DE393485C - Dampf- oder Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Dampf- oder Gasturbinen und insbesondere auf die Beschaufelung der Niederdruckteile derselben.

Die Größe einer Turbineneinheit ist durch das Leistungsvermögen oder die Fähigkeit des letzten Schaufelkranzes zum Durchlaß großer Mengen von Niederdruckdampf begrenzt. Dieses Leistungsvermögen ist seinerseits wieder in erster Linie durch die zulässige Schaufelhöhe mit Rücksicht auf die Fliehkraftbeanspruchung beschränkt und in zweiter Linie durch den Nutzeffekt des letzten Schaufelkranzes, der für eine gegebene Schaufelhöhe mit zunehmendem Auslaßwinkel abnimmt.

In der deutschen Patentschrift322io,4 isteinerseits eine Dampfturbine beschrieben, inderenNiederdruckteilen der Dampf in eine Mehrzahl von Ringschichten unterteilt ist, wobei für jede Schicht besondere Schaufeln vorgesehen sind, und jede Schicht besonders gedehnt und in die Ablaßkammer abgeleitet wird. Der Niederdruckteil dieser Turbine ermöglicht den Bau verhältnismäßig großer Turbineneinheiten, weil der Niederdruckteil größere Dampf mengen bewältigen kann, als es mit den bisher gebräuchlichen letzten Schaufelkränzen ohne Un" terteilung möglich war.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun, durch Vergrößerung ihrer Fähigkeit zur Bewältigung großer Dampfmengen den Wirkungsgrad einer Dampfturbine zu steigern. Zur Erreichung dieses Zieles werden gemäß der Erfindung in die Turbine Schaufelkränze eingefügt, welche einen die Dampfenergie auszunutzenden Kranz von Schaufeln haben, welche Druckteile zeigen, die zur Aufnahme des in einer Hauptrichtung strömenden Dampfes dienen, und dazu den Dampf in der gleichen Hauptrichtung oder teilweise in dieser und teilweise in einer von ihr verschiedenen Richtung austreten zu lassen, oder aber auch ganz in einer von der Hauptrichtung verschiedenen Richtung. Ferner zeigt dieser Abschnitt vorteilhafterweise auch eine Vorrichtung zur Unterteilung des Dampfes in Einzelströme und zur Leitung dieser in dem Druckteil und Überdruckteil der Schaufel. Diese Vorrichtungen dienen vorteilhaft gleichzeitig auch dazu, den Dampf, welcher in die Druckteile der Schaufeln eintritt, auf den Abdampfdruck herunterzuexpandieren. Wenn die Überdruckteile der Schaufeln dazu dienen, den*Dampf ganz oder teilweise in derselben Richtung, wie er in sie eintritt, austreten zu lassen, ist vorteilhaft ein

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zweiter Leitschaufelkranz vorgesehen, um den aus ihm austretenden Dampf in einen zweiten Laufschaufelkranz zu führen, der den Dampf entweder in einer von der Hauptrichtung verschiedenen Richtung, teilweise in dieser und der Hauptrichtung austreten läßt. Dieser zweite Laufschaufelkranz kann ganz aus Überdruckschaufeln bestehen, oder aber seine Schaufeln können Druckteilejund Überdruckteile ίο haben, wobei im letzteren Falle der zweite Leitschaufelkranz vorteilhafterweise dazu dient, den Dampf in zwei Ströme zu teilen und ihn einerseits in die Druckteile, anderseits in die Überdruckteile des Laufschaufelkranzes zu leiten und denjenigen Teil des Dampfes, welcher in die Druckteile der Schaufeln gelangt, auf die Abdampfspannung hinunterzuexpandieren. Wenn der Niederdruckabschnitt eine Mehrzahl von Laufschaufelkränzen umfaßt, ist weiter eine Einrichtung getroffen, um die Bildung von Querströmen in der Abdampfkammer und damit die Entstehung von Wirbeln und Arbeitsverluste zu verhüten.

Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele.

Abb. i, 2, 3 sind Längsschnitte durch den Niederdruckteil einer Dampfturbine gemäß der Erfindung.

