Kreisringförmiger Diffusor für Dampfturbinen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Diffusor für den Niederdruckteil einer Dampfturbine der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Gattung.

[0002] Derartige Diffusoren werden zur Druckrückgewinnung der letzten Arbeitsstufe der Dampfturbine nachgeordnet, um die gleichförmige Abführung des entspannten Dampfes zu gewährleisten. Die Funktion der Diffusoren kann durch Vorsehen eines Spaltes zum Absaugen bzw. Einblasen eines Flüssigkeitsmediums verbessert werden, was jedoch mit verschiedenen Problemen verbunden ist. Bei Saugspalten ergibt sich eine komplizierte Abführung des abgesaugten Dampfes in Zonen von geringem Druck und die erwünschte Arbeitsweise ist lediglich innerhalb eines relativ engen Bereichs der abzusaugenden Dampfmenge möglich. Weiterhin ist der zum Absaugen des Dampfes benötigte Energieverbrauch nachteilig. Das Vorsehen von Einblasspalten führt zu einer komplizierten Dampfzufuhr und Verlusten durch die zum Einblasen notwendige Energie.

[0003] Aus der US-A-3 318 077 ist eine Leitschaufelanordnung für eine Dampfturbine bekannt, die von den Leitschaufeln und einem äußeren Halterungskranz gebildet wird, wobei eine im Halterungskranz vorgesehene Ringkammer über Einströmöffnungen mit den Innenräumen zwischen den Leitschaufeln verbunden ist und in ihrer äußeren Umfangswand Abströmöffnungen aufweist. In den Seitenwänden der Leitschaufeln sind Radialschlitze zur Kondensatabführung in die Ringkammer vorgesehen.

[0004] Ferner ist es z. B. aus der US-A-3 058 720 bekannt, zur verbesserten Druckrückffewinnung die letzte Turbinenstufe als Teil eines ringförmigen Diffusors auszubilden.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten kreisringförmigen Diffusor für Dampfturbinen zu schaffen, der bei einfachem Aufbau und verbessertem Wirkungsgrad eine wirksame Abführung von entspanntem Abdampf und ggf. Kondensat in einem weiten Arbeitsbeireich der Turbine praktisch ohne Energieverbrauch ermöglicht.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0007] Der aus einem Kranz des letzten Leitrades, seinen Leitschaufeln, einem Außen- und einem Innenmantel gebildete Diffusor enthält im Kranz des letzten Leitrades über den Leitschaufeln mit Spalten eine Ringkammer, die erfindungsgemaß über Kanäle mit einer Umfangssammelkammer in Verbindung steht, welche zwischen dem Vorder- und dem Hinterteil des Außenmantels ausgebildet ist sowie über einen an deren Innenfläche des Außenmantels vorgesehenen Einblasspalt mit dem freien Raum des erweiterten Diffusorteils in Verbindung steht.

[0008] Der erfindungsgemäße Diffusor gewährleistet eine ausreichende Abfuhr des Kondensats durch die Spalte in den hohlen Leitschaufeln sowie durch den lotrechten Spalt aus dem Raum zwischen den Leit- und den Laufschaufeln der letzten Stufe. Das Kondensat wird durch einen Dampfanteil mitgerissen und außer einer spürbaren Herabsetzung der Schaufelerosion wird dieser Dampfanteil vorteilhaft tangential in den erweiterten Teil des Diffusors durch den Einblasspalt eingeblasen. Durch ein solches tangentiales Einblasen wird der Bereich der Strömungsablösung an der Außenwand des Diffusors vermindert und gleichzeitig die Leistung der Dampfturbine erhöht.

[0009] Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Diffusors wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, die einen Längsschnitt der letzten Stufe einer Dampfturbine und des nachgeordneten Diffusors zeigt.

