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Dampfturbine.
Dampfturbinen sind bereits bekannt, bei welchen der Dampf zur Mitte der Turbine gelangt und zuerst eine Anzahl in Reihen nacheinander gelegener Radialschaufelsysteme passiert, um in einem nach dem letzten Laufsehaufelring des Radialschaufelsystems befindlichen Raum nach zwei oder mehreren parallelen oder untereinander in Reihe angeordneten Axialschaufelsystemen verteilt zu werden. Wenn der Dampf in diesen Raum hineinströmt, ist er unter Abgabe von Energie einer beträchtlichen Expansion unterzogen worden und hat auch eine erhebliche Temperatursenkung erfahren, so dass er in gewissen Fällen eine grosse Menge Feuchtigkeit enthält.
Bei Turbinen der Doppelumlauftype hat man vorgeschlagen, diese Feuchtigkeit durch Löcher abzuleiten, die in demjenigen Ring angeordnet sind, welcher das Gehäuse der inneren Teile der Turbine bildet und sich radial ausserhalb des radialen Schaufelsystems befindet. Die Abscheidung der Feuchtigkeit sollte dadurch erreicht werden, dass dem Dampf, wenn er aus dem letzten Laufschaufelring des Radialsehaufelsystems hinausströmt, eine peripherische Bewegung mitgeteilt miro, wodurch die Feuehtigkeitsteilehen infolge der Zentrifugalkraft wesentlich in den radial äussersten Teilen der Turbine auftreten sollen.
Es stellt sich aber heraus, dass, wenn der Dampf den letzten Laufsehaufelring des Radialschaufelsystems verlässt, derselbe in der Hauptasche nur eine radiale Richtung hat und dass derselbe eine wirbelnde Bewegung erhält, wenn er nach den Leitschaufeln im Leitschaufelapparat des Axialschaufelsystems abgeleitet wird. Es ist somit nicht gelungen, in dieser Weise Feuchtigkeitsteilchen oder feuchten Dampf ohne grosse Energieverluste abzuleiten. Ferner ist die Geschwindigkeit des Dampfes in dem Raum nach dem RadialschaufeJsystem zuerst vermindert und dann wieder erhöht worden, und da die Geschwindigkeitssehwankung Verluste mit sich bringt, ist auch der Gesamtwirkungsgrad der Turbine dadurch beeinträchtigt worden.
Diese Übelstände sind sowohl bei Turbinen mit nur einem Laufschaufelring nebst zugehörigem Leitschaufelapparat als bei Turbinen mit mehreren Laufschaufelringen und mehreren Leitschaufelkränzen im Leitschaufelapparat entstanden, welche in jedem Axialschaufelsystem angeordnet waren.
Vorliegende Erfindung bezieht sieh auf derartige Turbinen und betrifft Konstruktionen, wodurch diese Übelstände beseitigt werden und wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Turbine erhöht wird.
Die Erfindung besteht darin, dass der einzige oder erste Leitschaufelkranz im Leitschaufelapparat des Axialschaufelsystems neben dem letzten Laufsehaufelring des Radialschaufelsystems, in der Hauptdurchströmungsrichtung des Dampfes gerechnet, verlegt ist.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in welcher Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer Turbine der Doppelumlauftype zeigt. Die Fig. 2 und 3 zeigen verschiedene Abänderungen einer Einzelheit derselben. Fig. 4 zeigt einen Teil von Fig. 1, welcher als Wasservorwärmer ausgebildet ist. Fig. 5 zeigt einen Schnitt in kleinerem Massstabe durch Fig. 4 nach der Linie B-B, und Fig. 6 stellt einen Schnitt durch Fig. 4 nach der Linie C-C dar. Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform der für das Axialschaufelsystem bestimmten Dampfverteilungsvorrichtung.
In Fig. 1 deutet A-A eine Ebene senkrecht zur geometrischen Drehachse 1 der Turbine an, um welche Ebene die Turbine in der Hauptsache symmetrisch ist. Die Turbinenwelle 2 ist in bekannter Weise mit einem inneren Teil 3 vereinigt oder zusammengebaut, welcher Teil seinerseits in einem Teil 4
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eines Axialschaufelsystems und teils, durch lenkbare Verbindungen 14, ein Radialschaufelsystem 15, und wird durch zwei auf dem Teil 5 aufgeschrumpft Ringe sowie durch einen hohlen Bolzen mit den inneren Teilen 3 und 4 verbunden, welche mittels lenkbarer Verbindungen 6 bzw. 7 die Radialschaufel systeme 8 bzw. 9 tragen.
Der Dampf gelangt durch den Einlass 16 nach dem in der Mitte der Turbine befindlichen Raum 17, von wo er radial auswärts durch die drei Radialschaufelsysteme 8, 9 und 15 strömt.
