CH218970A - Axial turbine for high temperature working fluids. - Google Patents

Axial turbine for high temperature working fluids.

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CH218970A
CH218970A CH218970DA CH218970A CH 218970 A CH218970 A CH 218970A CH 218970D A CH218970D A CH 218970DA CH 218970 A CH218970 A CH 218970A
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CH
Switzerland
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rotor
housing
axial turbine
blades
building material
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Application number
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German (de)
Inventor
Aktiengesellschaft Gebr Sulzer
Original Assignee
Sulzer Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/16Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
    • F01D11/18Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means using stator or rotor components with predetermined thermal response, e.g. selective insulation, thermal inertia, differential expansion

Description

  

      Agialturbine    für Arbeitsmittel von hoher Temperatur.    Die Erfindung bezieht sich auf eine     Axial-          turbine    für Arbeitsmittel von hoher Tempe  ratur. Nach den einen Vorschlägen wurden  solche     Axialturbinen    so bemessen, dass ohne  Rücksichtnahme auf ein     nachteilhaft    grosses  Schaufelspiel beim Wärmegleichgewicht des       Dauerbetriebszustandes    bei schroffem An  wärmen kein Streifen der Schaufeln zu be  fürchten war.

   Nach den andern Vorschlägen  wurden die     Axialturbinen    so bemessen, dass       beim.    Wärmegleichgewicht des Dauerbetriebs  zustandes das Schaufelspiel auf das notwen  dige     Mindestmass    beschränkt blieb; dann  musste aber eine lange     Anwärmzeit    in Kauf  genommen werden, um beim     Inbetriebsetzen     eine gleichmässige     Erwärmung    der ganzen  Maschine zu erreichen und ein Streifen der  Schaufeln zu verhüten.  



  Gemäss der Erfindung werden der Läufer,  das Gehäuse und die Schaufeln einer Axial  turbine     aus    solchem Werkstoff hergestellt  und so     ausgebildet,    dass einerseits bei rascher       Beaufschlagung    mit Arbeitsmittel von hoher  Temperatur     kein        Streifen        stattfindet    und an  derseits     beimWärmegleichgewicht    des Dauer-         betriebszustandes    das radiale Schaufelspiel  auf das durch die Formungenauigkeiten be  dingte Mass beschränkt bleibt.  



  Zur     Erreichung    des durch die     Erfindung     gesteckten Ziels kann zum Beispiel die Tur  bine so bemessen sein, dass im kalten Zustand  das radiale Schaufelspiel gross genug ist, um  bei plötzlicher     Beaufschlagung    mit Arbeits  mittel von hoher Temperatur ein Streifen der  sich rasch ausdehnenden.     Schaufeln    zu ver  meiden. Ausserdem muss dann dafür gesorgt  sein, dass der Läufer eine grössere spezifische  Wärmedehnung besitzt als das Gehäuse, so  dass im Dauerbetrieb     nur    das     durch    die Form  ungenauigkeiten     bedingte    Schaufelspiel be  stehen bleibt.  



  Die     Erfindung    ist nachstehend an Hand  der Zeichnung, die ein     Ausführungsbeispiel     zeigt, erläutert.     Fig.    1 zeigt einen Teilaus  schnitt aus: einer Turbine;     F'ig.    2 stellt einen       Ausschnitt        zwischen;    den Ebenen 1 und     2,der          Fig.    1 im kalten     Zustand,        Fig.    3 bei Inbe  triebsetzung und     Fig.    4 im     Dauerbetriebszu-          stand    dar.      Der Läufer P dreht um die Achse A und  ist von einem Gehäuse G umgeben.

   Er trägt,  die     Laufschaufelkränze    L, die zwischen den       Leitschauufelkränzen    D des Gehäuses G an  geordnet     sind.    Die Schaufeln<I>L</I> und<I>D</I> und  der Läufer P bestehen aus einem     austeniti-          schen        Chromnickelstahl,        dessen        Wärmedehn-          zahl    19.

       10-6/     C beträgt, das Gehäuse C ist  aus einem nicht     austenitischen    Stahl     reit.    einer       Wärmedehnzahl    von 12     #        10-6/"C    hergestellt.  



  Der Trommeldurchmesser des Läufers P  beträgt 600 mm, die Länge der Schaufel L  zwischen den Ebenen 1 und ? 100 mm     -Lind     der Innendurchmesser des Gehäuses     G    an der  Stelle zwischen den Ebenen 1 und 2 etwas  mehr als 800 mm.  



