Beschaufelung für Dampf- und Gasturbinen. Die Erfindung bezweckt, eine Turbinen beschaufelung zu schaffen, die insbesondere für die erste Stufe von raschlaufenden Hoch und Höchstdruckdampf- oder Gasturbinen mit Rücksicht auf hohe Betriebssicherheit bestgeeignet erscheint und ausserdem bei Tur-. binen für verhältnismässig geringere Dampf mengen und Leistungen einen höheren Wir kungsgrad ergibt, als die bisher gebräuch lichen Beschaufelungen.
Zur Lösung dieser Aufgabe macht die vorliegende Erfindung von einer Pelton- beschaufelung in Doppellöffelform mit radia ler äusserer Beaufschlagung Gebrauch, wie sie bereits bei Wasserturbinen und auch bei Dampfturbinen bekannt ist, wie zum Beispiel bei der Riedler-Stumpfturbine oder einem ähnlichen neueren Vorschlag mit einem durch zwei Ringbänder abgedeckten, radial stehen den Doppellöffel. Es wird durch Verwen dung dieser Besehaufelungsart ermöglicht,
das heisse Treibmittel in der Mitte des Turbinengehäuses einzuführen; so dass ein wesentlich -geringerer Wärmefluss durch den Läufer und das Gehäuse nach den Lagern stattfindet, als bei achsialer ssea.ufschla2,-un#@ von einem Ende der Turbine aus.
Dies ist besonders wichtig bei Verwendung von Heiss dampf und hohen Drehzahlen der Turbine, wie sie sich. zwanglä.ufig bei Hochdruck dampf ergeben. Ebenso lässt die Doppelstrom- Peltonbescha.ufelung bei beiderseitiger Nach schaltung einer zweiten Stufe in bequemer Weise geringere Si;ol)fbiichsendrucke erzielen als bei einer Einstromturbine, wodurch einer seits die Betriebssicherheit weiter erhöht und anderseits der Dampfverlust aus den Stopf buchsen vermindert wird.
Die vorerwä unten Peltonbeschaufelungen besitzen jedoch einerseits den Nachteil, dass sie infolge der offenen Taschen, zum Beispiel bei der Riedler-Stumpfturbine, wo sie dach- ziegelartig am Umfang des Laufrades über einanderliegen, einen zu grossen Arbeitsver lust durch Wirbelung bedingen.
Anderseits erfährt sowohl bei der vorgenannten Turbine, als auch bei dem obenerwähnten neueren Vorschlag das Treibmittel vom Austritt aus der Düse bis in die Schaufel im Längsschnitt der Turbine eine plötzliche Umlenkung um <B>90</B> (tangentialer7Eintritt und achsialer Aus tritt), so dass naturgemäss ausserordentlich grosse Verluste in der Schaufel durch Stoss und @Virbelung entstehen.
Diese Nachteile werden bei der vorliegen den Erfindung dadurch beseitigt, dass die von dem. Doppellöffel gebildeten beiden Treibmit- telkanäle nach der Wellenmitte zu in einem spitzen Winkel zur Radebene auseinander gehen und gleichzeitig seitlich derart ge schlossen sind, dass die äussern Seiten der Beschaufelung einen ununterbrochenen Kranz bilden, die Taschen also nicht etwa wie bei Riedler offen sind oder Vorsprünge, wie zum Beispiel Nietköpfe, aufweisen.
Diese Ausführungsart bietet zugleich in bequemer Weise die Möglichkeit, die Deck bänder mit der Schaufel aus einem Stück herzustellen, indem die einzelnen Deckband abschnitte an die Schaufeln angefräst und so geformt sind, dass sie lückenlos ineinander passen.
In der Zeichnun@@ sind in den Abb. 1 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele der Er findung dargestellt.
Abb. 1 zeigt einen Schnitt durch den Radkranz und die Düse; Abb. 2 zeigt die Abwicklung eines Um- fangcschnittes durch die Schaufeln nach der Linie A -A in Abb. 1; Abb. 3 zeigt die Abwicklung eines Um fangsschnittes durch die Schaufeln nach der Linie D-B in Abb. 1; Abb. 4 zeigt eine Seitenansicht in Rich tung des Pfeils Y in Abb. 1;
Abb. 5 zeigt eine Ansicht der Schaufe- lung von oben; Abb. 6 zeigt schematisch im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel einer Doppelstrom turbine mit Peltonbeschaufelung der erden Stufe und beiderseits nachgeschalteten, ach. sial beaufschlagten Laufrädern; Abb. 7 zeigt eine weitere Ausführungs form der neuartigen Beschaufelung im Schnitt durch den Radkranz.
