Turbine für elastische Treibmittel. Die Erfindung betrifft eine Turbine für elastische Treibmittel und bezweckt die be kannte Schwierigkeit zu überwinden, dass die Schaufelräder oder Teile derselben beträcht liehen Vibrationsbeanspru.chungen ausgesetzt sind, wenn die Periode von einer ihrer natür lichen Schwingungen gleich oder nahezu gleich ist der Periode oder einem Vielfachen der Impulse die durch die Schaufeln in der vorangehenden Reibe hervorgerufen wurden.
Das an :den Schaufeln austretende elastische Treibmittel bildet keinen gleichmässigen Strom, da die Schaufeln den Treibmittel strom in IÄTirklichkeit in eine bestimmte An zahl von Teilströmen unterteilen. Überdies ist die Geschwindigkeit des zum Beispiel gasförmigen Treibmittels entlang der Schau felwände nicht die gleiche wie iin Innern des von zwei benachbarten Schaufeln gebil deten Kanals. Das Kraftmoment ist daher an den innern Flächen der Schaufelkanäle gröber, und kleiner an den Teilen des .Kanals nahe den Oberflächen der Schaufeln.
Die Veränderung dieser Kraft entlang einer Schaufelteilung bildet einen Kreis und die ser Kreis wiederholt sich in jeder folgenden Schaufelstufe.
Bei einer laufenden Turbine ist min destens ein Teil einer Reihe von Schaufeln feststehend während die folgende Reihe rotiert. Es können sich auch die zwei fol genden Reihen in entgegengesetzten Rich tungen -drehen. In jedem Fall ist es klar, dass jede Schaufel einer Schaufelreihe nach einander an den Schaufeln der vorangehen den finit ihr zusammenarbeitenden Schaufel reihe vorbeigeht und daher den oben be schriebenen periodischen Druckschwankun gen -des elastischen Treibmittels ausgesetzt ist, die infolge Überlagerung über die Ei genschwingung der Schaufeln beträchtliche Vibrationsbeanspruchungen zur Folge haben können, Der Erfinder hat entdeckt,
dass :die :durch das elastische Treibmittel verursachte Kraft schwankung von :den Schaufeln ausgeht und von der Form, Grösse und der Feinheit der Oberfläche der Schaufeln, vom Charakter des elastischen Treibmittels und seiner Mittelge schwindigkeit abhängig ist.
Weiter hat der Erfinder auch entdeckt, :dass die Grösse der Kraftschwankung abhängig ist von der vom elastischen Treibmittel an die Schaufeln über tragenen Kraft und- am grössten am Schaufel austrittsrand ist und abnimmt entlang :dem Weg des elastischen Treibmittels, in dem Masse, wie sie sich vom Austrittsrand der Schaufel entfernt, bis zu einer gewissen Ent fernung, bei der diese Kraftveränderung praktisch verschwindet:
In dieser Entfer nung vom Austrittsrand ist der Strom des elastischen Treibmittels praktisch gleich mässig, und wenn er dann auf die folgende Reihe von Schaufeln stösst, verursacht er in diesen Schaufeln oder :dem Schaufelrad wie der Schwingungen. Um nun gefährliche Schaufel- oder Scheibenschwingungen zu ver hindern, ist es nötig, die beiden Reihen so weit auseinander anzuordnen, dass :die durch das elastische Treibmittel erzeugten Schwin gungen, die von einer Schaufelreihe ausgehen praktisch verschwinden, bevor :dieses Treib mittel die nachfolgende Schaufelreihe er reicht.
