auf die letzte Laufschaufelreihe der Niederdruckturbine
so angeordnet, dass der äusserste
Teildiffusor eine supersonische Spaltströmung, die zwischen den Spitzen
der letzten Schaufelreihe und dem Turbinengehäuse entsteht, aufnimmt. Der äussere Diffusorring
und das ihm nächstliegende
Leitblech sind jeweils aus mehreren Teilstücken gebildet.
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Gemäss der vorliegenden Erfindung
weist entweder der äussere
Diffusorring oder das äusserste
Leitblech oder beide jeweils mindestens zwei Knicke auf, die einen
oder mehr Verdichtungsstösse
in der Strömung
erzeugen. Mindestens einer der Verdichtungsstösse verläuft schräg zur Strömungsrichtung, während der
stromabwärts
letzte Verdichtungsstoss senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft.
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Die Knicke im äusseren Diffusorring und/oder äussersten
Leitblech sind als abrupte Richtungsänderung der Seitenwand des äusseren
Teildiffusors zu verstehen. Sie sind jeweils durch die Anordnung
von Teilstücken
in einem bestimmten Knickwinkel zueinander realisiert. Die Grösse der
Knickwinkel und die Position der Knicke am äusseren Diffusorring und/oder äussersten
Leitblech sind so bestimmt, dass durch die Knicke jeweils ein schräger Verdichtungsstoss
von einer gewünschten
Ausrichtung in bezug auf die Strömungsrichtung
erzeugt wird. Aufgrund einer gewählten
Position eines ersten Knicks im Diffusorring und/oder Leiblech und
der an diesem Punkt vorherrschenden Strömungsgeschwindigkeit wird mittels
gasdynamischen Regeln die Grösse
des Knickwinkels bestimmt. Dabei wird darauf geachtet, dass der
gesamte Totaldruckverlust über
alle Verdichtungsstösse
hinweg ein Minimum beträgt.
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Verdichtungsstösse in einer Strömungsführung bewirken
eine Umwandlung der Strömungsenergie
in Druckenergie bei miteingehender Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit.
Die hohe Energie der Spaltabströmung,
die in den äusseren
Teildiffusor strömt,
wird dadurch zum Teil in Druckenergie umgewandelt, die zur Erhöhung der
Turbinenleistung beiträgt.
Durch diese Massnahme wird somit der Energieverlust durch Dissipation
nach dem Teildiffusor gesenkt.
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Nachfolgend den Knicken, die Verdichtungsstösse bewirken,
weisen der äussere
Diffusorring und das äussere
Leitblech nach Bedarf zwecks Umlenkung weitere Knicke auf.
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In einer ersten und bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Mehrkanal-Diffusor als axial-radialer Diffusor
ausgebildet, wobei der äussere
Diffusorring insgesamt drei Knicke aufweist, wovon zwei in ihrer
Position und ihrem Winkelausmass so zueinander angeordnet sind,
dass zwei zur Strömung
schräg
verlaufende Verdichtungsstösse
erzeugt werden. Ein dritter, stromabwärts von den zwei Knicken liegender
Knick ist in Position und Winkelausmass so ausgebildet ist, dass
ein zur Strömung
senkrecht verlaufender Verdichtungsstoss erzeugt wird. Das äusserste
Leitblech ist auf der Seite, die den äusseren Teildiffusor begrenzt,
in dieser Ausführungsform
im Bereich der Verdichtungsstösse ohne
Knicke ausgebildet. Die insgesamt drei Verdichtungsstösse bewirken
eine Reduktion der Geschwindigkeit der supersonischen Spaltabströmung auf
eine Unterschallgeschwindigkeit. Die Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit
und Umwandlung der Strömungsenergie
in Druckenergie wird zunächst
auf die zwei schrägen
Verdichtungsstösse
verteilt. Die schräg
verlaufenden Verdichtungsstösse
bewirken eine Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit
auf etwas über
Ma 1 oder ca. Ma=1.2. Der weitere, senkrecht verlaufende Verdichtungsstoss
ist im Vergleich zu den schrägen
Verdichtungsstössen
stärker.