Abb. 4, 5 und 6 sind Einzeldarstellungen in vergrößertem Maßstabe.

Abb. 7 ist ein Schnitt nach der Linie VII-VII der Abb. 1, während

Abb. 8 eine Einzelheit einer abgeänderten Ausführungsform zeigt.

In Abb. ι ist eine Turbine angenommen, ! welche einen Läufer 10 und einen Zylinder 11 sowie eine Anzahl von Lauf schaufelkränzen 12 und Leitschaufelkränzen 13 irgendeiner geeigneten Form, beispielsweise der einer Überdruckturbine, hat. Der letzte Laufschaufelkranz 12 läßt den Dampf für die weitere Dehnung und Energieabgabe in den gemäß der Erfindung ausgebildeten Niederdruckabschnitt 15 treten, aus dem er in eine Abdampfkammer 16 gelangt, die mit einem nicht dargestellten Kondensator in Verbindung steht.

Der Niederdruckabschnitt 15 bestehtaus einem ersten Leitschaufelkranz 17, der mit geeignet ! geformten Scheidewänden 18 versehen ist, die ^: die gesamte Dampfmasse in eine getrennte j innere und äußere Schicht teilen. Die Scheidewand ist so quer zu den Schaufeln geneigt, daß einmal äußere divergierende Expansionsräume und innere Dampfdurchtrittsräume entstehen. Auf die Leitschaufeln 17 folgt ein Laufschaufel- j kranz20 mit denäußeren Kranzteilen 21, vorzugsweise für Gleichdruckbetrieb, welche den Dampf j aus den Leitschaufeln 17 aufnehmen. Die Schau- \ fein 20 haben ferner Innenteile 22, vorteilhaft , nach der Überdruckform ausgebildet, welche i die innere Dampfschicht aus den Schaufeln 17 | aufnehmen. Die innere Dämpfschicht geht aus \ den Überdruckteilen zz der Schaufeln 20 durch einen weiteren Leitschaufelkranz 2^₁, in dem die Dampfrichtung und Geschwindigkeit entsprechend verändert wird und aus dem der Dampf in die verhältnismäßig breiten Schaufeln 24 gelangt. Diese lassen den Dampf entweder nur radial nach außen oder aber sowohl radial nach außen als auch an der anderen Schaufelkante achsial in die Abdampf kammer 16 austreten. Der Leitschaufelkranz 23 wird durch irgendeine geeignete Vorrichtung, z. B. einen Ringsteg 25 des Abdampfgehäuses, gehalten. Diese Stütze reicht vorteilhaft in einem geeigneten Abstand j über die Außenkanten der Schaufeln 21 und 24 hinaus, um eine vorzeitige Mischung der verschiedenen Dampfschichten zu vermeiden, hierdurch einen glatten Austritt zu erzielen und ! Wirbel und Verluste, die sonst durch Querströme auftreten könnten, zu verhüten. ! Die äußeren Ausdehnungskanäle zwischen den Schaufeln 17 für die äußere Dampfringschicht geben einen höheren Dehnungsgrad als ! die inneren Kanäle für die innere Ringschicht, und erstere dehnen den Dampf bis zur praktisch niedrigsten Spannung herunter, wandeln also ! für die Einwirkung auf die Außenteile 21 der Schaufeln 20 den Druck in Geschwindigkeit um. Die innere Dampfschicht wird nur so weit gedehnt, um ihre Geschwindigkeit auf einer für die Wirkung auf die Schaufelteile 22 genügenden Höhe zu erhalten. Diese Schaufelteile sind, wie aus Abb. 7 ersichtlich, vorteilhaft mit zugeschärften Einlaßkanten 27 und abgebogenen '■ Auslaßkanten 28 von einer Form versehen, die sich nach der Art des Treibmittels und der Schaufelgeschwindigkeit richtet, um den Dampf in der geeigneten Richtung und mit der richtigen Geschwindigkeit in die breiten Schaufeln 24 eintreten zu lassen. Ein Teil des Dampfes wird von den inneren Schaufelteilen 22 aufgenommen, die eine solche Gestalt haben, daß sie als kräftige Stutze für die äußeren Druckteile 21 dienen. Der zwischen die breiten Schaufein 24 gelangende Dampf wird gedehnt und am Umfang herausgelassen.

