DE2836265A1

DE2836265A1 - Diffusor fuer den ausgang einer axialturbine

Info

Publication number: DE2836265A1
Application number: DE19782836265
Authority: DE
Inventors: Gerard Franconville; Gilbert Riollet
Original assignee: Alsthom Atlantique SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1977-08-25
Filing date: 1978-08-18
Publication date: 1979-03-01
Also published as: GB2003237A; DE2836265C2; FR2401311B1; CH622583A5; NL7808709A; NL184921C; NL184921B; JPS5444109A; IT1098119B; IT7826950A0; FR2401311A1; JPS6238523B2; GB2003237B; BE869473A; US4214452A

Description

DIFFUSOR FÜR DEN AUSGANG EINER AXIALTURBINE

Die Erfindung bezieht sich auf einen Diffusor für den Ausgang einer Axialturbine mit einem kondensierbaren Medium, das den Diffusor axial zur Turbinenachse anströmt und radial verläßt und dann einem in zwei Zonen unterschiedlichen Drucks unterteilten Kondensator zugeführt wird.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ringförmige Diffusoren am Ausgang der letzten Entspannungsstufe einer Turbine, ehe das Strömungsmedium einem Kondensator zugeführt wird.

In bekannten derartigen Diffusoren ist der Umlenkbereich oft mit internen Leitwänden versehen. Der Diffusor dient einerseits der Umlenkung des Mediums und andererseits seiner erneuten Verdichtung. Es besteht der Wunsch, die aerodynamischen Qualitäten aufgrund der Verdichtungsgradienten in den konvexen Wandbereichen der Leitflächen zu verbessern, um die Ablösegefahr zu verringern. Man hat in der Tat am Ausgang der Diffusoren eine sehr ungleichmäßige Strömung gemessen, sowohl was die Geschwindigkeit als auch was die Richtung der Strömung angeht. Diese Erscheinung stört insbesondere in den hinter dem Diffusor liegenden Verbindungsorganen und erhöht deren Verluste.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen und einen Diffusor anzugeben, bei dem die Energieverluste zwischen dem Ausgang der Turbine und dem Eingang des Kondensators verringert werden. Diese Aufgabe wird durch die kenn-

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zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bezüglich bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand zweier Ausführungsbeispieie mithilfβ der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Axialschnitt eine Turbinenstufe mit dem erfindungsgemäßen Diffusor.

Fig. 2 zeigt eine Variante hierzu mit zwei Elementardiffusoren.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, und

Fig. 4 zeigt im vergrößerten Maßstab ein Detail aus Fig. 2.

In Fig. 1 ist das letzte Niederdruckturbinenrad 1 einer axialen Dampfturbine dargestellt. Der ringförmige Ausgangsquer·? schnitt dieses Rades ist mit einer zylindrischen Oberfläche über einen torischen Diffusor 2 verbunden, dessen Schnitt entlang der Achse eine Krümmung zeigt.

Der konvexe Wandbereich & des Diffusors ist mit einem Ringspalt 7 versehen, über den das Strömungsmedium in einen Ringraum IO und von diesem weiter über eine Verbindüngsleitung 11 an den Niederdruckteil eines nicht dargestellten Kondensators mit zwei Druckzonen gelangt. Solche Kondensatoren sind bekannt und die beiden Zonen werden von einem gemeinsamen Kühlrohrbündel durchzogen.

So gelangt ein Teil des von der letzten Turbinenstufe kommenden Strömungsmediums über den Ringspalt 7 in den Ringraum

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10 und über die Leitung 11 zum Kondensator, während das Strömungsmedium im übrigen entlang den Pfeilen 14 und einer Leitung 15 zu der Kondensatorzone mit dem höheren Druck strömt.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine Variante zu Pig. I, bei der für funktionsgleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Der Diffusor weist in seinem Inneren eine rotations symmetrische Trennwand 3 auf, die den Gesamtquerschnitt in zwei Elementardiffusoren 4 und 5 unterteilt und die transversalen Druckgradienten vermindert. Der Elementardiffusor 5 gleicht dem aus Fig. 1. Im Elementardiffusor 4 befindet sich im konvexen Wandbereich der hohlen Trennwand 3 ein weiterer
Ringspalt 9, der den Kanal des Elementardiffusors 4 mit dem
Ringraum 10 über bohle,die Trennwand 3 haltende Arme 13 verbindet. So gelangt von jedem der beiden Elementardiffusoren 4 und 5 über die Ringspalte 7 bzw. 9 ein Teilstrom in die Kondensatorzone niedrigeren Drucks.

Fig. 3 zeigt deutlicher, wie die Arme 13 angeordnet sind. Ihre Form und Stellung im Strömungsweg sind bezüglich
möglichst geringer StrömungsVerluste optimiert.

Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Hälfte des Diffusors von Fig. 2 oder 3 im Schnitt. Die Pfeile E geben die im wesentlichen axiale Strömungsrichtung des Mediums am Eingang des Diffusors und die Pfeile S die im wesentlichen radiale
Strömungsrichtung des Mediums am Ausgang des Diffusors an.