Die Erfindung betrifft nun eine Turbine für elastische Treibmittel, welche ein .Paar zusammenarbeitende Schaufelreihen auf weist, welche -das elastische Treibmittel nach einander durchfliesst. Gemäss .der Erfindung ist die zweite der genannten Schaufelreihen durch einen so grossen Zwischenraum von .der ersten der genannten Reihen getrennt, dass die Geschwindigkeitsunterschiede der Treibmittelteile sich in diesem Zwischenraum annähernd ausgleichen können und von Punkt:
zu Punkt in einer geraden Linie der Ab- wicklung an der Oberfläche vor der zweiten Schaufelreihe geringer sind, als :die Ge- c gkeitsänderungen von Punkt zu <I>s</I> 'hwindi, Punkt in der geraden Linie der Abwicklung am Austritt aus der ersten Schaufelreihe, zum Zwecke, die :durch das elastische Treib mittel beim Durchströmen der zweiten Schaufelreihe hervorgerufenen cyclisehen Kräfte zu verkleinern.
Der Zwischenraum zwischen den Schau felreihen soll so gross sein, dass die vorstehend beschriebenen, durch das aus den einen Schaufeln austretende elastische Treibmittel erzeugten Schwingungen derart verkleinert werden, dass in den folgenden Schaufeln keine gefährlichen Schwingungen entstehen können.
Die Entfernung zwischen den zwei Reihen hängt von verschiedenen Faktoren ab, neben schon erwähnten, zum Beispiel auch vom Winkel zwischen, der Richtung der Re- lativgeschwindigkeit ides elastischen Treib mittels und der Richtung der Umfangsge schwindigkeit :des Schaufelrades in einem bestimmten Punkt.
Eine gemäss der Erfin dung ausgebildete Turbine ist in einem Fall zur Ausführung gekommen, wobei die beiden zusammenwirkenden Schaufelreihen derart angeordnet waren, dass die Austrittskanten der Schaufeln der einen Partie nicht weniger als '/g" von .den Einlasskanten der Schau feln der nachfolgenden, mit ihr zusammen arbeitenden Reihe entfernt waijen. Diese Entfernung ist gegenüber der bisher üblichen wesentlich grösser.
Gewöhnlich wird diese Entfernung möglichst schmal gemacht, um ein Leckwerden und Spaltverluste zu vermin dern.
Ausserdem können Mittel zur Führung des elastischen Treibmittels vorgesehen sein, durch welche seitliches Lecken zum Beispiel von Dampf und Spaltverluste während seines Durchganges von einer @Schaufelreilie zii der nächsten auf ein Minimum herabgesetzt wer den.
Diese Führungsmittel können die Fort setzung der zusammen mit den Schaufel wänden den Schaufelkanal bildenden Wände bilden. :Solche Führungen können an der einen oder der andern Schaufelreihe vorge sehen sein, oder ein Teil derselben -kann au der einen Reihe, und der andere Teil an der andern Reihe vorgesehen sein, oder sie kön nen durch das Turbinengehäuse gebildet oder an demselben angebracht sein.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der jenigen Teile des Erfindungsgegenstandes, auf die sich die Erfindung bezieht, sind in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen. die Fig. 1 .bis 6 verschiedene Ausführungen, von Achsialturbinenscheiben im Schnitt;
die Fig. 7 bis 12 verschiedene Ausführungen von Trommelturbinenrädern; die Fig. 13 und 14 zeigen die Anwendung der Erfindung auf Schaufelräder von Radial turbinen, wobei Fig. 14 einen Schnitt nach der Linie A--A der Fig. 13 darstellt.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 @dargestell- ten Beispiel, wobei die Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 darstellt, ist die Scheidewand 1 mit einer Reihe von Schaufeln 2. versehen. Das Arbeitsmedium der Turbine expandiert beim Durchgang awi- schen den Schaufeln, bevor es zwischen den Schaufeln 3 des beweglichen Rades 4 hin durchgeführt wird. Die Schaufeln 3 sind mit dem gebräuchlichen äussern Ring 5 versehen.
Es ist ersichtlich, dass ein wesentlicher Zwi schenraum 6 zwischen den Austrittskanten 7 der Schaufeln 2 und den Eintrittskanten 8 der Schaufeln 3 vorgesehen ist. Wie oben ausgeführt, sind beträchtliche periodische Ge schwindigkeitsunterschiede in dem die Schaufeln. 2 verlassenden Treibmittel, zum Beispiel entlang einer punktierten Linie 9 vorhanden, die sich ausgleichen können, wenn genügend Zeit bis zum Eintritt, angedeutet durch Linie 10, des Treibmittels in die Schaufeln 3 .des nächsten Schaufelkranzes verstreicht.
