FR2757210A1

FR2757210A1 - Centrifugal exhaust for gas turbine

Info

Publication number: FR2757210A1
Application number: FR9615258A
Authority: FR
Inventors: Corrado Paci
Original assignee: Hispano Suiza SA
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 1998-06-19
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: FR2757210B1

Abstract

The centrifugal exhaust has a volute section (1) with an axial inlet opening (3) and a radial outlet opening (5). The inlet opening extends for one turn of the volute and the outlet opening on a portion of a turn of the volute. A diffuser (7) extends into the volute to guide gas from the diffuser towards the outlet orifice. The deflector (8) has a variable camber which is minimal in front of the outlet orifice and increases along to the outlet opening. The deflector can be unique and has a leading edge (9) oriented towards the diffuser.

Description

ÉCHAPPEMENT CENTRIFUGE DE TURBINE À DÉFLECTEUR CAMBRÉ
DESCRIPTION
Cette invention a trait à un échappement centrifuge de turbine à détecteur cambré.CENTRIFUGAL EXHAUST OF TURBINE WITH CAMBED DEFLECTOR
DESCRIPTION
This invention relates to a centrifugal exhaust from a curved detector turbine.

Les échappements de certaines turbines, dont un exemple est représenté à la figure unique, comprennent une volute 1, c'est-à-dire une enveloppe sensiblement torique autour d'un axe A de la turbine et englobant une chambre 2 dans laquelle les gaz de la turbine sont déviés pour suivre un écoulement radial centrifuge. A cet effet, la volute 1 comprend un orifice d'entrée 3, disposé sur une face latérale 4 de la volute 1 et faisant un tour complet autour de l'axe
A, et un orifice de sortie 5 situé sur la face extérieure 6 de la volute 1 mais dont l'extension angulaire est limitée autour de la volute 1. Les gaz sont donc déviés en traversant la chambre 2 de l'orifice d'entrée 3, où ils sont soufflés axialement, à l'orifice de sortie 5 où leur direction devient radiale. Mais cette variation de direction peut s'accompagner de fortes pertes de charge qui réduisent sensiblement le rendement de la turbine.The exhausts of certain turbines, an example of which is shown in the single figure, comprise a volute 1, that is to say a substantially toroidal envelope around an axis A of the turbine and including a chamber 2 in which the gases of the turbine are deflected to follow a centrifugal radial flow. For this purpose, the volute 1 comprises an inlet orifice 3, disposed on a lateral face 4 of the volute 1 and making a complete turn around the axis
A, and an outlet orifice 5 located on the outer face 6 of the volute 1 but whose angular extension is limited around the volute 1. The gases are therefore deflected by passing through the chamber 2 of the inlet orifice 3 , where they are blown axially, to the outlet orifice 5 where their direction becomes radial. However, this variation in direction can be accompanied by high pressure drops which significantly reduce the efficiency of the turbine.

On a donc envisagé de nombreuses dispositions pour réduire ces pertes en canalisant les gaz dans la chambre 2. Un appareillage fréquent consiste en un diffuseur 7 en forme d'enveloppe plus ou moins conique et ouverte à ses extrémités, que les gaz traversent avant d'entrer véritablement dans la chambre 2 : ils subissent un écoulement divergent en empruntant des sections de plus en plus larges du diffuseur 7, ce qui les ralentit et permet donc qu'ils soient déviés plus doucement ensuite. L'effet obtenu est d'autant meilleur que le diffuseur 7 est allongé, mais on est au contraire obligé de le choisir court dans certaines circonstances, notamment dans les applications ferroviaires et marines où l'encombrement de la turbine doit rester faible. On peut alors être amené à placer le diffuseur 7 dans la chambre 2, ce qui est représenté ici, le diffuseur 7 s'étendant devant environ la moitié de la surface de l'orifice de sortie 5 ; mais cette disposition rend difficile l'obtention d'un écoulement satisfaisant dans la volute 1 malgré le diffuseur 7. Many arrangements have therefore been envisaged to reduce these losses by channeling the gases into the chamber 2. A frequent device consists of a diffuser 7 in the form of a more or less conical envelope open at its ends, which the gases pass through before truly enter chamber 2: they undergo a divergent flow by borrowing increasingly large sections of the diffuser 7, which slows them down and therefore allows them to be deflected more gently thereafter. The effect obtained is all the better as the diffuser 7 is elongated, but on the contrary it is obliged to choose it short in certain circumstances, in particular in railway and marine applications where the size of the turbine must remain low. It may then be necessary to place the diffuser 7 in the chamber 2, which is shown here, the diffuser 7 extending in front of about half the surface of the outlet orifice 5; but this arrangement makes it difficult to obtain satisfactory flow in the volute 1 despite the diffuser 7.