Er bewirkt eine Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit auf unter
die Schallgeschwindigkeit auf ca. Ma = 0.8.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführung ist der
Mehrkanal-Diffusor als axial-axialer
Diffusor ausgebildet, wobei der äussere
Diffusorring insgesamt drei Knicke aufweist, wovon zwei in Position
und Winkelausmass so zueiander ausgebildet sind, dass zwei zur Strömung schräg verlaufende
Verdichtungsstösse
erzeugt werden. Stromabwärts
von diesen zwei Knicken, weist bei dieser zweiten Ausführungsfrom
sowohl der äussere
Diffusorring als auch das äussere
Leitblech je einen Knick auf, der in Position und Winkelausmass
so ausgebildet ist, dass ein zur Strömung senkrecht verlaufender
Verdichtungsstoss erzeugt wird. Das äussere Leitblech weist im Anfangsbereich
des äusseren
Teildiffusors bis zum senkrecht verlaufenden Verdichtungsstoss keine
Knicke auf.
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Bei beiden bevorzugten Ausführungsformen wird
ein erster Abschnitt des äusseren
Teildiffusors, der bis zum senkrechten Verdichtungsstoss reicht, als
supersonischer Diffusor, und der nachfolgende Abschnitt als subsonischer
Diffusor bezeichnet.
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Der Überschalldiffusor weist einen
Einlaufkanal auf, der sich vom Beginn des Teildiffusors zum ersten
schräg
verlaufenden Verdichtungsstoss erstreckt. Dort herrschen hohe Strömungsgeschwindigkeiten
im Überschallbereich.
Nach dem zweiten Verdichtungsstoss erstreckt sich ein Beruhigungskanal,
der dazu dient, zum Teil inhomogene Strömung auszugleichen. Dort herrschen
Strömungsgeschwindikgkeiten
von etwas über
der Schallgeschwindigkeit. Nach dem senkrecht verlaufenden Verdichtungsstoss
beginnt schliesslich der Bereich des Unterschalldiffusors.
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In diesen zwei bevorzugten Ausführungsformen
wird ein erster Teil der Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit auf die
zwei schräg
verlaufenden Verdichtungsstösse
verteilt. Diese Verteilung auf zwei Verdichtungsstösse verursacht
insgesamt weniger Energieverluste im Vergleich zum Energieverlust,
der bei einem einzigen starken Verdichtungsstoss entstehen würde. Angesichts
der Optimierung der Turbinenleistung ist deshalb eine Ausführung der Erfindung
mit zwei, oder mehr, schräg
verlaufenden Verdichtungsstössen
vorteilhaft.
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In einer Variante der Erfindung weist
der äussere
Diffusorring sowie das äussere
Leitblech je einen Knick im auf, die einen schrägen Verdichtungsstoss bewirken.
Ein weiterer Knick erzeugt einen zur Strömung senkrecht verlaufender
Verdichtungsstoss. Der schräge
Verdichtungsstoss hat die gleiche Wirkung wie die schrägen Stösse in den
bevorzugten Ausführungsformen,
jedoch entstehen bei dieser Variante grössere Energieverluste.
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Eine weitere Ausführungsform ist wiederum sowohl
für axial-radiale
als auch für
axial-axiale Mehrkanal-Diffusoren realisierbar. Dort besitzt der äussere Diffusorring
und das äussere
Leitblech je einen Knick, die einen schräg verlaufenden Verdichtungsstoss
erzeugen, sowie stromabwärts
je einen weiteren Knick, der einen senkrecht verlaufenden Verdichtungsstoss
erzeugt. Hier wird die Geschwindikgeit durch den einen schräg verlaufenden
Verdichtungsstoss auf ungefähr
Mach 1 reduziert.
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Die erfindungsgemässe Massnahme bewirkt eine
Erhöhung
des Druckrückgewinns
und Senkung der Dissipationsverluste. Ihre Wirkung ist umso grösser, je
intensiver die Spaltabströmung
aus der Niederdruckturbine ist. Deshalb ist die Erfindung bei Niederdruckturbinen
mit besonders steilen Gehäusekonturen
und entsprechend grossen Schaufelspielen besonders wirksam.
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Die erfindungsgemässe Massnahme eignet sich für den äussersten
Teildiffusor von axial-radialen sowie axial-axialen Mehrkanal-Diffusoren
mit zwei, drei oder mehr Teildiffusoren.
