DE563972C - Leitvorrichtung fuer axial beaufschlagte Turbinenbeschaufelungen - Google Patents

Description

Die Anzahl von radial durchströmten Turbinenbeschaufelungen, welche in radialer Richtung hintereinandergeschaltet werden können, ist bekanntlich beschränkt. Die auf die Schaufein ausgeübten Biegungsbeanspruchungen und die in den diese tragenden Kopf- und Fußringen auftretenden Tangentialspannungen nehmen mit wachsendem Durchmesser entsprechend der schnell anwachsenden Fliehkräfte zu, so daß einer Hinzufügung von Schaufelkränzen nach außen hin bald eine Grenze gesetzt ist. Man ist deshalb dazu übergegangen, der radial durchströmten Beschaufelung unmittelbar eine axial durchströmte Beschaufelung nachzuschalten. Soll eine solche Anordnung bei kleiner Baulänge gute Strömungsverhältnisse ergeben, so muß der Fußdurchmesser der axial durchströmten Laufschaufeln größer gewählt werden als der

so Austrittsdurchmesser der zuletzt radial durchströmten Laufschaufeln. Hiermit ergibt sich beim Übergang von der radialen zur axialen Strömungsrichtung ein Sprung im mittleren Beaufschlagungsdurchmesser.

Eine solche Anordnung kann bei Turbinen mit feststehenden Leitschaufeln schon vorteilhaft werden, wenn der in der Zeiteinheit durchströmende Rauminhalt des Treibmittels klein ist, da derartige Turbinen eine höhere Stufenzahl zur Verarbeitung gleichen Gefälles erhalten müssen als gegenläufige Turbinen. Überdruckturbinen bei denen in der Zeiteinheit nur ein kleiner Rauminhalt des Treibmittels die Schaufeln durchströmt, haben die Eigenschaft, daß die in der Überdruckbeschaufelung — nur diese eignet sich bekanntlich für radial durchströmte Turbinen — auftretenden Spaltverluste einen überragenden Einfluß auf den Wirkungsgrad ausüben. Da die Spaltverluste mindestens dem Spaltquerschnitt proportional sind und der Spaltquerschnitt mindestens dem Spaltdurchmesser, so nehmen beim Übergang von der radialen zur axialen Strömungsrichtung auch die Spaltverluste stark zu, wenn nicht die Ausdehnung des Dampfes die Vergrößerung des Spaltquerschnittes überwiegt. Dies ist aber in der ersten axial durchströmten Stufe noch nicht der Fall, wohl in den folgenden. Besonders nachteilig wirkt sich diese Erscheinung dadurch aus, daß die axial durchströmte Beschaufelung mit Rücksicht auf den Einbau mit einer axialen Teilfuge ausgeführt wird. Bekanntlich neigen axial geteilte Körper, wenn sie wechselnder Erwärmung unterworfen werden, stets dazu, von der Ringform vorübergehend abzuweichen. Solche vorübergehenden Abweichungen genügen jedoch, um feine Dichtungsspitzen abzunutzen und so die Dichtungsspalte und damit die Spalt-Verluste erheblich zu vergrößern.

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß der spezifische Aufbau einer radial duchströmten Turbine die Möglichkeit bietet, die zuerst axial beaufschlagte Leitschaufelreihe als ungeteilten Ring auszuführen, daß weiterhin hierdurch die oben geschilderten Nachteile zu

