[发明专利]用于涡轮机的扩散器

说明书

技术领域

本发明涉及对用于涡轮机的扩散器的改善。其尤其地但不排外地涉及低压(LP)蒸汽涡轮的末级之后的扩散器。

背景技术

在大型蒸汽涡轮中设立的扩散器用于例如将蒸汽从涡轮的末级引导至冷凝器。如此的扩散器具有两个或更多至少最初带有轴向定向的围绕涡轮的转子轴线而布置的基本同心的壁。

如例如美国专利第6,602,046号所述，末级之后的扩散器具有如下任务：使流动介质减速、增加横跨涡轮的可用的压降或焓降、将一定比例的动能转换成压能以及减少朝向冷凝器组的扩散器出口处的流动损失。因此清楚，扩散器的设计贡献于涡轮机的总效率，并且出于该原因已经做出许多努力来优化扩散器的布局。

在2011年6月6至10日于加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华市举行的美国机械工程师协会(ASME)涡轮博览会(Turbo Expo)2011时的GT2011中由Ch. Musch, H, Stuer和G. Hermle发布的标题为“OPTIMIZATION STRATEGY FOR A COUPLED DESIGN OF THE LAST STAGE AND THE SUCCESSIVE DIFFUSER IN A LOW PRESSURE ENVIRONMENT”的文献中，作者展示了一种扩散器设计，其带有由后面跟随弧线的两条成角度的直线以及径向方向出口处的另一直线部段组成的外壁横截面。

如‘046专利中所述，直线在扩散器的壁中可能形成一系列扭结(kinks)，从而有意造成与壁流动分离。该构造容许抑制冲击边界层的脉动。然而，该措施可与扩散器效率的极大减少相关联。

考虑到现有技术，进一步优化现有扩散器设计并因而提高涡轮机尤其是蒸汽驱动的动力设备的低压模块或涡轮的效率可被视为本发明的目的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种具有外壁的扩散器，外壁具有靠近涡轮末级的入口部段，其包括若干彼此处于某一角度的连续直线部段，其后面跟随曲线部段，其中，曲线部段具有作为二阶曲线的竖直横截面，该二阶曲线优选为椭圆节段，但圆形节段除外。

除圆形之外的二阶曲线可按照例如以下形式的直角座标的代数方程进行描述：

其中，至少一个混合系数不为0。

已经发现通过使用椭圆形状的扩散器唇缘，就空气动力和性能而言可能得到一种更佳的扩散器设计。尤其在流入方向上，在曲线部段的第一部分可能具有更高的曲率，并且朝向扩散器出口具有减少的曲率。由于末级叶片的顶端喷射，因而还可能优化扩散器的张角(或打开角度)和面积比而比弧线更接近理想值，从而可在第一角度的直线部段或扭结中实现扩散器中的流动的更多转向。

本发明的这些和其它方面将从以下详细说明和以下列出的附图中变得清楚。

附图说明

现在将参照附图描述本发明的典型实施例，在附图中：

图1显示了用于低压蒸汽涡轮级的已知带有潜在的优化参数的扩散器的示意性的竖直横截面；

图2显示了基于图1的已知扩散器的根据本发明的示例的扩散器的示意性的竖直横截面；以及

图3是分段扩散器回收率的曲线图，其显示了根据本发明的扩散器的超越已知扩散器的潜在效率增益。

具体实施方式

本发明的示例的方面和细节将在以下描述中通过使用用于低压蒸汽涡轮的扩散器的示例进一步详细地描述。

在图1中显示了上面提及的GT2011出版物中所提出的用于低压蒸汽涡轮级的扩散器的示意性的竖直横截面。该图显示了基本旋转对称的扩散器的上半部分的横截面。其还显示了转子10和内壳11的一部分。旋转叶片和定子叶片分别位于转子和内壳之间并附连至转子或内壳。涡轮的末级包括附连至壳11的周向布置的定子叶片111和附连至转子10的周向布置的转子叶片101。