Abb. 2 zeigt einen abgeänderten Niederdruckabschnitt 30 mit Leitschaufeln 31 und Laufschaufeln 32, welche den Kränzen 17 und 20 der Abb. 1 entsprechen. Hier aber folgt auf den Laufschaufelkranz 32 ein weiterer Leitschaufelkranz ^ mit geneigter Leitwand 34, um wiederum getrennte Durchgangskanäle für zwei Dämpfschichten zu bilden, von denen der innere den Dampf aus den Innenteilen der Schaufeln 32 aufnimmt und bei denen die Leitwand dazu dient, die Innenschicht, die aus den Schaufeln 32 austritt, nochmals in eine innere und eine äußere Ringschicht zu zerlegen. Die äußere Dampfringschicht wird gedehnt und ihre Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie um-

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gewandelt, um auf die Druckteile 35 des folgenden breiten Schaufelkranzes einzuwirken, während die innere Dampfringschicht in geeigneter Richtung und mit geeigneter Geschwindigkeit in die Überdruckteile 36 der breiten Schaufeln geleitet wird. Die innere Dampfringschicht, welche aus dem Innenteil 33 austritt, gelangt zwischen die breiten Schaufeln unterhalb der Einlaßkanten der Druckteile 35, wird gedehnt, gibt ihre Energie ab und tritt entweder radial oder teils radial, teils achsial aus.

Abb. 3 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform eines Niederdruckabschnittes 40 gemäß der Erfindung, bei welcher der erste Leitschaufelkranz 41 die äußere Dampfringschicht in die Druckecken 42 der breiten Schaufeln treten läßt, während die innere Dampfringschicht in die Überdruckteile 43 der breiten Schaufeln gelangt. Die Teile 42 und 43 empfangen den Dampf in der Hauptrichtung an der einen Seite und lassen ihn radial austreten. Die Druckteile 21, 35, 42 der Abb. 1, 2 und 3 sind von gleicher Form, wie sie sich deutlicher aus den Abb. 4, 5 und 6 ergibt. Abb. 4 zeigt den Druckteil als Becher mit einer Dampfeinlaßkante 45 sowie einer Auslaßkante 46 für den radialen Austritt des Dampfes. Dieser Becher ist so geformt, daß er die Geschwindigkeitsenergie des zwischen die Einlaßkanten tretenden Druckmittels aufnimmt und gleichzeitig die Richtung desselben aus der Hauptrichtung, im vorliegenden Falle der achsialen, in eine annähernd radiale ändert.

Der Becher kann so geformt sein, daß Teile desselben oberhalb und unterhalb der Innenteile der Schaufeln hervorragen, wie am deutlichsten aus -Abb. 4 ersichtlich ist. Dies bewirkt eine bessere Verteilung der Masse jedes Bechers an der ihn tragenden Schaufel und ergibt ferner einen kräftigen Zusammenhalt der Becher sämtlicher Schaufeln unter sich.

Jeder Becher hat einen inneren Ausschnitt 47 an der Vorderseite und eine Rippe 48 an der Rückseite, welche nach der Zusammensetzung der Schaufel in den betreffenden Ausschnitt der nächsten Schaufel paßt, wodurch eine starre Verbindung der Becher der Schaufehl erzielt wird. Wie aus den Abb. 5 und 6 ersichtlich, sind die Becher der Schaufeln dicht ineinandergesteckt und bilden so die beschriebenen Dampfkanäle. Um innerhalb der Becher Wirbelbildungen zu verhüten, sind abgerundete Lappen 49 vorgesehen, welche den Dampf führen.

