DE2225615A1

DE2225615A1 - Endstufe einer gas- bzw. dampfturbine

Info

Publication number: DE2225615A1
Application number: DE2225615A
Authority: DE
Inventors: Oleg Michajlowitsch Pankow; Igor Borisowitsch Schkurichin; Wladimir Wasiljewitsch Uwarow
Original assignee: MO I WYSSCHEJE TECHNITSCHEESKO
Current assignee: MO I WYSSCHEJE TECHNITSCHEESKO
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1973-12-06
Also published as: GB1336400A; CH539774A; DE2225615B2

Description

EINER GAS- BZY/. DAMEB¹TDKBHtE

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Turbinenbau, insbesondere auf die Endstufe einer Gas- bzw. Dampfturbine, an deren'Austritt ein krummliniger Diffusor des Auspuffstutzens angeordnet ist.

Die Erfindung läßt sich"mit Erfolg in Fahrzeugturbinen, Turbokompressoren sowie Turbinen zum Antrieb von elektrischen Generatoren anwenden»

Bekannt ist die Endstufe einer Gas- bzw. Dampfturbine» an deren Austritt ein krummliniger Diffusor des Auspuffstutzens angeordnet ist. Die Endstufe- ist im Gehäuse der Turbine angeordnet und enthält Schädeln des leitapparats und Schaufeln des Laufrades. Der Arbeitsmittelstrom, der aus der Endstufe

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austritt, gelangt in den krummlinigen Diffusor des Auspuffstutζens Im Diffusor erfolgt die Umwandlung der kinetischen Energie des Arbeitsmittels in die potentielle Druckenergie· Bei betrieb der Endstufe entstehen auf der konvexen Fläche des krummlinigen Diffusors beträchtliche positive Druckgradienten· Dies führt zum Ablösen der urenzschicht des Arbeitsmittelstromes von der konvexen Fläche des Diffusors, wodurch die Arbeitseffektivität des Diffusors und somit auch der Endstufe vermindert wird«·

Als Kennwert des Diffusors gilt der Druckrückgewinnkoeffizient, der als Verhältnis der Differenz der statischen Drücke

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vor und nach dem Diffusor zu der kinetischen Energie dos Arbeitsmittelstromes am Eintritt in den Diffusor ermittelt wird· Je höher

der Wert des Druckrückgewinnkoeffizienten ist, desto hoher ist

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die Effektivität des Diffusors und folglich auch die Arbeitseffekt ivitkt der Endstufe der Turbine insgesamt.

Am Austritt aus der Endstufe hat der Arbeitsmittelstrom in den Peripheriequerschnitten wegen der Reibverluste am Turbinengehäuse eine geringe Geschwindigkeit· Deshalb ist dieser Arbeitsmittelstrom nicht imstande, beim Durchlauf durch den Diffusor wesentliche positive Druckgradienten auf dei. konvexen Diffusorfläche zu überwinden, und es erfolgt; em Ablösen der Grenz-

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schicht des Arbeitsmitoeistromes von dieser i'xäche, wodurch die Fähigkeit des Diffusors zur V/iederher st ellung des statischen Drucks vermindert wird· Infolgedessen hat die derzeitige Endstufe der Turbine in Verbindung mit dem krummlinigen Diffusor

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INSPECTED

eine .geringe Effektivität,

Um die Arbeitseffektivität der Endstufe zu erhöhen, ist man bestrebt, die Effektivität des la?umraiinigen Diffusors zu. heben« Zu diesem Zweck werden die Diffusoren mit Vorrichtungen zur Verminderung des Ablösens der Grenzschicht des Arbeitsmittelstromes von der konvexen Diffusorfläche ausgestattet·

So versieht man z.B. den Durchlaufteil des Diffusors mit ringförmigen Führungsschaufeln (Buch von G₀Ju, Stepanow "Grundlagen der Theorie der Schaufelmaschinen der kombinierten Gasturbinentriebwerke", UdSSR, Maschgis 1958)*

Eine solche Ausführung des Diffusors des AuspuffStutzens, in Verbindung mit der Endstufe der Gas- bzw· Dampfturbine, ergab zwar eine unbedeutende Erhöhung der Diffusoreffektivität, machte jedoch die Bauweise wesentlich komplizierter*

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind auf der konvexen Diff usorfläche Schlitze vorgesehen, durch die ein Teil des Arbeitsmittels, das aus der Endstufe austritt, abgesaugt wird (Μ·Ι« Schnee, "Gasturbinen", UdSSE, Maschgis 1962).