Es bezeichnet in Abb. 1 a die Läufer scheibe,<I>b</I> die Schaufel, c-e und d-d di- Mittelebenen der beiden Treibmittelkanäle. Diese sind hier in einem spitzen Winkel zur Radebene geneigt liegend nach der Wellen mitte zu auseinandergehend angenommen, und zwar so weit, dass die Ausmündung der Kanäle gerade seitlich am Radkranz frei wird.
Eine stärkere Spreizung ermöglicht zwar einen gewissen Abstand der Ausmün- dung vom Radkranz, so dass ein unmittel barer Anschluss von Umlenkungskanälen nach der zweiten Stufe erleichtert wird, bedingt. jedoch eine stärkere seitliche Umlenkung des Strahls beim Austritt aus der Düse e und Eintritt in die Schaufel. Strömungstechnisch wäre zwar eine parallele Lage der beiden Mittelebenen c--c und d-d am günstigsten, ,jedoch bereitet hierbei die Durchführung eines ungehinderten Austrittes aus der Schau fel Schwierigkeiten.
Bei dem gezeichneten Beispiel sind die von je zwei Schaufeln gebildeten beiden Ka näle vom Treibmitteleintritt aus der Düse e an auf einer Teilstrecke infolge des Über schneidens der Mittelebenen c-c und d-d zu einem Fanal vereinigt, während sie später bis zum Austritt getrennt verlaufen. Es bildet sich hierbei auf der Druckseite der Schaufel eine Mittelschneide i, durch welche eine Teilung des Treibmittelstromes erreicht. und begünstig wird.
Der Zweck dieser Aus führung ist, die Wandreibungsverluste mög lichst herabzusetzen gegenüber einer Ausfüh rung, bei der die beiden Treibmittelkanäle bereits von deren Beginn an getrennt verlau fen. Auch wird dadurch die gesamte Schau felbreite und damit die Ventilationsarbeit etwas verringert.
Bei der gezeichneten Ausführung bilden die Druckseiten der Schaufeln Drehflächen, indem dieselben etwa durch einen Fräser f mit bulbartigem Kopf g (in Abb. 3 strich punktiert angedeutet) ausgefräst werden, des sen Achse senkrecht stehend zur Mittelebene der Treibmittelka.näle geführt wird. Durch einen ähnlichen Fräser, also mit bulbartigem Kopf, kann auch die Rückenseite der Schau- fel hergestellt werden, um die vorspringenden Deckbandfortsätze h auszubilden.
Vorteilhaft für die Strömung des Treib mittels ist hierbei, den bulbartigen Kopf des Fräsers an den Ecken gut abzurunden (ge gebenenfalls bis zur völligen Halbkreisform), so dass die Treibmittelkanäle insbesondere auf der Druckseite der Schaufel ausgerunde- ten Querschnitt und daher geringeren Wand reibungswiderstand als bei eckiger Form be sitzen.
Um die Herstellung des Doppellöffels zu erleichtern, kann gegebenenfalls die Schaufel in der Radmittelebene D-D geteilt werden. Bei Verwendung eines quer zur Radebene ste henden Schaufelfusses, wie zum Beispiel eines Sägezahnfusses k., wie er in dem gezeichneten Beispiel angenommen und aus den Abb. 1 und 4 ersichtlich ist, können hierbei die bei den Sehaufelhälften bequem für sich in den Radkranz eingeschoben werden.
Der quer zur Radebene stehende Fuss k ist für die vorliegende Beschaufelungsart auch deshalb besonders geeignet, weil dabei der Radkranz durch die Fliehkraft der Schaufel in der ganzen Breite erfasst wird, daher eine geringere Kranzbreite und Sprei zung der beiden Treibmittelkanäle nach der Wellenmitte zu erforderlich ist, als bei Ver wendung des meist üblichen, längs des Um fanges einzuschiebenden Hammerfusses. Um die Spreizung der Treibmittelkanäle noch weiter herabzumindern, kann gegebenenfalls der Fuss oben auf beiden Seiten gemäss Abb. 1 abgeschrägt werden.
