用于涡轮机的扩散器制造技术

本发明专利技术涉及用于涡轮机的扩散器。描述了一种扩散器，带有靠近涡轮的末级的入口部段，并具有外壁，该外壁包括若干彼此处于某一角度的连续直壁部分，其后面跟随曲壁部分，其中，该曲壁部分将直壁部分连接到扩散器唇缘或出口，并且具有作为二阶曲线的竖直横截面，该二阶曲线优选为椭圆曲线的一部分。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及用于涡轮机的扩散器。描述了一种扩散器，带有靠近涡轮的末级的入口部段，并具有外壁，该外壁包括若干彼此处于某一角度的连续直壁部分，其后面跟随曲壁部分，其中，该曲壁部分将直壁部分连接到扩散器唇缘或出口，并且具有作为二阶曲线的竖直横截面，该二阶曲线优选为椭圆曲线的一部分。【专利说明】用于涡轮机的扩散器
本专利技术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。
技术介绍
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 LASTSTAGE 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专利技术的目的。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，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:[11 anx2+ a12xy+ a22y2 + 2ai3x +2a23y+ a33 = 0 其中，至少一个混合系数不为O。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。本专利技术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。【专利附图】【附图说明】现在将参照附图描述本专利技术的典型实施例，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专利技术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，其显示了根据本专利技术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】本专利技术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。末级111、101的后面为扩散器12。其具有形成扩散器的内半径的外壁121和内壁122，该外壁121和内壁122共同形成环形导管，从而将蒸汽引导至冷凝器(未显示)，并且均延伸至扩散器唇缘124，其共同形成了扩散器出口 123。图1放大的详图显示了扩散器的外壁121的一部分，并且显示了对于给定的涡轮和蒸汽流而言可用于优化扩散器的参数。沿着蒸汽流的方向，壁具有第一直线长度部分U，其后面跟随第二直线长度部分12。第二直线部分相对于水平线即沿轴向方向形成角度SI。这两个直线部分后面跟随曲线部分。曲线部分在其入口处相对于水平线具有角度S 2和半径R，并且在其出口处相对于水平线具有角度S3。弧线后面跟随另一基本直线部段，其沿出口 123的方向带有长度13。如GT2011参考文献所述，可改变所示的所有参数，以构造优化的扩散器12。在图2中显示了根据本专利技术的示例的基于图1的扩散器(如虚线121所示)的修改的扩散器。该新型扩散器具有更大数目的直线部分(4分之3)以及在直线部分后面更高阶的曲线21。曲线21基本上为椭圆曲线。如图2中所示，同圆形曲线121 (虚线所示)相比，椭圆形状21在开始或入口处具有更高的曲率，并且朝向出口 123向外拉直成更平坦的部分。当表示同一或类似的元件时，图2中的其它标号与图1中相同。在图3中显示了图2的两种设计的效率的比较，其显示了分段扩散器的回收率。该图是扩散器入口(末级叶片出口)和扩散器出口(2R平面)之间的回收率Chi相对于扩散器入口处的沿轴向方向的以m/s为单位的介质速度Czu的曲线图。更上面的线显示了新型扩散器的回收率。该回收率至少比图1中所示的已知扩散器高3%。根据该比较，显然利用了本专利技术的混合式扩散器具有以极大方式改善扩散器回收率的潜力。带有4个或更多后面跟随椭圆的直线部分的混合式扩散器可被视为比图1的现有技术的扩散器带有更佳改善潜力的扩散器。当将该新型扩散器与针对外壁而言利用多个例如七个或更多直线部分同时省略任何曲线部分的设计相比时，可显现类似的改善。带有更大数目的直线部分及其相应长度的扩散器在其之间成角，后面跟随如下的一般形状的曲线，【1 】 a” X2+ a12xy+ a22y2 + 2a13x +2a23y+ a3s = 0 其中，至少一个混合系数不为零，该扩散器比遵循现有技术的更有限的设计具有更高的进一步改善的潜力。如此的优化可通过使用任何已知的工具例如ANSYS CFX或上面提及的GT2011出版物中所述的其它方法而实现。上面仅通过示例描述了本专利技术，并且在本专利技术的范围内可做出修改。本专利技术还可包括本文所述或隐含的或附图所示或隐含的任何单独的特征，或任何如此的特征的任何组合，或任何如此的特征或组合，其延伸至其等效物。因此，本专利技术的广度和范围不应被任何上述典型实施例限制。除非明确陈述之外，否则说明书(包括附图)所公开的各个特征可被用于相同、等效或类似的目的的备选特征所替代。除非本文明确陈述之外，说明书中现有技术的任何论述始终不承认如此的现有技术是众所周知的，或形成了本领域中公知常识的一部分。符号列表 转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩散器(12)，其在涡轮的末级(101、111)后面，具有外壁(121)，所述外壁(121)延伸至扩散器唇缘(124)，所述扩散器唇缘(124)形成扩散器出口(123)，所述外壁(121)包括若干连续地连接的直壁部分，所述直壁部分彼此处于某一角度，后面跟随曲壁部分，其中，所述曲线部段定位在所述直线部分(3)和所述扩散器唇缘(124)之间，并且具有形成二阶曲线(21)的竖直横截面。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：C普福斯特，T莫库伊斯，M塞尔，HL博斯海梅，S加夫纳，B格佐德滋伊，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：