Auslassgehäuse einer Strömungsmaschine

Abstract

 Die Erfindung ist besonders als Auslaßgehäuse für Dampf­turbinen konzipiert und zwar zur Verminderung von Energie­verlusten durch Wirbel und Ablösungen des Dampfstroms.
Das Auslaßgehäuse besteht aus einem Gehäusekörper (01) , einem kreisförmigen Diffusor (d) und ggf. Leitwänden. An das erweiterte Ende des Diffusors (d) sind zwei Abström­kanäle (I, II) angeschlossen, von denen der hintere von der Gehäuserückwand (100) begrenzte Abströmkanal (I) gerad­linig und quer zur Maschinenlängsachse (0) verläuft und der vordere Abströmkanal (II) über einen entgegen der Strömungsrichtung im Diffusor verlaufenden Bogenabschnitt (IIa) an den ersten Abströmkanal angeschlossen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Auslaßgehäuse einer Strömungs­maschine, in welchem sich eine axial gerichtete Einströmung in eine zur Maschinenachse senkrechte Ausströmung ändert. Die Erfindung ist besonders für Auslaßgehäuse von Dampf­turbinen geeignet, die zwischen der letzten Stufe der Dampf­turbine und dem Kondensator angeordnet sind.

[0002] Zu der Dampfabführung oder eines anderen Treibmittels aus der letzten Stufe einer Strömungsmaschine, z. B. einer Dampfturbine in die Kondensatoren, werden Auslaßgehäuse eingesetzt, die einen achssymmetrischen Diffusor und ein voluminöses Gehäuse enthalten, das in einen Einlaßstutzen des Kondensators übergeht. Das Gehäuse enthält eine Zylin­derwand, deren Mantellinien zur Maschinenachse parallel sind. Es wurde festgestellt, daß das strömende Medium die Gehäusewände nicht glatt umströmt, sondern umfangreiche Wirbel entstehen, was zu erheblichen Energieverlusten führt.

[0003] Ein anderes bekanntes Auslaßgehäuse weist zwei gegenüber­liegende Austritte auf, durch welche der Dampf in zwei selbständige Kondensatoren strömt. In diesem Auslaßgehäuse ergeben sich geringere Energieverluste, aber für den Preis eines beträchtlichen Aufwandes durch die benötigten zwei Kondensatoren und deren Unterbringung im Maschinensaal.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Auslaßgehäuse für Strö­mungsmaschinen zu schaffen, das bei relativ geringem tech­nischen Aufwand verminderte Energieverluste gewährleistet.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0006] Das erfindungsgemäße Auslaßgehäuse für Strömungsmaschinen enthält einen Körper, einen kreisförmigen Diffusor, Wände und Scheidewände. Der Körper umfaßt einen geraden Kanal, durch welchen etwa eine Dampfhälfte strömt, und einen Um­führungskanal konstanter Breite, welcher den restlichen Dampfstrom um den kreisförmigen Diffusor in dieselbe Rich­tung führt, in welcher der Dampf in dem geraden Kanal strömt. Der gerade Kanal beginnt im Einklang mit der Strö­mung durch den kreisförmigen Diffusor an der Stelle un­mittelbar hinter der Querachse des Diffusors und führt in Richtung von seiner Mitte zu dem Unterteil des Körpers und nimmt den hinteren Abschnitt dieses Unterteils des Körpers ein. Der Umführungskanal beginnt neben dem geraden Kanal am Ende des Diffusors und führt in einem nach oben und entgegen der Strömungsrichtung im Diffusor verlaufenden Bogen in einen geraden Kanalabschnitt, der in einen gemein­samen quer zur Maschinenachse angeordneten Abströmkanal ausmündet. Der Außenmantel des Umlaufkanals bildet also einen Teil des Oberteils der Rückwand des Gehäusekörpers, an welche die äußere Zylinderwand anschließt, welche sich mit der Vorderwand des Gehäusekörpers verbindet. Den Innen­mantel des Umlaufkanals bildet in dem Oberteil des Gehäuse­körpers eine konvexe Wand, welche an den oberen Rand des Diffusormantels anschließt und in eine schräge Wand über­geht, welche allmählich zurückführt und in unmittelbarer Nähe der Querachse des Diffusors an eine vertikale Scheide­wand im Unterteil des Gehäusekörpers anschließt, welche den vorderen Abschnitt des Gehäusekörpers vom hinteren trennt. Den Außenmantel des geraden Kanals bildet die Rück­wand des Unterteils des Gehäusekörpers und seinen Innen­mantel bildet die hintere schräge Wand, welche an den unteren Rand des Diffusormantels in der Nähe der Querebene des Diffusors beginnt und an den gegenüberliegenden Rand der Trenn- bzw. Scheidewand angeschlossen ist, welche den hinteren vom vorderen Abschnitt des Gehäusekörpers trennt. Den Seitenmantel des geraden Kanals und des Umlaufkanals bildet die rechte und linke Seitenwand des Gehäusekörpers.