Neben dem letzten Laufschaufelring 36 des Radialschaufelsystems 15, in der Hauptdurchströmungsrichtung des Dampfes gerechnet, ist erfindungsgemäss der einzige oder erste Leitschaufelkranz 28 im Leitschaufelapparat des Axialschaufelsystems angebracht. Die Schaufeln dieses Leitschaufelkranzes haben in der Hauptsache eine axiale Ausdehnung und haben dabei eine grössere Ausdehnung in der Haupt- durchströmungsrichtung des Dampfes als senkrecht zu dieser Richtung. Bei der auf der Zeichnung veranschaulichten Turbine bedeutet dieses somit, dass die Schaufeln eine grössere radiale Breite als axiale Länge haben.
Gemäss der Erfindung wird auch der Abstand zwischen dem Schaufelring 36 und dem Leitschaufelkranz 28 klein gemacht, d. h. die Einlasskanten nach dem Leitschaufelkranz 28 werden neben der Auslasskante des Laufschaufelringes 36 in solchem Abstand angebracht, dass die Auslassenergie von
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werden kann. Desgleichen wird die Anordnung zweckmässig so ausgeführt, dass der Leitschaufelkranz 28 näher dem Laufschaufelring 36 als dem ersten Laufschaufelring 10 des Axialschaufelsystems liegt.
Zwischen dem Laufsbhaufelring 36 und dem Leitschaufelkranz 28 wird ein Raum 27 gebildet, welcher gemäss der Erfindung durch eine auch den Schaufelkranz 28 tragende Zwischenwand 35 in zwei Kanäle 29 bzw. 29a eingeteilt wird. Durch diese Wand werden unmittelbar die Dampfmengen, welche die Axialschaufelsysteme 10-11 durchströmen sollen, abgeteilt. Der Dampf, der durch das Radialschaufelsystem passiert ist, wird hiedurch nicht derjenigen Expansion unterzogen, die früher erforderlich war, um den ganzen Raum 27 auszufüllen, und wird somit auch keiner Geschwindigkeitsverminderung unterworfen, welche dann im Leitschaufelapparat des Axialschaufelsystems dadurch aufgehoben werden muss, dass der Dampf von neuem beschleunigt wird.
Der Dampf strömt von dem Radialschaufelsystem wesentlich in radialer Richtung hinaus und wird unter Zuhilfenahme der Scheidewand 35 und des Leitschaufelkranzes 28 hauptsächlich in der durch die strichpunktierte Linie 37 angedeuteten Richtung fortgeleitet. Nach dieser Ausführungsform erstrecken sich die Schaufeln des Leitschaufelkranzes von dem letzten Laufschaufelring 36 bis an den Schaufelring 10.
Der Leitschaufelkranz 28 wird somit sogenannte Raumschaufeln enthalten. Der vom Schaufelring 36 herausströmende Dampf wird somit unmittelbar teils durch die Wand 35 und teils von den Schaufeln des Leitschaufelkranzes 28 geführt, so dass er direkt nach dem Laufsehaufelring 10 des Axialschaufelsystems fortgeleitet wird. Ferner wird dem Dampf durch die Schaufeln des Leitschaufelapparates eine peripherische Geschwindigkeit mitgeteilt, wodurch eine durch die Zentrifugalkraft hervorgerufene Trennung der im Dampf befindlichen Feuchtigkeitsteilchen erreicht wird, welche längs dem Ring 13 radial ausserhalb des Laufschaufelringes 10 und durch Leitschaufeln 12 sowie radial ausserhalb des Schaufelringes 11 nach dem Dampfauslass 30 hinausgesohleudert werden.
Die Schaufeln werden im Leitschaufelapparat 28 zweckmässig derart angeordnet, dass der von der Leitschaufel kommende Dampf dieselbe peripherische Geschwindigkeit erhält wie die, mit welcher die Leitschaufeln des entsprechenden Axialsehaufelsystems umlaufen. Wird daher angenommen, dass die Turbinenscheibe 5 mit den Schaufeln M--U nach innen zur Bildebene hin umläuft, so zeigen die Schaufeln des Leitschaufelkranzes 28 ihre konvexen Flächen, während die konkaven Flächen nach derjenigen Richtung gelegen sind, in der die Turbinenscheibe umläuft. Die Schaufeln des Leitschaufelkranzes 28 tragen auch eine Wand 40, wodurch der Kanal für Dampf durch den Leitschaufelkranz, in der axialen Ausdehnung der Turbine gerechnet, auf der einen Seite durch die Scheidewand 35 und auf der anderen Seite durch die Wand 40 begrenzt wird.
In Fig. 2 sind diejenigen Teile, die in Fig. 1 wiederzufinden sind, in derselben Weise bezeichnet.
