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Die Erfindung betrifft eine Beschaufelung für radiale Dampf-oder Gasturbinen jener Art. die eine Mehrzahl ineinander geschobener Schaufelringe aufweisen, die selbst aus je zwei oder mehreren Ringverbänden mit zwischen diesen befestigten Schaufeln bestehen, durch die das Gas oder der Dampf in radialer Richtung von der Mitte der Turbine und auswärts nach dem Raum zwischen dem Schaufelsystem und einem dasselbe umgebenden Gehäuse strömt.
Der durch die Expansion des Gases oder Dampfes bedingte Durchströmungsquerschnitt muss an Grösse von Ring zu Ring zunehmen. Wenn zwei Schaufelringe verschiedenen Durch-
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Durchmesser hat, einen grösseren Durchströmungsquerselmitt für Dampf oder Gas als derjenige Schaufelring, der den kleineren Durchmesser hat : aber um eine Zunahme des Durchströmung- querschnittes der Ringe zu erreichen, welche der Expansion des Dampfes entspricht, müssen die Schaufeln der verschiedenen Schaufelringe auch verschieden lang sein. Bei den bereits bekannten Turbinen, um die es sich hier handelt, wird auch zunächst die Länge derjenigen Schaufeln. durch die der Dampf strömt, vermindert, um dann wieder zuzunehmen.
Um hiehei für die äusseren Schaufelringe einen hinreichend grossen Durchlass-bzw. Aus- iassqnerschnitt zu schaffen, wurden hei Turbinen höherer Leistung diese äusseren Schaufelringe mit sehr langen, durch Verstärkungsringe mehrfach unterteilten Schaufeln versehen. Die Breite dieser Schaufeln wurde möglichst klein gewählt, um ein Schaufelsystem mit geringem Raumbedarf zu erhalten.
Da jedoch die Turbinen bei grosser Leistung in bekannter Weise auch ein axiales Schaufelsystem besitzen, wobei gleichzeitig die letzten Schaufelringe des radialen Schaufelsystems eine grosse axiale Ausdehnung aufweisen, nahm eine derartige Beschaufelung immer noch grossen Raum in Anspruch und bedingte grosse Herstellungskosten.
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bineneinheiten durchwegs einflutig auszubilden, so dass die Turbine die gleiche Leistung und einen besseren Wirkungsgrad bei einer geringeren Schaufelanzahl erreicht. Es ist klar, dass die Turbine hiedurch bedeutend leichter und billiger werden muss.
Im Sinne der Erfindung wird nämlich der in gemessene Auslassquerschnitt des
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Formelausgegangen-beträgtsohinderAuslassquerschnittdesäusserstenSchaufelkranzesmindestens 0, 4 m2, während bei den bisher konstruierten Turbinen gleicher Tourenzahl mit mehrteiligen Aussenkränzen der Auslassquerschnitt eines Segmentes höchstens auf 0,3 m2 gebracht werden konnte.
(Für Turbinen mit beispielsweise K = 1500 gelten natürlich die entsprechenden vierfachen Werte.) Diese starke Vergrösserung des Auslassquerschnittes wird unter anderem dadurch herbeigeführt, dass man die Schaufeln des oder der äussersten Schaufelkränze hinsichtlich Länge und Breite in rascherer Progression anwachsen lässt als die Schaufeln der inneren Schaufelkränze. Wie eine einfache Überlegung zeigt, ist nämlich für eine gegebene Materialbeanspruchung und Tourenzahl der Auslassquerschnitt der Wurzel aus dem Produkt von
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Schaufelbreite und Radius des Schaufelringes proportional. Wächst daher die Schaufelbreite proportional dem Radius, so wächst auch der Auslassquerschnitt proportional zu letzterem.
Da nun bei voller Ausnutzung der Vergrösserung des Radius zur Verbreiterung der Schaufel die Schaufelbreite prozentuell bedeutend rascher anwächst als der Radius, ist es möglich, die angegebenen Werte für den Auslassquerschnitt ohne übermässige Vergrösserung des Radius des äussersten Schaufelkranzes zu erreichen.
Die Erfindung ist in einigen beispielsweisen Ausführungsformen in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Turbine gemäss der Erfindung.
Fig. 2 ist ein axialer Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform. Fig. 3 zeigt eine weitere Abänderung der Ausführungsform gemäss Fig. 1. Fig. 4. ist ein Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 3. Fig. 5 zeigt eine Draufsicht der Ausführungsform nach Fig. 4 und Fig. 6 stellt ein Geschwindigkeitsdiagramm dar.
In Fig. 1 ist 1 die Mittellinie der Turbinenwelle, während 2 und 3 zwei in entgegengesetzten Richtungen umlaufende Turbinenwellen bezeichnen. Der Dampf gelangt zur Turbine durch den Kanal 4 in der Richtung des Pfeiles 5 und strömt unter Abgabe von Energie von dem mittleren Raum 6 durch den ersten Schaufelring 7 und dann durch sämtliche Schaufelringe in radialer Richtung bis an den Auslass 8, welcher nach aussen vom Turbinengehäuse 9 begrenzt wird. Die Schaufeln 10 des äussersten Schaufelringes sind erfindungsgemäss erheblich breiter, als dies bisher üblich ist.'Aus diesem Grunde braucht die axiale Ausdehnung l der Durchstromnngsnäche des äussersten Schaufelringes nur eine Schaufellänge zu betragen.
Durch eine breitere Schaufel wird auch eine grössere absolute Durchströmungsfläche zwischen den Schaufeln erzielt, weil die breitere Schaufel den Auslassquerschnitt des Dampfes auf einen grösseren radialen Abstand von der Mittellinie 1 der Turbinenwelle verschiebt.