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Es zeigen
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1 einen
meridionalen Schnitt eines axial-radialen Mehrkanal-Diffusor mit
einer Ausführungsform
des erfindungsgemässen äusseren
Teildiffusors,
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2 zeigt
eine Detailansicht des äusseren Teildiffusors
von 1.
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3 einen
meridionalen Schnitt eines axial-axialen Mehrkanal-Diffusor mit
einer Ausführungsform
des erfindungsgemässen äusseren
Teildiffusors.
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4 zeigt
eine Detailansicht des äusseren Teildiffusors
des Diffusors von 3.
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Ausführung der
Erfindung
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1 und 2 entsprechen der ersten, 3 und 4 der zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
einen Ausschnitt eines Mehrkanal-Diffusors für die Führung der Beschaufelungsabströmung einer
Niederdruckdampfturbine. Von der Niederdruckdampfturbine sind lediglich
die für
das Verständnis
dieser Erfindung relevanten Komponenten dargestellt. Es sind der
Turbinenrotor 1 mit Rotorachse 2 gezeigt sowie
eine Schaufel 3 der letzten Laufschaufelreihe, die auf
dem Rotor 1 montiert ist. Ferner ist eine Schaufel 3' der letzten
Leitschaufelreihe gezeigt, die an einem Schaufelträger 4 montiert ist.
Vom Schaufelträger 4 erstreckt
sich die innere Gehäusewand
des Turbinengehäuses 5 in
einem gegebenen Winkel ε zur
Rotorachse 2. Der Diffusor ist durch einen inneren Diffusorring 6 und
einen äusseren
Diffusorring 7 begrenzt. Zwischen den zwei Diffusorringen 6 und 7 sind
zwei Leitbleche 8 und 9 angeordnet, die den Diffusor
in einen inneren, mittleren und äusseren
Teildiffusor 10, 11 beziehungsweise 12 aufteilen.
Der äussere
Teildiffusor 12 ist durch das Leitblech 9 und
den äusseren
Diffusorring 7 begrenzt. Der Mehrkanal-Diffusor kann auch
nur ein Leitblech oder mehr als zwei Leitbleche mit entsprechender
Anzahl Teildiffusoren aufweisen. Die Leitbleche sind in einer Art
und Weise ausgerichtet und angeordnet sein, sodass eine verlustarme
Führung
und Umlenkung der Beschaufelungsabströmung bewirkt wird. Der äussere Teildiffusor 12 dient
zur Aufnahme und Umlenkung der supersonischen Spaltabströmung, die
zwischen den Schaufelspitzen der Schaufeln 3 und der Gehäusewand 5 hindurchdringt,
sowie der durch die Spaltströmung
beeinflusste Turbinenabströmung.
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Die Diffusorringe 6 und 7 sowie
die Leitbleche 8 und 9 weisen je mehrere Teilstücke auf,
beispeilsweise konische Teilstücke,
die in bestimmten Knickwinkeln zueinander stehen, um einerseits
die radiale-axiale Umlenkung und anderseits die erfindungsgemässen Verdichtungsstösse zu bilden.
Die Geometrie des äusseren
Teildiffusors 12, insbesondere dessen Knickwinkel sind
in 2 näher dargestellt.
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2 zeigt
den äussersten
Teildiffusor 12, der die Spaltströmung S, S' und die von der Spaltströmung beeinflusste
Turbinenströmung
S' aufnimmt. Der
Teildiffusor 12 weist entlang der Strömungsrichtung zwei Abschnitte 14 und 15 auf,
die einem Überschalldiffusor 14 beziehungsweise
einem Unterschalldiffusor 15 entsprechen. Der Überschalldiffusor 14 weist
in seinem Anfangsbereich einen Einlaufkanal 16 auf, der
sich vom Beginn des äusseren
Teildiffusors zwischen einem ersten geraden Teilstück 17 des äussersten
Leitblechs 9 und einem ersten geraden Teilstück 18 des äusseren
Diffusorrings 7 bis zu dem Knickpunkt A im äusseren
Diffusorring erstreckt. Das Teilstück 18 verläuft parallel
zum Teilstück 17 des
Leitblechs 9. Im Einlaufkanal 16 besitzt die Strömung eine Überschallgeschwindigkeit
von beispielsweise Ma 1.6 bis 1.8. Die Spaltabströmung ist
dort auch sehr drallbehaftet und inhomogen. Dies ist insbesondere
bei grossen Schaufelspielen der letzten Laufschaufelreihe der Fall.