[0007] Eine Ausgestaltung der Erfindung enthält Teiler in dem geraden Kanal und dem Umlaufkanal, wobei die gemeinsamen Kanten der ersten Verteiler miteinander und auch die gemein­samen Kanten der zweiten Verteiler miteinander verbunden sind. Diese Verbindungen sind an den gegenüberliegenden Stellen des Diffusormantels und zwar waagerecht in unmittel­barer Nähe der Querachse des Diffusors angeschlossen. Die Verteiler sind mit ihren Außenkanten mit den Seitenwänden des Gehäusekörpers so verbunden, daß die einzelnen Verteiler hinsichtlich der Vertikalachse dieses Körpers konkav sind.

[0008] Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist im Umlaufkanal an gegenüberliegenden Stellen des Diffusormantels unmittel­bar hinter seiner Querachse ein Paar von stromlinienförmigen Leit- bzw. Scheidewänden waagerecht angeordnet, deren entge­gengesetzte Kanten miteinander in der Vertikalachse des Gehäusekörpers verbunden sind. Zweckmäßig können zwischen die stromlinienförmigen Scheidewände und die Seitenwände des Körpers des Auslaßgehäuses die vertikalen Ablenkbleche eingelegt sein.

[0009] Ein Vorteil des Auslaßgehäuses gemäß der Erfindung liegt in der wesentlichen Verminderung der Nachlauf- und Wirbel-­Bereiche, was zu einer wesentlichen Minderung der Energie­verluste der Strömungsmaschine führt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die ursprünglichen Gehäuseabmessungen und seine Außengestalt in etwa erhalten bleiben. Das er­findungsgemäße Gehäuse wird aus den formgestalteten Blechen hergestellt.

[0010] Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Auslaßgehäuse schematisch im vertikalen Axialschnitt,

Fig. 2 das Auslaßgehäuse nach Fig. 1 in schemati­scher Seitenansicht,

Fig. 3 ein anderes Auslaßgehäuse mit Hilfsscheide­wänden im Axialschnitt,

Fig. 4 einen schematischen Aufriß des so ausgebil­deten Auslaßgehäuses in dem angedeuteten Schnitt.

[0011] Die dargestellten Auslaßgehäuse für eine Strömungsmaschine enthalten einen im Aufriß rechteckigen Körper 01 und einen kreisförmigen Diffusor d. Der kreisförmige Diffusor d be­steht aus einem trompetenförmigen hinten offenen Mantelrohr p und aus einem Kern j mit verbreitertem Endteil. Die Öff­nung des Mantelrohrs p ist größer als die Verbreiterung des Kerns j, so daß sich der von beiden begrenzte Kreis­ringquerschnitt des Diffusors d nach hinten verbreitert. Der Kern j ist mit seinem verbreiterten Ende an die Innen­seite der Rückwand 100 des Körpers 01 angeschlossen. Den Körper 01 des Auslaßgehäuses ist möglich nur angenommen auf den Oberteil H und den Unterteil D vertikal zu vertei­len. Die Trennungslinie 14 zwischen dem Oberteil H und dem Unterteil D verläuft unterhalb parallel oder in Flucht zur Querachse z des Diffusors d. Diese angenommene Tren­nungslinie ist eine Verlängerung der fiktiven Trennungs­ebene zwischen dem durch den Diffusor d in einen geraden Kanal I einströmenden Dampfanteil und der in einen Umlauf­kanal II einströmenden Dampfmenge. Eine Verteilung der Dampfströmung existiert in jedem Diffusor von Strömungs­maschinen dieses Typs. In seiner Länge ist der Unterteil D des Körpers 01 durch eine Trennwand 8 in zwei gleiche Hälften, d. h. in einen Hinterabschnitt Z und einen Vorder­abschnitt P geteilt. Im Hinterabschnitt Z ist der gerade Kanal I so untergebracht, daß an dem unteren Rand d2 des Diffusors d eine hintere schräge Wand 4 angeschlossen ist, die an der Trennungslinie 14 beginnt und zur Trennwand 8 führt. Der Umlaufkanal II beginnt im Oberteil des Kör­ pers 01, wobei an seine Endwand 100 die äußere Zylinderwand 5 angeschlossen ist, deren Biegungsdurchmesser der Summe der Breite des Hinter- und Vorderabschnitts Z, P entspricht. Die Zylinderwand 5 geht in die Vorderwand 200 des Körpers 01 über. Den Innenmantel des Umlaufkanals II bildet eine konvexe Wand 7, die in der Trennungslinie 14 beginnt und an die obere Endkante d1 des Diffusors d angeschlossen ist. Ihre Abrundung folgt im wesentlichen der Abrundung der äußeren Zylinderwand 5 bis zu dem Umfang des Mantel­rohrs p des Diffusors d, wo sie an eine vordere schräge Wand 11 angeschlossen ist, welche bis zu der Trennungs­linie 14 ab steigt und hier mit der Anfangskante der Leit- bzw. Trennwand 8 verbunden ist.