[0010] Der dargestellte kreisringförmige Diffusor mit Einblasen wird von einem Kranz 2 des letzten in einem Körper 01 des ND-Teils der Dampfturbine gelagerten Leitrads, den mit ihren Außenenden im Kranz 2 festgelegten Leitschaufeln 1, einem an der Stirnseite des Kranzes 2 befestigten Außenmantel 11 und aus einem den Vorderteil eines den Außenmantel bildenden Leitelement 13 gebildet. Zwischen einem Befestigungsflansch 31 am Leitelement 13 des Außenmantels und der Stirnseite des Kranzes 2 ist ein lotrechter Spalt 8 vorgesehen. Der Außenmantel 11 ist mittels eines Ringflansches 30 direkt an der Stirnseite des Körpers 01 befestigt. Zwischen der Innenfläche des etwa zylindrischen Endteils 11 des Außenmantels und der Außenfläche des Leitelements 13 ist eine kreisringförmige Sammelkammer 7 vorgesehen. In diese Sammelkammer 7 münden der Spalt 8 aus dem Zwischenradraum 14, ein Blasspalt 10 zwischen dem Außenmantel 11 und der Endkante des bogenförmigen Leitelements 13 sowie Kanäle 6 im Kranz 2, welche die Sammelkammer 7 mit einer Ringkammer 5 verbinden. Diese Ringkammer 5 ist im Kranz 2 über den Leitschaufeln 1 angeordnet, in denen je ein langer Radialspalt 3 am Bauch und mehrere kürzere Spalte 4 am Rücken ausgebildet sind.

[0011] Während des Betriebs der Dampfturbine prallt ein größerer Kondensattröpfchen mitnehmender Dampfanteil auf die Leitschaufeln 1 auf und treibt die Tröpfchen in die rückseitigen Spalte 4 der Leitschaufeln 1 sowie in den vorderen Radialspalt 3. Ein weiterer Dampfanteil strömt durch das Schaufelgitter in den Zwischenradraum 14 und treibt die Laufschaufel 9 an, worauf er den vom Innenmantel 15 und den Innenflächen des Leitelements 13 des Außenmantels begrenzten Diffusor durchströmt. Kondensattröpfchen fließen an der Außenwand 12 des vom Zwischenraum 14 gebildeten Aktionskanals und werden zusammen mit einem Dampfanteil über den Spalt 8 und in die Sammelkammer 7 getrieben. Hier mischt sich dieses Dampfwassergemisch mit dem Dampfwassergemisch, das über die Spalte bzw. Nuten 3 und 4 an den beiden Seitenflächen der Leitschaufeln 1 in die Ringkammer 5 und daraus über die Kanäle 6 in die Sammelkammer 7 strömt. Der Druck des durch den Spalt 8 und die Kanäle 6 kontinuierlich zugeführten Dampfes verdrängt den Dampf aus der Sammelkammer 7 durch den Blasspalt 10 in den äußeren Umfangsbereich des Diffusors. Durch Beschleunigen der Strömung in diesem Bereich werden die Strömungsablösungen wesentlich vermindert, was den Wirkungsgrad des Diffusors und damit die Leistung der Dampfturbine erhöht.

Ansprüche

1. Ringförmiger Diffusor für Dampfturbinen, der von Leitschaufeln (1), einem äußeren Halterungskranz (2), einem daran anschließenden Außenmantel (11) und einem Innenmantel (15) gebildet wird, wobei im Halterungskranz (2) eine mit dem Innenraum verbundene Ringkammer (5) vorgesehen ist, die Abströmöffnungen für das in der Ringkammer gesammelte Dampf-Kondensat-Gemisch aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die radial innen offene Ringkammer (5) über die Abströmöffnungen und Kanäle (6) mit einer ringförmigen Sammelkammer (7) verbunden ist, die in Strömungsrichtung hinter dem äußeren Halterungskranz (2) angeordnet ist und über einen schmalen Ringspalt (10) im Bereich des Außenmantels (11) tangential in den sich erweiternden Diffusorinnenraum ausmündet.

2. Diffusor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Leitschaufeln (1) im wesentlichen radial verlaufende spaltförmige Ausnehmungen (3, 4) zur Kondensatabführung in die Ringkammer (5) vorgesehen sind.

3. Diffusor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sammelkammer (7) radial außen von einem Wandabschnitt des Außenmantels (11), radial innen von einem gewölbten Leitelement (13) und stirnseitig vom Halterungskranz (2) begrenzt ist.

4. Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sammelkammer (7) an ihrem einströmseitigen Ende über einen Radialspalt (8) mit einem Raum (14) zwischen dem letzten Leitrad (1) und einem nachgeordneten Turbinenlaufrad (9) verbunden ist.

