WO2025256871A1 - Abdampfgehäuse für eine expansionsturbine - Google Patents

Abdampfgehäuse für eine expansionsturbine

Info

Publication number
WO2025256871A1
WO2025256871A1 PCT/EP2025/063739 EP2025063739W WO2025256871A1 WO 2025256871 A1 WO2025256871 A1 WO 2025256871A1 EP 2025063739 W EP2025063739 W EP 2025063739W WO 2025256871 A1 WO2025256871 A1 WO 2025256871A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow
region
exhaust steam
steam housing
flow divider
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2025/063739
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes TUSCHE
Detlef Haje
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of WO2025256871A1 publication Critical patent/WO2025256871A1/de
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/30—Exhaust heads, chambers, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/50—Building or constructing in particular ways
    • F05D2230/54—Building or constructing in particular ways by sheet metal manufacturing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/23—Three-dimensional prismatic
    • F05D2250/232—Three-dimensional prismatic conical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/31—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation
    • F05D2250/311—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being in line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/32—Arrangement of components according to their shape
    • F05D2250/324—Arrangement of components according to their shape divergent

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust steam housing for an expansion turbine, according to the preamble of independent claim 1.
  • Expansion turbines are well-known from the prior art and are widely used in various applications to convert the energy contained in a working fluid into usable mechanical work.
  • An essential component of an expansion turbine is the exhaust casing, which has to fulfill various tasks:
  • the exhaust steam casing directs the working fluid exiting the last stage of the expansion turbine (hereinafter also referred to as steam) to the condenser. It ensures that the steam is directed in the correct direction and at the appropriate speed.
  • the exhaust steam housing helps to ensure that as much of the thermal energy still present in the steam as possible can be used.
  • the impeller blades in the low-pressure area can cause impermissible vibration amplitudes. To prevent this, Reducing vibrations may require reducing transient aerodynamic excitation during partial load operation.
  • the water droplets are then carried by turbulence and can hit the trailing edge, where they can cause damage or wear to the final stage blades.
  • barrel blades are currently often equipped with damping elements (such as coupling wires, coupling pins, or support wings). These elements dampen the vibration of the barrel blades but always lead to a reduction in efficiency.
  • damping elements such as coupling wires, coupling pins, or support wings.
  • the object of the invention is to provide an evaporation housing which solves or at least reduces the problems described above.
  • Expansion turbine including at least The turbine is characterized by the fact that a circumferential flow divider, extending substantially in the main flow direction during load operation, is arranged in the funnel-shaped widening area, comprising an inlet region essentially ring-shaped to the turbine axis, a guide apparatus adjoining in the flow direction, and a funnel-shaped widening area for deflecting a working fluid flowing through the exhaust steam housing, and an outlet region arranged at an angle, preferably at an angle of approximately 90°, to the turbine axis.
  • a circumferential flow divider extending substantially in the main flow direction during load operation, is arranged in the funnel-shaped widening area, comprising an inlet region essentially ring-shaped to the turbine axis, a guide apparatus adjoining in the flow direction, and a funnel-shaped widening area for deflecting a working fluid flowing through the exhaust steam housing, and an outlet region arranged at an angle, preferably at an angle of approximately 90°, to the turbine axis.
  • the primary function of the flow divider is to prevent or reduce flow momentum transfer in the partial load range between the outer flow region, with at least partially pronounced axial flow, and the inner flow region, with largely stagnant flow or, due to a suction effect from the low-pressure blade on the hub side in the partial load range, moderate backflow.
  • the flow divider creates a flow separation while maintaining fluidic connection. Any deflection of the flow plays only a minor role in this respect.
  • the flow divider is essentially oriented in the main flow direction (during load operation).
  • One embodiment of the invention provides that the flow divider is designed as a conical shell with a constant opening angle. Such a design is particularly simple and cost-effective to manufacture.
  • the flow divider is designed as a conical shell with an opening angle that changes around its circumference.
  • the change in the opening angle preferably takes into account the main flow direction during load operation.
  • a bulge or a further conical shell may be provided at the end of the conical shell, in accordance with the main flow direction.
  • the flow divider has a length that varies around its circumference.
  • the vortex-driving effect is pronounced to varying degrees within the flow geometry; thus, in the upper region of a downward-directed outflow, a shorter flow divider would favor the flow.