Bei einer solchen Ausführung des krummlinigen Diffusors des Auspuffstutzens wird die Diffusoreffektivität erhöht, aber die Energiemenge, die zum Absaugen des Arbeitsmittels aufgewendet wird, übersteigt jene zusätzliche Energiemenge, die von der Turbine dank.einer Erhöhung der Diffusoreffektivität erzeugt wird, wodurch ein solcher krummliniger Diffusor zum Einsatz in Kombination mit der Endstufe der Turbine untauglich wird·

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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der Effektivität der Endstufe einer Turbine, an deren Austritt ein krummliniger Diffusor des Auspuffstutzens angeordnet ist.

Zur Erreichung dieses Zials wurde die Aufgabe gestellt, die Endstufe der Turbine, an deren Austritt ein krummlinier Diffusor des Auspuffstutzens angebracht ist, derart auszuführen, daß ein Ablösen der Grenzschicht des Arbeitsmittelstromes von der kon— vexen Diffusorflache verhindert wird.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Endstufe der Gas- bzw· Dampfturbine, an deren Austritt ein krummliniger Diffusor des Auspuffstutzens angebracht ist und welche

im Turbinengehäuse angeordnete Schaufeln des Leitjfcpparats und die des Laufrades enthält, gemäß der Erfindung im Spalt zwischen dem Gehäuse der Turbine und den Schaufeln des Laufrades auf dem gesamten Umfang des letzteren ein feststehender Schirm angeordnet ist, der zusstnmen mit dem Gehäuse einen ringförmigen konvergenten Kanal Dildet, dessen maximale Breite wesentlich kleiner ist als die Hohe der Laufradschaufel und der zum Umleiten eines Teils des Arbeitsmittels in den krummlinigen Diffusor unter Umgehung der Laufradschaufeln dient»

Bei dieser Ausführung der Turbinenendstufe wird ein Teil des Arbeitsmittels, der unter Umgehung des Laufrades geleitet wird, entlang der konvexen Fläche des krummlinigen Diffusors in Form eines dünnen Ringstrahles eingeblasen, dessen Energie die Energie des Arbeitsmittelhauptstrome_f der aus der Turbinenend-

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stufe kommt, wesentlich übersteigt, Der Strahl verhindert ein Ablösen des Stroms von dieser Fläche (Coanda-Effekt), wodurch die Effektivität dos Diffusors sprunghaft zunimmt. Bei dieser Konstruktion ist der umzuleitende Teil des Arbeitsmittels an der Erzeugung der Arbeit am Laufrad der Endstufe nicht beteiligt; da jedoch die Diffusoreffektivität zunimmt, so erhöht sich das Drückgefälle (Wärmegefälle) auf die Turbine wesentlich, wodurch

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nicht nur die Verminderung der Arbeit infolge des Umleitens eines Teils des ArbeitsmitteIs kompensiert wird, sondern es steigt beträchtlich auch die Effektivität der Turbine insgesamt.

„seixL,
Es kann zweckmaßig7 ^⁰²¹ feststehenden schirm an den

Austrittskanten der Schaufeln des Leit .apparate zu befestigen.

^evtl. auch-

Es empfiehlt sicB^~~den feststehenden Schirm an dem Turbinengehäuse zu befestigen, denn wenn sich dadurch der Strömungs-

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widerstand im konvergenten Kanal auch vergrößert, so wird doch der Zusammenbau der Endstufe wesentlich erleichtert und deren Betriebssicherheit erhöht.

Eine gemäß der Erfindung ausgelegte Einstufenturbine hat

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bei gleichen Abmessungen des Auspuffstutzens einen um 12 bis 15% höheren Wirkungsgrad als eine herkömmliche Turbine.

