CH249229A - Verfahren zum Betreiben von mit gasförmigem Arbeitsmittel arbeitenden Strömungsmaschinen und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens. - Google Patents

Verfahren zum Betreiben von mit gasförmigem Arbeitsmittel arbeitenden Strömungsmaschinen und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

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CH249229A
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Jendrassik Georg
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Jendrassik Georg
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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
    • F01D1/00Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/30Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines characterised by having a single rotor operable in either direction of rotation, e.g. by reversing of blades
    • 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
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line

Description


  Verfahren zum Betreiben von mit gasförmigem Arbeitsmittel arbeitenden  Strömungsmaschinen und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens.    Auf dem Gebiet von mit gasförmigem  Arbeitsmittel arbeitenden Strömungsmaschi  nen, wie Verdichtern, Turbinen (insbesondere  Gasturbinen), und von aus     solchen    Maschinen  bestehenden Anlagen erscheint es, nach neue  ren und in ihren Einzelheiten nicht in den  Rahmen der vorliegenden Erfindung gehören  den Erkenntnissen, technisch und wirtschaft  lich aus mehreren Gesichtspunkten     wün-          ssehenswert,

      das     Arbeitsmittel    durch die in       ungeänderter        Drehrichtung    umlaufende Ma  schine im Betrieb abwechselnd in einander  entgegengesetzten     Durchströmungsrichtungen     durchlassen zu können.

   Eine solche Strö  mungsmaschine kann je nach ihrer Ausfüh  rung und je nach der Beschaffenheit der zu  lösenden technischen Aufgabe trotz der wech  selnden     Durchstr'ömungsrichtung    ständig ent  weder als Verdichter oder als Turbine arbei  ten; hiervon abweichend kann jedoch die Ar  beitsweise beispielsweise auch eine derartige  sein,     da.ss    die Maschine in der einen Durch  strömungsrichtung als Verdichter, in der an  dern     Durchströmungsrzchtung    hingegen als  Turbine arbeitet;

   es kann sogar als weitere  beispielsweise Variante auch in Betracht  kommen, die Maschine in der einen Durch  strömungSrichtung wahlweise als Verdichter  oder als Turbine, in der andern     Durchströ-          mungsriehtung    hingegen nur als Turbine zu       betreiben.       Die vorliegende     Erfindung    betrifft ein  Verfahren zum Betreiben von mit gasförmi  gem     Arbeitsmittel        arbeitenden    Strömungs  maschinen, deren Schaufeln in zwei sich rela  tiv zueinander verdrehende Schaufelgruppen       unterteilt    sind.

   Das erfindungsgemässe Ver  fahren     besteht        darin,    dass das     Arbeitsmittel     durch die Maschine, bei unverändertem Dreh  sinn, abwechselnd in einander entgegenge  setzten     Durchströmungsrichtungen    hindurch  gelassen     wird,    und dass mit der Änderung  der     Durchströmungsrichtung    die Schaufeln  wenigstens der einen Schaufelgruppe verstellt  werden.

   Zu diesem Zwecke sind bei der eben  falls     Gegenstand    der Erfindung bildenden       Einrichtung        zum    Ausführen des     Verfahrens     um in der     Längsrichtung    der Schaufeln lie  gende Drehzapfen     verstellbar    gemachte  Schaufeln vorgesehen, die durch eine     Ver-          stellvorrichtung    betätigt werden.

   Wird das       Verfahren        beispielsweise    bei Maschinen an  gewendet, deren Schaufeln mit Arbeitsmitteln  von hoher Temperatur     beaufschlagt    sind, wie  bei Gasturbinen, so ist es zweckmässig, für  die Drehzapfen eine solche Lagerung vorzu  sehen, die infolge ihrer     Schmierba.rkeit        bezw.     Schmierfähigkeit die     Einfressungsfreiheit    der  Zapfen bei guter Dichtungsfähigkeit sichert.  



  Das Verfahren nach der Erfindung kann  bei Strömungsmaschinen angewendet werden,  welche vom Arbeitsmittel entweder in der      axialen oder in der radialen Richtung oder  in einer zwischen diesen beiden Haupt  richtungen liegenden Richtung durchströmt  werden. Die     Strömungsmaschine    kann eine  stillstehende     Schaufelgruppe        (Leitschaufeln)     und eine     umlaufende    Schaufelgruppe (Lauf  schaufeln) besitzen; es kann aber auch  eine     Gegenläufermaschine    in Betracht kom  men, bei der die Schaufeln beider Schaufel  gruppen     ineinander    entgegengesetzten Dreh  richtungen umlaufen.

