CH313647A - Dampf- oder Gasturbine - Google Patents

Description

  Dampf- oder Gasturbine    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf  die Ausbildung von Dampf- oder Gasturbinen  mit nachgeschaltetem     Diffusor.    Die Erfin  dung besteht darin,     dass    die     Leitschaufelung     und die Turbinenwände vor und hinter dem  Laufrad so ausgebildet und gerichtet sind,     dass     das Druckmittel die,     Laufradschaufelang    in  diagonaler Richtung durchströmt, -und der  unmittelbar an die     Laufradschaufelung    an  schliessende     Diffusor    kegelförmige,     auseinan-          derstrebende    Wände aufweist,

   wobei die<B>Ach-</B>  sen beider Kegelflächen mit der Turbinen  achse zusammenfallen.  



  Die Ausbildung kann ferner so getroffen  sein,     dass    die Zuleitung des Druckmittels zur       Laufradschaufelung    aus     einem'ausserhalb    der  selben liegenden Raum durch annähernd  ebene, schief zur Turbinenachse gestellte     Leit-          schaufeln    erfolgt. Die Umlenkung des Druck  mittels in die diagonale     Durchströmrichtung     der     Laufradschaufelung    kann dabei durch die  gebogenen seitlichen Wände des     Leitvorrich-          tungsgehäuses    selbst erfolgen.

   Das mindestens       einkanalige        Druckmittel-Eintrittsgehäuse    kann  radial ausserhalb der     Laufradschaufelung    an  geordnet sein. Die zur     Turbinenaehse    schief  gestellten und annähernd ebenen Leitschaufeln  können bis zum     radigl    ausserhalb der     Laufrad-          sehaufelung    angeordneten     Druckmittel-Ein-          trittsgehäuse    reichen.

   Das Druckmittel kann  in letzterem eine     tangentiale    Strömungsrich  tung besitzen, und die     Leitschaufeln    können so  gerichtet sein,     dass    das Druckmittel ohne Stoss-         verluste    in die     Leitschaufelung    übertritt. Es  wird dann erreicht,     dass    die Zuleitungsrich  tung des Druckmittels im Eintrittsgehäuse  dem     Drelisinn    der Turbine gegenüber eine ent  gegengesetzte ist.  



  An den kegelwandigen     Diffusor    kann sich  ein gebogener     Diffusor,    oder ein gebogenes,       rohrförmiges    Leitungsstück mit annähernd  gleichem     Durchflussquerschnitt    anschliessen.  Das Druckmittel kann nachher in einen wei  teren     geradachsigen        Diffusor    übertreten.

   Die       Laufschaufelung    kann so geformt sein,     dass     das Druckmittel beim Austritt aus derselben  eine axiale Strömungsrichtung einnimmt, oder  auch so,     dass    das Druckmittel bei seinem     Ans-          tritt    aus der     Laufschaufelung    mindestens an  ihrem äussern Umfang eine     tangential        gerieh-          tete        StrÖmungskomponente    aufweist.

   Das     Tur-          bineneintrittsgehäuse    und der     Austritts-          diflusor    können aus einem Stück hergestellt  sein. Bei Turbinen mit bis in die Leitschau  feln getrennter Zuführung der     Druckmittel-          ströme    und entsprechenden Trennwänden im       Turbineneintrittsgehäuse    können auch ent  sprechende Trennwände im nachgeschalteten       Diflusor    angeordnet sein.  



  Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes  bestehen darin,     dass    in einer Stufe grosse  Druckgefälle verarbeitet werden können, und  zwar bei gutem Wirkungsgrad. Gegenüber  axial     beaufschlagten    Turbinen wird der Weg  des Druckmittels in der     Laufradschaufelung     und auch in der     Leitschaufelung    verlängert.      Deshalb entstehen grössere     Krümmungsradien     für die     Druckmittelumlenkungen,    wodurch  sich kleinere     Umlenkverluste    ergeben, oder es  können höhere Gasgeschwindigkeiten ohne zu  grosse Verluste zugelassen werden.

   Bei höheren  Relativgeschwindigkeiten des Druckmittels  werden die     Laufschaufel-Durchgangsquer-          schnitte    kleiner und damit auch     die*Schaufel-          längen,    was bei mit heissen Gasen arbeitenden  Turbinen äusserst wichtig ist. Es können auch  grössere Eintritts-     -Lmdloder    Austrittswinkel  in der     Laufradschaufelung    Anwendung fin  den, was die     Umlenkverluste    ebenfalls ver  kleinert.

   Der     Erlindungsgegenstand    ergibt  auch, insbesondere bei Gasturbinen, den gro  ssen Vorteil,     dass    die Temperaturen des  Druckmittels beim Durchgang durch das  Laufrad tiefer sind, als bei Turbinen ohne  nachgeschalteten     Diffusor.    Eine Ausführung  mit überhängendem Turbinenrad erlaubt eine  zentral     zusammengefasste    Wegführung des  Druckmittels und eine solche Weiterführung  im     Diffusor.    Bei Verwendung von annähernd  ebenen     Leitschaufeln    ergeben sich praktisch.  gar keine     Umlenkverluste    in der Leitvorrich  tung.  