[0012] Bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4 sind in den geraden Kanal I und den Umlaufkanal II, und zwar in unmittelbarer Nähe der Querachse z des Diffusors d, d. h. in der Tren­nungslinie 14 zwei gemeinsame Kanten 12, 13 eines ersten Verteilers 1 und eines zweiten Verteilers 2 vertikal und gegeneinander untergebracht und dort an den äußeren Mantel p des kreisförmigen Diffusors d angeschlossen. Über äußere Kanten sind diese Verteiler 1, 2 an die Seitenwände 3, 6 angeschlossen. Die ersten und die zweiten Verteiler 1, 2 sind zur Vertikalachse x des Körpers 01 bogenförmig kon­kav. An den diametral gegenüberliegenden Stellen des Mantel­rohrs p sind in der Nähe der Querachse z des Körpers 01 die Enden eines Paares von stromlinienförmigen Leit- bzw. Scheidewänden 9 angeschlossen, welche sich in Richtung der Dampfströmung stromlinienförmig aneinander annähern, bis sie in der Vertikalachse x des Körpers 01 zusammentref­fen. Zwischen der Außenfläche der beiden Scheidewände 9 und den Seitenwänden 3, 6 sind im Umlaufkanal II zwei Paare von etwa vertikalen Leitblechen 10 angeordnet, deren Innen­wände etwa dem Verlauf der stromlinienförmigen Scheidewände 9 folgen, wobei sich jedoch die Durchströmquerschnitte der von ihnen und den Wänden 9, 3, 6 begrenzten Strömungs­kanäle gleichförmig erweitern.

[0013] Der Dampfstrom aus der letzten Stufe der Strömungsmaschine tritt in den kreisförmigen Diffusor d ein und teilt sich an dessen Rückwand in einen durch den geraden Kanal 100 z. B. zu den Kondensatoren strömenden unteren Teil sowie in einen oberen Teilstrom, welcher durch den oberen Rand d1 des Diffusors, die konvexe Wand 7 und die äußere Zylin­derwand 7 umgewendet und dann längs des Mantelrohrs p in den Umlaufkanal II geführt wird. Beide Dampfteile strömen dann in gleicher Richtung in den Kanälen I und II. Die Verteilung des Dampfstroms auf den oberen und den unteren Strom unterstützen die Verteiler 1 und 2, an deren Ober­flächen der Dampf glatt abströmt und keine Wirbel bildet. Auch die hintere schräge Wand 4 folgt im wesentlichen den Stromlinien des Dampfes und unterstützt seine gleichförmige kontinuierliche Strömung. Die vordere schräge Wand 11 im Umlaufkanal dient demselben Zweck. Die beiden strom­linienförmigen Scheidewände 9 beseitigen die Wirbelgefahr im Bereich hinter dem unteren Rand d2 des Diffusors d und ihre Stromliniengestalt verbessert ebenfalls die wirbel­freie kontinuierliche Dampfströmung. Schließlich vermindern die Leitbleche 10 durch Aufteilung der Strombreite auf mehrere engere Ströme die Wirbelung des Strömungsmittels. Die Anwendung von Leitelementen und/oder Scheidewänden wird auf die Charakteristiken der jeweiligen Strömungs­maschine abgestimmt.