   Falls die Maschine eine       stillstehende    Schaufelgruppe und eine um  laufende Schaufelgruppe besitzt, können die  Schaufeln     in    beiden Schaufelgruppen ein  stellbar gemacht werden; es genügt jedoch  sowohl in diesem Falle als auch im Falle  der Ausführung mit Gegenläufer, die Schau  feln nur in der einen Schaufelgruppe einstell  bar zu machen.  



  Mit Rücksicht auf eine möglichst ein  fache     Ausbildungsmöglichkeit    der     Verstell-          vorrichtung    für die     Betätigung    der verstell  baren Schaufeln, ist es zweckmässig, nur die  Schaufeln der stillstehenden Schaufelgruppe  (Leitschaufeln) verstellbar zu machen. Eine  solche     Ausführung    ist auch deshalb vorzu  ziehen,     weil        dann.    die     verstellbaren    Schaufeln  nicht durch Fliehkräfte beansprucht sind, was  die Schaufelbefestigung vereinfacht.

   Eben  falls vom     Standpunkte    der einfacheren Aus  führbarkeit der     Verstellvorrichtung    ist es  vorteilhaft, das Verfahren bei Maschinen       axialer        Durchströmung    anzuwenden, da in  diesem Falle die Bewegung der verstellbaren  Schaufeln sehr einfach von einer in der     Achs-          richtung    hin- und     herschiebbaren        Stellhülse     aus bewerkstelligt werden kann, die das     Ge-          häusegussstück    der Maschine umgibt,

   und an  deren innern Oberfläche zum Einhängen der  Dreharme der Schaufeln für jeden Schaufel  kranz je eine in der Umfangsrichtung herum  laufende Nut vorgesehen ist.  



  An Hand der Zeichnung, welche     Aus-          führungsbeispiele    der Einrichtung zur Durch  führung des Verfahrens darstellt, wird auch       das        erfindungsgemässe    Verfahren beispiels  weise erläutert.

   Die     Fig.    1 bis 5 zeigen die       Schaufelung    und die Geschwindigkeitsdrei-         ecke    einer     axial    durchströmten Maschine mit  verstellbaren Leitschaufeln, wobei die Ma  schine     in,    der     einen        Durchströmungsrichtung          als    Turbine und in der entgegengesetzten  Richtung als Verdichter arbeitet.

   Die     Fig.    1       und    2 zeigen die Einstellung der     Leitschau-          feln    und das Geschwindigkeitsdiagramm bei  Betrieb als Verdichter; die     Fig.    3 und 4 zei  gen das gleiche bei     Betrieb    als Turbine, wäh  rend     Fig.    5 eine Einstellung der     Leitschaufeln     zeigt, bei der die     Durchströmung        unterbro-          chen    ist.

   Die     Fig.    6 und 7 stellen die     Schau-          felung    mit den zu den zwei     Durchströmungs-          richtungen    gehörenden Einstellungen der     Leit-          schaufeln    dar für eine in beiden     Durchströ-          mungsrichtungen    als Turbine arbeitende Ma  schine. Die     Fig.    8 und 9 zeigen dasselbe, aber  für eine in beiden     Durchströmungsrichtungen     als Verdichter arbeitende Maschine.  



  Es     soll    zunächst die Betriebsweise einer       Maschine    gemäss     Fig.    1-5 untersucht wer  den. Diese Maschine saugt bei entsprechender       Einstellung    der verstellbaren Leitschaufeln       das    Arbeitsmittel bei ihrer einen     Endöff-          nung    an und     verdichtet    es während der       Durchströmung    in der Richtung     ca'    nach der       andern.        Endöffnung    der Maschine zu stufen  weise;

   sie arbeitet daher in diesem Falle als  umlaufender     Verdichter.    Erfolgt die Durch  strömung der Maschine bei entsprechend ge  änderter Einstellung der Leitschaufeln unter  Beibehaltung     des    Drehsinnes des Läufers in     f     der der vorherigen Richtung entgegengesetz  ten     Richtung        ca    ", so entspannt sich das Ar  beitsmittel infolge der andern Schaufelein  stellung während der     Durchströmung    stufen  weise, so dass die     Maschine    in diesem Falle  als Turbine arbeitet.

   Da die     Ausströmungs-          seite    der     Maschine    bei     Betrieb    als Verdichter  dieselbe ist wie bei Betrieb als Turbine in  folge der entgegengesetzt geänderten Durch  strömungsrichtung die     Einströmungsseite    der  Maschine, und dabei an dieser Seite die       Dichte    des gasförmigen Arbeitsmittels in bei  den Fällen grösser ist als an der andern Seite,  ist es zweckmässig, der Maschine verschiedene       Durchströmungs-Endquerschnitte    zu geben,  von welchen der kleinere     Endquerschnitt    bei      Betrieb als Verdichter den     Ausströmungs-          querschnitt,

      bei Betrieb als Turbine hingegen  den     Einströmungsquerschnitt    bildet.  