Dann belegt die Spaltabströmung 8 bis
10% der Kanalhöhe
am Diffusoreintritt. Diese Strömung
weist eine grosse Strömungsenergie
auf. Der erste Knickpunkt A am äusseren
Diffusorring liegt zwischen dem ersten Teilstück 18 und einem zweiten
Teilstück 19,
das in einem Winkel α zum
ersten Teilstück
steht, wobei der Knick in Strömungsrichtung
zur Rotorachse hin nach innen gerichtet ist. Ein Knickwinkel ist
jeweils durch den Winkel zwischen der Verlängerung eines Teilstücks und dem
anschliessenden Teilstück
besteht, definiert. Der Knickwinkel α beträgt beispielsweise 7° bis 10°.
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Der Knick bewirkt in der Spaltabströmung S einen
zu ihr schräg
verlaufenden Verdichtungsstoss, der sich in einem Winkel β von 32° bis 38° von Punkt A
auf dem äusseren
Diffusorring 7 zum Punkt B auf dem äusseren Leitblech 9 erstreckt
und mit einem schraffierten Bereich angedeutet ist. Dieser Verdichtungsstoss
bewirkt eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit
auf ca. Ma 1.4 bis 1.5, wobei ein Teil der Strömungsenergie in Druckenergie
für die
Truibne umgewandelt wird. Der Winkel α lässt sich gemäss gasdynamischen
Regeln bestimmen. Hierzu wird von der Überschallgeschwindigkeit der
Strömung
im Einlaufkanal ausgegangen und zunächst die Position A des ersten
Knicks gewählt.
Gemäss den
gasdynamischen Regeln werden für
eine gewünschte
Geschwindigkeitsreduzierung die Winkel α und β bestimmt, woraus der Punkt
B festgelegt wird.
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Dem ersten Verdichtungsstoss folgt
bei Punkt B ein zweiter Verdichtungsstoss mit Winkel δ von 41 ° bis 47° zum Teilstück 17.
Er erzwingt einen Knick bei Punkt D am äusseren Diffusorring zwischen dessen
Teilstück 19 und
dem nachfolgenden Teilstück 20.
Dieser Knick ist von der Rotorachse weg nach aussen gerichtet, wobei
der Knickwinkel α' wiederum 7° bis 10° beträgt. Der
durch diesen zweiten Knick bewirkte Verdichtungsstoss verläuft in einem Winkel δ von 50° zur Strömungsrichtung.
Der schraffiert angedeutete Verdichtungsstoss verläuft vom Knickpunkt
B auf den Punkt D am äusseren
Diffusorring 7. Das Leitblech 9 weist am Punkt
B keinen Knick auf und verläuft
gerade. Das Teilstück 17 des
Diffusorrings 7 und das Teilstück 20 des Leitblechs 9 verlaufen
wiederum parallel zueinander. Der zweite Verdichtungsstoss bewirkt
eine Geschwindigkeitsreduktion auf ca. Ma 1.2.
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Nachfolgend dem Punkt D folgt ein
Beruhigungskanal 21, der vom Teilstück 20 und dem Teilstück 17 des
Leitblechs begrenzt ist und sich bis zu einem senkrecht zur Strömung verlaufenden
Verdichtungsstoss erstreckt. Er dient dazu, die zum Teil inhomogene
Strömung
auszugleichen. Ein Knick bei Punkt E im äusseren Diffusorring bewirkt
den schraffiert angedeuteten und senkrechten Verdichtungsstoss mit
einer damit verbunden, leichten Geschwindigkeitsreduzierung. Die
Strömungsgeschwindigkeit reduziert
sich dort auf Ma<1,
beispielsweise 0.8 bis 0.84. Die zwei vorgesehenen schrägen Verdichtungsstösse sowie
der abschliessende senkrechte Verdichtungsstoss sind so ausgelegt,
dass der gesamte Abfall des Totaldruckes, abhähngig von der jeweiligen Eintritts-Machzahl,
ein Minimum wird.