  Im kalten Zustand     (Fig.    2), das heisst bei  einer Temperatur von etwa<B>290'</B> C     besteht     zwischen der Laufschaufel L und dem Ge  häuse G ein Spiel     S_,    das zu     2.1-l        mm    be  messen ist. Der innere Gehäusedurchmesser  beträgt also genau 804,28 mm.  



  Bei raschem     Inbetriebsetzen        (Fig.    3) der  Turbine mit Arbeitsmittel von hoher Tempe  ratur werden zunächst nur die Schaufeln er  wärmt, sie -wachsen um den Betrag D-,. Das  Spiel  &  des kalten Zustandes vermindert sich  dann auf den Betrag     @@.:.    Wird     angenommen.     dass das Arbeitsmittel die Schaufel auf eine  Temperatur von<B>620'</B> erwärmt, so wächst die  Schaufel L um 1,14 mm. ihre Länge beträgt  also im erhitzten Zustand 101,14 mm. Für  das Spiel     S.,    verbleibt dann noch ein Betrag  von 1,0 mm, der reichlich genügt, um ein  Streifen der Schaufeln am Gehäuse zu ver  hüten.  



  Nach einiger Zeit wird auch     der        Län-          fer    und das Gehäuse mehr und mehr erwärmt.  bis schliesslich alle     Turbinenteile    die Tempe  ratur von 620   C annehmen     (Fi,.;-.    4). Der  Läufer     P    wächst uni den     Betrag-        -#l,    das Ge  häuse um den Betrag     B.    Im Dauerbetriebs  zustand nimmt die Ausdehnung des Läufers  den Wert von     3.42    min und diejenige des     Cle-          häuses    den Wert von 2,88     nim    an.

   Für     daS     Spiel     S,    bleibt noch ein Betrag von 0,46     inin     übrig, der eben genügt, um ein Streifen der  Schaufeln am Gehäuse sicher zu vermeiden.    Bei einer Turbine nach den bekannten  Vorschlägen sind zum Beispiel höchstens die  Schaufeln aus einem     austenitischen    Stahl mit  der     Wärmedehnzahl    von 19 .     10---l/'    C, das  Gehäuse und der Läufer aber aus einem       nichtaustenitischen    Stahl mit einer Wärme  dehnzahl von 12     -10---6/'    C hergestellt.

   Bei  einer raschen Inbetriebsetzung könnte wohl  das     Schaufelspiel    auf einem Betrag von 1 mm  gehalten      -erden.    Bei der     Erwämung    der gan  zen Maschine würde aber das Schaufelspiel  auf den Betrag von<B>1,72</B> mm anwachsen,  was für den Betrieb wesentliche Verluste  herbeiführen würde, so dass der Wirkungs  grad entsprechend fallen müsste. Würde aber  für den     Dauerbetriebszustand    ein kleineres  Spiel vorgesehen, so müsste die Turbine sehr  langsam     angewärmt    werden, um alle Teile  gleichmässig zu erwärmen.



      Agial turbine for high temperature equipment. The invention relates to an axial turbine for working fluid of high tempe temperature. According to one of the proposals, such axial turbines were dimensioned in such a way that no streaking of the blades was to be feared without taking into account a disadvantageously large blade clearance in the thermal equilibrium of the continuous operating state with abrupt warming on.

   According to the other proposals, the axial turbines were dimensioned so that the. Thermal equilibrium of continuous operation, the blade clearance remained limited to the necessary minimum; But then a long warm-up time had to be accepted in order to achieve an even warming of the entire machine when starting up and to prevent the blades from streaking.



  According to the invention, the rotor, the housing and the blades of an axial turbine are made of such a material and designed in such a way that, on the one hand, no streaking occurs when the working medium is rapidly exposed to high temperatures and, on the other hand, the radial blade play on the through the dimensional inaccuracies are limited.



  To achieve the goal set by the invention, for example, the turbine can be dimensioned so that in the cold state the radial blade clearance is large enough to produce a strip of rapidly expanding when suddenly exposed to high temperature working media. Avoid shovels. In addition, it must then be ensured that the rotor has a greater specific thermal expansion than the housing, so that in continuous operation only the blade clearance caused by the inaccuracy of the shape remains.



  The invention is explained below with reference to the drawing, which shows an embodiment. Fig. 1 shows a part of: a turbine; F'ig. 2 shows a section between; levels 1 and 2, FIG. 1 in the cold state, FIG. 3 when it is put into operation and FIG. 4 in the continuous operating state. The rotor P rotates around the axis A and is surrounded by a housing G.

