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.
Turbine for elastic propellants. The invention relates to a turbine for elastic propellants and aims to overcome the known difficulty that the impellers or parts thereof are exposed to considerable lent Vibrationsbeanspru.chungen when the period of one of their natural union vibrations is equal to or almost equal to the period or a multiple the impulses generated by the blades in the previous grater.
The elastic propellant escaping from the blades does not form a uniform flow, as the blades actually divide the propellant flow into a certain number of partial flows. In addition, the velocity of the propellant, for example gaseous, along the blade walls is not the same as inside the channel formed by two adjacent blades. The moment of force is therefore coarser on the inner surfaces of the blade channels and smaller on the parts of the channel near the surfaces of the blades.
The change in this force along a blade division forms a circle and this circle is repeated in each subsequent blade stage.
When the turbine is running, at least part of a row of blades is stationary while the following row rotates. The two following rows can also rotate in opposite directions. In any case, it is clear that each blade of a blade row passes the blades of the previous finite row of blades and is therefore exposed to the above-described periodic pressure fluctuations of the elastic propellant, which is due to the superposition of the natural oscillation of the Blades can cause considerable vibration stresses, the inventor has discovered
that: the force fluctuation caused by the elastic propellant emanates from: the blades and depends on the shape, size and fineness of the surface of the blades, on the character of the elastic propellant and its mean speed.
The inventor has also discovered: that the size of the force fluctuation depends on the force transmitted by the elastic propellant to the blades and is greatest at the blade outlet edge and decreases along: the path of the elastic propellant to the extent that it is moves away from the edge of the blade, up to a certain distance at which this change in force practically disappears:
At this distance from the outlet edge, the flow of the elastic propellant is practically even, and when it hits the next row of blades, it causes vibrations in these blades or: the blade wheel. In order to prevent dangerous blade or disk vibrations, it is necessary to arrange the two rows so far apart that: The vibrations generated by the elastic propellant and emanating from one row of blades practically disappear before: this propellant means the following row of blades reached.
The invention now relates to a turbine for elastic propellant, which has a .Paar of cooperating rows of blades, which -the elastic propellant flows through one after the other. According to the invention, the second of the named rows of blades is separated from the first of the named rows by such a large gap that the speed differences of the propellant parts can approximately equalize in this gap and from point:
to point in a straight line of the development on the surface in front of the second row of blades are less than: the changes in nature from point to <I> s </I> 'hwindi, point in the straight line of development at the outlet from the first row of blades, for the purpose of reducing the cyclic forces caused by the elastic propellant when flowing through the second row of blades.
The gap between the rows of blades should be so large that the vibrations described above, generated by the elastic propellant emerging from one of the blades, are reduced in such a way that no dangerous vibrations can arise in the following blades.
The distance between the two rows depends on various factors, besides already mentioned, for example also on the angle between, the direction of the relative speed of the elastic drive means and the direction of the circumferential speed: of the paddle wheel at a certain point.
A turbine designed according to the invention was implemented in one case, the two interacting rows of blades being arranged in such a way that the trailing edges of the blades of one part were not less than '/ g "of the inlet edges of the blades of the following This distance is much greater than what has hitherto been the norm.
Usually this distance is made as narrow as possible in order to reduce leakage and gap losses.
In addition, means for guiding the elastic propellant can be provided, by means of which lateral leakage of, for example, steam and gap losses during its passage from one shovel line to the next, are reduced to a minimum.
These guide means can form the continuation of the walls forming the blade channel together with the blade. Such guides can be provided on one or the other row of blades, or part of the same - can be provided on one row and the other part on the other row, or they can be formed by or attached to the turbine casing .
Various embodiments of those parts of the subject matter of the invention to which the invention relates are shown in the accompanying drawings, namely show. FIGS. 1 to 6 different versions of axial turbine disks in section;
FIGS. 7 to 12 show different designs of drum turbine wheels; 13 and 14 show the application of the invention to blade wheels of radial turbines, FIG. 14 being a section along the line A - A of FIG.
In the example shown in FIGS. 1 and 2, where FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1, the partition wall 1 is provided with a row of blades 2. The working medium of the turbine expands as it passes through the blades before it is passed between the blades 3 of the movable wheel 4. The blades 3 are provided with the customary outer ring 5.
It can be seen that a substantial inter mediate space 6 is provided between the trailing edges 7 of the blades 2 and the leading edges 8 of the blades 3. As stated above, there are considerable periodic speed differences in which the blades. 2 exiting propellant, for example, along a dotted line 9, which can equalize if enough time elapses until the entry, indicated by line 10, of the propellant into the blades 3 .of the next blade ring.
This means that the distance between the two blade rings has to be made so large that the speed fluctuations of the propellant upon entry into the second blade ring are already balanced to such an extent that they can no longer cause dangerous vibrations in the blades. As stated above, the required width of the gap varies with a number of factors and must: be determined by experiment, but a gap of 8je 'to' i! 2 "is often found to be sufficient.
In order to guide the propellant and to reduce the gap loss of the moving blades, an annular flange is attached to the septum 1 on the outer periphery or blades 2 and a corresponding flange 12 is provided on the inner periphery of these blades. The space 1.3 between the blades 2 and the flan's 11 and 12 is the usual one.
In the example shown in .den Fig. 3 and 4 is .Stelle of the intended inter mediate space 6 in the bottom, the partition wall 1, the outer ring 14 widened and a corresponding widening 15 of the wheel 4 is seen on the inner circumference of the blades 3 before .
From the in: Figs. 1 and 2 dargestell th arrangement shows that the cavity 6 is ring-shaped, d.ass the propellant that leaves the giant 7 of the blades 2 in the tangential direction in imaginary concentric cylinder surfaces, the axes of which coincide with the axis of the cavity, impinges on the outer wall of the cavity and seeks to remove it from the inner wall of the cavity. This conflict with their migration can cause the propellant flow to be disturbed.
In order to avoid this, the guides 11 and 12 are uniformly curved in cross-section, - as shown in Fig. 5 at Ila and 12a.
In the case of the wheels of a drum turbine shown in FIGS. 7 and 8, the stationary blades 16 are mounted in slots 17 in the housing 18 and the movable union blades 19 are fixed in slots 20 in the drum 21. A substantial gap 6 is provided between the rows of blades 16 and 19 and the protruding outer ring 22 of the stationary blades and on the other hand the inner ring 23 on the packing ring 24, which: the guide for the steam, the through the inter mediate space 6 goes, form.
In another embodiment, which is shown in FIGS. 9 and 10, the propellant is guided in the space 6 through an outer ring 22 protruding over the blades 16 and an annular flange 25 of the housing 18, while the one in FIG. 11 and 12 .dargestell th example .the outer ring 24 standing in front of the .Sovels 19 and the circular flange 27 of the drum 21 form the guide for the steam through .the space 6.
Corresponding flanges 32 are provided on the end rings 33 of the blades 29 in order to bridge the space between the blade ring 29 and a further, externally moving blade ring, not shown.