  In den     Fig.    1, 3 und 5 sind mit den       Tragf    lüg     elprof        ilen    ähnlichem Querschnitt     aus-          gebildete     1 ersichtlich, die an  einer ihrer     ganten    - und zwar auf der der  jeweiligen     Einströmungsseite    zugewendeten       gante    -     abgerundet    sind. Dieser Schaufel  querschnitt     ist    bei umlaufenden     Verdichtern     und Gasturbinen vom Standpunkt der Erzie  lung eines     guten    Wirkungsgrades aus aero  dynamischen Gründen besonders vorteilhaft.

    Schaufeln von derartigem Querschnitt können  abweichend von dem auf der Zeichnung dar  gestellten Beispiel auch für die Laufschau  feln, die     beispielsweise    nicht verstellbar sind,  verwendet werden.  



  Solche schwach gewölbte     Tragflügelpro-          file    sind für Laufschaufeln von Maschinen,  die in der einen     Durchströmungsrichtung    als  Verdichter, in der entgegengesetzten Durch  strömungsrichtung als Turbine betrieben wer  den, besonders geeignet, weil sie gegen wech  selnde     Anströmung,    die bei solcher Be  triebsweise für die nicht verstellbaren Lauf  schaufeln auftritt, weniger empfindlich sind  als die stark gebogenen     Ilakens.chaufeln.    Da  jedoch der Wirkungsgrad bei     Anströmung     der konvexen Rückenseite des Profils nicht  so gut ist wie bei     Anströmung    der konkaven  Bauchseite, ist es,

   um diesen     Unterschied    zu  verringern oder ganz auszugleichen, empfeh  lenswert,     den    nicht verstellbaren Schaufeln  einen     Querschnitt    von möglichst kleiner Wöl  bung zu geben     bezw.    diese ohne Wölbung  auszubilden. Im angenommenen Beispiel wei  sen die mit der Geschwindigkeit     u    umlaufen  den Laufschaufeln 2 die Form     ebener    Platten  auf, und sind unter dem Winkel a geneigt  gegen die     Achsrichtung    eingestellt, so dass in  bezug auf die     Durchströmrichtung    beide  Schaufelseiten eine hinsichtlich ihrer Wir  kung     gleichwertige    Lage einnehmen.  



  Im Falle der beispielsweisen Schaufel  einstellung gemäss     Fig.    1 tritt das Arbeits  mittel bei Betrieb der Maschine als Verdich  ter mit der Geschwindigkeit     c,'    in irgend-    einen     Leitschaufelkranz    ein und verlässt den  selben, ein wenig nach der in der Meridian  ebene der     Maschine    - in der durch die Dreh  achse der Maschine hindurchgehenden Ebene  - liegenden     Durchströmrichtung        c.'    hin ge  lenkt,

   mit der Geschwindigkeit     c2.    Aus die  ser Geschwindigkeit     ez    ergibt sich für den  umlaufenden Schaufelkranz 2 durch     vekto-          rielle        Addition    der Umfangsgeschwindigkeit       u    laut     Fig.    2 die     relative        Eintrittsgeschwin-          digkeit        v,';

      der     Arbeitsmittelstrom    trifft mit  dieser Geschwindigkeit die in bezug auf       Fig.    1 obere Seite der Schaufeln 2 unter einem  bestimmten     Anstellwinkel        ,8'    und strömt  dann, an der ebenen Schaufelfläche entlang       geleitet,    mit der relativen Geschwindigkeit       vz    zum     nächsten        Leitschaufelkranz,

          in    wel  chen er     infolge    der     vektoriellen        Summierung     der     Geschwindigkeiten        v2    und     u    mit der Ge  schwindigkeit     c,'    eintritt.

   E..:     ist    zu bemer  ken, dass dieser     Durehströmungsvorgang    sich  auf denjenigen Fall bezieht, in dem die  Strömung sich von der ebenen     Schaufelfläche     nicht ablöst; im Falle einer Ablösung     ändert     sich die Richtung und Grösse der Geschwin  digkeit     v2'    sowie der Wert des Winkels     ,ü',     d. h. also auch die Gestalt des     Geschwindig-          keitsdiagrammes.     



  Bei Betrieb der Maschine als     Verdichter     ist für die Einstellung der verstellbaren Leit  schaufeln in aus     Fig.    1 ersichtlicher Weise  der Umstand kennzeichnend, dass in der Dreh  richtung des     Läufers        betrachtet    die konkaven  Seiten der     Leitschaufeln,    in der Richtung     ca'     der     Durchströmung    des Arbeitsmittels be  trachtet hingegen die konvexen Seiten der  selben sichtbar sind.