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Von den Punkten E und F aus beginnt
auch der Unterschalldiffusor 15, der die Strömung weiter verzögert und
gänzlich
in die radiale Richtung lenkt. Die nachfolgenden Teilstücke 22 und 23 sind
dabei so ausgerichtet, dass sich der Teildiffusor 12 dort,
wie ein klassischer Diffusor, ein- oder beidseitig aufweitet. Das
Leitblech 9 ist ferner im Bereich des Unterschalldiffusors 15 durch
Stützstangen 26 gestützt.
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Die Führung der Spaltabströmung durch
einen äusseren
Teildiffusor von dieser Geometrie ist besonders bei Niederdruckturbinen
mit steiler Gehäusekontur
wirksam. Konkret, ist sie besonders wirksam bei Winkeln ε von gegen
40° zwischen
der Gehäusewand 5 und
der Parallelen zur Rotorachse 2.
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3 zeigt
einen axial-axialen Mehrkanal-Diffusor für die Führung der Beschaufelungsabströmung einer
Niederdruckdampfturbine in axialer Richtung. Wiederum sind von der
Niederdruckdampfturbine nur die in Bezug auf den Diffusor wesentlichen
Bauteile dargestellt. Es sind der Turbinenrotor 1 mit Achse 2,
eine auf dem Rotor 1 montierte Laufschaufel 3 der
letzten Laufschaufelreihe sowie eine auf einem Schaufelträger 4 montierte
Leitschaufel 3' gezeigt.
Die Wand der Gehäusekontur
verläuft
in einem Winkel ε zu
Rotorachse 2. Der Mehrkanal-Diffusor ist wiederum durch
einen inneren Diffusorring 31 und einen äusseren
Diffusorring 32 begrenzt. Der Diffusor ist durch zwei Leitbleche 33 und 34 in
Teildiffusoren unterteilt, wovon der äussere Teildiffusor 35 durch
das äusserste
Leitblech 34 und den äusseren Diffusorring 32 gebildet
ist. Der Teildiffusor 35 dient wiederum dazu, die supersonische
Spaltabströmung aufzunehmen
und leistungssteigernd umzusetzen.
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4 zeigt
in näherem
Detail die Geometrie des äusseren
Teildiffusors 35 gemäss
der Erfindung. Der äussere
Teildiffusor 35 weist, ähnlich
wie beim äusseren
Teildiffusor des axial-radialen Diffusors von 1 und 2,
einen Überschallteil 37 und
Unterschallteil 38 auf. Der Beschaufelungsabströmung S', insbesondere die
Spaltabströmung
S, strömt
zunächst
in einen Einlaufkanal 39 mit einer Geschwindigkeit von Ma
1.6 bis 1.8 . Der Einlaufkanal 39 erstreckt sich vom Beginn
des äusseren
Teildiffusors 35 bis zu einem ersten Knick im Punkt M am äusseren
Diffusorring 32. Er ist durch das Teilstück 40 und
das Teilstück 42 des
Leitblechs, welche parallel zueinander verlaufen, begrenzt. Der
Knick im äusseren
Diffusorring ist durch den Winkel θ zwischen einem ersten Teilstück 40 und
einem nachfolgenden Teilstück 41 des äusseren
Diffusorrings bestimmt, wobei der Knick zur Rotorachse hin orientiert
ist. Beispielsweise beträgt
dieser Winkel θ 7° bis 10°. Dieser
Knick bewirkt einen schrägen
Verdichtungsstoss in der Strömung,
der im schraffiert angedeuteten Bereich sich vom Punkt M in einem
Winkel φ vom
ersten Teilstück 40 des äusseren
Diffusorrings 32 zum Punkt N auf dem dem Teilstück 42 des
Leitblechs 34 erstreckt. Dieser Verdichtungsstoss bewirkt
eine Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit
auf ca. Ma 1.4 bis 1.5. Das Teilstück 42 des Leitblechs 34,
das dem äusseren
Teildiffusor zugewandt ist, erstreckt sich in diesem Bereich geradlinig.
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Dem ersten schrägen Verdichtungsstoss bei Punkt
M folgt ein zweiter schräger
Verdichtungsstoss, der sich vom Punkt N am Leitblech 34 in
einem Winkel λ von
41 bis 47° bis
zum Punkt R am äusseren Diffusorring
erstreckt. Zwischen dem Teilstück 41 und dem
nachfolgenden Teilstück 43 ist
ein weiterer Knick durch den Winkel ω von 7° bis 10° bestimmt, wobei er von der
Rotorachse weg gerichtet ist. Das Teilstück 43 und das Teilstück 42 des
Leitblechs verlaufen wiederum parallel zueinander.