  • the length is defined here as the length of the flow divider in the direction of the main flow direction.
  • Fig. 1 An exhaust steam housing in axial section according to the state of the art
  • FIG. 2 A first exhaust steam housing according to the invention with a symmetrically designed flow divider
  • FIG. 3 A second embodiment of an exhaust steam housing according to the invention with a flow section whose length changes over the circumference;
  • Fig. 4 A third embodiment of an exhaust steam housing according to the invention, in which the conical shell is formed at the flow-side end
  • the flow divider has another conical shell with a larger opening angle.
  • Fig. 1 shows an axial section through an exhaust steam housing 1 according to the current state of the art.
  • the exhaust steam housing 1 is designed to direct the steam exiting the last stage 10 of the expansion turbine to a condenser (not shown in detail).
  • the steam flows into the exhaust steam housing 1 through an inlet section 3, formed by the turbine rotor 11 and the exhaust steam housing 1, which is essentially annular in relation to the turbine axis 2.
  • the steam then flows through a guide vane assembly, which extends in the direction of flow and includes a funnel-shaped widening section 4, and is deflected by 90° to the turbine axis 2.
  • the steam exits the exhaust steam housing via the outlet section 5 located in the lower part of the exhaust steam housing 1, heading towards the condenser.
  • the funnel-shaped extension 4 of the exhaust steam casing 1 reduces the steam pressure at the turbine exit, thus optimizing condensation. To conserve energy and efficiently direct the steam to the condenser, a flow through the exhaust steam casing 1 with minimal loss is desirable.
  • turbulence and backflow can occur in the area of the exhaust steam casing 1. This turbulence and backflow cause transient aerodynamic excitations of the The turbine blades in the low-pressure section of the turbine can cause impermissible vibration amplitudes at the final stage blades 12.
  • Another problem that occurs in connection with the turbulence and backflow in the exhaust housing 1 is the erosion of the trailing edge of the final stage blades. This occurs when temperatures rise during part-load operation and liquid water is injected into the exhaust section for cooling. The water droplets are then carried by turbulence and can strike the trailing edge of the final stage blades 12, where they cause damage or wear.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of an exhaust steam housing 1 with a flow divider 6.
  • the basic structure of the exhaust steam housing 1 corresponds to that of the exhaust steam housing 1 described in Fig. 1, to whose detailed description reference is therefore made here.
  • a circumferential (rotationally symmetrical) flow divider 6 extending essentially in the main flow direction during load operation, is arranged in the funnel-shaped widening section 4.
  • This flow divider divides the funnel-shaped section 4 into an outer flow region 7 in the radial direction and an inner flow region 8 in the radial direction.
  • the opening angle largely corresponds to the opening angle of the funnel-shaped widening section 4 of the exhaust steam housing.
  • the main function of the flow divider 6 is to prevent or reduce the flow momentum transfer between the outer flow region 7, with at least partially pronounced axial flow, and the inner flow region 8, with largely stagnant flow or, due to a hub-side suction effect of the low-pressure blade in the partial-load region, moderate backflow, in the partial-load range.
  • the flow divider 6 ensures flow separation, while maintaining a fluidic connection, i.e., that the outer flow region 7 and the inner flow region 8 are reconnected.
  • the flow dividers 6 converge in a common space.
  • the length of the flow divider 6 can be individually determined; it can extend only over the length of the funnel-shaped widening section 4, or, as in the exemplary embodiment, project beyond it. The length is defined as the direction in the main flow direction.
  • Fig. 3 shows a second embodiment of an exhaust steam housing 1 according to the invention, with a flow divider 6 whose length varies around its circumference.
  • the basic structure of the exhaust steam housing according to the invention and the function of the flow divider have already been explained in the embodiment according to Fig. 2.
  • the difference to the embodiment according to Fig. 2 is that the flow divider 6 has a different length around its circumference.
  • the vortex-generating effect is of varying intensity within the flow geometry, whereby in the upper region of a downward-directed outflow, a shorter length of the flow divider 6 promotes the flow guidance within the exhaust steam housing 1 and ensures lower flow losses.
