[發明專利]用于渦輪機的擴散器

有效

• 申請號: 201310240850.4
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103511008A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: C.普福斯特;T.莫庫伊斯;M.塞爾;H-L.博斯海梅;S.加夫納;B.格佐德滋伊
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: F01D25/00
• 分類號: F01D25/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;嚴志軍

技術領域

本發明涉及對用于渦輪機的擴散器的改善。其尤其地但不排外地涉及低壓(LP)蒸汽渦輪的末級之后的擴散器。

背景技術

在大型蒸汽渦輪中設立的擴散器用于例如將蒸汽從渦輪的末級引導至冷凝器。如此的擴散器具有兩個或更多至少最初帶有軸向定向的圍繞渦輪的轉子軸線而布置的基本同心的壁。

如例如美國專利第6,602,046號所述，末級之后的擴散器具有如下任務：使流動介質減速、增加橫跨渦輪的可用的壓降或焓降、將一定比例的動能轉換成壓能以及減少朝向冷凝器組的擴散器出口處的流動損失。因此清楚，擴散器的設計貢獻于渦輪機的總效率，并且出于該原因已經做出許多努力來優化擴散器的布局。

在2011年6月6至10日于加拿大不列顛哥倫比亞省溫哥華市舉行的美國機械工程師協會(ASME)渦輪博覽會(Turbo?Expo)2011時的GT2011中由Ch.?Musch,?H,?Stuer和G.?Hermle發布的標題為“OPTIMIZATION?STRATEGY?FOR?A?COUPLED?DESIGN?OF?THE?LAST?STAGE?AND?THE?SUCCESSIVE?DIFFUSER?IN?A?LOW?PRESSURE?ENVIRONMENT”的文獻中，作者展示了一種擴散器設計，其帶有由后面跟隨弧線的兩條成角度的直線以及徑向方向出口處的另一直線部段組成的外壁橫截面。

如‘046專利中所述，直線在擴散器的壁中可能形成一系列扭結(kinks)，從而有意造成與壁流動分離。該構造容許抑制沖擊邊界層的脈動。然而，該措施可與擴散器效率的極大減少相關聯。

考慮到現有技術，進一步優化現有擴散器設計并因而提高渦輪機尤其是蒸汽驅動的動力設備的低壓模塊或渦輪的效率可被視為本發明的目的。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種具有外壁的擴散器，外壁具有靠近渦輪末級的入口部段，其包括若干彼此處于某一角度的連續直線部段，其后面跟隨曲線部段，其中，曲線部段具有作為二階曲線的豎直橫截面，該二階曲線優選為橢圓節段，但圓形節段除外。

除圓形之外的二階曲線可按照例如以下形式的直角座標的代數方程進行描述：

其中，至少一個混合系數不為0。

已經發現通過使用橢圓形狀的擴散器唇緣，就空氣動力和性能而言可能得到一種更佳的擴散器設計。尤其在流入方向上，在曲線部段的第一部分可能具有更高的曲率，并且朝向擴散器出口具有減少的曲率。由于末級葉片的頂端噴射，因而還可能優化擴散器的張角(或打開角度)和面積比而比弧線更接近理想值，從而可在第一角度的直線部段或扭結中實現擴散器中的流動的更多轉向。

本發明的這些和其它方面將從以下詳細說明和以下列出的附圖中變得清楚。

附圖說明

現在將參照附圖描述本發明的典型實施例，在附圖中：

圖1顯示了用于低壓蒸汽渦輪級的已知帶有潛在的優化參數的擴散器的示意性的豎直橫截面；

圖2顯示了基于圖1的已知擴散器的根據本發明的示例的擴散器的示意性的豎直橫截面；以及

圖3是分段擴散器回收率的曲線圖，其顯示了根據本發明的擴散器的超越已知擴散器的潛在效率增益。

具體實施方式

本發明的示例的方面和細節將在以下描述中通過使用用于低壓蒸汽渦輪的擴散器的示例進一步詳細地描述。

在圖1中顯示了上面提及的GT2011出版物中所提出的用于低壓蒸汽渦輪級的擴散器的示意性的豎直橫截面。該圖顯示了基本旋轉對稱的擴散器的上半部分的橫截面。其還顯示了轉子10和內殼11的一部分。旋轉葉片和定子葉片分別位于轉子和內殼之間并附連至轉子或內殼。渦輪的末級包括附連至殼11的周向布置的定子葉片111和附連至轉子10的周向布置的轉子葉片101。