DE322194C - Achsial beaufschlagte Dampfturbine - Google Patents

Description

Bekanntlich bestimmt sich die Höchstleistung einer gegebenen Turbine aus der Schaufelfläche, durch welche der Dampf die eigentliche Turbine verläßt. Diese Schaufelfläche ist durch praktische Schwierigkeiten begrenzt, die dann entstehen können, wenn die Schaufellänge eine gewisse Grenze überschreitet.

In einigen Fällen wurde der Ausströmungswinkel der Schaufeln vergrößert, um den nöti- gen Querschnitt für den Dampfdurchfluß zu erhalten. Diese Anordnung beeinträchtigt in dessen den Nutzeffekt der Turbine.

Es wurden auch die letzte Stufe oder Stufen der Turbine als doppelstufige gebaut, bei welchen nur die eine Hälfte der Gesamtdampfmenge in jeder Hälfte der Doppelstufe wirkte. Bei dieser. Ausführung strömt der Dampf in der letzten Stufe bzw. Stuferigruppe in entgegengesetzten Richtungen, wodurch weite und verwickelte Führungen für die eine Hälfte des Dampfes aus der vorhergehenden Stufe in die eine Hälfte der geteilten letzten Stufe bzw. Stufengruppe und zur Leitung des Auspuffdampfes in den Kondensator erforderlich werden. Bei dieser Ausführungsform werden die Kosten der Turbine gesteigert, und es entstehen Verluste durch Wirbelbildung in den Umleitungskanälen.

Es ist ferner bekanntgeworden, hinter dem letzten Laufkranz in das Auspuffgehäuse in einen kegelförmig sich erweiternden Ringraum eine Anzahl konzentrischer kegelförmiger Leitwände einzubauen, so daß durch die entstehende Diffusorwirkung mit gesteigerter Austrittsgeschwindigkeit auch eine Steigerung des spezifischen Dampfvolumens und damit der im übrigen durch die Schaufelhöhe des letzten Laufkranzes bestimmten Leistung erzielbar ist. Wie sich indessen rechnerisch nachweisen läßt, ist durch dieses Mittel das erreichbare Maß der Steigerung für Turbinen mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 200 m p. Sek. und darüber und einem hierfür üblichen Vakuum von 0,03 bis 0,025 absolutem Druck begrenzt, im günstigen Falle auf etwa 25 Prozent.

Demgegenüber läßt sich durch die vorliegende Erfindung eine Vergrößerung des Dampfvolumens für eine gegebene Austrittsgeschwindigkeit um das 1,5- bis 2,5 fache und eine entsprechende Steigerung der Leistung erzielen.

Gemäß der Erfindung ist die Turbine so ausgeführt, daß der Dampf, der in ungefähr derselben Richtung durch einen Niederdrucksatz der Turbine strömt, in ringförmige Teile zerlegt wird, die sich in verschiedenem Maße ausdehnen und aus einer Mehrzahl von Laufrädern in den mit dem Kondensator verbundenen Auspuff strömen.

Zur praktischen Verwirklichung der Erfindung werden ein oder mehrere Räder bzw. Kränze der Lauf- und Leitschaufeln oder nur ein Laufkranz in bekannter Weise in mehr-

fache Kränze oder Ringe unterteilt, wobei die Einzelkränze jedes Schaufelrades voneinander durch Scheidewände in der Umfangsrichtung getrennt sind, so daß der 'Dampfstrom, der durch einen solchen Schaufelkranz geht, in zwei oder mehrere ringförmige Teilströme unterteilt ist, wobei der Dampf, welcher durch die Schaufeln eines äußeren Kranzes oder Ringes strömt, gemäß der Erfindung in ίο einer gegebenen Stufe (bestehend aus einem Laufkranz und einem Leitkranz) in höherem Maße expandiert als der, welcher durch die Schaufeln des nächstliegenden inneren Kranzes oder Ringes desselben Rades in Richtung der Achse der Turbine expandiert.

Bei den Schaufelkränzen, die in dieser Weise durch Umfangswände unterteilt sind, kann sich der den Außenteil eines Laufrades verlassende Dampf allenfalls vollständig ausdehnen und, sei es unmittelbar, in den Auspuff zum Kondensator oder durch eine oder mehrere weitere Laufkränze fließen, in welchen seine verbleibende Geschwindigkeitsenergie aufgebraucht wird. Der Dampf dagegen, welcher den nächstliegenden inneren Ring oder Kranz desselben Laufrades verläßt, wird nicht vollständig expandiert, sondern kann entweder in einer letzten Stufe, bestehend aus einem Leitrade und einem Schaufelrade oder einer Gruppe solcher nichtunterteilter oder unterteilter Stufen in üblicher Weise weiterexpandiert werden, aus welchen er in den Auspuff gelangt, oder aber er kann auch weiter in einen oder mehrere konzentrische Ringe unterteilt werden, was wiederum in ein oder mehreren aufeinanderfolgenden Schaufelkränzen geschieht, welche zum Teil oder sämtlich wiederum mit unterteilenden Umfangswänden versehen sind, und wobei der äußere Dampf durch die Lauf-. 40 räder einer oder mehreren dieser folgenden Stufen unmittelbar in den Auspuff strömt, während der innere ringförmige Dampfstrom nach dem letzten unterteilten Scbaufelkranz eine oder mehrere Endstufen durchströmt, in welchen der Dampf vollstäadig expandiert und dann in. den Auspuff gelangt. Hieraus ist er-. sichtlich, daß der Dampf der abgeschiedenen ringförmigen Außenströme in höherem Maße ■ ausgedehnt wird als der Dampf im inneren, mehr nach der Achse gelegenen Teilstiom.