  • Fig. 4 shows a further embodiment of an exhaust steam housing 1 according to the invention, which differs from the embodiment according to Fig. 2 in that a further conical shell 13 with a larger opening angle is arranged at the flow-side end of the flow divider 6, which is designed as a conical shell.
  • the change in the opening angle takes into account the main flow direction during load operation and thus again reduces flow losses.
  • a similar effect can also be achieved by bulging the flow-side end of the conical shell.
  • the flow divider can also have an opening angle that changes around its circumference and/or additional openings can be provided in certain circumferential regions, which reduce flow losses during load operation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Ein Abdampfgehäuse (1) für eine Expansionsturbine umfasst wenigstens einen zur Turbinenachse (2) im Wesentlichen ringförmigen ausgebildeten Einlassbereich (3), einen sich in Strömungsrichtung anschließenden und einen sich trichterförmig erweiternden Bereich (4) umfassenden Leitapparat zur Umlenkung eines das Abdampfgehäus durchströmenden Arbeitsfluids und einen in einem Winkel, vorzugsweise um einen Winkel von ca. 90°, zur Turbinenachse (2) angeordneten Auslassbereich (5). Im trichterförmig erweiternden Bereich (4) ist ein im Wesentlichen in Hauptströmungsrichtung bei Lastbetrieb erstreckender, umlaufender Strömungsteiler (6) angeordnet, welcher den trichterförmigen Bereich (4) in einen in radialer Richtung äußeren Strömungsbereich (7) und in einen in radialer Richtung inneren Strömungsbereich (8) unterteilt.

Description

ABDAMPFGEHÄUSE FÜR EINE EXPANSIONSTURBINE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abdampf gehäuse für eine Expansionsturbine, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruch 1.
Expansionsturbinen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden vielfach in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, um die in einem Arbeitsfluid enthaltene Energie in nutzbare mechanische Arbeit umzuwandeln. Ein wesentlicher Bestandteil einer Expansionsturbine ist das Abdampf gehäuse , welches verschieden Aufgaben zu erfüllen hat:
Strömungsführung: Das Abdampf gehäuse leitet den aus der letzten Stufe der Expansionsturbine austretende Arbeitsfluid (nachfolgend auch als Dampf bezeichnet) zum Kondensator. Es sorgt dafür, dass der Dampf in die richtige Richtung und mit angemessener Geschwindigkeit gelenkt wird.
Druckabbau: Durch die Formgebung des Abdampf gehäuses , welches sich meist trichterförmig erweitert, wird der statische Dampfdruck beim Austritt aus der Turbine weiter reduziert, was zu einer Erhöhung der Turbinenleistung führt.
Energieerhaltung: Indem das Abdampf gehäuse den Dampf effizient zum Kondensator leitet und dabei Strömungsverluste minimiert, trägt es dazu bei, dass möglichst viel der im Dampf noch vorhandenen thermischen Energie genutzt werden kann.
Im Teillastbetrieb und insbesondere bei Laständerungen während des Betriebs der Turbine kann es auf Grund von Turbulenzen und Rückströmungen im Bereich des Abdampf gehäuses zu einer transienten aerodynamischen Anregung der
Lauf schaufeln im Niederdruckbereich kommen, welche zu unzulässigen Schwingungsamplituden führen. Um diese Schwingungen zu verringern kann das Verringern der transienten aerodynamischen Anregung im Teillastbetreib notwendig sein.
Ein weiteres Problem, welches im Zusammenhang mit den Turbulenzen und Rückströmungen im Bereich des Abdampf gehäuses auftritt, ist die Erosion der Hinterkante der Endstufenlauf schaufeln . Diese tritt auf, wenn im Teillastbetrieb die Temperaturen steigen und flüssiges Wasser in das Abdampfteil eingespritzt wird, um dieses zu kühlen.
Die Wassertropfen werden dann von Verwirbelungen getragen und können auf die Hinterkante treffen, wo sie zu Beschädigungen oder Verschleiß der Endstufenlauf schaufeln führen.