einem großen Teil beseitigt werden können. Erfindungsgemäß wird deshalb der zuerst axial durchströmte Leitschaufelkranz als geschlossener Ring ohne axiale Teilfuge ausgeführt, wobei der Ein- und Ausbau in axialer Richtung erfolgt. Dieser Ein- und Ausbau wird dadurch besonders erleichtert, daß der betreffende Leitschaufelkranz mit den unmittelbar vorgeschalteten, radial durchströmten Leitschaufelkränzen derart zu einem zusammenhängenden, axial ein- und auszubauenden Körper verbunden ist, daß dieser mit nur einem Flansch gegen die übrigen ruhenden Teile abgestützt zu werden braucht. Die Erfindung beruht weiter auf der Erkenntnis, daß, nachdem zur ungeteilten Ausführung der zuerst axial durchströmten Leitschaufelreihe übergegangen ist, eine weitere sprunghafte Verkleinerung des Spaltverlustes dieser Schaufelreihe möglich ist. Sie sieht zu diesem Zwecke in dem Raum zwischen Fußdurchmesser der axial durchströmten Beschaufelung und letztem Austrittsdurchmesser der radial durchströmten Beschaufelung eine Abdichtung mittels einer Vielzahl von radial umlagerten, axial ineinanderschiebbaren Labyrinthspalten zwecks Verminderung der Undichtigkeitsverluste vor. Hiermit wird eine solche Abdichtung erreicht, daß es möglich wird, die Undichtigkeitsverluste der zugehörigen Laufschaufelreihe, deren Verhältnisse auch noch nicht günstig sind, durch Verminderung des ihr zugeteilten und in ihr zu verarbeitenden Gefälles herabzusetzen. Hiermit fällt nämlich der Druckunterschied hinter und vor der Laufschaufelreihe und damit die Geschwindigkeit, mit der der Leckdampf durch den Spalt gedrückt wird. Naturgemäß muß das in der Leitschaufelreihe zu verarbeitende Gefalle entsprechend vergrößert werden. Infolge der nunmehr äußerst wirksamen Abdichtung dieser Stufe steigt aber selbst bei erhöhtem Druckunterschied vor und hinter der Leitschaufel der Spaltverlust nicht nachteilig an. Der ruhende Teil der radial umlagerten Abdichtung bildet hierbei vorteilhaft eine Verlängerung des Kopfringes der Leitschaufelreihe, wobei beide zusammen zweckmäßig eine L-förmige Gestalt besitzen. Der umlaufende Teil der Abdichtung wird am besten an einem die radial durchströmte Beschaufelung stützenden Maschinenteil befestigt, wobei die Abstützung wärmebeweg-Hch auszuführen ist. Dies ist deshalb wesentlich, da die wärmebeweglichen Teile der radial durchströmten Schaufelgruppe selbst allen Wärmeschwankungen sofort folgen; die wärmebewegliche Verbindung wird infolgedessen nur gering beansprucht. Gegenüber dem wärmeträgen Rad, das die axial durchströmte Beschaufelung trägt, würden dagegen erhebliche Durchmesserunterschiede auftreten können, die die wärmebewegliche Verbindung hoch beanspruchen müßten.

Die Abbildung gibt einen senkrechten Schnitt durch den entsprechenden Teil einer nach der Erfindung ausgebildeten Dampfturbine wieder. 1 ist der umlaufende Teil der radial durchströmten Beschaufelung und stützt die Laufschaufeln 2 und die Kopf ringe 3. 4 ist der ruhende Teil der gleichen Beschaufelung und stützt die Leitschaufeln 5 und die Kopfringe 6. Von der unmittelbar nachgeschalteten axial durchströmten Beschaufelung wird zuerst die Leitschaufelreihe 7 beaufschlagt. Diese ist befestigt in dem geschlossenen, ungeteilten Ring 8, an welchem die Scheibe 4 mittels des dünnen, elastischen Ansatzes 9 festgewalzt ist. Die Laufschaufeln 10 der axial durchströmten Beschaufelung werden von dem Rad 11 getragen. Nur die restlichen Leitschaufeln 12 sind an einem Körper mit axialer Teilfuge befestigt, nämlich an dem zweiteiligen Ringkörper 13. Man sieht sofort, daß sich die einteilige Ausführung des Schaufelringes 8 ohne Erschwerung des Zusammenbaues ermöglichen läßt. Da Ring 8 mit der Scheibe 4, welche stets in axialer Richtung ein- und ausgebaut werden muß, zusammenhängt, so ergibt sich für ihn die axiale Ein- und Ausbaumöglichkeit von selbst. Ring 8 und Scheibe 4 werden beide vom Deckel 14 mittels des Flansches 15 in einfacher Weise gehalten.

