[发明专利]用于涡轮机的扩散器和排放系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机、特别是蒸汽轮机的轴向-径向扩散器和排 放系统。

背景技术

在具有轴向-径向扩散器的涡轮机中，工作流体在最后的涡轮叶栅之后 被排放，并流入环形张开的流动通道、扩散器，所述流动通道由内、外流 动引导件形成，所述内、外流动引导件分别从涡轮的轮毂或最后的叶栅的 顶端延伸。扩散器初始沿轴向且绕着涡轮转动轴线在整个360°的圆周上延 伸，然后相对于涡轮转动轴线径向向外弯曲。扩散器出口通常通向排放罩， 其中，出口通常定位在排放罩内。排放罩也具有用于排放工作流体的出口。 在蒸汽轮机的情况下，出口将蒸汽引导到冷凝器中。排放罩在其出口的相 反处具有第一部分，所述第一部分通常具有半圆形横截面，且包围着涡轮 和扩散器的一半，所述排放罩还具有第二部分，所述第二部分具有矩形横 截面，且从第一部分延伸到排放罩的出口。从排放罩的第一部分向第二部 分的过渡由两个所谓的喉部形成，所述两个喉部相对于涡轮彼此相反。出 口通常设置在涡轮轴线的水平面的下方，这通常称作向下排放的排放罩。 然而，它也可设置在涡轮轴线的同一水平面上或高于该水平面。此时，在 涡轮的任一侧或涡轮的上方分别邻近地设置冷凝器。

在最后的叶栅之后退出蒸汽轮机的蒸汽在扩散器中扩散或减速。由于 在扩散器中蒸汽流的动能如此下降，因此，从最后的涡轮叶栅到扩散器出 口，静压相应地升高。随着在扩散器中蒸汽压力沿流动方向的上述升高， 当排放罩出口处的压力由施加的冷却环境(例如冷凝器)给定时，在最后 的涡轮叶栅的水平面处的蒸汽压力相应地降低。因此，与不具有扩散器的 涡轮机相比，涡轮机工作输出增大。因此，扩散器内的压力增大和涡轮机 功率输出潜在性地可通过合适的扩散器设计得到提高。

扩散器内的静压的增大可优化涡轮机的性能。然而，由于罩内的流分 离和涡流的形成可产生损失，这损害了总体性能。例如，由于支撑杆或根 据排放罩的方位，这种涡流在扩散器和排放罩的不同区域可能达到不同的 程度。例如，在将蒸汽引导到向下排放的排放罩(排放罩出口位于涡轮的 水平面的下方)的扩散器中，在扩散器通道的最低部分中扩散的蒸汽将进 入排放罩中，而流动方向没有变化或产生非常小的变化。然而，在扩散器的 最上部分中扩散且大致沿径向和垂直向上的方向被引导的蒸汽经受180°的 流动方向变化，以向下流动到排放罩中和向着底部的出口流动。这种大的方 向改变引起涡流和损失，这不利地影响扩散器的性能，从而还影响涡轮机的 功率输出。

US5518366公开了一种用于涡轮机的扩散器，该扩散器具有内、外流动 引导件，每个流动引导件开始于邻近涡轮机的最后的叶栅的入口，终止于 排放罩内的出口。向下排放的排放罩具有流动引导表面，所述流动引导表 面离扩散器的外流动引导件的入口有一距离，所述距离在圆周上变化，且 在特殊位置、例如排放罩的顶部处具有比最后的涡轮叶片的长度小的最小 值。外流动引导件具有从其入口到其出口的轴向长度，该轴向长度也在流 动引导件的圆周上变化，且在排放罩的流动引导表面与外流动引导件的入 口之间具有最小距离的位置处最小。排放罩的流动引导表面与扩散器的外 流动引导件的入口之间的最小距离以及外流动引导件的轴向长度根据最后 的涡轮叶栅的机翼的长度限定。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于涡轮机的轴向-径向扩散器和排放系统， 其相对于现有技术的扩散器在其空气动力学性能、特别是在其静压恢复方 面得到了改善。

一种扩散器和排放系统包括扩散器和排放罩，扩散器具有内、外流动 引导件，所述内、外流动引导件形成从最后的涡轮叶栅处的入口到定位在 排放罩内的出口的流动通道。内流动引导件从最后的涡轮叶栅的轮毂延伸 到扩散器出口，外流动引导件从最后的叶栅的顶端处的涡轮机壳体延伸到 扩散器出口。扩散器是轴向-径向扩散器，所述轴向-径向扩散器首先相对于 涡轮转动轴线沿轴向延伸，然后沿径向向外的方向弯曲。排放罩包括第一 部分，所述第一部分具有端壁、和绕着扩散器出口的圆周的近似一半延伸 的侧壁。所述排放罩还包括第二部分，所述第二部分从第一部分延伸到排 放出口。排放罩在扩散器出口与排放罩的侧壁之间包括两个喉部或流动通 道。所述两个喉部或流动通道定位在从排放罩的第一部分向第二部分过渡 的点处，且在涡轮的圆周相反侧。