   Wird die Maschine hin  gegen als     Turbine    betrieben, wobei das abge  rundete Ende des     Querschnittes    der     Leit-          schaufeln    laut     Fig.    3 der der vorigen entge  gengesetzten neuen     Durchströmrichtung        ca"     zugewendet ist, so muss das Umstellen der  Schaufeln mit Rücksicht auf die     ungeänderte     Drehrichtung so     bewerkstelligt    werden, dass  in der Richtung der     Umfangsgeschwindigkeit     des Läufers betrachtet die konvexen Seiten  der     Leitschaufeln,

      in der     Durchströmungs-          richtung    c     a"    betrachtet hingegen die konka-           ven    Seiten derselben -sichtbar sind. Bei der       Umstellung        aus    der     Stellung    laut     Fig.    1 in  die     Stellung    gemäss     Fig.    3 erfolgt daher die  Schaufelverdrehung in der Pfeilrichtung 3,  bei Rückkehr aus der     Stellung    laut     Fig.    3 in  die     Stellung    gemäss     Fig.    1 hingegen in der  Pfeilrichtung 4, und zwar geschieht dies,

   wie  auch     aus    der Zeichnung feststellbar ist, auf  solche Weise,     dass,    das abgerundete Ende des  Schaufelquerschnittes aus seiner gegenwärti  gen Stellung in     die    neue Lage entgegen der  der neuen Lage entsprechenden     Durchströ-          mungsrichtung    verdreht wird, wobei das ab  gerundete Ende des Schaufelquerschnittes in  beiden Stellungen auf derselben Seite einer  durch den Drehpunkt des Schaufelquerschnit  tes hindurchgehenden     Meridianebene    5 liegt.

    Bei     derartiger    Umstellung der     Leitschaufeln     ergibt sich bei Betrieb der Maschine als Tur  bine das     Geschwindigkeitsdiagramm    laut       Fig.    4, in welchem     cl"    die Geschwindigkeit  beim     Eintritt    in den     Leitschaufelkranz,        c-"     die     Geschwindigkeit    beim Austritt aus dem  selben ist,

   woraus sich mit     vektorieller        Hin-          zurechnung    der     hinsichtlich    der Grösse und  Richtung als unverändert angenommenen  Umfangsgeschwindigkeit     u    die relative     Ge-          schwindigkeit        v,"    am Eintritt in den umlau  fenden Schaufelkranz unter dem     Anstell-          winkel        ,B"    und für den Fall ablösungsfreier       Strömung    die relative Geschwindigkeit     v2"     am Austritt ergeben.

   In diesem Falle wird  also die in bezug auf     Fig.    3 untere Seite der  plattenförmigen Laufschaufeln vom Arbeits  mittel     beaufschlagt.     



  Die hinsichtlich des     abgerundeten    Endes  des     Schaufelquerschnittes    in der oben     ange-          g-ebenen    Weise     stattfindende    Einstellung der  Schaufeln ist nicht nur für Maschinen mit  axialer     Durchströmung,        sondern    auch für  Maschinen mit radialer     Durchströmung    gül  tig.

   ferner auch dann, wenn die     LeitscUau-          feln    am Ständer fixiert sind und die Läufer  schaufeln einstellbar gemacht werden,     bezw.     wenn eine Maschine mit Gegenläufer verwen  det wird, die auf dem einen ihrer Läufer mit  verstellbaren Schaufeln versehen ist.

   Sind bei  einer Maschine, die in der einen Durchströ-         mungsrichtung    als Verdichter, in der entge  gengesetzten als Turbine arbeitet,     sowohl    die  Schaufeln des Ständers als auch jene des  Läufers,     bezw.    im Falle     einer    Maschine mit  Gegenläufer die     Schaufeln    beider Läufer,  verstellbar ausgeführt, und erfolgt die Ver  stellung in der oben angegebenen Weise, so  ist es möglich, den Schaufeln beider Schaufel  gruppen den vom Standpunkte des Wirkungs  grades vorteilhaftesten     Tragflügelprofilen     ähnlichen     Querschnitt    zu geben;

   die Verwen  dung von     plattenförmigen    Schaufeln ist dann  nicht nötig, da die Schaufeln infolge ihrer  Umstellung in beiden     Durchströmungsrich-          tungen    in allen Schaufelkränzen mit ihrer  konkaven Seite arbeiten     können.    Die Ver  wendung von Schaufeln mit     Tragflügelpro-          filen        ähnlichem        Querschnitt    ist übrigens nur  eine Forderung der Zweckmässigkeit, von der  man ohne grosse Nachteile auch     abweichen     kann.