Le sujet de l'invention est un échappement de turbine de ce genre mais complété par un déflecteur situé dans la chambre 2, devant l'extrémité aval du diffuseur 7 et qui complète le guidage des gaz offert par ce dernier. I1 existe de très nombreux genres de déflecteurs pour canaliser les écoulements de fluide, y compris dans les volutes de turbine (comme dans le brevet américain 3 552 877), mais le déflecteur proposé ici possède une forme particulière bien adaptée à la forme et a la poition de la volute 1 et du diffuseur 6 décrits ici. The subject of the invention is a turbine exhaust of this kind but supplemented by a deflector located in the chamber 2, in front of the downstream end of the diffuser 7 and which completes the guidance of the gases offered by the latter. There are very many types of deflectors for channeling fluid flows, including in the turbine scrolls (as in American patent 3,552,877), but the deflector proposed here has a particular shape well adapted to the shape and the poition of volute 1 and diffuser 6 described here.

Ce déflecteur porte la référence 8 et consiste en une plaque circulaire cambrée s'étendant dans la chambre 2 devant le diffuseur 7, vers lequel son bord d'attaque 9 est dirigé. L'originalité de forme du déflecteur 8 consiste en une variation de cambrure en azimut, c'est-à-dire que sa section n'est pas la même autour de la volute 1 : si le bord d'attaque 9 possède une tangente uniforme et dirigée parallèlement ou sensiblement parallèlement à l'axe A, le bord de fuite 10, opposé au précédent, possède une tangente dont la direction varie constamment, sensiblement radiale devant l'orifice de sortie 5 et sensiblement parallèle à l'axe A aux sections de la volute 1 diamétralement opposées à l'orifice de sortie 5. En d'autres termes, la cambrure du déflecteur 8, c'est-àdire l'angle entre les tangentes au bord d'attaque 9 et au bord de fuite 10, est d'environ 90" devant l'orifice de sortie u et croît en s'éloignant de cet orifice jusqu'à atteindre environ 1800 à l'opposé. Cependant, des déflecteurs de forme analogue mais ayant des angles de cambrure différents appartiendraient aussi à l'invention. This deflector bears the reference 8 and consists of a curved circular plate extending in the chamber 2 in front of the diffuser 7, towards which its leading edge 9 is directed. The originality of shape of the deflector 8 consists of a variation in camber in azimuth, that is to say that its section is not the same around the volute 1: if the leading edge 9 has a uniform tangent and directed parallel or substantially parallel to the axis A, the trailing edge 10, opposite to the previous one, has a tangent whose direction varies constantly, substantially radial in front of the outlet orifice 5 and substantially parallel to the axis A with the sections of the volute 1 diametrically opposite to the outlet orifice 5. In other words, the camber of the deflector 8, that is to say the angle between the tangents to the leading edge 9 and to the trailing edge 10, is about 90 "in front of the outlet orifice u and grows away from this orifice until it reaches about 1800 opposite. However, deflectors of similar shape but having different angles of camber would also belong to the invention.