Die erwähnte Anordnung, bei welcher die Schaufelkränze mit unterteilenden Umfangswänden versehen sind, gestattet die Schaufelung in jedem einzelnen der konzentrischen Kränze so zu formen, daß der beste Nutzeffekt für die verschiedene Umfangsgeschwindigkeit in jedem abgeschiedenen Dampfstrome erreicht wird. Es ist zuweilen indessen wünschenswert, die Beschaufelung eines inneren Kranzes nicht im Hinblick auf den höchsten Nutzeffekt dieses Kranzes zu formen, sondern mit der Absicht, den Durchfluß einer möglichst großen Dampfmenge durch einen solchen inneren Kranz zu sichern unter" gleichzeitiger Aufrechterhaltung der mechanischen Festigkeit der inneren Schaufeln, die die äußeren Schaufeln tragen. Das kann geschehen, entweder indem der Dampf nur teilweise expandiert wird, oder durch Vergrößerung des Auslaßwinkels der Beschaufelung oder auch auf beide Weise.

Es hat sich ergeben, daß ein befriedigender Weg zur Erzielung dieses Ergebnisses der ist, in einem oder mehreren der Teilkränze Überdruckschaufeln und Gleichdruckschaufeln für den oder die verbleibenden Teilkränze anzuwenden.

In solchen Fällen, wo erhebliche Unterschiede im Expansionsgrade des Dampfes in den verschiedenen Teilkränzen gewünscht werden, ist es vorteilhaft, Schaufelformen von der Uberdruckform für die inneren Teilkränze und solche von der Gleichdruckform für die äußeren zu benutzen. Uberdruckschaufeln können auch für die inneren Teilkränze und Gleichdruckschaufern für die äußeren in den letzten Schaufelrädern angewendet werden.

Die Anwendung der Wandungen, welche die Schaufelkränze eines Rades in Teilkränze unterteilen, ist nicht auf die Zwischenräder beschränkt, wo der Druck des Dampfes nach dem Austritt aus den Schaufern der einzelnen Teilkränze verschieden ist, sondern kann auch vorteilhaft in den Endrädern erfolgen, wo der Druck, unter welchem der Dampf die Beschaufelung verläßt, über die ganze Schaufelfläche nahezu gleich ist.

In einzelnen Fällen ist es vorteilhaft, die Beschaufelung der inneren Teilkränze der Zwischenräder so zu formen, daß sie lediglich Führungskanäle für den Dampf bilden, so daß der Druck und die Geschwindigkeit beim Eintritt und beim Austritt der Stufe annähernd gleich bleiben. In anderen Fällen kann dagegen der Dampfdruck in inneren Teilkränzen vermindert und entsprechend die Dampfgeschwindigkeit gesteigert werden, ohne indessen irgendwie dabei die Geschwindigkeitsenergie auszunutzen. Die Laufräderschaufeln eines oder mehrerer innerer Teilkränze werden beispielsweise so geformt, daß die Durchfiußöffnung zwischen den Schaufeln sich von beiden Seiten nach der Mitte zu verengt. In anderen Fällen werden die Schaufeln so geformt, daß der Durchgang zwischen ihnen von annähernd gleichbleibender Weite ist. Auch kann die Beschaufelung so gestaltet werden, daß .kein Wechsel in der Strömungsrichtung des Dampfes während des Durchganges durch die Leitschaufeln der inneren Teilkränze erfolgt, in welchen Fällen ein Teil oder sämtliche dieser Leitschaufeln in Fortfall kommen können.

Die Erfindung kann durch verschiedene Ausführungsformen verwirklicht werden, von denen einige des weiteren beschrieben werden sollen.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. ι und 2 den Längsschnitt der oberen Hälfte einer Gleichdruckturbine gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ist ein Teilschnitt für die Ausführungsform einer Überdruckturbine unter Beifügung von Einzelschnitten durch die Beschaufelung.

Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine Turbine, bei welcher die Hochdruckstufen als gewöhnliehe Überdruckstufen auf einer Trommel ausgeführt sind, während der Niederdruckteil als Scheibenturbine ausgebildet, ist, wobei die Beschaufelung entweder die Überdruckform oder die Druckform hat.

Fig. 5 ist ein Schnitt in größerem Maßstabe der Beschaufelung nach der Linie V-V der Fig. i.

Fig. 6 ist ein ebensolcher Schnitt der Beschaufelung nach der Linie VI-VI der Fig. 1. Fig. 7 zeigt einen Teilschnitt der letzten Schaufelräder der Turbine nach Fig. 2.

Die Fig. 8, 9, 10 und 11 sind Schnitte nach den entsprechenden Linien VIII-VIII, IX-IX, X-X, XI-XI der Fig. 7.

Fig. 12 ist ein Schnitt in vergrößertem Maßstabe einer abgeänderten Schaufelform, die an Stelle der in Fig. 9 und 10 gezeigten oder an Stelle der Leitschaufeln der Fig. 6 bis 11 treten kann.

Fig. 13, 14 und 15 sind weitere abgeänderte Schaufelformen, welche bei den inneren Teilkränzen der Turbinen der Fig. 1 bis 4 Anwendung finden können.