Der Diffusor besitzt einen konvexen Wandbereich 6
und einen konkaven Wandbereich 16. Zwischen den beiden befindet s ich eine hohle Trennwand 3, die den Kanal in zwei Elementar-

diffusoren 4 und 5 unterteilt. Der Hohlraum 12 steht mit dem Elementardiffusor 4 über einen lingspalt 9 im konvexen Wandbereich 8 in Verbindung. In gleicher Weise steht der andere Elementardiffusor 5 über den Ringspalt 7 mit dem Ringraum 10 in Verbindung. Die konvexen Wandbereiche 6 und 8 der beiden Elementardiffusoren setzen sich jenseits der Ringspalte 7 und 9 in konkave Wandbereiche 6a bzw. 8a fort. Der konvexen Wandbareich setzt sich durch den Ringspalt 7 bzw. 9 hindurch stetig mit steigender Wandkrümmung 18 bzw. 19 fort.

Die in Fig. 4 eingetragenen Meßwerte zeigen die örtliche Relativgeschwindigkeit bezüglich der mittleren Eintrittsgeschwindigkeit des Mediums an. In den konvexen Wandbereichen 6 und 8 vor den Ringspalten 7 und 9 stellt man eine Beschleunigung bis zum Faktor 1,2 fest. Danach bleibt die Geschwindigkeit bis zum Ansaugenden Ringspalt konstant. Hinter dem Ringspalt ist die Geschwindigkeit gleichmäßig über den ganzen Kanalquerschnitt. In den beiden konkaven Wandbereichen 16 bzw. sinkt die Strömungsgeschwindigkeit kontinuierlich vom Eingang bis zum Ausgang um den Faktor 0,5 ab. Ein Ansaugen der Grenzschicht kann also an den konkaven Wänden 16 und 17 erfolgen. Im Gegensatz dazu ist der Druckgradient entlang der konvexen Wandbereiche 6 und 8 negativ vom Strömungseintritt in den Diffusor bis zu dem Punkt, an dem die Geschwindigkeit 1,2 mal der Durchschnittsgeschwindigkeit ist. Dann ist der Gradient null bis zum Ringspalt, wo die Wiederverdichtung erfolgt. Danach ist der Druckgradient wieder null bis zum Ausgang.

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Im Gegensatz zu Axialdiffusoren, bei denen die Geschwindigkeit an den Wänden nie größer als die Eintrittsgeschwindigkeit de"s Strömungsmediums sein kann, ist es hier notwendig, das Medium an den konvexen Wänden zu beschleunigen, um die Ablenkung des Mediums zu bewirken. Diepnzahl und die Formgebung der Elementardiffusoren ermöglicht eine Begrenzung der Übergeschwindigkeit auf einen mit den Ansaugmöglichkeiten des kalten Teils des Kondensators mit zwei Druckzonen verträglichen Wert.

In Fig 4 sieht man, daß die Geschwindigkeit entlang der konvexen Wandbereiche den Faktor 1,2 bezüglich der Eingangsgeschwindigkeit nie überschreitet. Man weiß in der Tat, daß es günstig ist, den Faktor 1,3 nicht zu überschreiten.

Vorzugsweise sind die Ringspalte 7 und 9 so geformt, daß der Strömungsteil, der durch den Ringspalt abgesaugt wird, zwischen 4 und 12% der Gesamtströmung des betrachteten Diffusars ausmacht»

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Claims

Fo IO 9O8 D

18. Aug. 1978

ALSTHOM-ATLANTIQUE S.A. 38, avenue Kleber 75784 PARIS CEDEX 16, Frankreich

DIFFUSOR FÜR DEN AUSGANG EINER AXIALTURBINE

PATENTANSPRÜCHE

I 1 -τ Diffusor für den Ausgang einer Axialturbine mit

einem kondensierbaren Medium, das den Diffusor axial zur Turbinenachse anströmt und radial verläßt und dann einem in zwei Zonen unterschiedlichen Drucks unterteilten Kondensator zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe Wandbereich (6,8) des Diffusors (2) einen zur Turbinenachse koaxialen Ringspalt (7,9) aufweist, durch den ein Teil des Mediums unmittelbar der Kondensatorzone niedrigeren Drucks zugeführt wird, und daß dieser Wandbereich so geformt ist, daß der Druckgradient an seiner Oberfläche, gemessen in Strömungsrichtung, an jedem Punkt negativ oder null ist.

2 - Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mehreren Elementardiffusoren (4,5) besteht, die durch iotationssymmetrische, hohle und zu den Außenwänden des Diffusors im wesentlichen parallele Trennwände (3) abgetrennt sind, wobei mindestens

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eine der Trennwände einen Ringspalt im konvexen Wandbereich aufweist,

3 - Diffusor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe Wandbereich in Strömungsrichtung hinter dem Ringspalt in einen konkaven Wandbereich (6a,8a) übergeht.

4 - Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe Wandbereich (6,8) sich stetig durch den Ringspalt (7,9) hindurch in einem Wandbereich (18,19) erhöhter Wandkrümmung fortsetzt.

5 - Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche Geschwindigkeit des Turbinenmediums bis zum Ringspalt unter der 1,3-fachen mittleren Eintrittsgeschwindigkeit des Mediums in den Diffusor bleibt.

6 - Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspalte (7,9) so ausgelegt sind, da« durch sie zwischen 4 und 12% des einen Elementardiffusors (4,5) durchströmenden Mediums abgeführt werden.

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