Um unzulässige Schwingungsamplituden zu vermeiden, werden derzeit Lauf schaufeln häufig mit Dämpfungselemente (wie Koppeldrähte, Koppelpins oder Stützflügel) versehen. Diese Elemente dämpfen die Schwingung der Lauf schaufeln, führen jedoch immer zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades. Um die Erosion an der Hinterkante der Lauf schaufeln zu vermeiden, wird das Kühlwasser im Abdampf gehäuse nur sehr gezielt eingesetzt, was allerdings nur bedingt die Lebensdauer erhöht, die Lauf schaufeln müssen daher regelmäßig überprüft und ggf. ausgetauscht werden.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung ein Abdampf gehäuse bereitzustellen, welches die zuvor beschrieben Probleme löst oder zumindest reduziert.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung die einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Abdampf gehäuse für eine
Expansionsturbine umfassend wenigstens einen zur Turbinenachse im Wesentlichen ringförmigen ausgebildeten Einlassbereich, einen sich in Strömungsrichtung anschließenden, und einen sich trichterförmig erweiternden Bereich umfassenden Leitapparat zur Umlenkung eines das Abdampf gehäuse durchströmenden Arbeitsfluids und einen in einem Winkel, vorzugsweise um einen Winkel von ca . 90°, zur Turbinenachse angeordneten Auslassbereich, zeichnet sich dadurch aus, dass im trichterförmig erweiternden Bereich, ein im Wesentlichen in Hauptströmungsrichtung bei Lastbetrieb erstreckender, umlaufender Strömungsteiler angeordnet ist, welcher den trichterförmigen Bereich in einen in radialer Richtung äußeren Strömungsbereich und in einen in radialer Richtung inneren Strömungsbereich unterteilt.
Die Hauptf unktion der Strömungsteilers ist es, im Teillastbereich die Strömungsimpulsübertragung zwischen dem äußeren Strömungsbereich, mit einer zumindest teilweise ausgeprägten Axialströmung und dem inneren Strömungsbereich, mit einer weitgehend stagnierenden Strömung oder, wegen einer nabenseitigen Sogwirkung der Niederdruckschaufel im Teillastbereich, moderaten Rückströmung, zu unterbinden oder zu reduzieren. Der Strömungsteilers sorgt dabei für eine Strömungstrennung, wobei allerdings eine fluidische Verbindung aufrechterhalten wird. Eine etwaige Umlenkung der Strömung spielt in dieser Hinsicht allenfalls eine untergeordnete Rolle. Der Strömungsteiler ist im Wesentlichen in Hauptströmungsrichtung (bei Lastbetrieb) ausgerichtet.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Strömungsteiler als Kegelmantel mit einem konstanten Öf f nungswinkel ausgebildet ist. Eine solche Ausbildung ist besonders einfach und kostengünstig herzustellen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Strömungsteiler als Kegelmantel mit einem über den Umfang sich ändernden Öff nungswinkel ausgebildet ist. Die Änderung des Öf f nungswinkels berücksichtigt dabei vorzugsweise die Haupströmungsrichtung im Lastbetrieb. Hierzu kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Hauptstömungsrichtung folgend am Ende des Kegelmantels eine Aufwölbung oder ein weiterer Kegelmantel vorgesehen werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Strömungsteiler eine über den Umfang unterschiedliche Länge aufweist. Der Wirbel-antreibende Effekt ist innerhalb der Strömungsgeometrie unterschiedlich stark ausgeprägt, so würde im oberen Bereich einer nach unten gerichteten Abströmung eine geringere Länge des Strömungsteilers die Strömung begünstigen Als Länge wird dabei die Länge des Strömungsteilers in Richtung der Hauptströmungsrichtung definiert .
Hinsichtlich der Wirbelbildung im inneren Bereich ist es weiterhin nützlich, dass zwischen innerem und äußerem Bereich eine Begrenzung geschaffen wird, die auf beiden Seiten die Bildung einer Grenzschicht bewirkt. Dieser Effekt wirkt unterstützend, so dass der Strömungsteiler insgesamt kürzer ausgeführt werden kann oder in bestimmten Umfangsbereichen unterbrochen werden kann. Damit werden Verluste im Lastbetrieb begrenzt.
Weitere Ausgestaltungen sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt :
Fig.l: Ein Abdampf gehäuse im Axialschnitt nach dem Stand der Technik;
Fig.2: Ein ersten erfindungsgemäßen Abdampf gehäuses mit einem symmetrisch ausgebildeten Strömungsteiler;
Fig. 3: Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abdampf gehäuses mit einem Strömungsteile dessen Länge sich über den Umfang verändert ;
Fig. 4: Ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abdampf gehäuses bei dem am strömungsseitigen Ende des als Kegelmantel ausgebildeten Strömungsteilers ein weiterer Kegelmantel mit einem größeren Öf f nungswinkel angeordnet i st .
