蒸汽涡轮扩散器配置的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于从末级叶片(8)排出的流体中恢复压力的涡轮扩散器(10)。至少在扩散器(10)的纵向长度(7)的10%和扩散器的下游端(11)之间的区域中，内导向器(12)形成了无拐折的曲线，并且还在纵向长度(7)的40%?60%之间的点上具有峰值径向高度。
【专利说明】
蒸汽涡轮扩散器配置
技术领域
[0001]本公开总地涉及蒸汽涡轮配置，并且更具体地说涉及定位在蒸汽涡轮末级和排气罩之间的压力恢复扩散器的配置和布置，排气罩典型地将排出的蒸汽引导至冷凝器。
【背景技术】
[0002]在用于发电的冷凝式蒸汽涡轮中，离开末排涡轮叶片的蒸汽流过扩散器，扩散器是向外扩张的通道，定位在涡轮外壳或衬套和排气罩之间。这种扩散器通过从涡轮衬套延伸的向外扩张的导流器和内导流器或者在某些情况下通过单独的导流器来限定，向外扩张的导流器通常沿周向围绕涡轮轴360度被固定，并且内导流器至少部分地通过轴承内圈的外表面而成形。蒸汽从扩散器传送到收集器或“排气罩”的本体中，接着从排气罩排出到冷凝器中。最主流类型的排气罩是直接定位在冷凝器上面的排气罩，或者“向下排出的”排气罩。
[0003]扩散器的目的是降低涡轮出口处的蒸汽压力，并因而提高可用于涡轮的能量的量，并且还改善末级涡轮叶片的性能，即使当冷凝器压力高于设计压力时，这发生在当冷凝器冷却水的温度高于涡轮设计中所假定的温度时。由于增加了横截面积，随着排出的蒸汽穿过扩散器时发生了扩散或减速。这种减速造成蒸汽动能的衰减以及压力的增加，其中净效应是扩散器的入口得到了从涡轮至冷凝器的路径中最低的压力，使得蒸汽从末级涡轮叶片排出到最小压力区域，因而增加了流过叶片的蒸汽速度，并增加了可用于涡轮做功的能量。
[0004]扩散器需要产生大的压力上升，从而导致低的扩散器入口压力，和因而在末排涡轮叶片的出口处的低压力，因为这增加了可用于涡轮做功的能量，并且还改善了末排叶片的性能。然而，扩散器可产生的扩散量受到沿着扩散器的(纵向)压力梯度的限制，该压力梯度通常被限定为压力上升量与扩散器的长度之比。这种压力上升量则典型地依赖于扩散器的出口 -入口的面积比。如果压力梯度变得太大，即扩散器的壁扩张太陡峭，蒸汽流将与扩散器的壁分离，并且扩散量可能被严重减少或甚至完全消除。
[0005]因此对于实现改善压力恢复目的的扩散器几何结构存在持续需求。
[0006]美国专利第6,261,055号描述了一种基于非线性增加横截面积的概念而用于改善压力恢复性能的扩散器几何结构。特别地，该论述涉及一种扩散器，其中在扩散器长度一半的距离处，横截面积的增加不大于入口处的横截面积的5%。
【发明内容】
[0007]公开了一种蒸汽涡轮扩散器，其可改善蒸汽涡轮排气口处的压力恢复性能。
[0008]其企图通过独立权利要求的主题来解决这个问题。在从属权利要求中给出了有利的实施例。
[0009]—个总的方面包括一种用于从末级叶片排出的蒸汽中恢复压力的蒸汽涡轮扩散器。扩散器具有位于末级叶片处的上游端、下游端和从上游端延伸至下游端的纵向长度。扩散器还包括在上游端和下游端之间延伸的内导向器以及在上游端和下游端之间延伸的外导向器，外导向器沿径向偏离内导向器，从而在其之间形成流道。
[0010]在这方面，至少在纵向长度的10%和下游端之间的区域中，内导向器具有无拐折(inflect1nless)的曲线，其在纵向长度的40%_60%之间的点上具有峰值径向高度。
[0011]—方面涡轮扩散器具有相对于在内导向器和外导向器之间延伸的等分线而垂直截取的扩散器横截面积。对于圆形均匀的扩散器，该面积可利用公式进行计算；
A=3T*(r(^)2;r(内)2。
[0012]在这方面，在上游端和峰值高度之间，横截面积变化小于15%。
[0013]其它方面可包括以下其中一个或多个特征。内导向器和外导向器相对于彼此进行配置和设置，使得从上游端延伸至纵向长度的大约20%处，扩散器的横截面积减少。扩散器横截面积是相对于在内导向器和外导向器之间延伸的等分线而垂直截取的，其中在上游端和峰值高度之间，横截面积变化小于15%。内导向器和外导向器相对于彼此进行配置和设置，使得从上游端延伸至纵向长度的3%至5%之间处，扩散器的横截面积增加。内导向器和外导向器相对于彼此进行配置和设置，使得在纵向长度的10%至20%延伸，扩散器的横截面积减少。
[0014]该扩散器，其中在纵向长度的20%和下游端之间，外导向器形成了无拐折的曲线，其具有位于流道外部的切线。外导向器在纵向长度的10%_20%之间具有拐点。
[0015]从以下描述中，结合附图将明晰本发明的其它方面和优点，附图作为示例显示了本发明的示例性实施例。
【附图说明】
[0016]作为示例，后文中参照附图更完整地描述了本公开的一个实施例，其中:
图1是蒸汽涡轮段的示意图，其包括根据本公开的一个示例性实施例的扩散器；
图2是显示了沿着图1的扩散器的轴向长度的扩散器横截面积比的曲线图；且图3是显示了沿着另一示例性实施例的扩散器的轴向长度的扩散器横截面积比的曲线图。
[0017]部件列表:
5等分线 6纵向轴线 7纵向长度 8末级叶片 9上游端 10扩散器 11下游端 12内导向器 14外导向器。
【具体实施方式】
[0018]现在参照附图描述本公开的示例性实施例，其中相似的标号用于表示通篇相似的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多特定的细节，从而提供对本公开的完整理解。然而，本公开可在没有这些特定细节的条件下进行实践，并且不局限于这里公开的示例性实施例。
[0019]图1中所示的示例性实施例是一种蒸汽涡轮扩散器10，其用于在蒸汽进入排气罩/收集器中之前从蒸汽涡轮的末级叶片8排出的蒸汽恢复压力。扩散器10包围蒸汽涡轮的旋转纵向轴线6。扩散器10具有内导向器12，其沿着纵向轴线6延伸，并具有位于末级叶片8处的上游端(9)以及位于排气罩/收集器处的远侧下游端11。与内导向器12互补的是外导向器14，其沿着纵向轴线6延伸，并且沿径向偏离内导向器12，从而形成扩散器通道，其具有被限定为与内导向器12和外导向器14之间延伸的等分线5相垂直的横截面积。与内导向器12相同，外导向器14具有位于末级叶片处的上游端9以及位于排气罩/收集器处的远侧下游端
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[0020]扩散器还具有纵向长度7，其在内导向器12的上游端9和外导向器的上游端9之间的点上从扩散器第一端，沿着在内导向器和外导向器之间延伸的等分线5延伸至内导向器的下游端11和外导向器14的下游端11之间的点上。
[0021 ]在一个不例性的实施例中，内导向器12和外导向器14经过配置，使得第一端的横截面积小于第二端的横截面积，而在扩散器10的端部之间的过渡区域中，内导向器12形成了无拐折的曲线，其在扩散器纵向长度7的40%-60%之间的点上具有峰值径向高度，这被测量为离涡轮的旋转轴线的距离。图2显示了图1中所示的扩散器的示例性实施例的横截面积。如图2中所示，在一个示例性的实施例中，在扩散器10的纵向长度7的前20%期间，横截面积减少。这种减少是内导向器12和外侧面的相对曲率的函数。例如，在图1所示的示例性实施例中，外导向器13在扩散器的纵向长度7的10%-20%的区域中具有拐点，而之后以没有任何拐点的曲线或直线段延伸。
[0022]在图3所示的示例性实施例中，内导向器12和外导向器14相对于彼此进行配置和设置，使得从上游端9延伸至纵向长度7的3%至5%之间处，扩散器10的横截面积增加。当需要保持末级叶片的反应速率时，这可能是有利的。在纵向长度7的10%至20%之间延伸的这个初始周期之后，扩散器10的横截面积减少。
[0023]虽然这里已经在被认为是最实际的示例性实施例中显示并描述了本公开，但是本公开可以其它特定的形式来体现。当前公开的实施例因此在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。本公开的范围是由附属权利要求而非前面的描述来指出，并且所有属于其涵义和范围以及等效范围内的变化都意图被包含进来。
【主权项】
1.一种用于从末级叶片(8)排出的流体中恢复压力的蒸汽涡轮扩散器(10)，所述扩散器(10)具有: 位于所述末级叶片(8)处的上游端(9); 下游端(11); 从所述上游端(9)延伸至所述下游端(11)的纵向长度(7); 在所述上游端(9)和所述下游端(11)之间延伸的内导向器(12);和 在所述上游端(9)和所述下游端(11)之间延伸的外导向器(14)，其沿径向偏离所述内导向器(12)，从而在其之间形成流道， 其特征在于，至少在所述纵向长度(7)的10%和所述下游端(11)之间的区域中，所述内导向器(12)形成无拐折的曲线，并且还在所述纵向长度(7)的40%-60%之间的点上具有峰值径向高度。2.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮扩散器(10)，其特征在于，具有扩散器横截面积，其是相对于在所述内导向器(12)和所述外导向器(14)之间延伸的等分线(5)而垂直截取的，其中在所述上游端(9)和所述峰值高度之间，所述横截面积变化小于15%。3.根据权利要求2所述的蒸汽涡轮扩散器(10)，其特征在于，所述内导向器(12)和所述外导向器(14)相对于彼此进行配置和设置，使得从所述上游端(9)延伸至所述纵向长度(7)的20%，所述扩散器(10)的横截面积减少。4.根据权利要求2所述的蒸汽涡轮扩散器(10)，其特征在于，所述内导向器(12)和所述外导向器(14)相对于彼此进行配置和设置，使得从所述上游端(9)延伸至所述纵向长度(7)的3%和5%之间处，所述扩散器(10)的横截面积增加。5.根据权利要求2所述的蒸汽涡轮扩散器(10)，其特征在于，所述内导向器(12)和所述外导向器(14)相对于彼此进行配置和设置，使得在所述纵向长度(7)的10%和20%之间延伸，所述扩散器(10)的横截面积减少。6.根据权利要求1或3中的任一权利要求所述的蒸汽涡轮扩散器(10)，其特征在于，在所述纵向长度(7)的30%至所述下游端(11)之间，所述外导向器(14)形成了无拐折的曲线，其具有位于所述流道外部的切线。7.根据权利要求3所述的蒸汽涡轮扩散器(10)，其特征在于，所述外导向器(14)在所述纵向长度(7)的10%-20%之间处具有拐点。
【文档编号】F01D25/30GK105888750SQ201610081548
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月5日
【发明人】B.R.哈勒
【申请人】通用电器技术有限公司