  Wenn die Leitvorrichtung zwischen     Turf          bineneintrittsgehäuse    und Laufrad im     Axial-          schnitt    ungefähr U-förmig ausgebildet und mit  annähernd ebenen und zur Turbinenachse  schief gestellten Schaufeln ausgerüstet ist,       kan        n    erreicht werden,     dass    die Turbine  eine zur     tangentialen        Zuströmungsrichtung     im     Turbineneintrittsgehäuse    entgegengesetzte       Drehriehtung    aufweist.

   Dies kann in gewissen  Fällen, wo eine bestimmte Drehrichtung der  Turbine     und    der von ihr angetriebenen Ma  schine gegenüber der Strömungsrichtung des       Druckinittels    zur Turbine Vorzüge aufweist,  von Vorteil sein.  



  Die Erfindung kann bei einstufigen oder  mehrstufigen Turbinen zur Anwendung ge  langen, wobei bei letzteren jeweils nur die  letzte Stufe so ausgebildet sein kann. Die Er  findung kann sowohl bei beidseitiger Lage  rang der Turbinenräder, aber insbesondere  mit grossem Vorteil bei überhängenden Tur  binenrädern zur Anwendung kommen.         Ausführungsbeispiele    des Erfindungsgegen  standes sind in den beiliegenden Zeichnungen  dargestellt.  



  Gleiche Teile sind mit gleichen Zahlen  bezeichnet.  



       Fig.   <B>1</B> stellt ein erstes Ausführungsbei  spiel im     Axialschnitt,    entsprechend dein Li  nienzug     I-I    von     Fig.    2 dar, und     Fig.    2 ist  eine Ansicht entsprechend dem Linienzug       II-II   <B>von</B>     Fig.        1.     



  Die     Fig.   <B>3,</B> 4 und<B>5</B> zeigen Aussenansichten  von verschiedenen Ausführungsbeispielen von  der     Turbineneintrittsseite    her.  



       Fig.   <B>6</B> stellt einen partiellen     Axialschnitt     durch eine weitere Ausführungsform dar, und       Fig.   <B>7</B> zeigt eine Abwicklung der     Turbinen-          leit-    und     -laufschaufelung,    für eine Turbine  nach     Fig.   <B>6.</B>  



       Fig.   <B>8</B> bis 12 zeigen verschiedene Ausbil  dungen von Leiträdern einer Turbine nach  dem Erfindungsgegenstand im Schnitt und  Ansicht     bzw.    in     axonometrischer    Darstellung.  



  In den     Fig.   <B>1</B> und 2 ist<B>1</B> das     Turbinenrad,     und 2 sind die darauf befestigten Laufschau  feln. Erfindungsgemäss haben diese Lauf  schaufeln 2 eine diagonale     Durchströmrich-          tung,    und zwar erfolgt der Austritt des Ar  beitsmediums auf der zur angetriebenen Ma  schine entgegengesetzten Seite.<B>3</B> ist die     Leit-          vorrichtung,    welche mit Schaufeln 4 ausge  rüstet ist, und<B>5</B> ist das     Turbineneintritts-          gehäuse    mit seinen beispielsweise axial lie  genden Eintrittsstutzen<B>6, 7</B> und<B>8.

   9</B> ist der  dem Laufrad 2 nachgeschaltete     Diffusor,    des  sen Wandungen, das heisst die äussere und die  innere Wandung,     auseinanderstreben    und aus  kegelförmigen Flächen 12 und 14 bestehen,  deren Achsen sich in der     Turbinenaehse    be  finden.<B>10</B> ist ein am     Diffusor   <B>9</B> angeschlos  senes, gebogenes Rohrstück mit annähernd  konstantem Querschnitt und<B>11</B> der     Austritts-          diflusor.    Die innere Begrenzung des     Diffu-          sors   <B>9</B> wird durch den     kegeligen    Körper 12  gebildet,

   welcher<B>/</B> durch Wände<B>13</B> mit der  äussern     Diffusorwand    14 verbunden ist. Wenn  beispielsweise drei unter sich getrennte Tur  bineneintritte<B>6, 7</B> und<B>8,</B> wie gezeichnet, vor  handen sind, so erfolgt der Zutritt des Druck-      mittels zu den Leitschaufeln 4 durch drei spi  ralförmige, unter sich getrennte Räume<B>15, 16,</B>  <B>17.</B> Nach dem Turbinenrad<B>1</B> kann dann eben  falls, wie gezeichnet, eine entsprechende Tren  nung durch drei Wände<B>13</B> erfolgen.

