DE516252C - Dampfturbinendruckstufe mit Geschwindigkeitsabstufung - Google Patents

Description

Dampfturbinengleichdruckstufen mit Geschwindigkeitsabstufung (Curtisstufen) haben den Nachteil, daß bei größeren Werten des Geschwindigkeitsverhältnisses u[c die Schaufeln übermäßig lang werden können. Zur Vermeidung dieses Übelstandes ist vorgeschlagen worden, in der Beschauflung eine Expansion (leichte Überdruckwirkung) eintreten zu lassen, um eine Beschleunigung des Dampfes zu erhalten und die Schaufeln zu verkürzen.

Der erste dahinzielende Vorschlag ging dahin, diese Expansion nur im ersten Laufkranz, aber nicht in den folgenden Kränzen auftreten zu lassen und sie so weit zu treiben, daß die relative Austrittsgeschwindigkeit größer als die Schallgeschwindigkeit wurde. Ist die relative Eintrittsgeschwindigkeit kleiner als die Schallgeschwindigkeit, so werden die Schaufeln um so mehr verkürzt, je größer die Expansion ist. Diese Verkürzung wird aber um so geringer, je mehr sich die relative Austrittsgeschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit nähert. Bei Überschreitung der Schallgeschwindigkeit tritt dann wieder eine Verlängerung der Schaufeln ein (die allerdings

bei nur geringer Überschreitung der Schallgeschwindigkeit sehr klein ist). Eine solche Überschreitung hat außerdem den weiteren Nachteil, daß die Expansion überflüssig groß ist, wodurch ein zu großer Überdruck gegen den in der Radkammer herrschenden Druck und damit eine unnötig große Undichtheit erreicht wird, die den etwaigen Gewinn wieder aufheben oder sogar in einen Verlust verwandeln kann.

Ein späterer Vorschlag ging dahin, den Dampf mit leichtem Überdruck in den ersten oder einen folgenden Laufkranz eintreten zu lassen, ohne nähere Angaben über die Verteilung der Expansion auf die einzelnen Radkränze zu machen. Nach diesem Vorschlag wird eine Verkürzung der Schaufeln dann erzielt, wenn man, abweichend vom ersten Vorschlag, mit der relativen Austrittsgeschwindigkeit unterhalb der Schallgeschwindigkeit bleibt. Durch eine beliebige Verkürzung der Schaufeln wird aber die Erreichung einer nennenswerten Verbesserung des Wirkungsgrades nicht gewährleistet. Von besonderer Wichtigkeit ist vielmehr noch eine zweckmäßige Verteilung der Expansion auf die einzelnen Schaufelkränze.

Gemäß der Erfindung soll diese Verteilung derart gewählt werden, daß die Zunahme der kinetischen Energie in den einzelnen Schaufelkränzen um so größer ist, je kleiner die relative Eintrittsgeschwindigkeit ist, oder mit anderen Worten, daß die Zunahme der kinetischen Energie von Kranz zu Kranz größer wird, aber nur so groß, daß die relative Austrittsgeschwindigkeit stets unterhalb der Schallgeschwindigkeit bleibt. Durch dieses planmäßige Wachsen der Zunahme wird erreicht, daß die Divergenz der Schaufeln von Kranz zu Kranz noch kleiner wird, als es ohnehin als Folge der an sich bekannten leichten Überdruckwirkung schon der Fall ist. Eine Divergenz der Schaufeln hat den Nachteil, daß dabei eine radiale arbeitslose Komponente entsteht. Diese Komponente

irgendeines Kranzes wird ganz oder zum größten Teil in den darauffolgenden Kranz übergeführt; nur die radiale Komponente des letzten Kranzes geht vollständig verloren. Es ist deshalb von Wert; diese Komponente durch Verkleinerung der Divergenz zwecks sanfterer Überleitung von Kranz zu Kranz kleiner werden zu lassen, so daß sie im letzten Kranz, wo sie vollständig verloren geht, am kleinsten ist.

ίο In der Zeichnung ist in Abb. ι ein Schnitt durch Düse und Beschaufelung, in Abb. 2 die zugehörige Expansionslinie beispielsweise wiedergegeben. D ist die Düse, S₁ und S₂ die umlaufenden Schaufelkränze und U die feststehende Umkehrschaufel. Bei den bekannten Stufen mit leichter Überdruckwirkung, mit zahlenmäßigen Angaben über den Expansionsverlauf verläuft die Expansion nach der ausgezogenen Kurve a (Abb. 2). Eine Expansion findet also nur im ersten Laufkranz statt, wobei die relative Ausflußgeschwindigkeit aus diesem größer als die Schallgeschwindigkeit ist. Die Begrenzungslinien verlaufen dabei nach den in Abb. 1 ausgezogenen Linien c, d und e.

Bei der Erfindung soll jedoch die Expansion nur so weit vor sich gehen, daß die relative Ausflußgeschwindigkeit aus den Schaufelkränzen unterhalb der Schallgeschwindigkeit bleibt; ist dabei die relative Eintrittsgeschwindigkeit in die erste Lauf schaufelreihe S₁ größer oder nur wenig kleiner als die Schallgeschwindigkeit, so soll eine Expansion nur im Umkehrkranz U und im zweiten Laufkranz S₂ stattfinden, vorausgesetzt, daß dann beim Eintritt in den Umkehrkranz die relative Eintrittsgeschwindigkeit wesentlich kleiner als die Schallgeschwindigkeit ist. Die Expansionslinie ist für diesen Fall durch die gestrichelte Linie b in Abb. 2 angedeutet. Die Expansion darf dabei in diesen Kränzen nur so weit vor sich gehen, daß die relative Ausflußgeschwindigkeit kleiner als die Schallgeschwindigkeit ist.

Dadurch wird eine Verkürzung der Schaufeln erreicht, die durch die gestrichelte Begrenzungslinie G₁, djj e_x in Abb. 1 angedeutet ist.

Zur Erreichung des besten Wirkungsgrades ist demnach eine Kombination von mehreren Merkmalen erforderlich, und zwar:

1. wenn der Dampf in einem Schaufelkranz expandiert, muß er es auch in allen folgenden tun;

2. eine Expansion darf nur in solchen Schaufelkränzen vor sich gehen, in denen die relative Eintrittsgeschwindigkeit kleiner als die Schallgeschwindigkeit ist;

3. diese Expansion darf nur so weit getrieben werden, daß die relative Austrittsgeschwindigkeit kleiner als die Schallgeschwindigkeit bleibt;

4. die Zunahme der kinetischen Energie in den einzelnen Schaufelkränzen muß um so größer sein, je kleiner die relative Eintrittsgeschwindigkeit ist, oder, mit anderen Worten, muß von Kranz zu Kranz größer werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dampfturbinendruckstufe mit Geschwindigkeitsabstufung und leichter Überdruckwirkung (höchstens 10 bis 15% Reaktion), bei der Dampf in einem und allen folgenden Schaufelkränzen expandiert, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Schaufelkränzen die Zunahme der kinetischen Energie um so größer ist, je kleiner die relative Eintrittsgeschwindigkeit ist, wobei diese Zunahme aber nur so groß gewählt wird, daß die relative Austrittsgeschwindigkeit unterhalb der Schallgeschwindigkeit bleibt,

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   , gebrückt in öer reishsdruckerei