   So können z.     B.    die verstellbaren Schau  feln an ihren beiden Enden abgeschrägt, oder  den Schaufeln 6 der weiter     unten    beschrie  benen     Fig.    6-7 entsprechend auch ohne  Wölbung ausgeführt sein.  



       Sofern    im Falle der axial durchströmten  Maschine laut den     Fig.    1 und 3 in den nicht  verstellbaren     Laufschaufelkränzen        platten-          förmige    Schaufeln verwendet werden, besitzt       eine    geringe Abweichung der     Einstellung          derselben    von der axialen Richtung keine  grössere Bedeutung, und der Unterschied in  der     Wirkungsweise    zeigt sich eher nur in der  Gestalt der Geschwindigkeitsdreiecke.

   Wenn  aber eine Maschine mit nicht     verstellbaren     Laufschaufeln von plattenförmigem Quer  schnitt oder von sanft     gewölbtem    Tragflügel  profil einmal als Verdichter, das andere Mal  als Turbine arbeiten soll,     so        ist    es mit Rück  sicht auf die wechselnde     Anströmung    dieser  Schaufeln zweckmässig, diese Schaufeln so  einzustellen,

   dass die Profilsehne bei     tragflü-          gelprofilähnlichen    Schaufeln     bezw.    die ge  rade Begrenzungslinie des Schaufelquerschnit  tes selbst bei plattenförmigen Schaufeln mit  der in der     Meridianebene    liegenden Durch  strömungsrichtung einen Winkel von höch  stens 30      bildet.         Solche     plattenförmige        Läuferschaufeln     werden     neben    der angegebenen Einstellung,  durch welche die Schaufeln für beide Durch  strömungsrichtungen eine praktisch gleich  wertige Lage erhalten,

   mit Rücksicht auf die  veränderliche     Anströmung    an ihren beiden  Schaufelkanten in gleicher     Weis    ausgebil  det, z.     B.        zugeschärft    oder zweckmässiger ab  gerundet.     Fig.    1, 3 und 5 zeigen an ihren  Querschnittsender bereits auf diese Weise  übereinstimmend geformte, abgerundete,     plat-          tenförmige    Läuferschaufeln.  



  Den     plattenförmigen    Schaufeln ähnlich  ohne Wölbung ausgeführte, jedoch nur an  einem Ende ihres     Querschnittes        abgerundete     und am andern Ende ihres Querschnittes zu     -          geschärfte    Schaufeln sind bei den beispiels  weise axial durchströmten     Ausführungen    ge  mäss     Fig.    6-7     bezw.    8-9 für die Leit  schaufeln verwendet. Die Schaufelanordnung  ist jedoch in diesen beiden Beispielen so, dass  in beiden     Durchströmungsrichtungen    die Ar  beitsweise der     Maschine    dieselbe ist.

   Diese  Anordnungen weichen ferner von der An  ordnung laut     Fig.    1-5 auch darin ab, dass  die     verstellbaren    Leitschaufeln 6 ohne Wöl  bung hergestellt sind,     während    die nichtver  stellbaren Läuferschaufeln 7 gewölbt sind.

    Der Querschnitt der mit Drehgeschwindigkeit       u    umlaufenden Schaufeln sowie auch ihre  Wölbung sind auf die Mittelebene 8 des um  laufenden Schaufelkranzes bezogen am zweck  mässigsten     eymmetrisch;    dementsprechend  sind in diesem Falle beide Enden des Schau  felquerschnittes     zugeschärft,    damit das aus       entgegengesetzten    Richtungen durchströ  mende Arbeitsmittel die nichtverstellbaren  Laufschaufeln mit Rücksicht auf die nur       einartige    Arbeitsweise immer richtig     beauf-          schlagen    kann.

   Für Turbinenbetrieb ist die  auf die Läuferschaufeln bezogene relative  Lage der verstellbaren Leitschaufeln im Falle  von links nach rechts - in der Richtung     cä     -     erfolgender        Durchströmung    in     Fig.    6, im  Falle von rechts nach links - in     Richtung          cä'    -     erfolgender        Durchströmung    hingegen  in     Fig.    7 gezeigt;

   aus diesen Figuren geht  hervor,     dass    die Umstellung der     verstellbaren       Leitschaufeln von der einen     Durchströmungs-          richtung    auf die andere in der gleichen  Weise erfolgt wie bei der Anordnung nach       Fig.    1 bis 5, nämlich durch Verdrehung des       abgerundeten    Endes des Schaufelquerschnit  tes entgegen der     Durchströmungsrichtung,     wobei das abgerundete     Schaufelende    in bei  den Stellungen auf derselben Seite der durch  den Drehpunkt des Querschnittes hindurch  gehenden     Meridianebene    5 liegt.