Ansprüche

1. Auslaßgehäuse für Strömungsmaschinen bestehend aus einem Gehäusekörper (01), einem kreisförmigen Diffusor (d) und ggf. Leitwänden,
dadurch gekennzeichnet,
daß an das erweiterte Ende des Diffusors (d) zwei Ab­strömkanäle (I, II) angeschlossen sind, von denen der hintere von der Gehäuserückwand (100) begrenzte Abström­kanal (I) geradlinig und quer zur Maschinenlängsachse (0) verläuft und der vordere Abströmkanal (II) über einen entgegen der Strömungsrichtung im Diffusor verlaufenden Bogenabschnitt (IIa) an den ersten Abströmkanal angeschlossen ist.

2. Auslaßgehäuse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehäusekörper (01) in den geraden Abströmkanal (I) und den Umlaufkanal (II) aufgeteilt ist, wobei der gerade Abströmkanal (I) im wesentlichen von der Quer­achse (z) des kreisförmigen Diffusors (d) und den Hinter­abschnitt (Z) des Unterteils des Gehäusekörpers (01) begrenzt ist, wogegen der Umlaufkanal (II) von konstanter Breite im wesentlichen durch die Querachse (z) des Diffu­sors (d), den Oberteil (H) und den Vorderabschnitt (P) des Gehäusekörpers (01) so begrenzt ist, daß sein Außen­mantel im Oberteil (H) des Gehäusekörpers (01) die äußere Zylinderwand (5) als Fortsetzung der Fläche der geraden Rückwand (100) des Gehäusekörpers (01) und sowohl im Oberteil (H) als auch im Unterteil (D) des Gehäusekörpers (01) die Vorderwand (200) des Gehäusekörpers (01) bilden, und dabei sein Innenmantel in dem Oberteil (H) des Gehäusekörpers (01) eine konvexe Wand (7) bildet, welche an den verbreiterten oberen Rand (d1) des Diffusormantels (p) angeschlossen ist, welche an eine vordere schräge Wand (11) anknüpft, die im wesentlichen in der Querachse (z) des Diffusors (d) an der vertikalen Scheidewand (8) des Unterteils (D) angeschlossen ist, wobei der Außenmantel des geraden Abströmkanals (I)von der Rückwand (100) des Gehäusekörpers (01) und sein Innenmantel von der hinteren schrägen Wand (4) gebildet ist, welche an den unteren Rand (d2) des Mantels (p) des Diffusors (d) angeschlossen ist und welche mittels ihres gegenüber­liegenden Randes an der Scheidewand (8) angeschlossen ist, die zwischen dem Hinterabschnitt (Z) und dem Vorder­abschnitt (P) des Körpers (01) des Auslaßgehäuses unter­gebracht ist.

3. Auslaßgehäuse nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den geraden Abströmkanal (I) und den Umlaufkanal (II) erste und zweite Verteiler (1, 2) eingelegt sind, wobei die ersten Verteiler an einer Seite in einer ge­meinsamen Kante (12) und die zweiten Verteiler an der anderen Seite in je einer gemeinsamen Kante (13) mitein­ ander verbunden sind, welche an den gegenüberliegenden Seiten des Diffusormantels (p) waagerecht und in un­mittelbarer Nähe der Querachse (z) angeordnet sind, und wobei die Außenkanten der ersten Verteiler (1) an der einen Seitenwand (3) und die Außenkanten der zweiten Verteiler (2) an der anderen Seitenwand (6) des Gehäuse­körpers (01) so angeschlossen sind, daß die einzelnen Verteiler (1, 2) hinsichtlich der Vertikalachse (x) dieses Gehäusekörpers (01) konkav sind.

4. Auslaßgehäuse nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Umlaufkanal (II) an den gegenüberliegenden Seiten des Diffusormantels (p) unmittelbar hinter seiner Quer­achse (z) stromlinienförmige Leit- bzw. Scheidewände (9) waagerecht angeschlossen sind, deren entgegengesetzte Kanten miteinander in der Vertikalachse (x) des Gehäuse­körpers (01) verbunden sind.

5. Auslaßgehäuse nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen die Außenfläche der stromlinienförmigen Scheidewände (9) und die Seitenwände (3, 6) des Gehäuse­körpers (01) etwa vertikale Ablenkbleche (10) eingelegt sind.

Zeichnung