5. Diffusor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die radiale Innenfläche des den Raum (14) nach radial außen begrenzenden Halterungskranzes (2) in Strömungsrichtung etwa konisch verläuft und in den Radialspalt (8) am Befestigungsflansch (31) des Leitelementes (13) übergeht.

6. Diffusor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die Ringkammer (5) mit der Sammelkammer (7) verbindenden Kanäle (6) im Halterungskranz (2) angeordnet sind und aus radialen und axialen Abschnitten bestehen.

Claims

1. Annular diffusor for steam turbines, formed by vanes (1), an outer mounting rim (2), an adjoining outer jacket (11) and an inner jacket (15), within the mounting rim (2) an annular chamber (5) communicating with the interior being provided comprising discharge openings for the vapour condensate mixture collected in said annular chamber,
characterized in that
the radially inwardly open annular chamber (5) communicates with an annular collecting chamber (7) via the discharge openings and passageways (6), which collecting chamber is disposed in the direction of flow behind the outer mounting rim (2) and terminates in the tangentially enlarged interior of the diffusor via a small annular gap (10) in the area of the outer jacket (11).

2. Diffusor according to claim 1,
characterized in that in the vanes (1) substantially radially extending gap-type recesses (3, 4) for the condensate discharge into the annular chamber (5) are provided.

3. Diffusor according to claim 1 or claim 2,
characterized in that, radially outwardly, the collection chamber is limited by a wall portion of the outer jacket (11), radially inwardly by a curved guiding element (13) and at the front end by the mounting rim (2).

4. Diffusor according to one of claims 1 to 3,
characterized in that at its inflow end the collecting chamber (7) communicates with a space (14) between the last guide wheel (1) and the turbine wheel (9) arranged downstream thereof.

5. Diffusor according to claim 4,
characterized in that the radial inner surface of the mounting rim (2) limiting the space (14) in radially outward direction extends about conically in the direction of flow and changes over into the radial gap (8) on the mounting flange (31) of the guiding element (13).

6. Diffusor according to one of claims 1 to 5,
characterized in that the passageways (6) connecting the annular chamber (5) to the collecting chamber (7) are disposed in the mounting rim (2) and consist of radial and axial sections.

Revendications

1. Diffuseur annulaire pour turbines à vapeur, qui est formé par des aubes directrices (1), une couronne de fixation extérieure (2), une enveloppe extérieure (11) adjacente et une enveloppe intérieure (15), une chambre annulaire (5) reliée avec la cavité intérieure étant prévue dans la couronne de fixation (2), la chambre annulaire comportant les orifices d'évacuation du mélange de condensats et de vapeurs qui s'y est accumulé,
caractérisé en ce que la chambre annulaire (5) ouverte radialement vers l'intérieur est reliée par les orifices d'évacuation et par des canaux (6) à une chambre de collecte (7) annulaire qui est disposée derrière la couronne de fixation extérieure (2) dans le sens d'écoulement et qui débouche par un passage annulaire (10) étroit dans la région de l'enveloppe extérieure (11), tangentiellement dans la cavité intérieure du diffuseur qui s'élargit.

2. Diffuseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des évidements (3, 4) en forme de fente s'entendant de manière sensiblement radiale sont prévus dans les aubes directrices (1) pour faire échapper les condensats dans la chambre annulaire (5).

3. Diffuseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre de collecte (7) est limitée radialement à l'extérieur par une portion de la paroi de l'enveloppe extérieure (11), radialement à l'intérieur par un élément directeur (13) bombé, et du côté frontal par la couronne de fixation (2).

4. Diffuseur selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la chambre de collecte (7) est reliée à son extrémité côté admission par l'intermédiaire d'une fente radiale (8) avec une chambre (14) située entre la dernière aube directrice (1) et un rotor de turbine (9) monté en aval.

5. Diffuseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la face intérieure radiale de la couronne de fixation (2) limitant radialement à l'extérieur la chambre (14) s'étend de manière pratiquement conique en direction d'écoulement et se transforme en la fente radiale (8) sur la bride de fixation (31) de l'élément directeur (13).

6. Diffuseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les canaux (6) reliant la chambre annulaire (5) à la chambre de collecte (7) sont agencés dans la couronne de fixation (2) et sont formés par des tronçons radiaux et axiaux.

Zeichnung