Abströmleiteinrichtung im Diffusor einer Strömungsmaschine und Verfahren zur Strömungsablenkung

Abstract

 Es wird eine Abströmleiteinrichtung in einem Diffusor (7) einer Strömungsmaschine mit mindestens einem Leitblatt (9) vorgestellt, das eine Anströmkante (13) und eine Abströmkante (14) aufweist zwischen denen eine Umlenkfläche (15) vorgesehen ist. Die Abströmleiteinrichtung lenkt ein Strömungsmedium aus einer Einfallsrichtung (12) um, wobei das mindestens eine Leitblatt hinsichtlich eines Verlaufs seiner Umlenkfläche (15) relativ zur Einfallsrichtung (12) einstellbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Abströmleiteinrichtung in einem Diffusor einer Strömungsmaschine mit einem Leitblatt, das eine Anströmkante und eine Abströmkante aufweist, zwischen denen eine Umlenkfläche vorgesehen ist und die ein Strömungsmedium aus einer Einfallsrichtung umlenkt sowie ein Verfahren zur Änderung einer Abströmleiteinrichtung.

[0002] In einer Gasturbine als Beispiel einer Strömungsmaschine wird im Verdichterteil Ansaugluft komprimiert und erwärmt und anschließend in einer Brennkammer unter Beimischung eines Brennstoffes stark erhitzt und beschleunigt. Eine mehrstufige Turbine schließt strömungstechnisch an die Brennkammer an. Durch die mehrstufige Turbine strömt das Strömungsmedium, das ein Gemisch aus dem verbrannten Brennstoff und der komprimierten Luft ist. Die Bewegung des Strömungsmediums erzeugt einen Drehimpuls auf den Rotor und führt somit schließlich zu einer Rotation des Rotors. Die Rotationsenergie wird anschließend mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt.

[0003] Nach der letzten Stufe der mehrstufigen Turbine strömt das Strömungsmedium in einem Diffusor an einem Lagerstern, der mehrere Leitblätter aufweist, vorbei. Der Lagerstern dient einerseits zur Umlenkung des Strömungsmediums und andererseits als Halterung für den drehbar gelagerten Rotor. Üblicherweise werden der Lagerstern und insbesondere die Leitblätter starr und materialeinheitlich ausgeführt.

[0004] In dem Dokument DE 39 42 203 ist eine solche Lagersternanordnung beschrieben. Die dortige Lagersternanordnung bezieht sich auf ein Turbinentriebwerk.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abströmleiteinrichtung anzugeben, mit der Strömungsverluste in einem Diffusor verringert werden können.

[0006] Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Änderung einer Abströmleiteinrichtung in einem Diffusor zur Verringerung der Strömungsverluste anzugeben.

[0007] Die auf die Abströmleiteinrichtung gerichtete Aufgabe wird gelöst durch eine Abströmleiteinrichtung in einem Diffusor einer Strömungsmaschine mit einem Leitblatt, das eine Anströmkante und eine Abströmkante aufweist zwischen denen eine Umlenkfläche vorgesehen ist, die ein Strömungsmedium aus einer Einfallsrichtung umlenkt, wobei das Leitblatt hinsichtlich eines Verlaufs seiner Umlenkfläche relativ zur Einfallsrichtung einstellbar ist.

[0008] Die auf das Verfahren hin gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Änderung einer Abströmleiteinrichtung in einem Diffusor einer Strömungsmaschine mit einem Leitblatt, das eine Anströmkante und eine Abströmkante aufweist zwischen denen eine Umlenkfläche vorgesehen ist, die ein Strömungsmedium aus einer Einfallsrichtung umlenkt, wobei ein Verlauf der Umlenkfläche des Leitblattes relativ zur Einfallsichtung einstellbar ist.

[0009] Der Vorteil ist unter anderem darin zu sehen, dass eine Strömung eines Strömungsmediums durch die Abströmleiteinrichtung gezielt verändert werden kann und dadurch eine Anströmung des Lagersterns verbessert wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Abströmleiteinrichtung während des bestimmungsgemäßen Betriebes eingestellt werden kann.

[0010] Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Abgasdrall vermindert wird und des weiteren wird für jeden Lastzustand der Turbine bzw. Betriebszustand der Turbine die Strömung verbessert.

[0011] Vorzugsweise wird das Leitblatt derart ausgebildet, dass die Umlenkfläche drehbar ist. Insbesondere wird das Leitblatt um eine Drehachse drehbar gelagert. Die Drehachse verläuft hierbei im wesentlichen senkrecht zur Einfallsrichtung. Dadurch wird die Leitblattaerodynamik insgesamt verändert.