Abb. 4 zeigt einen solchen Führungslappen, der sich diagonal von der äußeren Einlaßecke des Bechers erstreckt. Diese Führungslappen verhüten in wirksamster Weise eine Querst'römung des Dampfes an den Umfangskanten, welche sonst zusammen mit der radialen Strömung Wirbel bilden wurden.

Es ist anzumerken, daß die Einzelheiten der Becherformen abgeändert werden können, um sich den einzelnen Stellen anzupassen, vorausgesetzt nur, daß der achsiale Eintritt des Treibmittels bei radialem Austreten erzielt wird.

j -Ferner ist anzumerken, daß der letzte breite [ Schaufelkranz in Abb. 1, 2 und 3 so breit

gemacht werden kann, daß ein ausreichender i Austrittsquerschnitt für den Dampf und kleine 1 Auslaß winkel erzielt werden, so daß der Wirkungsgrad einen hohen Wert erhält. Da der : Dampf am Umfang austritt, ist klar, daß die Rückdruckkraft desselben an einem Punkt aus-

■ geübt wird, der sich mit hoher absoluter Geschwindigkeit bewegt.

Während Abb. i, 2 und 3 breite Schaufeln zeigen, deren Teile 24, 36 und 43 nur am Um- : fang den Dampf austreten lassen, können an ihrer Stelle auch Schaufeln von solcher Form ¹ treten, daß der Dampf teilweise auch noch achsial abgeleitet wird, wie dies in Abb. 8 an- ; gedeutet ist.

\ Die den Dampf radial abführenden Über-I druckteile der breiten Schaufeln in den Abb. 1, j 2 und 3 können auch mif gekrümmten Rippen, i wie beispielsweise den Rippen 45 der Abb. 1,

■ versehen sein, welche nicht nur die Schaufeln

j verstärken, sondern auch den Dampf unter I Vermeidung von Wirbeln besser nach dem : Umfang leiten. Die Verbindung der Rippen mit ! den Schaufeln kann in irgendeiner geeigneten \ Weise erfolgen, wobei die gegenüberliegenden ι Rippen benachbarter Schaufeln aneinanderi stoßen, um Leitkanäle zu bilden.
I Die Wirkungsweise einer Dampfturbine mit ; einem Niederdruckabschnitt gemäß der Erfin- ! dung ist folgende:

ι Der Dampf expandiert unter Energieabgabe i in den Schaufelkränzen 12 und 13 in der ge-1 wohnlichen Weise und gelangt aus dem letzten I Laufschaufelkranz 12 in den Niederdruckabschnitt. Bei Abb. 1 wird dann dieser Dampf in zwei Ringschichten durch die Querwände 18 j der Leitschaufeln 17 geteilt, und die äußere ί Ringschicht wird bis zum Abdampfdruck her- ^: unterexpandiert und gelangt mit hoher Geschwindigkeit in die Druckteile oder Becher 21, : aus denen sie am Umfang in die Abdampf- ; kammer 16 gelangt. Die innere Ringschicht tritt unter den Trennwänden 18 aus dem Innenteil der Schaufeln 17 in der gewünschten Rich- ! tung und mit der geeigneten Geschwindigkeit I in die inneren Überdruckteile 22 der Schau-I fein 20, wo ihr ein Teil der Dampf energie enti zogen wird. Die innere Dampfringschicht gelangt '< bei ihrem Austritt aus den Überdruckteilen 22 in den Leitschaufelkranz 23, wo der Dampf abgelenkt und seine Geschwindigkeit verändert wird. Dann gelangt die innere Schicht in die ; breiten Schaufeln 24 und radial oder gemäß

Abb. 8 radial und achsial abströmend in die Abdampf kammer 16.

Bei Abb. 2 ist die Wirkungsweise ähnlich, nur daß die Unterteilung des Dampfes um eine weitere Stufe vermehrt ist, indem die Leitschaufeln 33 mit Querwänden 34 vorgesehen sind, um die innere Ringschicht aus den Schaufeln 32 nochmals in eine, innere und äußere Ringschicht zu unterteilen. Die äußere wird gedehnt und mit hoher Geschwindigkeit aus den Kanälen der Schaufeln 3s ^m^ Trennwänden 34 in die Druckteile 35 der breiten Schaufeln geleitet, während die innere Ringschicht in dem Überdruckteil 36 der breiten Schaufeln gelangt und aus diesem entweder nur radial oder radial und achsial gemäß Abb. 8 in die Abdampfkammer abströmt.