Die Figuren geben nur eine schematis che und vereinfachte Darstellung des Abdampf gehäuses wieder , bei dem im Wesentlichen nur die für die Erfindung notwendigen Bauteile gezeigt s ind . Gleiche bzw . funktionsgleiche Bauteile s ind dabei Figur übergreifend mit den gleichen Bezugs zeichen versehen .
Fig . 1 zeigt einen Axialschnitt durch ein Abdampf gehäuse 1 nach dem derzeitigen Stand der Technik . Das Abdampf gehäuse 1 ist dabei so ausgebildet , das s es den aus der letzten Stufe 10 der Expans ionsturbine austretenden Dampf zu einem nicht näher dargestellten Kondensator leitet . Der Dampf strömt dabei durch einen vom Turbinenrotor 11 und da s Abdampf gehäuse 1 gebildeten und zur Turbinenachse 2 im Wesentlichen ringförmigen ausgebildeten Einlas sbereich 3 in das Abdampf gehäuse 1 . Anschließend durchströmt der Dampf einen sich in Strömungsrichtung anschließenden , und einen sich trichterförmig erweiternden Bereich 4 umfas senden Leitapparat und wird dabei um 90 ° zur Turbinenachse 2 umgelenkt . Anschließend verlä s st der Dampf das Abdampf gehäuse über den im unteren Teil de s Abdampf gehäuses 1 angeordneten Auslas sbereich 5 in Richtung de s Kondensators .
Durch die trichterförmige Erweiterung 4 des Abdampf gehäuses 1 , wird der Dampfdruck beim Austritt aus der Turbine reduziert , wa s eine Optimierung der Kondensation begünstigt . Zur Energieerhaltung und um den Dampf eff izient zum Kondensator zu leiten ist eine möglichst strömungsverlustarme Durchströmung des Abdampf gehäuses 1 wünschenswert . Im Teillastbetrieb und insbesondere bei Laständerungen während des Betriebs der Turbine kann e s im Bereich des Abdampf gehäuses 1 zum Auftreten von Turbulenzen und Rückströmungen kommen . Die Turbulenzen und Rückströmungen bewirken transiente aerodynamis chen Anregungen der Lauf schaufeln im Niederdruckbereich der Turbine, welche zu unzulässigen Schwingungsamplituden an den Endstufenlauf schaufeln 12 führen können. Ein weiteres Problem, welches im Zusammenhang mit den Turbulenzen und Rückströmungen im Bereich des Abdampf gehäuses 1 auftritt, ist die Erosion der Hinterkante der Endstufenlauf schaufeln . Diese tritt auf, wenn im Teillastbetrieb die Temperaturen steigen und flüssiges Wasser in das Abdampfteil eingespritzt wird, um dieses zu kühlen. Die Wassertropfen werden dann von Verwirbelungen getragen und können auf die Hinterkante der Endstufenlauf schaufeln 12 treffen, wo sie zu Beschädigungen oder Verschleiß der Endstufenlauf schaufeln 12 führen.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abdampf gehäuse 1 mit einem Strömungsteiler 6. Der grundsätzliche Aufbau des Abdampf gehäuses 1 entspricht dem in Fig. 1 beschrieben Abdampf gehäuse 1 auf dessen ausführliche Beschreibung daher hier verwiesen sei. Im Gegensatz zum Abdampf gehäuse nach Fig.l ist im trichterförmig erweiternden Bereich 4, ein im Wesentlichen in Hauptströmungsrichtung bei Lastbetrieb erstreckender, umlaufender (rotationssymetrischer ) Strömungsteiler 6 angeordnet, welcher den trichterförmigen Bereich 4 in einen in radialer Richtung äußeren Strömungsbereich 7 und in einen in radialer Richtung inneren Strömungsbereich 8 unterteilt. Der Öf f nungswinkel entspricht weitgehend dem Öff nungswinkel des trichterförmig erweiternden Bereich 4 des Abdampf gehäuses .