Daraus ergibt sich, dass man den Abstand zwischen den beiden Schaufelkrän zen so gross machen muss, dass .die Geschwin digkeitsschwankungen des Treibmittels beim Eintritt in den zweiten Schaufelkranz bereits soweit ausgeglichen sind, dass sie keine ge fährlichen Schwingungen in den Schaufeln mehr hervorrufen können. Wie vorgehend festgestellt, ändert sich die erforderliche Breite des Zwischenraumes mit einer Zahl von Faktoren und muss :durch Versuch fest gestellt werden, aber ein Zwischenraum von 8je' bis 'i!2" wird oft. als hinreichend ge funden werden.
Um das Treibmittel zu führen und den Spaltverlust der bewegten Schaufeln zu ver kleinern, ist ein ringförmiger Flansch an der Scheidewand 1 am äussern Umfang oder Schaufeln 2 angebracht und ein entsprechen der Flansch 12 ist am innern Umfant dieser Schaufeln vorgesehen. Der Zwischenraum 1.3 zwischen den Schaufeln 2 und den Flan schen 11 und 12 ist der gebräuchliche.
Bei dem in .den Fig. 3 und 4 gezeigten Beispiel ist an .Stelle des vorgesehenen Zwi schenraumes 6 im Boden, der Scheidewand 1 der äussere Ring 14 verbreitert und eine ent sprechende Verbreiterung 15 des Rades 4 ist am innern Umfang der Schaufeln 3 vor gesehen.
Aus der in :den Fig. 1 und 2 dargestell ten Anordnung geht hervor, dass der Hohl raum 6 ringförmig ist, derart, d.ass das Treib mittel, das die ganten 7 der Schaufeln 2 in tangentialer Richtung in imaginären kon zentrischen Zylinderflächen verlässt, deren Achsen mit der Achse des Hohlraumes zu sammenfallen, auf der äussern Wand des Hohlraumes auftrifft und von der innern Wand des Hohlraumes sieh zu entfernen sucht. Dieser Widerstreit mit ihrer Wan derung kann verursachen, dass der Treib mittelstrom aufgewühlt wird.
Um dies zu vermeiden, werden die Führungen 11 und 12 gleichmässig im Querschnitt kurvenförmig ge staltet, -,vie es in Fig. 5 bei Ila und 12a gezeigt ist.
Bei den in Fig. 7 und 8 dargestellten Rädern einer Trommelturbine sind die fest stehenden Schaufeln 16 in Schlitzen 17 in dem Gehäuse 18 angebracht und die beweg lichen Schaufeln 19 sind in Schlitzen 20 in der Trommel 21 befestigt. Ein wesentlicher Zwischenraum 6 ist zwischen den Schaufel reihen 16 und 19 und dem überstehenden Aussenring 22 der feststehenden Schaufeln<B>16</B> und anderseits dem Innenring 23 am Pak- kung8ring 24 vorgesehen, welche :die Füh rung für den Dampf, der durch den Zwi schenraum 6 geht, bilden.
Bei einer andern Ausführungsform, die in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist, ist das Treibmittel in dem Zwischenraum 6 durch einen über die Schaufeln 16 vorstehenden Aussenring 22 und einen ringförmigen Flansch 25 des Gehäuses 18 geführt, wäh rend bei dem in Fig. 11 und 12 .dargestell ten Beispiel .der über -die .Schaufeln 19 vor stehende Aussenring 24 und der kreisförmige Flansch 27 der Trommel 21 die Führung für den Dampf durch .den Raum 6 bilden.
Entsprechende Flanschen 32 sind an,den Endringen 33 der Schaufeln 29 vorgesehen, um den Zwischenraum zwischen dem Schau felkranz 29 und einem nicht gezeichneten weiteren, äussern bewegten Schaufelkranz zu überbrücken.