L'effet bénéfique essentiel de ce déflecteur 8 est d'éviter autant que possible de souffler des gaz sur la face extérieure 6 de la volute 1 et d'éviter, en imposant une composante axiale aux filets de gaz F situés à la périphérie du diffuseur 7 et à l'opposite de l'orifice de sortie 5, de les renvoyer vers le fond de la chambre 2, à droite sur la figure, et d'éviter qu'ils ne provoquent des tourbillons avec les filets de gaz canalisés entre le déflecteur 8 et l'enveloppe de la volute 1, dans la zone de confluent C située entre le bord de fuite 10 et la face extérieure 6. La répartition du flux de sortie des gaz de la volute 1 est enfin plus uniforme sur la section de l'orifice de sortie 5. The essential beneficial effect of this deflector 8 is to avoid as much as possible of blowing gases on the external face 6 of the volute 1 and to avoid, by imposing an axial component on the gas threads F situated at the periphery of the diffuser. 7 and opposite the outlet orifice 5, return them to the bottom of the chamber 2, on the right in the figure, and to prevent them from causing vortices with the gas nets channeled between the deflector 8 and the casing of the volute 1, in the confluence zone C located between the trailing edge 10 and the outer face 6. The distribution of the gas outlet flow from the volute 1 is finally more uniform over the cross section of outlet 5.

Contrairement à de nombreux agencements connus où de nombreux déflecteurs parallèles sont utilisés, un déflecteur 8 unique suffit ici, et son diamètre est de préférence choisi pour circonscrire deux tiers de la section d'écoulement du gaz dans le diffuseur 7, ce qui revient à dire que les filets F de gaz déviés par le déflecteur 8 appartiennent au tiers restant de la section. Unlike many known arrangements where many parallel deflectors are used, a single deflector 8 suffices here, and its diameter is preferably chosen to circumscribe two thirds of the gas flow section in the diffuser 7, which amounts to saying that the gas threads F deflected by the deflector 8 belong to the remaining third of the section.

Le déflecteur 8 est uni à l'enveloppe de la volute I par des bras ll qui peuvent être au nombre de trois, ou plus nombreux si cela est souhaité, et qui prennent la forme d'ailettes disposées obliquement, pour présenter une incidence nulle avec l'écoulement des gaz dans la volute 1. The deflector 8 is joined to the casing of the volute I by arms ll which can be three in number, or more numerous if desired, and which take the form of fins arranged obliquely, to have zero incidence with the gas flow in the volute 1.

Le bord d'attaque 9 est situé immédiatement en aval du diffuseur 7 pour éviter des discontinuités d'écoulement. The leading edge 9 is located immediately downstream of the diffuser 7 to avoid discontinuities of flow.

On a en outre représenté l'arbre de turbine 12, disposé dans l'axe A à travers la volute 1, et une roue d'aubes de turbine 13, disposées à l'orifice d'entrée 3 de la volute 1 et circonscrites par le diffuseur 7. Dans cette réalisation, le diffuseur 7 est uni aux aubes 13, mais cela n'est pas indispensable à une bonne exécution de l'invention. There is also shown the turbine shaft 12, arranged in the axis A through the volute 1, and a turbine blade wheel 13, disposed at the inlet orifice 3 of the volute 1 and circumscribed by the diffuser 7. In this embodiment, the diffuser 7 is united to the vanes 13, but this is not essential for the proper execution of the invention.

Claims

1. Turbine exhaust comprising a volute (1) with axial inlet (3) and radial outlet (5), the inlet (3) extending over a volute revolution and the orifice outlet (5) on a portion of the turn of the volute, a diffuser (7) penetrating into the volute (1) and a deflector (8) located in the volute to guide gas originating from the diffuser (7) towards the orifice outlet, characterized in that the deflector (8) has a variable camber, minimal in front of the outlet orifice and increasing away from the outlet orifice.

2. Turbine exhaust according to claim 1, characterized in that the deflector (8) is unique and has a leading edge (9), directed towards the diffuser (7), of diameter chosen to circumscribe two thirds of a gas flow section in the diffuser.

3. Turbine exhaust according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the camber of the deflector (8) is 90 "in front of the outlet orifice and increases until 1800, in contrast, around the volute (1), of the outlet orifice (5).