Die Hauptf unktion der Strömungsteilers 6 ist es, im Teillastbereich die Strömungsimpulsübertragung zwischen dem äußeren Strömungsbereich 7, mit einer zumindest teilweise ausgeprägten Axialströmung und dem inneren Strömungsbereich 8, mit einer weitgehend stagnierenden Strömung oder, wegen einer nabenseitigen Sogwirkung der Niederdruckschaufel im Teillastbereich, moderaten Rückströmung, zu unterbinden oder zu reduzieren. Der Strömungsteilers 6 sorgt dabei für eine Strömungstrennung, wobei allerdings eine fluidische Verbindung aufrechterhalten wird, d.h. , dass der äußeren Strömungsbereich 7 und der inneren Strömungsbereich 8 wieder in einem gemeinsamen Raum münden . Die Länge des Strömungsteilers 6 kann individuell festgelegt werden , sie kann sich nur über die Länge de s sich trichterförmig erweiternden Bereich 4 erstrecken , oder wie im Ausführungsbeispiel über diesen hinausragen . Als Länge wird dabei die Richtung in Hauptströmungs richtung definiert .
Fig . 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abdampf gehäuses 1 mit einem Strömungsteile 6 de s sen Länge sich über den Umfang verändert . Der Grundsätz liche Aufbau des erfindungsgemäßen Abdampf gehäuses und die Funktion des Strömungsteilers wurden bereits beim Ausführungsbeispiel nach Fig . 2 erläutert . Der Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig . 2 besteht darin , das s der Strömungsteiler 6 eine über seinen Umfang unterschiedliche Länge aufweist . Der Wirbel-antreibende Ef fekt ist innerhalb der Strömungsgeometrie unterschiedlich stark ausgeprägt , wodurch im oberen Bereich einer nach unten gerichteten Abströmung eine geringere Länge des Strömungsteilers 6 die Strömungs führung innerhalb des Abdampf gehäuse s 1 begünstigen und für geringere Strömungsverluste sorgt .
Fig . 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eine s erfindungsgemäßen Abdampf gehäuses 1 welches s ich vom Ausführungsbeispiel nach Fig . 2 dadurch unterscheidet , das s bei dem am strömungs seitigen Ende de s als Kegelmantel ausgebildeten Strömungsteilers 6 ein weiterer Kegelmantel 13 mit einem größeren Öf f nungswinkel angeordnet ist . Die Änderung des Öf f nungswinkels berücks ichtigt dabei die Haupströmungs richtung im Lastbetrieb und bewirkt somit wiederum eine Reduktion der Strömungsverluste . Ein ähnlicher Effe kt lä s st sich auch durch eine Aufwölbung des strömungs seif igen Ende des als Kegelmantel erzielen . Darüber hinaus kann der Strömungsteiler auch einen über den Umfang sich ändernden Öff nungswinkel aufwei sen und/oder e s können zusätzlich in bestimmten Umfangsbereichen Durchbrüche vorgesehen sein , die die Strömungsverluste im Lastbetrieb reduzieren . Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich die beschriebenen Maßnahmen, soweit technisch möglich, miteinander in unterschiedlicher Weise zu kombinieren.

Claims

Patentansprüche
1. Abdampf gehäuse (1) für eine Expansionsturbine umfassend wenigstens einen zur Turbinenachse (2) im Wesentlichen ringförmigen ausgebildeten Einlassbereich (3) , einen sich in Strömungsrichtung anschließenden, und einen sich trichterförmig erweiternden Bereich (4) umfassenden Leitapparat zur Umlenkung eines das Abdampf gehäuse (1) durchströmenden Arbeitsfluids und einen in einem Winkel, vorzugsweise um einen Winkel von ca . 90°, zur Turbinenachse (2) angeordneten Auslassbereich (5) , dadurch gekennzeichnet, dass im trichterförmig erweiternden Bereich (4) , ein im Wesentlichen in Hauptströmungsrichtung bei Lastbetrieb erstreckender, umlaufender Strömungsteiler (6) angeordnet ist, welcher den trichterförmigen Bereich (4) in einen in radialer Richtung äußeren Strömungsbereich (7) und in einen in radialer Richtung inneren Strömungsbereich (8) unterteilt.
2. Abdampf gehäuse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (6) als Kegelmantel mit einem konstanten Öf f nungswinkel ausgebildet ist.