      Die     Ausbildung    der verstellbaren     Leit-          schaufelnohne    Wölbung- im übrigen jedoch  ebenfalls in einer den     Tragflügelprofilen    ähn  lichen Weise - ist für diesen Spezialfall  deshalb zweckmässig;

   da, wie dies aus der  Zeichnung ersichtlich ist, im Falle der Um  schaltung der     Durchströmungsrichtung    die  Saug- und die Druckseiten sieh an diesen  Schaufeln vertauschen, so dass bei der einen  oder andern     Durchströmungsrichtung    jede der       Schaufelseiten    zur Druckseite     wird.    Falls in  der einen der     Durchströmungsrichtungen    die  Wirkungsweise der Maschine im Vergleich  m it der Wirkungsweise in der andern Durch  strömungsrichtung von geringerer Bedeutung  ist, so kann     mann    den Wirkungsgrad dieser  Wirkungsweise zugunsten der Wirkungs  weise in der andern Richtung auch verschlech  tern,

   indem     mann    den verstellbaren Schau  feln 6 (genau so wie im Falle der Ausfüh  rung laut     Fig.    1 und     ä    die     nichtverstellbaren     Schaufeln 2) eine geringe Wölbung gibt, und  zwar so, dass hierdurch die konkave Schaufel  seite für jene     Durchströmungsrichtung    zur  Druckseite     wird,    die hinsichtlich der ihr zu  geordneten Wirkung die. grössere Wichtig  keit besitzt.

      Auf Grund des Obergesagten ist die       Durchströmung    durch die Schaufelkränze bei  der Anordnung nach     Fig.    6 und 7 nunmehr  auch ohne Geschwindigkeitsdiagramme un  mittelbar verständlich; ebenso klar ist dann  auch die für eine in beiden     Durchströmungs-          richtungen    als Verdichter arbeitende     Ma-          schine        entsprechende    Schaufelanordnung ge  mäss     Fig.    8-9     sowie    die aus der Zeichnung  ersichtliche Art der     Schaufelverstellung.         Die     Verstellbarkeit    der Schaufeln kann  natürlich auch in den 

  Ausführungsbeispielen  nach     Fig.    6-9 in der Weise vertauscht wer  den, dass, im Gegensatz zur Darstellung auf  der Zeichnung, die Schaufeln 7     stillstehen    und  die     Schaufeln    6 in einem der Drehrichtung     u          entgegengesetzten        Sinne    umlaufen; es ist je  doch auch in diesem Falle zweckmässiger, wenn  die stillstehenden Schaufeln     verstellbar    ange  ordnet werden. Die     ganten    der Schaufeln 7  können auch abgerundet werden, und diese  Schaufeln können im Grenzfalle auch     plat-          tenförmig    sein.

   In diesem Falle     ,lässt    sich die       Maschine    in beiden     Durchströmungsrichtun-          gen    nach     Belieben    als Verdichter oder als  Turbine verwenden.  



  Die     Arbeitsweise    der Maschine nach       Fig.    6-7 als Turbine bei sich abwechselnd  in das Entgegengesetzte ändernder Durch  strömungsrichtung kann z. B. dann in Be  tracht kommen,     wenn    für die Maschine in  von der eigenartigen Ausführung des Be  triebes     abhängiger    Weise aus beiden     Durch-          strömungsrichtungen    Arbeitsmittel zur Ver  fügung steht, das zur Arbeitsleistung ent  spannt werden     kann    und von verschiedenem       Zustand    z. B. von verschiedener Temperatur  sein kann.

   Die auf     Grund    der     Fig.    1-5       ausführlicher        beschriebene        Maschine    von ver  änderlicher Arbeitsweise ist hingegen in erster  Linie geeignet,     einen        Gaeturbinenbetrieb    mit  oder ohne     Wärmeaustauscher        mittels    einer  einzigen     umlaufenden        Maschineneinheit    zu  verwirklichen, wobei neben der Möglichkeit,  eine Maschineneinheit einzusparen, der Um  stand einen weiteren Vorteil bietet,

   dass das  Durchblasen des Schaufelraumes der Maschine  mit     Arbeitsmitteln    von abwechselnd verschie  denen Temperaturen es ermöglicht, die beim  Betrieb als Turbine erhitzten Schaufeln wäh  rend des     hierauffolgenden    Betriebes als Ver  dichter abzukühlen, d. h. die Schaufeln zu  schonen -     und    dieselben     vor    der schädlichen       Wirkung    allzu hoher Temperaturen zu schüt  zen.

   Dieser letztere Vorteil kann jedoch na  türlich - auch im Falle einer     Gasturbinen-          anordnung    nach     Fig.    6-7 bestehen, wenn   wie erwähnt - das Arbeitsmittel in beiden         Durchströmungsrichtungen    verschiedene Tem  peraturen besitzt.  



  Es     kann    wünschenswert sein, während  der     Umschaltung    der     Durchströmungsrich-          tung    den Arbeitsraum der Maschine vorüber  gehend- vollkommen abzusperren.

   Statt der       Verwendung    eines besonders zu betätigenden  Absperrventils kann. dieser Zweck sehr ein  fach dadurch     erreicht    werden, dass das Brei  tenmass --der verstellbaren Schaufeln wenig  stens     m    einem der Schaufelkränze, und zwar       zweckmässig    in dem im kleineren     Endquer-          schnitt    des Arbeitsraumes der Maschine lie  genden Schaufelkranz, so festgesetzt wird, dass  die Schaufeln während ihrer     Verstellung    den       Durchströmungsquenschnitt    des Kranzes prak  tisch vollkommen absperren. Die Schaufeln  können in dieser Absperrstellung vorüber  gehend natürlich auch verbleiben.

   Für die  erste Ausführung ist in     Fig.    5 die Einstel  lung der Leitschaufeln 1 in diese Absperr  stellung dargestellt. Die     Schaufelbreite    ist  gleich der Schaufelteilung gewählt.  



  Die     Drehzapfen    der verstellbaren Schau  feln sind mit Rücksicht auf die bei Arbeits  weise der Maschine als Turbine auftreten  den hohen Temperaturen, zur Beseitigung  der eingangs erwähnten     Einfressungsgefahr,     zweckmässig in nichtmetallischen Lagerfut  tern von selbstschmierender Wirkung ge  lagert, deren Grundstoff am geeignetsten  eine     Kohlensorte        (Bagenlampenkohle,    Bür  stenkohle, Graphit) bildet. Die Lagerfutter  können aus diesen Werkstoffen allein     in    rei  ner Form bestehen; zwecks Steigerung der       selbstschmierenden    Wirkung kann jedoch der  Grundstoff auch z.

   B. mit Speckstein ge  mischt oder mit gewöhnlichem Schmiermittel       getränkt    werden. In einem die wiederholte       Abkühlung    der Schaufeln ermöglichenden  Betrieb ist jedoch die durch Wärme ver  ursachte     Einfressung    der Drehzapfen auch  im Falle einer in üblicher Weise geschmierten  Lagerung von gewöhnlicher Ausführung  kaum zu- befürchten.  



  Das Umschalten der Schaufeln kann in  kontinuierlichem Betrieb am zweckmässigsten  durch einen periodischen Schaltvorgang, am           unmittelbarsten    mittels einer von der Dreh  welle der Maschine aus mechanisch gesteuer  ten     Verstellvorrichtung        bewerkstelligt    wer  den, obwohl je nach Bedarf auch eine von der  Drehung der Maschine unabhängig     gesteuerte     oder überhaupt nicht mechanisch     gesteuerte          Verstellvorrichtung    verwendet werden     kann.  

Claims (1)