Fig. 16 ist eine bauliche Einzeldarstellung der Beschaufelung.

Fig. 17 ist eine Einzeldarstellung, und die

Fig. 18 und 19 sind Schnitte zu Fig. 17 nach den Linien XVIII-XVIII, XIX-XIX der Fig. 17.

Die Fig. 20, 21, 22 sind vergrößerte Einzeldarstellungen von verschiedenen Dichtungsformen zwischen den- Leitschaufeln und Laufkranzschaufeln.

Fig. 23 ist ein Teilschnitt einer abgeänderten Turbinenform mit einer unterteilten Dampf führung in den Schaufelrädern gemäß der Erfindung.

In Fig. ι ist 1 das Turbinengehäuse und 2

das Auspuffgehäuse. 3 ist die Turbinenwelle und der Dampfeinlaß findet bei 4 statt. Die Einlaßdüsen sind bei 5 angedeutet, und das erste Schaufelrad 6 ist mit einer Beschaufelung 7 von der üblichen Form versehen. Diese Düsen und Schaufelräder bilden die erste Stufe der Turbine, und es folgen auf sie weitere Kränze feststehender Düsen 8 und Laufräder 9, welche aufeinanderfolgende Stufen der üblichen Art bilden. Die Radkränze und Laufräder 10 und 11 sind gemäß der Erfindung mit Umfangsteilwänden 12 bzw. 13 versehen, welche die Leit- und Laufkränze 10 und 11 in innere und äußere Teilkränze unterteilen. Diese Teilwände können dadurch gebildet werden, daß die Schaufeln mit Flanschen in einem Zwischenpunkt ihrer Länge versehen werden. Der Außenteil der Schaufelkränze 10 und 11, welche den äußeren Teilkranz bilden, d. h. also den, der am entferntesten von der Turbinenachse liegt, ist so geformt, daß der Dampf, der ihn durchströmt, in einem höheren Grade expandiert, als der Dampf, welcher durch den inneren Teilkranz derselben Räder fließt, d. h. also dem, welcher nahe der Achse liegt. Auf die feststehenden Leit- und Laufkränze iq und 11 folgt ein weiteres Paar 14 und 15, wobei nach der vorliegenden Ausführungsform der Leitkranz aus zwei Teilen, einem Hauptteil 22 und einem Ausströmteil 23, besteht. Wie ersichtlich, werden die Leitschaufeln 14 durch eine Scheibe 16 in Stellung gehalten, welche mittels Lappen bzw. Flanschen 17 und 18 in Stellung gehalten wird, die in einen Steg 19 eingreifen, welcher zwischen dem Turbinengehäuse 1 und einer Führungswand 20 im Auspuffgehäuse verläuft. Die Außenenden der Leitschaufeln 14 in der Scheibe 16 sind mit einem umgebenden go Ring 21 versehen, welcher den Dampf, der durch die Leitschaufeln 14 fließt, absondert von dem, welcher die Auß enteilkränze der Laufschaufeln 11 verläßt. Die Wirkungsweise der Turbine ist folgende:

Der durch die Einlaßdüsen 5 eintretende Dampf strömt durch die Laufschaufeln 7 und dann durch die verschiedenen Stufen 8, 9 in üblicher Weise, bis er die Leitschaufeln 10 und die Laufschaufeln n erreicht, wo der Dampf in zwei ringförmige Teilströme durch die Zwischenwände 12 und 13 gesondert wird. Der Außenteil des Dampfes, d. h. der, der durch die von der Turbinenachse am entferntesten liegenden Teilkränze strömt, wird bis auf den Druck in dem Auspuffgehäuse 2 expandiert, in welches er unmittelbar aus dem Außenteilkranz des Laufrades 11 gelangt. Der innere Dampf, der durch den Teilkranz der Schaufeln 10 und 11 nächst der Turbinenachse strömt, wird nur teilweise expandiert und strömt nach Verlassen der Beschaufelung 11 durch die Leitschaufeln 14 und das Laufrad 15, wo seine vollständige Expansion erfolgt, und nach dessen Verlassen er ebenfalls in das Auspuffgehäuse 2 der Turbine tritt.

Der Dampf im inneren Teilkranz der Schaufelkränze 10 und 11 ist infolgedessen von höherem Druck als der Dampf, welcher den Außenteilkranz der gleichen Schaufelreihe verläßt, und es ist daher notwendig, daß die Spalte zwischen den Umfangswänden 12 und 13 und

zwischen der Umf angswand 13 und dem Außenring 21 der Scheibe 16 so klein als möglich gehalten werden. Dies geschieht am vorteilhaftesten mittels eines Kammlagers, das s;o nahe als möglich an den Niederdruckstufen angeordnet ist und durch die Anbringung von bekannten Dichtungen, von denen die Fig. 20 bis 22 einige Ausführungsformen zeigen. Es ist ersichtlich, daß mit einer Turbine wie der eben beschriebenen, die man als Mehrfachauspuffturbine bezeichnen kann, die Gesamtschaufelnäche, durch die der Dampf die eigentliche Turbine verläßt, diejenige des Laufkranzes 15 vermehrt um die des Außenteilkranzes des Laufkranzes 11 ist.

Hier wird also der gewünschte vergrößerte Austrittsquerschnitt, wie er zur Sicherung der erhöhten Leistung erforderlich ist, erreicht, ohne ein Endlaufrad mit übermäßig langen Schaufeln zu benötigen, oder auch ohne geteilte Stufen oder Stufengruppen, durch welche der Dampf in entgegengesetzter Richtung hindurchströmen muß.