3. Abdampf gehäuse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (6) als Kegelmantel mit einem über den Umfang sich ändernden Öff nungswinkel ausgebildet ist.
4. Abdampf gehäuse (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am strömungsseitigen Ende des Strömungsteilers (6) der Kegelmantel aufgewölbt ist oder ein weiterer Kegelmantel (9) mit einem größeren Öff nungswinkel angeordnet ist.
5. Abdampf gehäuse (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (6) eine über den Umfang unterschiedliche Länge aufweist.
6. Abdampf gehäuse (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (6) in bestimmten Umfangsbereichen unterbrochen ausgebildet ist.
PCT/EP2025/063739 2024-06-10 2025-05-20 Abdampfgehäuse für eine expansionsturbine Pending WO2025256871A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024205339.2 2024-06-10
DE102024205339.2A DE102024205339A1 (de) 2024-06-10 2024-06-10 Abdampfgehäuse für eine Expansionsturbine mit optimiertem Strömungsteiler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025256871A1 true WO2025256871A1 (de) 2025-12-18

Family

ID=95859780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2025/063739 Pending WO2025256871A1 (de) 2024-06-10 2025-05-20 Abdampfgehäuse für eine expansionsturbine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102024205339A1 (de)
WO (1) WO2025256871A1 (de)

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH359827A (de) * 1956-09-17 1962-01-31 Licentia Gmbh Axialströmungsmaschine mit Austrittsdiffusor
US3149470A (en) * 1962-08-29 1964-09-22 Gen Electric Low pressure turbine exhaust hood
US3400911A (en) * 1967-12-04 1968-09-10 Hitachi Ltd Structure of exhaust chamber in gas turbines
CH469202A (de) * 1967-07-14 1969-02-28 Licentia Gmbh Vorrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrades von stark erweiterten Diffusoren
JPS51127902A (en) * 1975-04-30 1976-11-08 Hitachi Ltd Exhaust chamber construction of steam turbine
JPS5254806A (en) * 1975-10-31 1977-05-04 Hitachi Ltd Turbine exhaust chamber
JPS5293809A (en) * 1976-02-02 1977-08-06 Hitachi Ltd Low-pressure turbine steam discharge hood
JPS5447908A (en) * 1977-09-26 1979-04-16 Hitachi Ltd Low pressure exhaust chamber
JPS5464204A (en) * 1977-10-31 1979-05-23 Hitachi Ltd Low pressure casing of turbine
DE3342351A1 (de) * 1982-11-23 1984-05-24 Nuovo Pignone S.P.A., Florenz/Firenze Kompakt-diffusor fuer hochleistungs-gasturbine
EP1178183A2 (de) * 2000-07-31 2002-02-06 Alstom (Switzerland) Ltd Niederdruckdampfturbine mit Mehrkanal-Diffusor
US20040091350A1 (en) * 2002-11-13 2004-05-13 Paolo Graziosi Fluidic actuation for improved diffuser performance
DE10255389A1 (de) * 2002-11-28 2004-06-09 Alstom Technology Ltd Niederdruckdampfturbine mit Mehrkanal-Diffusor
WO2008110445A1 (de) * 2007-03-13 2008-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Diffusoranordnung
JP2009103099A (ja) * 2007-10-25 2009-05-14 Toshiba Corp 蒸気タービン
US20110162369A1 (en) * 2010-01-07 2011-07-07 Hitachi, Ltd. Gas Turbine, Exhaust Diffuser, and Method of Modifying Gas Turbine Plant
WO2012089837A1 (de) * 2010-12-30 2012-07-05 Duerr Cyplan Ltd. Strömungsmaschine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5188510A (en) 1990-11-21 1993-02-23 Thomas R. Norris Method and apparatus for enhancing gas turbo machinery flow
DE4422700A1 (de) 1994-06-29 1996-01-04 Abb Management Ag Diffusor für Turbomaschine
JP2018087532A (ja) 2016-11-29 2018-06-07 三菱重工業株式会社 蒸気タービン
US20210262363A1 (en) 2020-02-24 2021-08-26 General Electric Company Exhaust plume control structure and power generating plant including same