[0012] Vorzugsweise ist die äußere Form der Umlenkfläche einstellbar ausgebildet. Insbesondere umfasst das Leitblatt ein in der Anströmkante befindliches Vorderteil und ein in der Abströmkante befindliches Heckteil. Das in der Abströmkante befindliche Heckteil ist um eine Drehachse drehbar gelagert. Die Drehachse ist hierbei im wesentlichen parallel zur Abströmkante ausgebildet. ,

[0013] Dadurch kann das Vorderteil, das in der Regel sehr massiv ausgeführt ist, starr in den Diffusor eingebaut werden. Das Heckteil, das drehbar gelagert wird, verbessert durch die veränderbare Aerodynamik die Anströmung durch die Abströmleiteinrichtung.

[0014] Vorzugsweise wird das Heckteil bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung derart ausgebildet, dass das Heckteil in einer Strömungsrichtung, die von der Anströmkante direkt zur Abströmkante verläuft, bewegt wird. Die Länge in Strömungsrichtung eines jeweiligen Leitblattes kann hierdurch individuell geändert werden. Je nach Anforderung kann das Leitblatt in Strömungsrichtung verkürzt oder verlängert werden.

[0015] Anhand der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert.

[0016] Dabei zeigen:

Figur 1

eine perspektivische Darstellung einer zum Stand der Technik gehörenden Endstufe einer Gasturbine;

Figur 2

eine perspektivische Darstellung eines zum Stand der Technik gehörenden Leitblattes einer Abströmleiteinrichtung;

Figur 3

eine Querschnittsansicht eines Leitblattes in einer ersten Ausführungsform;

Figur 4

eine Querschnittsansicht eines Leitblattes in einer zweiten Ausführungsform;

Figur 5

eine Querschnittsansicht eines Leitblattes in einer dritten Ausführungsform.

[0017] In Figur 1 ist eine perspektivische Darstellung einer zum Stand der Technik gehörenden Gasturbine 1 zu sehen. An einem drehbar gelagerten Rotor 2 ist unter anderem eine End-Turbinenstufe 3, die mehrere Laufschaufeln 4 umfasst, angebracht. Um den Rotor 2 herum ist ein Außengehäuse angeordnet, das ein Unterteil 5a und ein Oberteil 5b aufweist. Der Rotor 2 ist um eine Rotationsachse 6 drehbar gelagert. Ein Strömungsmedium strömt im Betrieb parallel zur Rotationsachse 6 in Richtung der Turbinenstufe 3. Nach der Turbinenstufe 3 strömt das Strömungsmedium in den Diffusor 7. Nach dem Diffusor 7 strömt das Strömungsmedium unter einer Einfallsrichtung durch einen sogenannten Lagerstern, der auch als Abströmleiteinrichtung 8 bezeichnet wird.

[0018] Die Abströmleiteinrichtung 8 umfasst sechs Leitblätter 9. In alternativen Ausführungsformen sind weniger oder mehr als sechs Leitblätter 9 möglich.

[0019] Das Strömungsmedium strömt unter einem variierenden Abströmwinkel nach der Turbinenstufe 3 aus. Der Abströmwinkel hängt von einer an dem Rotor 2 anhängenden Last ab.

[0020] Die Abströmleiteinrichtung 8 umfasst ein rotorseitiges Ende 10 und ein statorseitiges Ende 11. Das rotorseitige Ende 10 ist derart ausgebildet, dass der Rotor 2 darin drehbar gelagert wird.

[0021] In der Figur 2 ist eine perspektivische Darstellung eines Leitblattes 9 zu sehen. In einer Einfallsrichtung 12 strömt ein Strömungsmedium zum Leitblatt 9. Die Einfallsrichtung 12 hängt von dem Abströmwinkel ab. Das Strömungsmedium trifft zunächst auf eine Anströmkante 13, umströmt jeweils eine Umlenkfläche 15 und strömt anschließend von einer Abströmkante 14 aus der Gasturbine 1 heraus.

[0022] Erfindungsgemäß wird das Leitblatt 9 derart ausgebildet, dass das Leitblatt 9 hinsichtlich eines Verlaufs seiner Umlenkfläche 15 relativ zur Einfallsrichtung 12 einstellbar ist.

[0023] Durch diese Ausbildung des Leitblattes 9 werden Verluste, die durch nichtoptimale Anströmung des Leitblattes 9 infolge des lastabhängigen variierenden Abströmwinkels hervorgerufen wird, minimiert.

[0024] In einer Ausführungsform kann die Umlenkfläche (15) drehbar sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die äußere Form der Umlenkfläche (15) einstellbar sein.