Die Scheidewand 35, die den Raum zwischen dem letzten Laufschaufelring 36 des Radialsehaufel- systems und dem einzigen oder ersten Laufschaufelring 10 des Axialschaufelsystems in zwei Kanäle einteilt, von welchen nur der eine 29 gezeigt wird, trägt in diesem Falle einen Leitschaufelkranz 28, dessen Auslasskante sich nur bis an einen Teil im Kanal 29 erstreckt, nach welchem der Dampf eine andere Richtung einnimmt, um in axialer Richtung durch das Axialschaufelsystem hinauszuströmen. Die
Schaufeln des Leitschaufelkranzes 28 brauchen somit nicht als Raumschaufeln ausgebildet zu werden, sondern erhalten nur eine bei Dampfturbinen bekannte Form. Der gabelförmige äusserste Teil der Turbinenscheibe 5 trägt in dieser Ausführungsform Schaufeln 10 mit Füssen 39 einer radial längeren Type.
Diese Füsse bilden zusammen im ganzen Laufschaufelring eine Scheibe, welche den Dampf verhindert, zwischen denselben zu passieren. Im ringförmigen Teil 13 ist eine Anzahl Löcher 41 gebohrt, durch welche die im Dampf befindliche Feuchtigkeit durch die Zentrifugalkraft hinausgesehleudert wird.
In Fig. 3, wo auch dieselben Bezeichnungen für die früher beschriebenen Teile benutzt werden, ist das Loch 41 in dem ringförmigen Teil 13 grösser und verbindet eine im ringförmigen Teil vorgesehene,
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nach der Turbine hin offene Rinne oder einen Kanal 42 mit einem Vorwärmersystem für Wasser. Durch diese Öffnung 41 soll somit nicht nur Feuchtigkeit des Dampfes von der Turbine, sondern auch so viel Dampf abgezogen werden, wie erforderlich ist, um das Speisewasser vorzuwärmen. In dem Kanal oder in der Rinne 42 wird dem Dampf eine gewisse Drehbewegung beigebracht, wodurch Sicherheit dafür gewonnen wird, dass mit dem abgezogenen Dampf auch möglichst viel Feuchtigkeit aus der Gesamtdampfmenge mitgenommen wird.
Die Scheidewand 43, die nach innen den Kanal teilweise begrenzt, steuert in der Hauptsache diejenige Dampfmenge, die durch das Axialschaufelsystem hinausströmen soll, und verhindert Wirbelbildungen zwischen diesem Dampf und dem in dem Kanal oder der Rinne 42 zirkulierenden Dampf.
In Fig. 4 ist der Kanal 42 zu einem Vorwärmer ausgebildet, indem in denselben eine Anzahl Rohrschlagen eingelegt sind. Ein Teil des Dampfes, welcher den Leitschaufelkranz passiert hat, gelangt in die Rinne oder den Kanal 42, während die übrigen Teile des Dampfes durch das Axialschaufelsystem hinausströmen. Mit dem in den Kanal 42 gelangenden Dampf wird auch in Form von Wasser diejenige Feuchtigkeit mitgerissen, die im Dampfe entstehen kann. Diese Feuchtigkeit wird im allgemeinen unmittelbar durch die Öffnung 41 hinausgeschleudert. Durch die Öffnung 45 wird der Dampf hinausgeschleudert, welcher zwischen den Rohrschlangen 44 vorwärtsgeströmt ist und dabei Wärme an das in diesen Rohrschlangen fortgeleitete Wasser abgeliefert hat.
Damit eine genügende Dampfmenge zwischen den Rohrschlangen 44 strömt, werden zweckmässig die Öffnungen 45 mit einem Ejektor oder irgend welchem anderen saugenden Apparat verbunden, wodurch Dampf und Kondensat ausgesaugt werden.
In Fig. 5, die in kleinerem Massstabe als Fig. 4 ausgeführt ist, wo aber der Kanal 42 und die Rohrschlagen 44 der Übersichtlichkeit halber im Verhältnis zum Umkreis des Kanals zu gross gezeigt sind, wird veranschaulicht, wie das Wasser durch die Öffnung 46 in die Rohrschlangen 44 gelangt und in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung eine Gruppe übereinander verlegter Rohrschlangen passiert und durch den Auslass 47 hinausströmt. Indem die Rohrschlangen in dieser Weise angeordnet m erden, wird die grösstmögliche Dichtigkeit erhalten, wobei auch dieser Vorwärmer in Zusammenhang mit der Turbine dadurch demontiert werden kann, dass der Vorwärmer dem Ring 13 mitfolgt, wenn der halbe Ring längs einer Ebene durch die Drehachse der Turbine abgehoben wird.