Die in den Abb. 1 und 4 gezeichnete Schaufelbefestigung hat ausserdem den Vor teil, dass das sonst übliche, gerade bei hohen Drehzahlen mit Gefahren verbundene Schloss an der Einführungsstelle der Schaufeln ent fällt, indem im allgemeinen jede Schaufel für sich eingesetzt werden kann.
Zwecks Erzielung eines seitlich geschlos senen, keine Vorsprünge aufweisenden Kran zes sind bei dem gezeichneten Beispiel am Rücken der Schaufeln die bereits erwähnten Fortsätze h (Abb. 3, 4 und 5) angefräst, die in die Höhlung der Seitenwand der dahinter befindlichen Schaufel genau hineinpassen. Nach dem Einsetzen der Schaufeln in den Radkranz können- dann dieselben seitlich überschliffen werden, um den Reibungsver lust möglichst zu verringern.
Bei dem Ausführungsbeispiel einer Dop- "pelstramturbine nach Abb. 6 bezeichnet in das mit vorliegender Peltonbeschaufelung versehene Laufrad der ersten Stufe, dem bei derseits noch je ein Laufrad n (oder mehrere Laufräder) nachgeschaltet ist, um den Druch vor den Stopfbuchsen p möglichst weitgehend herabzusetzen.
Man erkennt, dass für diesen Zweck: die neue Beschaufelungsart, zu deren bereits genanxiten Vorteilen noch der Fortfall eines Achsialschube s kommt, ein sehr zweck mässiges Mittel bildet, um eine derartige Dop pPlstromturbine, insbesondere für Hochdruck heissdampf bis zu den höchsten Temperaturen betriebssicher und mit gutem Wirkungsgrad durchbilden zu können. Denn ein möglichst geringer Wärmefluss nach den Lagern q ist hierbei unerlässliche Vorbedingung.
Die Überleitung des Treibmittels von der ersten nach der zweiten Stufe wird hierbei strömungstechnisch erleichtert, wenn die Durchmesser Di der von den Austrittsöffnun gen aus den Treibmittelkanälen der Pelton- beschaufelnng gebildeten Kreise grösser sind als die mittleren Durchmesser D2 ,jedes nach geschalteten Schaufelkranzes, indem sich da durch sanftere Krümmungen in den Überleit- kanälen d ergeben.
Die nachgeschalteten Laufräder n können in üblicher weise zum Beispiel mit radial stehenden Schaufeln mit achsialer Beauf- schlag;ung beschaufelt sein, ferner können statt Gleichdruckstufen zum Beispiel auch Geschwindigkeitsstufen unter Verwendung von Umkebrsehaufeln nachgeschaltet sein. wobei solche Geschwindigkeitsstufen auch mit dein Peltonrad m unmittelbar verbunden sein können.
Ausser nach dem in den Abb. 1 bis 5 dar gestellten Beispiel kann die vorliegende Pel- tonbeschau.felung auch noch in anderer Weise ausgeführt und mit andern Beschaufelungs- arten vereinigt sein, ohne dass solche andere Formen oder Anordnungen aus dem Rahmen der Erfindung fallen.
So können zum Beispiel auch die Mittel linien c-c und d-d der beiden Treibmittel kanäle gemäss dem Beispiel nach Abb. 7 nach einem gewissen, etwa. von einem ausserhalb liegenden Punkte o ausgehenden Halbmesser gekrümmt sein, um das Treibmittel rascher nach den Seiten abzuleiten oder den Beginn der Treibmittelkanäle genau oder angenähert radial verlaufend ausbilden zu können.
Die Herstellung der Schaufel ist hierbei aller dings etwas schwieriger als nach dem in den Abb. 1 bis 5 dargestellten Beispiel, indem für das Fräsen der Druckseite statt eines Schei- benfräsers etwa ein Kopffräser r mit entspre chend dem Querprofil der Treibmittelkanäle abgerundeten Kopf zu verwenden wäre, der nach einer Schablone gegen die Druckseite der Schaufel zu und dessen Achse zugleich auf dem Kreisbogen um den Mittelpunkt o bewegt wird.