Bei Abb. 3 ist die Dampfführung vereinfacht und die Wirkungsweise ohne weitere Erläuterungen verständlich.

Wie aus der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Turbinenabschnitt vorgesehen, bei dem das Treibmittel in mindestens zwei konachsiale Ringschichten unterteilt wird, deren jede die Energie an verschieden geformte besondere Schaufelteile abgibt, in welche das Treibmittel achsial eintritt und entweder nur radial oder radial und achsial austritt. Hierdurch lassen sich große Mengen von Niederdruckdampf bewältigen und große Turbineneinheiten bauen, die auch wirtschaftlich arbeiten.

Claims (11)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Dampf- oder Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewältigung großer Dampfmengen Schaufelkränze vorgesehen sind, welche sowohl Gleichdruckteile haben, die den Dampf in der Hauptrichtung aufnehmen und in einer hiervon verschiedenen Richtung abgeben, als auch Überdruckteile j besitzen, die den Dampf in der Hauptrich- j tung aufnehmen und entweder in dieser Richtung oder teilweise in dieser und teil- \

   weise in einer davon verschiedenen Richtung I oder aber auch ganz in einer von der Haupt- I richtung verschiedenen Richtung abgeben. ]
2. 2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitvorrichtung

   So vorgesehen ist, um den Dampf in Ring- | schichten zu unterteilen und ihn in die Gleichdruckteile und Überdruckteile der | Laufschaufeln zu leiten.
3. 3. Turbine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Unterteilung des Dampfes in Ringschichten gleichzeitig dazu dient, denjenigen Teil des Dampfes, welcher in die Druckteile der Schaufeln gelangt, auf Abdampf spannung herunterzuexpandieren.
4. 4. Turbine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckteile der Schaufeln den Dampf ganz oder teilweise in der Eintrittsrichtung abgeben und hinter ihnen ein zweiter Leitschaufelkranz vorgesehen ist, der den Dampf in einen zweiten Laufschaufelkranz leitet, der seinerseits den Dampf entweder in einer von der Eintrittsrichtung verschiedenen Richtung oder teilweise in der Eintrittsrichtung und teilweise in der davon verschiedenen abgibt.
5. 5. Turbine nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Laufschaufelkranz nur aus Überdruckteilen besteht.
6. 6. Turbine nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des zweiten Laufschaufelkranzes sowohl Druckteile als auch Überdruckteile zeigen und in dem zweiten Leitschaufelkranz der Dampf in Ringschichten unterteilt wird, um den einen Teil in die Druckteile der Laufschaufeln, den anderen in die Überdruckteile zu leiten.
7. 7. Turbine nach den Ansprüchen 1 und f>, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Laufschaufelkranz denjenigen Dampf, der in die Druckteile der Schaufeln eintritt, auf Abdampfspannung herunterexpandiert.
8. 8. Turbine nach den Ansprüchen 1 und 4 bis 7, gekennzeichnet durch die Anordnung von Leitflächen, welche die Bildung von Querströmen in dem aus den beiden Laufschaufelkränzen austretenden Dampf verhüten.
9. 9. Turbinenschaufel für Turbinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel außer einem Überdruckteil einen Druckteil oder Becher enthält, welcher den in einer Hauptrichtung eintretenden Dampf ablenkt und in einer anderen Richtung austreten läßt.
10. 10. Turbinenschaufel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Becher an der Außenkante der Schaufel sitzt.
11. 11. Turbinenschaufel nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß der Becher einen abgerundeten Ecklappen hat, welcher dazu dient, den in der Hauptrichtung eintretenden und in einer anderen Richtung austretenden Dampf auf seinen diagonalen Weg zu führen und hierdurch Wirbelbildungen zu vermeiden.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.