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In Strömungsrichtung verläuft darauf
ein Beruhigungskanal 44, der sich bis zu weiteren Knicken in
den Punkten T und U erstreckt. Diese Knicke bewirken einen zur Strömung senkrecht
verlaufenden Verdichtungsstoss. Der schraffiert angedeutete Verdichtungsstoss
bewirkt eine Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit
auf Ma<1, genauer
auf Ma 0.8 bis 0.85. Die zwei vorgesehenen schrägen Verdichtungsstösse sowie
der abschliessende senkrechte Verdichtungsstoss sind so ausgelegt,
dass der gesamte Abfall des Totaldruckes, abhängig von der jewieligen Eintritts-Machzahl,
ein Minimum wird. Die Knicke bei den Punkten T und U sowie die Teilstücke 45 und 46 sind
dabei so gestaltet, dass sich der Teildiffusor 35 gemäss einem
klassischen Diffusor aufweitet.
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In einer Variante der Erfindung,
angewendet auf einen axial-radialen oder auf einen axial-axialen Mehrkanal-Diffusor,
weisen das äussere
Leitblech sowie der äussere
Diffusorring je einen Knick von 12 bis 16° auf. (Die Knickwinkel sind
wiederum durch die Verlängerung
eines ersten Teilstückes
des Diffusorrings bzw. des Leitblechs und dem nachfolgenden Teilstück definiert.)
Zwischen diesen Knicken verläuft ein
schräger
Verdichtungsstoss in einem Winkel von 33 bis 40° zu den Teilstücken. Dieser
einzige, schräg verlaufende
Verdichtungsstoss bewirkt eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit
von Ma 1.6 bis 1.8 auf ca. Ma 1.25 bis 1.35. Mindestens ein weiterer stromabwärts liegender
Knick bewirkt in der Folge einen senkrechten Verdichtungsstoss,
welcher die Strömungsgeschwindigkeit
auf ca. Ma 0.8 reduziert. Der eine vorgesehene schräge Verdichtungsstoss sowie
der abschliessende senkrechte Verdichtungsstoss sind wiederum so
ausgelegt, dass der gesamte Abfall des Totaldruckes, abhängig von
der jeweiligen Eintrtts-Machzahl, ein Minimum wird.
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- 1
- Turbinenrotor
- 2
- Rotorachse
- 3
- Letzte
Laufschaufelreihe
- 3'
- letzte
Leitschaufelreihe
- 4
- Schaufelträger
- 5
- Gehäusewand
- 6
- Innerer
Diffusorring
- 7
- Äusserer
Diffusorring
- 8
- Inneres
Leitblech
- 9
- Äusseres
Leitblech
- 10
- Innerer
Teildiffusor
- 11
- Mittlerer
Teildiffusor
- 12
- Äusserer
Teildiffusor
- 13
- Nabe
- 14
- Übererschalldiffusor
- 15
- Unterschalldiffusor
- 16
- Einlaufkanal
- 17,
22
- Teilstücke von
Leitblech 9
- 18,
19, 20, 23
- Teilstücke von äusserem
Diffusorring 7
- 21
- Beruhigungskanal
- α, α'
- Knickwinkel
- β, δ
- Winkel
von Verdichtungsstoss
- ε
- Winkel
Gehäusekontur
zu Rotorachse
- A;
D, E, F
- Knickpunkte
- S
- Spaltabströmung
- S'
- Turbinenströmung
- 31
- innerer
Diffusorring
- 32
- äusserer
Diffusorring
- 33
- inneres
Leitblech
- 34
- äusseres
Leitblech
- 35
- Äusserer
Teildiffusor
- 37
- Überschallteil
- 38
- Unterschallteil
- 39
- Einlaufkanal
- 40,
41, 43, 45
- Teilstücke von äusserem
Diftusorring
- 42,
46
- Teilstücke von
Leitblech 34
- 44
- Beruhigungskanal
- θ, ω
- Knickwinkel
- φ, λ
- Winkel
von Verdichtungsstoss
- M,
R, T, U
- Knickpunkte