Die Abdichtung der Spalte am freien Ende der Schaufeln in der axial durchströmten Beschaufelung geschieht durch feine Spitzen 16, welche an den Kopf ringen vorgesehen sind. Feine Spitzen werden gewählt, damit man die Spalte möglichst klein halten kann und doch nicht befürchten braucht, daß bei eintretendem Streifen Beschädigungen von Maschinenteilen vorkommen. Auf Grund der einteiligen Ausführung des Ringes 8 werden Verziehungen dieses Ringes vermieden. Die gewählten oder die sich durch Abnutzung einstellenden Spiele werden also klein sein können. Um die Spaltverluste der besonders kurzen ersten Leitschaufelreihe 7 noch weiter wesentlich zu vermindern, ist ihr Kopf ring zu dem ruhenden Teil eines Labyrinthes mit " radial umlagerten Dichtungsstellen 17 ausgebildet, welches mit der an dem Rad 1 befestigten Scheibe 18 in Eingriff steht. Die Abdichtung wird hierdurch so gut, daß der ersten Leitschaufelreihe ein erhöhtes Druckgefälle zugeteilt werden kann, ohne daß die Spaltverluste zu groß werden. Hierdurch wird das Druckgefälle der zugehörigen Laufschaufelreihe und damit ihr Spaltverlust entsprechend vermindert. Da auch dieses in

axialer Richtung auszubauende Labyrinth mit dem gemeinsamen Körper der Teile 4 und 8 über die Schaufeln 7 zusammenhängt, so wird Ein- und Ausbau in keiner Weise erschwert. Wesentlich ist es hierbei noch, daß die Labyrinthscheiben 17 und 18 durch elastische Ansätze 19 und 20 befestigt werden können, so daß sie unabhängig von den Befestigungsstellen allen Änderungen des

to Wärmezustandes und damit der Durchmesser folgen. Für den infolge der Fliehkraft hoch beanspruchten Teil 18 ist es dabei besonders vorteilhaft, die elastische Abstützung gegen das selbst wärmebewegliche Rad 1 vorzuneh-

«5 men, so daß die dünne Verlängerung 20 möglichst geringe Durchmesserunterschiede auszugleichen hat.

Die gezeigte Ausführungsform stellt nur ein Beispiel dar; die Erfindung ist an dieses

so Beispiel in keiner Weise gebunden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Leitvorrichtung für axial durch- «5 strömte Turbinenbeschaufelungen, welchen das aus radial durchströmten Beschaufelungen kleineren Durchmessers austretende Treibmittel unmittelbar zuströmt, dadurch gekennzeichnet, daß der zuerst durchströmte Leitschaufelkranz als geschlossener Ring ohne axiale Teilfuge ausgeführt ist, wobei der Ein- und Ausbau in axialer Richtung erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der zuerst axial durchströmte Leitschaufelkranz mit den unmittelbar vorgeschalteten, radial durchströmten Leitschaufelkränzen derart zu einem zusammenhängenden, axial ein- und auszubauenden Körper verbunden ist, daß dieser mit nur einem Flansch gegen die übrigen ruhenden Teile abgestützt zu werden braucht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zuerst *5 axial durchströmte Leitschaufelkranz mittels einer Vielzahl von radial umlagerten,, axial ineinanderschiebbaren Labyrinthspalten zwecks Verminderung der Undichtigkeitsverluste abgedichtet wird, wobei zweckmäßigerweise die Undichtigkeitsverluste der zugehörigen Laufschaufelreihe durch Verminderung des in ihnen zu verarbeitenden Gefälles ebenfalls herabgesetzt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ruhende Teil der Abdichtung, eine Verlängerung des Kopfringes der zuerst axial durchströmten Schaufelreihe bildet, wobei beide zusammen zweckmäßig eine L~förmige Gestalt besitzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Teil der Abdichtung wärmebeweg-Hch an einem die radial durchströmte Beschaufelung stützenden Maschinenteil befestigt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen