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Aerodynamic adjustable features in multi-channel diffuser for turbomachine

IP.com Disclosure Number: IPCOM000011387D
Publication Date: 2003-Feb-16
Document File: 3 page(s) / 29K

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EP581978: PATENT

Abstract

A diffuser for a turbomachine is divided into multiple channels by guide vanes, which are attached to an inner and outer diffuser ring by means of support struts. The guide vanes and support struts are typically placed and oriented such that the flow of the turbine exhaust through the diffuser is optimised for a selected operating state of the turbine. The diffuser then operates optimally for the selected turbine operating state. In order to optimise the diffuser's operation for further turbine operating states, the guide vanes and support struts are realised with an aerodynamic self-adjusting profile, which alters its shape according to the current flow of the turbomachine exhaust thereby minimising the flow resistance.

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Aerodynamische Einbauten in Mehrkanal-Diffusoren für Turbinen

(Keywords: turbomachines, multi-channel diffusers, self-adjusting, aerodynamic profiles)

(full text)

Diffusoren für Turbinen und Verdichter sind oft in mehrere Teildiffusoren oder Kanäle aufgeteilt, die eine verlustarme Abführung von Turbinenfluid bzw. der verdichteten Luft und einer Optimierung der Leistung bezwecken. Durch die Aufteilung werden einerseits das Verhältnis der Austrittsfläche zur Eintrittsfläche der einzelnen Kanäle verbessert und anderseits die Strömungsführung optimiert. Ein sogenannter Mehrkanal-Diffusor ist beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP 0 581 978 beschrieben.

Die Schaufelabströmung aus Turbinen oder Verdichtern ist in der Regel sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung inhomogen. Die inhomogenen Strömungen, die durch Unterschiede im statischen Druck sowie im Totaldruck geprägt sind, bewirken Mischungsverluste im Diffusor und Sammelraum, welcher der Turbine oder dem Verdichter folgt. Solche Mischungsverluste entstehen ferner durch die Zusammenführung von Spalt- und Hauptströmung. Sie sind durch eine geeignete Schaufelauslegung und/oder durch eine Aufteilung des Diffusors in mehrere Teilkanäle und einer einhergehenden verbesserten Strömungsführung reduzierbar. Sie können jedoch nicht vollständig vermieden werden.

Die Teildiffusoren werden durch Leitbleche gebildet, die durch Stützstreben an den inneren und/oder äusseren Diffusorringen befestigt sind. Der genaue Verlauf der Leitbleche wird jeweils für einen bestimmten Betriebspunkt der Maschine festgelegt. Wird die Maschine zu diesem Auslegepunkt betrieben, funktioniert der Diffusor entsprechend gut, indem die Abströmung in optimierter Art und Weise abgeführt wird. Zudem sind die Leitbleche sowie auch die Stützstreben oft zur weiteren Optimierung der Strömungsführung profiliert ausgebildet. Arbeitet die Maschine jedoch bei einem anderen Betriebspunkt verändert sich die drei-dimensionale Schaufelabströmung, und es können Strömungsverhältnisse auftreten, für welche die Auslegung des Diffusors nicht mehr optimal ist, sodass die Leistung der Maschine entsprechend reduziert ist. Fehlanströmungen der Leitbleche führen zu erhöhten Verlusten wie z.B. Strömungsablösungen, die bei transsonischen Strömungen besonders ausgeprägt sind. Weiter bewirken solche Fehlans...