In Fig. 6 wird gezeigt, wie der Dampf, nachdem er den letzten Laufschaufelring 36 des Radialschaufelsystems passiert hat, mit einer Geschwindigkeit und in einer Richtung hinausströmt, welche dem Pfeil 48 entsprechen. Diese Geschwindigkeit und Richtung müssen im Verhältnis zur Umfangs-
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dem Pfeil 50 entsprechen, d. h. die relative Auslassgesehwindigkeit des Dampfes vom Laufschaufelring 36 muss annähernd radial sein.
Wie vorher erwähnt, sind die Schaufeln der von der Wand 35 getragenen Leitschaufelkränze zu beiden Seiten der Wand mit ihren konvexen Seiten nach entgegengesetzten Richtungen verlegt, was aus Fig. 6 hervorgeht, v. o die Schaufeln 28 mit vollgezogenen Linien gezeigt sind, während die auf der andern Seite der Scheidewand 35 gelegenen Leitschaufehl durch strichpunktierte Linien 61 gezeichnet sind. Der vom Schaufelring 36 hauptsächlich in radialer Richtung kommende Dampf passt daher sowohl für den Leitschaufelkranz der einen Seite als auch für den Leitschaufelkranz der andern Seite.
Die Schaufeln des Leitsehaufelkranzes M können in gewöhnlicher Weise hergestellt werden, u. zw. durch Bearbeitung geeigneten Stahles, durch Fräsen oder Hobeln, oder können auch gegossen werden, entweder massiv, oder wie in Fig. 6 gezeigt, mit einem innerhalb der Schaufel verlaufenden Kanal. Diese Schaufeln können auch aus einem zu der Form der Schaufel gebogenen Blech hergestellt werden, dessen beide Enden bei 52 zusammengeschweisst w erden.
Zweckmässig muss der Dampf, nachdem er den Leitschaufelkranz des Leitschaufelapparates verlassen hat, eine solche Auslassrichtung und Geschwindigkeit erhalten, dass seine Einlassriehtung gegen den ersten Laufschaufelring des Axialschaufelsystems durchschnittlich senkrecht zu denjenigen Ebenen wird, in denen dieser Laufschaufelkranz umläuft, oder wenigstens so, dass der relative Einlasswinkel des Dampfes 900 beträgt.
In Fig. 7 ist die Scheidewand 35 durch zwei derartige Wände ersetzt, welche um die Symmetrieebene A-A der Turbine symmetrisch angebracht sind. Die Schaufeln 28 bzw. 51 der beiden Leitschaufelkränze haben eine etwas abgeänderte Form, aber sollen in der früher beschriebenen Weise dienen. Es ist offenbar, dass man anstatt zwei Wände mehrere Wände anordnen kann, wobei auch diese um die Symmetrieebene der Turbinen symmetrisch anzubringen sind.
In sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen besteht gemäss der Zeichnung die Turbine aus zwei im Verhältnis zueinander und zur Hauptdurchströmungsrichtung des Dampfes parallel angeordneten Axialschaufelsystemen. Indessen ist eine Mehrzahl von Axialschaufelsystemen denkbar, wobei der Raum zwischen dem letzten Laufsehaufelkranz und den einzigen oder ersten Laufschaufelkränzen des Axialschaufelsystems durch Wände in Kanäle derart eingeteilt wird, dass gleich grosse Teile des Einlassteiles des Radialschaufelsystems mit den einzigen oder ersten Laufsehaufelringen des Axialschaufelsystems verbunden werden. Ferner besteht gemäss den Abbildungen jedes Axialschaufelsystem aus zwei Laufschaufeiingen ; die Erfindung ist aber selbstverständlich nicht nur auf diese Anzahl beschränkt.
Für
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den Fall, dass das Axialschaufelsystem nur aus einem Laufsehaufelring besteht, besteht der Leitschaufelapparat des Axialsehaufelsystems lediglich aus einem Leitschaufelkranz, welcher neben dem letzten Laufschaufehing des Radia1Echaufelsystems angeorndet wird.
Ferner können andere für Turbinen dieser Art bekannte Konstruktionen angewendet werden, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Die radiale Ausdehnung des Leitschaufel- kranzes 28 ist natürlich auch von der Grösse der Turbine abhängig, in welcher derselbe anzuordnen ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Dampfturbine, bestehend aus einem oder mehreren Radialschaufelsystemen und einem oder mehreren Asialschaufelsystemen, dadurch gekennzeichnet, dass der einzige oder erste Leitschaufelkranz im Leitschaufelapparat des Axialschaufelsystems neben dem letzten Laufschaufelring des Radialschaufelsystems in der Hauptdurchströmungsrichtung des Dampfes angeordnet ist, und dass die Schaufeln dieses Leitschaufelkranzes ganz oder teilweise eine axiale Längenausdehnung haben.