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH359827A (de) * 1956-09-17 1962-01-31 Licentia Gmbh Axialströmungsmaschine mit Austrittsdiffusor
US3149470A (en) * 1962-08-29 1964-09-22 Gen Electric Low pressure turbine exhaust hood
CH469202A (de) * 1967-07-14 1969-02-28 Licentia Gmbh Vorrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrades von stark erweiterten Diffusoren
US3400911A (en) * 1967-12-04 1968-09-10 Hitachi Ltd Structure of exhaust chamber in gas turbines
JPS51127902A (en) * 1975-04-30 1976-11-08 Hitachi Ltd Exhaust chamber construction of steam turbine
JPS5254806A (en) * 1975-10-31 1977-05-04 Hitachi Ltd Turbine exhaust chamber
JPS5293809A (en) * 1976-02-02 1977-08-06 Hitachi Ltd Low-pressure turbine steam discharge hood
JPS5447908A (en) * 1977-09-26 1979-04-16 Hitachi Ltd Low pressure exhaust chamber
JPS5464204A (en) * 1977-10-31 1979-05-23 Hitachi Ltd Low pressure casing of turbine
DE3342351A1 (de) * 1982-11-23 1984-05-24 Nuovo Pignone S.P.A., Florenz/Firenze Kompakt-diffusor fuer hochleistungs-gasturbine
EP1178183A2 (de) * 2000-07-31 2002-02-06 Alstom (Switzerland) Ltd Niederdruckdampfturbine mit Mehrkanal-Diffusor
US20040091350A1 (en) * 2002-11-13 2004-05-13 Paolo Graziosi Fluidic actuation for improved diffuser performance
DE10255389A1 (de) * 2002-11-28 2004-06-09 Alstom Technology Ltd Niederdruckdampfturbine mit Mehrkanal-Diffusor
WO2008110445A1 (de) * 2007-03-13 2008-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Diffusoranordnung
JP2009103099A (ja) * 2007-10-25 2009-05-14 Toshiba Corp 蒸気タービン
US20110162369A1 (en) * 2010-01-07 2011-07-07 Hitachi, Ltd. Gas Turbine, Exhaust Diffuser, and Method of Modifying Gas Turbine Plant
WO2012089837A1 (de) * 2010-12-30 2012-07-05 Duerr Cyplan Ltd. Strömungsmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102024205339A1 (de) 2025-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0903468B1 (de) Vorrichtung zur Spaltdichtung
EP2194232B1 (de) Strömungsmaschine mit Seitenwand-Grenzschicht-Barriere
WO2007113149A1 (de) Leitschaufel für eine strömungsmaschine, insbesondere für eine dampfturbine
DE3223164C2 (de) Turbomaschinenrotorbaugruppe und -laufschaufel
EP0500875A1 (de) Rotor
EP3880967B1 (de) Diagonalventilator mit nachleiteinrichtung
DE112016003244T5 (de) Abdeckung für Axialgebläseanordnung
WO2019063384A1 (de) Diffusor für einen verdichter
CH668454A5 (de) Stufe einer axialdampfturbine.
WO2018060068A1 (de) Schaufeln mit in strömungsrichtung s-förmigem verlauf für laufräder radialer bauart
WO2011124214A2 (de) Leitschaufel einer strömungsmaschine
DE10050931C1 (de) Turbomaschine mit radial durchströmten Laufrad
WO2018166716A1 (de) Rückführstufe und radialturbofluidenergiemaschine
DE112017006555T5 (de) Turbine und gasturbine
DE102020201831A1 (de) Laufrad für radialverdichter, radialverdichter und turbolader
EP2788583A1 (de) Turbinenleitschaufel mit einem drosselelement
EP1570175B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur reduktion von druckschwankungen im saugrohr einer wasser-turbine oder -pumpe oder -pumpturbine
DE4023724A1 (de) Radialventilator
EP3181813B1 (de) Schwerpunktsfaedelung von laufschaufeln
DE60014025T2 (de) Turbomaschinen
DE3049897A1 (en) Exhaust pipe of turbine
DE3430769C2 (de)
EP2483567A1 (de) Radialverdichterdiffusor
DE102004038639A1 (de) Francis Turbine
DE102024205339A1 (de) Abdampfgehäuse für eine Expansionsturbine mit optimiertem Strömungsteiler

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 25728057

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1