   He wears the rotor blade rings L, which are arranged between the guide vane rings D of the housing G to. The blades <I> L </I> and <I> D </I> and the rotor P consist of an austenitic chrome-nickel steel with a thermal expansion coefficient of 19.

       10-6 / C, the housing C is made of a non-austenitic steel. with a thermal expansion coefficient of 12 # 10-6 / "C.



  The drum diameter of the rotor P is 600 mm, the length of the blade L between levels 1 and? 100 mm -Lind the inside diameter of the housing G at the point between levels 1 and 2 a little more than 800 mm.



  In the cold state (FIG. 2), that is to say at a temperature of about 290 ° C, there is a play S_ between the rotor blade L and the housing G, which is to be 2.1-1 mm. The inner case diameter is exactly 804.28 mm.



  With rapid start-up (Fig. 3) of the turbine with working fluid of high tempe temperature, only the blades are initially warmed, they grow by the amount D-. The game & of the cold state is then reduced to the amount @@.:. It is assumed. that the working medium heats the blade to a temperature of <B> 620 '</B>, the blade L grows by 1.14 mm. their length is therefore 101.14 mm in the heated state. For the game S., an amount of 1.0 mm remains, which is ample enough to prevent the blades from streaking on the housing.



  After a while, the lander and the housing will also heat up more and more. until finally all turbine parts reach the temperature of 620 C (Fi,.; -. 4). The rotor P increases by the amount - # 1, the housing by the amount B. In continuous operation, the expansion of the rotor is 3.42 min and that of the housing is 2.88 nm.

   For the clearance S, an amount of 0.46 inin remains, which is just enough to reliably prevent the blades from touching the housing. In the case of a turbine according to the known proposals, for example, at most the blades are made of an austenitic steel with a thermal expansion coefficient of 19. 10 --- 1 / 'C, but the housing and the rotor are made of a non-austenitic steel with a thermal expansion coefficient of 12 -10 --- 6 /' C.

   With a quick start-up, the blade clearance could be kept at an amount of 1 mm. When heating the entire machine, however, the blade clearance would increase to an amount of <B> 1.72 </B> mm, which would cause significant losses for operation, so that the degree of efficiency would have to fall accordingly. If, however, a smaller clearance were provided for the continuous operating state, the turbine would have to be heated very slowly in order to heat all parts evenly.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Axialturbine für heisse Arbeitsmittel, da durch gekennzeichnet, dass der Läufer, das Gehäuse und die Schaufeln aus solchenWerk- stoffen hergestellt und so ausgebildet sind, dass einerseits bei rascher Beaufschlagung mit Arbeitsmittel von hoher Temperatur kein Streifen stattfindet und anderseits beim 'N,#'ärinegleichgewicht des Dauerbetriebszu- standes das radiale Schaufelspiel auf das durch die Formungenauigkeiten bedingte Mass beschränkt bleibt. PATENT CLAIM: Axial turbine for hot working fluids, characterized in that the rotor, the housing and the blades are made of such materials and designed in such a way that, on the one hand, no streaking occurs when the working fluid is quickly exposed to high temperatures and, on the other hand, when the 'N, # In the equilibrium of the continuous operating state, the radial blade clearance remains limited to the amount caused by the inaccuracies in shape. UN TERANSPRüCHE 1. Axialturbine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Läufer aus einem Baustoff hergestellt ist, der eine grö ssere Wärmedelinziffer aufweist als der Bau stoff des Gehäuses. 2. Axialturbine nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Turbinen schaufeln aus einem Baustoff hergestellt sind, dessen Wärmedehnziffer ungefähr gleich gross ist wie die Wärmedelinziffer des Läufers. UN TERCLAIMS 1. Axial turbine according to patent claim, characterized in that the rotor is made of a building material that has a greater heat median factor than the building material of the housing. 2. Axial turbine according to claim, characterized in that the turbine blades are made of a building material whose thermal expansion coefficient is approximately the same as the thermal coefficient of the rotor.
CH218970D 1941-01-10 1941-01-10 Axial turbine for high temperature working fluids. CH218970A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005024186A1 (en) * 2003-09-03 2005-03-17 General Electric Company Expanding sealing strips for steam turbines

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005024186A1 (en) * 2003-09-03 2005-03-17 General Electric Company Expanding sealing strips for steam turbines
US6896482B2 (en) 2003-09-03 2005-05-24 General Electric Company Expanding sealing strips for steam turbines

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