Gegebenenfalls kann auch für die gleiche Leistung ein kleinerer Schaufelwinkel für die letzten Stufen verwendet werden, als mit einer Turbine von der bekannten Form, welche nur ein einziges Endrad von gleicher Schaufelhöhe hat, und infolgedessen ergibt sich ein höherer Nutzeffekt der Endstufen und damit auch für die ganze Turbine.

Die Energie, die von jedem Kilogramm Dampf in den Außenteilkränzen des Leitkranzes 10 und des Laufkranzes 11 abgegeben wird, ist annähernd gleich der Energie, die jedes Kilogramm Dampf in den inneren Teilkränzen von 10 und 11 und der darauffolgenden Endstufe 14 und 15 abgibt, und zwar ist in der dargestellten Konstruktion der Dampf, der den inneren Teilkranz von 10 und 11 durchströmt, um ein geringeres Maß expandiert, als der Dampf, der durch den Außenteilkranz von 10 und 11 expandiert; und der Rest der Expansion des ersteren vollzieht sich in den Kränzen 14 und 15. Die mittlere Umfangsgeschwindigkeit des Außenteilkranzes des Laufrades 11 ist wesentlich größer als die mittlere Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades 15, so daß entsprechend eine größere Expansion wirksam in dem besagten Außenteilkranz nutzbar gemacht werden kann. In der Tat kann die Expansion in solcher Weise verteilt werden, daß der Nutzeffekt des besagten Außenteilkranzes höher wird als der der Endschaufelkränze 14 und 15.

Die Fig. 5 und 6 sind Schnitte im vergrößerten Maßstabe einer Schaufelform für die Endstufen der Turbine nach Fig. 1.

In Fig. 5 haben die Leitschaufeln 8 und Laufschaufeln 9 ebenso wie der Außenteilkranz der Schaufelkränze 10 und 11 die übliche 1 Gleichdruekform. In Fig. 6 sind die Leitschaufeln 8 und Laufschaufeln 9 naturgemäß ebenso geformt, wie die der Fig 5, während die Leitschaufel 10 und Laufschaufeln 11 des inneren Teilkranzes eine, besondere Form haben, die nach dem Gesichtspunkt ausgebildet ist, daß eine große Dampfmenge durch die verfügbare Schaufelfläche strömt, worunter die Gesamtfläche dieses inneren Schaufelkranzes in einer Ebene senkrecht zur Turbinenwelle zu verstehen ist. Der innere Teilkranz der Schaufelkränze 10 und 11 ist ferner in der Schaufelform so beschaffen, daß nur eine verhältnismäßig geringe Expansion des ihn durch-. strömenden Dampfes erfolgt und ferner von dem Gesichtspunkt aus, den Laufschaufeln die nötige mechanische Festigkeit zu geben. Damit eine große Dampfmenge durch diesen Teilkranz strömt, sind die für die Schaufeln gewählten Winkel beim inneren Teilkranz beträchtlich größer als die des äußeren Teil« kranzes. Die Expansion im inneren Teiikranz dieser Stufe erfolgt hauptsächlich in den Laufschaufeln 11, in denen die Dampfgeschwindigkeit über diejenige gesteigert wird, die in dem inneren Teilkranz der Leitschaufeln 10 besteht, indem der Zwischenraum zwischen den Laufschaufeln so weit verkleinert ist, als es die Bedingung erfordert, dem inneren Teil dieser Schaufeln die nötige mechanische Festigkeit zu geben.

Um die größtmögliche Festigkeit der Schaufeln für eine gegebene Dampfgeschwindigkeit zu erhalten, ist es erforderlich, die Ausbildung so zu treffen, daß die Expansion hauptsächlich am Eintritt der Kanäle zwischen den Laufschaufeln 11 erfolgt, und daß die Geschwindigkeit praktisch konstant bleibt, während der Dampf durch den übrigen Teil ioo der Kanäle zwischen den-Schaufeln hindurchströmt, wobei der Austrittswinkel, wie aus Fig. 6 ersichtlich, so geformt ist, daß die Breite der Restteile der Kanäle zwischen den Schaufeln praktisch gleich bleibt. Die Endkränze der Leitschaufeln 14 und Laufschaufeln 15 der Fig. 6 sind, was die Schaufelwinkel anbetrifft, von der üblichen Form. Es ist indessen erforderlich, die Breite der Leitschaufehl 14 zu vergrößern und infolgedessen den Abstand zwischen den Laufschaufeln 11 und 15 um die Bildung von Wirbeln zu vermeiden, · und einen ungestörten Durchstrom des Dampfes durch die Leitschaufel·! zu erhalten sowie den nötigen Raum für den Dampf zu belassen, der den Außenteilkranz der Laufschaufeln 11 verläßt. Zu diesem Zweck bestehen nach der Ausführungsform der Fig. 1 und 6 die Leitschaufeln 14 aus zwei Teilen, nämlich dem Hauptteil 22, welcher bei dem dargestellten Beispiel in einem Stück mit der Scheibe 16 gegorsen ist, und dem Auslaßteil 23, welcher

getrennt hergestellt ist und entweder gegosr.en ist oder nachträglich in den Rahmen 39, der einen Teil der Scheibe 16 bildet, eingesetzt ist. Die -Leitschaufeln 14 müssen indessen nicht unbedingt zweiteilig hergestellt sein, wie aus Fig. 6 ersichtlich, sondern sie können auch, wie im Schnitt in Fig. 12 gezeigt ist, aus einem Stück bestehen.

In einigen Fällen nehmen, wo die Festigkeit es erfordert, die Laufschaufeln 11 und die Endreihe der Laufschaufeln 15 in der Breite, wie aus Fig. ι ersichtlich, oder in der Stärke zu, oder nach beiden Richtungen, und zwar, sei es auf ihrer ganzen Länge oder einem Teil derselben, wobei die Zunahme in Richtung nach der Wurzel erfolgt.

Abgeänderte Formen für den inneren Teilkranz der Leitschaufeln 10 und Laufschaufeln 11 der Fig. 6, wie sie in gewissen Fällen vor-

ao teühaft sind, sind in den Fig. 13, 14 und 15 dargestellt.

Die Fig. 13 zeigt eine Form, bei der der

Austrittswinkel der Leitschaufeln 10 kleiner

• ist als in Fig. 6, und zwar ein solcher, daß die relative Eintrittsgeschwindigkeit in die Laufschaufeln 11 parallel zur Turbinenachse ist. Bei dieser Form erfolgt ein verhältnismäßig größerer Teil der Expansion in den Leitschaufeln 10 als bei den entsprechenden Leitschaufeln 10 der Fig. 6. Die Einlaßkanten der Laufschaufeln 11 sind scharfkantig ausgebildet, um Wirbelbildurigen beim Auftreffen des Dampfes gegen den Schaufeleintritt zu vermeiden. Die Expansion bei den Laufschaufeln 11 erfolgt hauptsächlich am Einlaßteil dieser Schaufeln ebenso, wie es bei den Schaufehl 11 der Fig. 6 der Fall ist, es findet also praktisch keine Expansion während des Durchströmens des Dampfes durch den übrigen Teil der Schaufel 11 der Fig. 13 statt, und der Austrittswinkel ist wieder so geformt, daß die Breite des Restkanales zwischen den Schaufeln praktisch gleich bleibt.

Bei der Ausführungsform der Fig. 14 findet keine Richtungsänderung des Dampfes während seines Durchganges durch die Leitschaufeln 10 statt; diese können, wie dargestellt, eben und in einer Ebene parallel zur Achse der Turbine sein, oder sie können in einer oder der anderen Richtung auch zur Turbinenachse geneigt sein. Da praktisch keine Richtungsänderung des Dampfes stattfindet, so können ein Teil oder auch alle Leitschaufeln 10 in Fortfall kommen. In diesem Falle kann die Geschwindigkeit des Dampfes gewünschtenfalls, sei es durch Verringerung oder Vergrößerung der radialen Höhe des Durchganges, verändert werden. Wenn der innere Teilkranz der Leitschaufeln weggelassen wird, so müssen zur Richtung des Dampf stromes von dem einen Laufkranz bis zum nächsten Mittel vorgesehen sein, die die Stelle der inneren Umfangswandung des Führungskanales ersetzen. Dies kann ein zylindrischer Ring sein, welcher sich zwischen den benachbart liegenden Seiten der Laufkränze erstreckt und, sei es von der Turbinenwelle aus, sei es von den Rädern aus, in seiner Lage gehalten wird.

Die Laufschaufeln 11 der Fig. 14 sind so geformt, daß keine Expansion des Dampfes beim Durchströmen durch dieselben erfolgt, und daß die Richtung, in welcher der Dampf austritt, die gleiche ist, wie die, in welcher er eintritt, so daß keinerlei mechanische Energie von dem Dampf während seines Durchganges durch diese Laufschaufeln abgegeben wird und entsprechend keine merkliche Änderung seines Druckes erfolgt. Die Laufschaufeln 11 haben die Form eines Integralzeichens S, wie dargestellt, wobei der Mittelteil gerade und von gleicher Stärke ist, während die Enden in scharfen Kanten auslaufen, so daß der Dampfdurchlaß zwischen zwei benachbarten Schaufeln praktisch von gleicher Weite ist. Diese Form ermöglicht die Anwendung von Schaufeln, die die nötige mechanische Festigkeit haben, ohne die Geschwindigkeit des Dampfes während seines Durchtrittes merklich zu ändern.

Die Leitschaufehl der Fig. 15 haben dieselbe Form, wie die der Fig. 14, dagegen sind die Laufschaufeln eben und mehr oder weniger zur Turbinenachse geneigt, an beiden Kanten zugeschärft, insbesondere an der Auslaßseite, und der Mittelteil der Schaufehl nahezu von gleicher Stärke. Hierdurch wird zwischen den einzelnen Schaufeln ein Dampfdurchlaß gebildet, in welchem der Dampfdruck an der Eintrittsseite der Schaufeln vermindert und die Geschwindigkeit vergrößert wird, und in welchem die im Mittelteil erreichte Geschwindigkeit wieder in Druck urngesetzt wird infolge der allmählich wachsenden Weite des Durchlasses nach dem Austritt hin.

Diese Form der Laufschaufeln eignet sich besonders für die Ausführungsform, wo der innere Teilkranz der Schaufeln mit der Turbinenscheibe oder -welle aus einem Stück besteht, während der Außenteilkranz der Laufschaufeln an der Scheibe bzw. dem Ring oder der Welle durch Nieten oder in anderer geeigneter Weise befestigt ist.

Die verschiedenen Schaufelformen des inneren und äußeren Teilkranzes der vorletzten bzw. vorvorletzten Räder und des Kranzes der letzten Räder, welche in den Fig. 5, 6, 12 bis 15 gegeben sind, zeigen nur einige vorteilhafte Ausführungsbeispiele. Die Beschaufelung der in der Umfangsriehtung unterteilten Kränze kann in zwei oder mehreren der einzelnen Teilkränze eines Rades derselben Art sein, wobei indessen die Expansion in den

verschiedenen Teilkränzen eines Rades in verschiedenem Grade stattfindet. In einzelnen Fällen können die Schaufeln auch in den verschiedenen Teilkränzen eines Rades dieselben Eintritts- und Austrittswinkel haben. Häufig wird es sich wünschenswert zeigen, einen Außenteilkranz eines Rades mit einer größeren Schaufelzahl als einen inneren desselben Rades zu versehen. Die Fig. 16 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform für die einschließende Wandung des Leitkranzes. Die Außenwandung bzw. der Ring 21 ist hier so geformt, daß die Richtung des Dampfes, der den Außenteil-. kranz der Laufschaufel 11 verläßt, aus einer wesentlich achsialen in eine wesentlich radiale geändert wird. Um hierbei nach Möglichkeit Wirbelbildung infolge der plötzlichen Dampfrichtungsänderung zu vermeiden, ist eine Hüfsführung 24 vorgesehen, welche den Dampfstrom in die Auspuffkammer in zwei Teile unterteilt. Erforderlichenfalls können auch mehrere solcher Hilfsführungen eingefügt werden, und es ist nicht notwendig, daß sie sich auf den Ring 21 stützen, wie nach dem dargestellten Beispiel, sondern sie können auch im Turbinengehäuse oder Auspuffgehäuse eingebaut sein. Es können auch ebensolche Führungen, wie bei 24 in Fig. 16 gezeigt, zur Führung des Dampfes beim Austritt aus dem letzten Laufrad 15 angeordnet werden; die Form des Abschlußringes 21 und der Hilfsführung 24 hängt naturgemäß ab von der Richtung, die dem Dampf vom Austritt aus dem Laufrade in die Auspuffkammer gegeben werden soll, und die nicht immer radial zu sein braucht.

Fig. 17 zeigt eine weitere Ausführungsform j des letzten Leitrades 14 und Laufrades 15, bei welcher eine zusätzliche Umfangsteilwand 25 vorgesehen ist, die sieh über einen Teil oder die ganze Breite der Leitschaufeln 14 erstreckt sowie eine entsprechende Teilwand 26, welche die Laufschaufeln 15 in einen inneren und einen äußeren Teilkranz unterteilen. Die Leit- und Laufschaufeln des äußeren Teilkranzes haben wieder die Gleichdruckform und diese im Innern die Uberdruckform. Die Schaufeln der beiden Teilkränze sind entsprechend in Fig. 18 und 19 dargestellt. Diese vereinigte Benutzung von Druckform- und Überdruck formschaufel in ein und demselben Rade wird in einzelnen Fällen benutzt für die' letzte Stufe der Turbine, um den besten Nutzeffekt zu erhalten, als auch die nötige mechanische Festigkeit für die Wurzel der Laufschaufel. Schaufeln von der Uberdruckform sind geeigneter für den inneren Teilkranz, weil die verhältnismäßig höhere Dampf geschwindigkeit, die in den Kanälen zwischen den Laufschaufeln erhalten wird, eine Verstärkung der Wurzeln der Laufschaufeln ermöglicht. In anderen _; Fällen wird zwar dieselbe Art der Schaufelung 1 für den inneren und den äußeren Teilkranz j angewandt, aber der Austrittswinkel der Leitschaufeln wird in dem inneren und in dem ! äußeren Teilkranz verschieden gemacht. Zu- : weilen wird die feststehende Teilwand 25 weg- ; gelassen, dagegen die Teilwand 26 beibehalten, um den Dampfstrom durch den inneren und äußeren Teilkranz der Laufschaufeln zu unterteilen und Wirbelbildung zu verhüten, welche sonst infolge der großen Verschiedenheit der Dampfgeschwindigkeit entstehen könnten, die sich aus der großen Verschiedenheit in der Umfangsgeschwindigkeit zwischen äußerem und innerem Teilkranz ergibt.

Die Fig. 20 zeigt in vergrößertem Maßstabe die Form der Dichtung für Fig. 1 zwischen den Umfangsteilwänden des Leitrades 10 und Laufrades 11 und zwischen letzteren und der Umfangswand 21 des Leitrades 14. Wie aus diesen Figuren ersichtlich, ist die der Umfangswand 13 zugewandte Seite der Umfangswand 12 zugeschärft, um die Gefahr einer Erhitzung zu vermeiden, falls ein Reiben zwischen den Wänden 12 und 13 erfolgt. Der Umfangsring 21 ist aus gleichem Grunde mit einem Dichtungsstreifen 27 von bekannter Form versehen.

Fig. 21 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Dichtungsstreifens 28 bekannter Form, welche Anwendung finden kann. Diese Dichtungsstreifen 28 sind indessen in diesem Falle an den Umfangswänden 12 und 21 durch Nieten 29 befestigt, um nötigenfalls eine leichte Auswechselung der Dichtungsstreifen zu ermöglichen.