Bei der abgeänderten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2, die bei einer Turbine mit sowohl radialem als auch axialem Schaufelsystem Verwendung findet, hat die äusserste Radialschaufel10 ebenfalls eine grössere Breite als die andern Schaufeln, und ferner sind auch die Schaufeln 13 und 14 wesentlich breiter als die näher der Mitte liegenden Schaufeln 12, haben aber eine geringere Breite als die Schaufeln des benachbarten Schaufelringes. Nachdem der Dampf die letzten Schaufeln 10 passiert hat, wird er durch den Leitschaufelapparat 15 nach dem Axialschaufelsystem 16 und von da in den Dampfauslass 8 abgeleitet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 strömt der Dampf in bekannter Weise durch das Schaufelsystem von den Schaufeln 7 nach den Schaufeln 10. Die Schaufeln 10 haben hier eine radiale Ausdehnung b, welche bedeutend grösser ist als die Breite desjenigen Ringverbandes, in welchem sie befestigt sind. Der Dampf kann somit, nachdem er den Ringverband 18 passiert hat, nach dem Raum oder Auslass 8 durch einen Kanal in axialer Richtung entweichen, wie dies durch den Pfeil 19 angedeutet ist. Auch in diesem Falle sind die Schaufeln 10 breiter als die Schaufeln 13 des benachbarten innenliegenden Schaufelringes, und diese Schaufeln 13 sind ihrerseits breiter als die innerhalb derselben gelegenen Schaufeln 14. Sämtliche Schaufeln 10, 13 und 14 sind erheblich breiter als die näher der Turbinenwelle gelegenen Schaufeln, beispielsweise die Schaufeln 12.
In Fig. 4 ist wieder der Ringverband 18 veranschaulicht, welcher zwei Schaufeln 10 trägt. An derjenigen Stelle in der Nähe der konkaven Fläche der Schaufeln, wo der Dampf vorzugsweise auch in axialer Richtung strömt, wie z. B. gemäss Fig. 3, sind kleine, radial gestellte Schaufeln 20 vorgesehen, welche zur Ablenkung des Dampfes in gewünschter Richtung beitragen. Hiedurch wird auch der Vorteil erreicht, dass die radiale Einlassgeschwindigkeit nach dem in radialer Richtung äusserst liegenden Schaufelring grösser ist als die radiale Auslassgeschwindigkeit von demselben Schaufelring. Dieses Verhältnis wird in Fig. 6 schematisch veranschaulicht, welche die Schaufeln des äussersten Schaufelkranzes und des dem äussersten Kranze benachbarten Schaufelkranzes zeigt.
Die beiden Schaufelringe liegen in der Wirklichkeit in solcher Weise, dass nur ein geringer Spalt zwischen ihnen vorhanden ist, wobei diese Schaufelringe in entgegengesetzten Richtungen umlaufen.
Ci und C2 sind die betreffenden relativen Auslassgeschwindigkeiten des Dampfes im Verhältnis zur Schaufel. Mi und s sind die betreffenden peripheren Geschwindigkeiten der Schaufelringe im Verhältnis zu dem nächstfolgenden Schaufelring oder Dampfauslass ; ? 1 und M's sind relative Einlassgeschwindigkeiten zu der nächsten Schaufel bzw. zum Dampfauslass. ? 1 ist annähernd radial gerichtet und seine Projektion auf dem Halbmesser ist mit M'i bezeichnet.
Die Projektion von W2 auf dem Halbmesser ist mit io, bezeichnet. ? 1 soll grösser sein als M'g.
Die Breite oder radiale Ausdehnung der Schaufel ist, in Millimetern ausgedrückt, gleich dem durch eine Konstante geteilten Zahlenwert der absoluten Umdrehungszahl des Schaufelringes, und die Länge einer derartigen Schaufel ist, in Millimetern ausgedrückt, zweckmässig gleich dem durch eine Konstante geteilten Zahlenwert der Umdrehungszahl pro Minute. Durch das Radialschaufelsystem der ganzen Turbine erstreckt sich somit nur ein Kanal oder Durchlass
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für Dampf oder Gas. Dieser Kanal ist annähernd gerade ohne seitliche Ablenkungen, und Dampfverteilungskammern brauchen nicht verwendet zu werden.
Da die Kosten für die Herstellung eines Schaufelsystems der Summe von Ringlängen proportional ist, stellt sich eine Turbine mit nur einem Schaufelkranz oder einer Ringlänge an jedem Schaufelring in der Herstellung billiger als eine Turbine mit mehreren Schaufelkränze oder Ringlängen an einem oder mehreren der Schaufelringe.
Um den erforderlichen grossen Auslassquersehnitt unter Beibehaltung von Schaufelringen mit in axialer Richtung geringer Ausdehnung zu erreichen, ist für den Abdampf eine Möglichkeit vorgesehen worden, von dem letzten Schaufelring aus in axialer Richtung zu entweichen, wie bereits beschrieben und in Fig. 4 gezeigt ist.
Mit Schaufelsystemen nach der vorliegenden Erfindung können grössere Turbinentypen billiger gebaut werden, als dies bisher möglich war ; ein besonderes Axialschaufelsystem kann entfallen. Diese Grenze ist von 3000 KW-Normallast auf 10.000 KW-Normallast oder von 4200 KW maximaler konstanter Last auf 14.000 KW maximale konstante Last gestiegen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Beschaufelung für Radialturbinen, dadurch gekennzeichnet, dass bei durchwegs ein- flutiger Ausbildung derselben der Auslassquerschnitt am äussersten Radialschaufelkranz gleich
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Progression anwachsen als die Schaufeln der inneren Schaufelkränze.