  1. PATENTANSPRüCIIE I. Verfahren zum Betreiben von mit gas förmigem Arbeitsmittel arbeitenden Strö- mungsmaschinen, deren Schaufeln in zwei sich relativ zueinander verdrehende Schaufel gruppen unterteilt sind, dadurch gekennzeich net, dass das Arbeitsmittel durch die Maschine, bei unverändertem Drehsinn, abwechselnd in einander entgegengesetzten Durchströmungs- richtungen hindurchgelassen wird, und dass mit der Änderung der Durchströmungsrich- tung die Schaufeln wenigstens der einen Schaufelgruppe verstellt werden.
    II. Einrichtung zur Ausführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, gekennzeich net durch um in der Längsrichtung der Schaufeln liegende Drehzapfen verstellbare Schaufeln, welche durch eine Verstellvorrich- tung betätigt werden. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Schaufeln der art verstellt werden, dass die Maschine in der einen Durchströmungsrichtung als Verdich ter, in der andern Durchströmungsrichtung hingegen als Turbine arbeitet. 2.
    Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Schaufeln der art verstellt werden, dass die Maschine in der einen Durchströmungsrichtung wahlweise als Verdichter oder als Turbine, in der andern Durchströmungsrichtung hingegen nur als Turbine arbeitet. B. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, da3 die Schaufeln der art verstellt werden, dass die Maschine in bei den Durchströmungsrichtungen als Turbine arbeitet. 4.
    Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Schaufeln der art verstellt werden, dass die Maschine in bei den Durchströmungsrichtungen als Verdich ter arbeitet. 5.
    Verfahren nach Patentanspruch I, zum Betreiben von Strömungsmaschinen, deren ver stellbare Schaufeln den Tragflügelprofilen ähnliche Querschnitte besitzen, dadurch ge kennzeichnet, dass die Verstellung der Schau feln mit der Änderung der Durchströmungs- richtung so bewerkstelligt wird, dass das abge rundete Ende des Schaufelquerschnittes aus seiner gegenwärtigen Stellung.
    in seine neue Lage entgegen der der neuen Lage entsprechen den Durchströmungsrichtung verdreht wird, wobei das abgerundete Ende des Schaufelquer schnittes in beiden Stellungen auf derselben Seite einer durch den Drehpunkt des Schau felquerschnittes hindurchgehenden Meridian ebene liegt. 6.
    Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, zum Betreiben -axialer Strö- mungsmaechinen mit einstellbaren Leitschau- feln, deren Querschnitte gewölbte Tragflü- gelprofile besitzen, gekennzeichnet durch eine derartige Verstellung der Leitschaufeln, dass bei derjenigen Durchströmungsrichtung, bei welcher die Maschine als Verdichter ar beitet,
    in der Drehrichtung des Läufers be trachtet die konkaven Seiten der Leitschau- feln, in der Durchströmungsrichtung des Arbeitsmittels betrachtet hingegen die kon vexen Seiten dieser Schaufeln sichtbar sind, bei der entgegengesetzten Durchströmungs- richtung, bei der die Maschine als Turbine arbeitet, die aus den genannten Richtungen sichtbaren Schaufelseiten vertauscht sind. 7. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, gekennzeichnet durch eine von der Drehung der Maschine unabhängig betätigte Verstell vorrichtung. B.
    Einrichtung nach Patentanspruch 1I, gekennzeichnet durch eine von der Drehwelle der Maschine aus mechanisch betätigte Ver- stellvorrichtung. 9. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch verstellbare Leitschau- feln und verstellbare Laufschaufeln. 10.
    Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch verstellbare Leitschau- feln und nicht verstellbare Laufschaufeln. 11. Einrichtung nach Patentanspruch Ii, gekennzeichnet durch verstellbare Laufschau feln und nicht verstellbare Leitschaufeln.
    12. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 10, dadurch gekennzeich net, dass die verstellbaren Leitschaufeln den Tragflügelprofilen ähnliche Querschnitte be sitzen.
    13. Einrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 10, dadurch gekennzeich net, dass die nicht verstellbaren Laufschau feln die Form ebener Platten aufweisen, wel che Schaufeln so eingestellt sind, dass ihre ebene Schaufelfläche mit der in der Meri- dianebene der Maschine liegenden Durchströ- mungsrichtung einen Winkel von höchstens 30 bildet. 14.
    Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 10 und 13, gekenn zeichnet durch an ihren Längskanten abge rundete, plattenförmige Schaufeln. 15. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 10, gekennzeichnet durch ohne Wölbung ausgebildete verstellbare Leit- schaufeln mit den Tragflügelprofilen ähn lichem Querschnitt. 16.
    Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 10 und 15, gekenn zeichnet durch gewölbte und an ihren beiden Längskanten zugeschärfte nicht verstellbare Laufschaufeln. 17. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzapfen der verstellbaren Schaufeln in :aus nicht metallischem selbstschmierendem Werkstoff bestehenden Lagerfuttern gelagert sind.
    18. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelung für axiale Durchströmung ausgebildet ist. 19. Einrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteransprüchen 10 und 12, dadurch ge kennzeichnet, dass der Arbeitsraum der Ma schine Endquerschnitte verschiedener Grösse besitzt.
    20. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Breitenmass der verstellbaren Schaufeln wenigstens in einem Schaufelkranz gleich der Schaufeltei lung gewählt ist, so dass diese Schaufeln in eine den Durchströmungsquerschnitt des Kranzes praktisch lückenlos absperrende Stel lung gebracht werden können. 21.
    Einrichtung nach Pa.tentanspruch II und Unteransprüchen 10, 12, 19 und 20, da durch gekennzeichnet, dass der zur Absper rung dienende Schaufelkranz in dem kleine ren Endquerschnitt des Arbeitsraumes der Maschine angebracht ist.
CH249229D 1943-06-21 1944-06-20 Verfahren zum Betreiben von mit gasförmigem Arbeitsmittel arbeitenden Strömungsmaschinen und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens. CH249229A (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1476907A1 (de) * 1965-12-02 1969-04-03 Snecma Turbomaschine

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DE1476907A1 (de) * 1965-12-02 1969-04-03 Snecma Turbomaschine

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