Weitere Zielfe und Vorteile der Erfindung sind aus frer folgenden . Beschreibung von iiUsführungsbeispielen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Ea zeigt

Pig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Endstufe einer Gas- bzw. Dampfturbine, an deren Austritt ein

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krummliniger Diffusor des AuspuffStutzens angeordnet ist, (Längsschnitt)}

anderes

Fig. 2 ein^vAusführungsbeispiel der₍ erf indungsgeiaäßen

Endstufe einer Gas- bzw. Dampfturbine, an deren Austritt ein krummliniger Diffusor des AuspuffStutzens angeordnet ist, (Längsschnitt).

Die Endstufe der Turbine ist im Turbinengehäuse 1 (Fig· 1) angeordnet und enthält Schaufeln 2 des Leitapparats und Schaufeln 3 3-QS Laufrades. Am Austritt aus der Turbinenendstufe ist ein krummliniger Diffusor 4 des Auspuffstutzens 5 angeordnet.

Im Spalt zwischen dem Turbinengehäuse 1 und cigm letzten Lauf-Schaufelkranz 3 auf dem gesamten Umfang des letzteren ist ein feststehender Schirm 6 angeordnet, der an den Austrittskanten der Schaufeln 2 des Leit apparate befestigt ist und mit

t in^ Strömungsrichtung^ dem Gehäuse 1 einen ringförraigenYkonvergenten Kanal 7 bildet,

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dessen maximale Breite wesentlich kleiner ist als die Hohe der Laufradschaufel -3o Der Kanal 7 dient zum Umleiten eines Teils des Arbeitsmittels unter Umgehung der Laufradschaufeln 3 auf die konvexe Fläche 8 des krummlinigen Diffusors 4·

Die Variante der Endstufe (Fig. 2) unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Turbinenendstiife nur dadurch, daß der feststehende Schirm 6 an dem Turbinengehäuse 1 befestigt wird, wodurch der Zusammenbau der Surbinenendstufe vereinfacht wird und deren Betriebssicherheit steigt.

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Die Endstufe arbeitet wie folgt»

Der aus den Schaufeln 2 Q?ig_# 1) des Leitiapparats austretende Arbeitsmittelstrom, z.B. Gas oder Dampf, verzweigt sich in zwei Teile· Der größere Teil dieses Stromes gelangt auf die Schaufeln 3 des Laufrados und bringt es zum Drehen. Der kleinere Teil des Stromes umgeht die Laufradschaufeln 3₉ strömt durch den ringförmigen konvergenten Kanal 7- und wird in Form eines feinen ringförmigen Strahles entlang der konvexen Fläche 8 des krummlinigen Diffusors 4 geleitet. Da dieser Teil des Stromes an der Erzeugung der Arbeit am Laufrad nicht beteiligt ist, besitzt er eine Energie, die die Energie des Hauptstromes wesentlich übersteigt. Dadurch umströmt der Strahl die konvexe Fläche 8 des Diffusors 4- er ein ablösungsfreies Umströmen dieser Fläche 8 mit Arbeitsmittelstrom gewährleistet; dies führt zu einer wesentlichen Erhöhung der Diffusoreffektiv!^ tat und somit auch der Arbeitseffektivität der Turbinenendstufe·

* und führt der Grenzschicht Energie zu, wodurch

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Claims

- 8 PATENTANSHIÜCHE

11m) Endstufe einer Gas- bzw. Dampfturbineι an deren Austritt ein krummliniger Diffusor des Auspuffstutzens angeordnet ist und welche im Turbinengehäuse angeordnete leitapparat".-

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schaufeln und Laufradschaufeln aufweist, dadurch gekennzeichnet ,daß in dem Spalt zwischen dem Gehäuse

(1) der !Turbine und den Schaufeln 0) des Laufrades auf dem gesamten Unfang des letzteren ein feststehender Schirm (6) angeordnet ist, der mit dem Gehäuse (1) einen ringförmigen konvergenten Kanal (7) bildet, dessen maximale Breite wesentlich kleiner als die Hohe der Laufradschaufeln (3) ist und der zum Umleiten eines Teils des Arbeitsmittels in den krummlinigen Diffusor unter Umgehung der Lauf^adschaufeln (3) dient.

2, Endstufe einer Gas- bzw. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß der feststehende Schirm (6) an den Austrittskanten der Schaufeln (2) des Leitapparats befestigt ist,:

3· Endstufe der Gas- bzw· Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß der feststehende Schirm (6) am Turbinengehäuse (1) befestigt ist·*

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