Fig. 22 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Umfangswand 13 mit Vorsprüngen 30 versehen ist, welche so in bezug auf die Dichtungsstreifen 28 angeordnet sind, daß ein Lecken des Dampfes in die gleiche Richtung geleitet wird, mit welcher der Arbeitsdampf durch die Turbine geht. Die Stromrichtung des Dampfes ist in Fig. 22 durch Pfeile angedeutet.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung, die in den Fällen mit Vorteil angewandt wird, wo es nötig ist, größere Dampfvolumen durch die Niederdruckstufen der Turbine zu lassen, als in dem Falle der Fig. 1. Mit anderen Worten, mit gleichen Dampfverhältnissen und demselben Nutzeffekte kann mit dieser Ausführungsform die Leistung der Turbine gesteigert werden. Bei der Turbine der Fig. 2 wird der durch den inneren Teilkranz des Leit- und Laufrades 10 bzw. 11 geführte Dampfstrom durch Umfangsteilwände 31 und 32 in der darauffolgenden Stufe, welche einen Leitkranz 33 und Laufkranz 34 enthält, weiter unterteilt. Der durch den äußeren Teilkranz von -33 und 34 strömende Dampf expandiert bis

auf den Druck im Auspuffgebäuse, in welches er unmittelbar gelangt, sobald er den äußeren Teilkranz des Laufrades 34 verläßt. Der im geringeren Maße expandierte, durch deninneren Teilkranz von 33 und 34 tretende Dampf wird wiederum in zwei Ringschichten durch die Umfangswandung 35 und 36 eines folgenden Leitrades 37 und Laufrades 38 unterteilt. Der durch den äußeren Teilkranz von 37 und 38 strömende Dampf wird wiederum bis auf den Druck in dem Auspuffgehäuse 2 expandiert, in welches er unmittelbar gelangt. Die übrigbleibende Energie des durch den inneren Teilkranz von 37 und 38 strömenden Dampfes, der hier in geringem Maße expandiert, wird schließlich in einer Endstufe, bestehend aus Leitkranz 14 und Laufkranz 15, in der bereits an Hand der Fig. 1 beschriebenen Weise ausgenutzt.

Es ist ersichtlich, daß bei einer Turbine nach Fig. 2 die Gesamtschaufelfläche, durch welche der Dampf die eigentliche Turbine verläßt, vergrößert wird, um die Schaufelfläche der Außenteilkränze der Laufräder 34 und 38 gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1.

Eine Schaufelung, die sich vorteilhaft für die Turbine der Fig. 2 eignet, ist in den Fig. 7 bis 11 dargestellt. Die Fig. 7 ist, wie ersichtlich, eine Teildarstellung der niederen Druckstufen der Fig. 2, während die Fig. 8, 9, 10 und 11 Schnitte durch die Beschaufelung sind; Die Art und Weise, wie die in den Fig. 2, 7, 8, 9, 10 und 11 dargestellten Teile wirken, ist ohne weiteres nach der zu den Fig. i, 5, 6 und 12 gegebenen Beschreibung zu verstehen.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Turbine, bei welcher die gesamte Beschaufelung Überdruckform hat; auch diese Fig. 3 dürfte in Verbindung mit den Schaufelschnitten ohne weiteres verständlich sein.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Turbine gemäß der Erfindung, bei welcher die Hochdruckstufen als gewöhnliche

Überdruckstufen auf einer Trommel ausgeführt sind, während der Niederdruckteil als Scheibenturbine ausgebildet ist, deren Schaufeln entweder ■ Gleichdruckform oder Uberdruckform, oder eine Vereinigung beider Arten haben können.

Bei den Ausführungen der Fig. 1, 2 und 4 sind die Laufräderschaufeln der Niederdruckstufen auf besonderen Scheiben angeordnet, die auf der Welle 3 sitzen; in einzelnen Fällen ist es indessen vorteilhaft, einzelne oder sämtliche Laufschaufelkränze unmittelbar auf die Welle zu setzen, in welchem Falle die Welle in ihren Durchmessern stärker abgestuft und so mit Kämmen versehen ist, an welchen die Schaufeln in irgendeiner geeigneten Weise befestigt werden. In den besagten Figuren ist ferner nur ein einziges Auspuffgehäuse gezeichnet, in welches der Dampf nach dem Verlassen der verschiedenen Lauf räder gelangt. Es ist indessen ohne weiteres verständlich, daß der Dampf auch in getrennte Auspuffgehäuse und gewünschtenfalls zu getrennten Kondensatoren geleitet werden kann.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in Fig. 23 dargestellt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die unterteilten Ringschichten des Dampfes einzeln durch eine Mehrzahl von Lauf- und Leitkränzen strömen, bevor. sie auf den Druck der Auspuffkammer expandiert werden und in diese gelangen. In einzelnen Leit- und Laufrädern, beispielsweise 10 und 11 dieser Figur, ist auch eine dreifache Unterteilung vorgesehen. Die Beschaufelung kann so ausgebildet werden, daß das Verhältnis der Dampfgesehwindigkeiten und Umfangsgeschwindigkeiten in den verschiedenen Teilkränzen annähernd konstant ist, so daß ein gleichmäßiger Nutzeffekt für die Gesamtheit der verschiedenen Schaufelringe erreicht wird.