[0025] Eine erste Ausführungsform ist in Figur 3 dargestellt.
In Figur 3 ist ein Querschnitt des Leitblattes 9 zu sehen. Die Blickrichtung ist hierbei im wesentlichen senkrecht zur Einfallsrichtung 12 in Richtung der Rotationsachse 6. Das Leitblatt 9 ist hierbei um eine Drehachse 16 drehbar gelagert. Diese Drehachse 16 ist im wesentlichen senkrecht zur Einfallsrichtung 12. Die Drehachse 16 liegt in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen in der Mitte des Leitblattes 9. Der Drehachse16 kann aber auch in einer alternativen Ausführungsform näher zur Anströmkante 13 oder zur Abströmkante 14 angebracht werden. Während des Betriebes wird das Leitblatt 9 um die Drehachse 16 gedreht. Das Leitblatt 9 wird hierbei um die Drehachse 16 entweder im Uhrzeigersinn 17 oder entgegen dem Uhrzeigersinn 18 gedreht. Ein Strömungsmedium, das in Einfallsrichtung 12 auf das Leitblatt 9 auftrifft, kann hierdurch umgelenkt werden.

[0026] In Figur 4 ist eine zweite Ausführungsform des Leitblattes 9 zu sehen. Das Leitblatt 9 umfasst in dieser Ausführungsform ein die Anströmkante 13 umfassendes Vorderteil 20 und ein die Abströmkante 14 umfassendes Heckteil 19. Das Vorderteil 20 ist starr ausgeführt. In einer alternativen Ausführungsform kann das Vorderteil 20 auch um eine weitere Drehachse drehbar gelagert werden. Das Heckteil 19 ist derart ausgebildet, dass es um eine Drehachse 21 drehbar gelagert ist. Die Drehachse 21 ist hierbei in einem vorderen Bereich 22 des Heckteils 19 angebracht. Ein hinterer Bereich 23 ist dadurch entweder dem Uhrzeigersinn 17 oder entgegen Uhrzeigersinn 18 bewegbar.

[0027] In der Figur 5 ist eine dritte Ausführungsform des Leitblattes 9 zu sehen. Hierbei wird das Heckteil 19 in Strömungsrichtung entweder zur Einfallsrichtung (dargestellt durch den Pfeil 24) oder entgegen die Einfallsrichtung (durch den Pfeil 25 dargestellt) bewegt. Das Vorderteil 20 des Leitblattes 9 kann in einer alternativen Ausführungsform um eine weitere Drehachse drehbar gelagert werden.

Ansprüche

1. Abströmleiteinrichtung in einem Diffusor (7) einer Strömungsmaschine mit einem Leitblatt (9), das eine Anströmkante (13) und eine Abströmkante (14) aufweist, zwischen denen eine Umlenkfläche (15) vorgesehen ist, die ein Strömungsmedium aus einer Einfallsrichtung (26) umlenkt,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitblatt (9) hinsichtlich eines Verlaufs seiner Umlenkfläche (15) relativ zur Einfallsrichtung (12) einstellbar ist.

2. Abströmleiteinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umlenkfläche (15) drehbar ausgebildet ist.

3. Abströmleiteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere Form der Umlenkfläche (15) einstellbar ist.

4. Abströmleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitblatt (9) um eine Drehachse (16) drehbar ist, wobei die Drehachse (16) im Wesentlichen senkrecht zur Einfallsrichtung (12) verläuft.

5. Abströmleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitblatt (9) ein die Anströmkante (13) umfassendes Vorderteil (20) aufweist und ein die Abströmkante (14) umfassendes Heckteil (19) aufweist, wobei das Heckteil (19) um eine Drehachse (21), die parallel zur Abströmkante (14) liegt, drehbar ist.

6. Abströmleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Heckteil (19) in einer Strömungsrichtung, die von der Anströmkante (13) direkt zur Abströmkante (14) verläuft, bewegbar ist.

7. Dampfturbine mit einer Abströmleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Gasturbine mit einer Abströmleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

9. Turboverdichter mit einer Abströmleiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

10. Verfahren zur Änderung einer Abströmleiteinrichtung in einem Diffusor (7) einer Strömungsmaschine mit einem Leitblatt (9), das eine Anströmkante (13) und eine Abströmkante (14) aufweist zwischen denen eine Umlenkfläche (15) vorgesehen ist, die ein Strömungsmedium aus einer Einfallsrichtung (12) umlenkt, wobei ein Verlauf der Umlenkfläche (15) des Leitblattes (9) relativ zur Einfallsrichtung (12) eingestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umlenkfläche verdreht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine äußere Form der Umlenkfläche (15) eingestellt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitblatt (9) um eine Drehachse (16), die senkrecht zur Einfallsrichtung (12) verläuft, verdreht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abströmkante (14) um eine Drehachse (21) parallel verdreht wird, die im Wesentlichen parallel zur Anström- (13) - oder Abströmkante (14) ist.

15. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abströmkante (14) in einer Strömungsrichtung, die von der Anströmkante (13) direkt zur Abströmkante (14) verläuft, bewegt wird.

Zeichnung