Aus dem beschriebenen und gezeichneten Beispiel ist ersichtlich, daß der Dampfstrom durch die Arbeitskanäle einer Turbine gemäß der vorliegenden Erfindung in abgesonderte Einzelströme unterteilt wird, welche mehr oder weniger sich ganz oder teilweise überdeckende Ringschichten oder Mäntel von Dampf bilden, von denen die äußersten bzw. äußeren bei ihrem Durchtritt durch die Arbeitsschaufeln der Turbine in einem größeren Grade expandiert werden, als die inneren der Achse der Turbine ■ näher gelegenen. Der Dampf der äußeren Ringschichten wird gesondert in die Auspuffkammern geleitet unmittelbar, sobald er voll expandiert ist und seine Geschwindigkeitsenergie abgegeben hat.

Mit anderen Worten, die durch die Turbinen strömenden Dampf schichten können mit abgestumpften Hohlkegeln verglichen werden, wobei der Dampf, welcher das kleinere Ende des zweiten und jedes folgenden Kegels bildet,. abgesondert wird von dem Dampf des vorhergehenden Kegels. An der Basis jedes dieser Kegel ist der Dampf vollständig expandiert und wird in das Auspuffgehäuse geleitet. Auf diese Weise wird der Dampf in das Auspuffgehäuse von einer Mehrzahl unabhängiger Laufräder geleitet.

Wie schon ausgeführt, können Turbinen, entweder Druckturbinen oder Uberdruckturbinen, oder eine Vereinigung beider, gemäß der Erfindung ausgebildet werden, und wenngleich die Erfindung eine Vervollkommnung der Turbinen mit achsialer Beaufschlagung bildet, so ist die Erfindung dahin zu verstehen, daß der Hochdruckteil oder andere Teile der Turbine, auf welche sich die Erfindung nicht

erstreckt, gegebenenfalls auch anders beaufschlagt sein können. Die Erfindung ist besonders anwendbar für Auspuffturbinen oder Zwei- oder Mehrturbinen, wo das Volumen des in den Kondensator tretenden Dampfes verhältnismäßig groß ist, und kann auch angewandt werden auf Turbinen mit Doppelströmung, bei. welchen Teile des Dampfes in entgegengesetzter Richtung in den Auspuff

ίο gelangen, kurzum, die Erfindung kann angewandt werden für achsial beaufschlagte Turbinen der verschiedensten bestehenden Typen, die mit einem hohen Vakuum arbeiten, und bei welchen, um eine große Leistung zu erhalten, bisher Schaufeln von übermäßig großer Länge angewandt werden müßten.

Claims (8)

1. P ATENT-Ansprüche:

   i. Achsial beaufschlagte Dampfturbine, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf, der in ungefähr derselben Richtung durch ein Niederdruckelement der Turbine strömt, in ringförmige Teile abgesondert wird, die in verschiedenem Maße expandiert werden und aus einer Mehrzahl von Laufrädern in den Auspuff strömen.
2. 2. Dampfturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Niederdruckleit- und Laufräder oder nur sein Laufkranz in mehrere Teilschaufelkränze unterteilt sind, wobei die Einzelteilkränze in jedem Schaufelrade voneinander durch Umfangszwischenwände getrennt sind, so daß der durch diese Räder j strömende Dampf in zwei oder mehrere Ringschichten unterteilt ist, und wobei die Schaufeln in dem oder den äußeren Teilkränzen so geformt sind, daß der durchströmende Dampf in höherem Grade expandiert, als der Dampf, welcher durch die Schaufelteilkränze strömt, die der Achse der Turbine näher liegen.
3. 3. Dampfturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittswinkel der Schaufeln eines inneren Teilkranzes eines Leit- oder Laufrades größer ist als der Austrjttswinkel des nächstliegenden, von der Turbinenachse entfernteren Teilkranzes desselben Rades.
4. 4. Dampfturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaufelung in einem oder mehreren der Teilkränze eines Rades die Gleichdruckform hat, während sie in dem andern Teilkranz bzw. Teilkränzen desselben Rades die Uberdruckform hat.
5. 5. Dampfturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaufelung eines oder mehrerer der inneren Teilkränze eines Rades so geformt ist, daß sie lediglich einen unmittelbaren Durchgang für den Dampf bildet unte.- gar keiner oder nur geringer Expansion des Dampfes während seines Durchganges.
6. 6. Dampfturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaufelung eines oder mehrerer der inneren Teilkränze so geformt ist, daß der Dampfdurchgang zwischen den Schaufeln sich von beiden Seiten her verengt, insbesondere von der Auslaßseite nach der Mitte, to daß der Dampfdruck an der Eintrittaseite der Schaufeln vermindert und die Geschwindigkeit vergrößert wird und so daß die im Mittelteil erreichte Geschwindigkeit infolge der allmählich wachsenden Weite des Durchlasses nach dem Austritt hin wieder in Druck umgesetzt -wird.
7. 7. Dampfturbine nach Anspruch 2, da-' durch gekennzeichnet, daß der äußere Umfangsring des am weitesten von der Turbinenachse gelegenen Teilkranzes des Leitrades so geformt ist, daß er den aus dem äußeren Teilkranz des vorhergehenden Laufrades ausströmenden Dampf nach auswärts in die Auspuffkammer leitet.
8. 8. Dampfturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere gekrümmte Führungen, die sich auf einen festen Teil der Turbine stützen, vorgesehen sind, um den aus den Laufrädern austretenden Dampf in die Auspuffkammer zu leiten (Fig. 16).

   Hierzu 6 Blatt Zeichnungen.