   Diese  Wände<B>13</B> beginnen im     Diflusor   <B>9</B> und kön  nen als Trennwände<B>13'</B> bis zum Ende des       Austrittsdiffusors   <B>11</B> weitergeführt werden, so       dass    die drei     Druckmittelströme    im ganzen  Turbinengehäuse vom Eintritt bis zum Aus  tritt die Turbine getrennt durchströmen. Der       Austrittsdiff-Lisor   <B>11'</B> kann aber auch, wie  strichpunktiert angedeutet, sich direkt und       geradachsig    an den     Diffusor   <B>9</B> hinter dem  Laufrad anschliessen.  



  Im gezeichneten Beispiel treibt die Turbine  ein     Gebläserad   <B>18</B> an, das sein Druckmittel in  ein Sammelgehäuse<B>19</B> fördert. Die Lagerung  des Turbinenrades<B>1</B> sowie des     Gebläserades     <B>18</B> erfolgt mittels eines Lagerträgers 20.  



  In der     Fig.   <B>3</B> ist eine Aussenansicht einer  Turbine nach     Fig.   <B>1</B> dargestellt.<B>6, 7</B> und<B>8</B>  sind die Eintrittsstutzen,<B>15, 16, 17</B> die spi  raligen Zutrittskanäle zu der     Leitvorrichtung,     <B>10</B> ist der Krümmer nach dem ersten     Diffusor     <B>9,</B> und<B>11</B> ist der     Austrittsdiffusor,    der zwi  schen den Stutzen<B>7</B> und<B>8</B> radial nach aussen  hindurchgeführt wird.  



       Fig.    4 ist eine gleiche Ansicht einer Tur  bine nach dem Erfindungsgegenstand mit zwei  axial gerichteten     Druekinitteleintritten   <B>6</B> und  <B>7</B> und zwei Zutrittsspiralen<B>15</B> und<B>16. 10</B> ist  der     Krümmer    und<B>11</B> der     Diffusor    vor dem       Durckmittelaustritt.     



       Fig.   <B>5</B> zeigt eine Ansicht einer Turbine mit  zwei     tangentialen    Eintritten des Druckmittels  <B>6</B> und<B>7</B> und zwei Eintrittsspiralen<B>15</B> und  <B>16.</B> Der     Austrittsdiffusor   <B>11</B> ist bei dieser  Ausführung schief gestellt.  



  Die     Fig.   <B>6</B> und<B>7</B> zeigen ein Ausführungs  beispiel des     Erlindungsgegenstandes,    bei     wel-          ehein    die Leitschaufeln 4 als schief zur Tur  binenachse gestellte, annähernd ebene Flächen  ausgebildet und so gerichtet sind,     dass    sie beim       Laufradeintritt    dem Druckmittel die absolute  Eintrittsrichtung erteilen. Es geht dies beson  ders aus der     Fig.   <B>7</B> deutlich hervor.

   Die Um-         lenkung    des Druckmittels aus dem ausserhalb  des Laufrades liegenden Raum<B>5</B> erfolgt durch  die sanft gebogenen Wände 21 und 22 des  ans     Turbineneintrittsgehäuse   <B>5</B> anschliessenden       Leitvorricht-ungsgehäuses    24. Durch diese Aus  bildung werden kleine     Umlenkverluste    in der  Leitvorrichtung entstehen, und die richtige  Eintrittsrichtung desselben in das Laufrad  wird durch die     Leitschauf        eln    gesichert. Die  Schaufeln 4 können in die Wände 21     undloder     22 eingesetzt oder eingegossen sein. Sie können  aber auch auf einer Seite nur anliegen.

   Der  ringförmige Wulst<B>23</B> kann als besonderes  Stück oder mit einem     Turbineneintritts-          gehäuseteil    aus einem Stück hergestellt sein.  Der Gehäuseteil 24 kann auch als besonderes  Stück, wie in     Fig.   <B>6</B> dargestellt, ausgebildet  sein,     oder*zusammen    mit dem Teil<B>25</B> ein Stück  bilden. Die Teile 24 und<B>25</B> können zwei  teilig, z. B. in einer Ebene durch die Tur  binenachse trennbar sein.  



  Die vertikal angeordnete Turbine     entspre-          ehend        Fig.   <B>6</B> enthält nur eine einzige Zulei  tung<B>6</B> für das Druckmittel. Dasselbe tritt mit  einer     Tangentialkomponente    ein und wird  durch ein     spiralförmig    sich im Querschnitt  verkleinerndes Gehäuse<B>5</B> auf den ganzen- Um  fang der     Leitvorricht-ung   <B>3</B> geleitet. Die     Leit-          schaufeln    4 haben aussen eine axial gerichtete  Begrenzung. Diese können aber auch länger  oder kürzer ausgeführt sein.  



  An den     Diffusor   <B>9</B> mit seinen kegelförmi  gen     auseinanderstrebendenWänden    12 und 14  -und. seinen Tragrippen<B>13</B> schliesst ein gleich  achsiger     Diffusor   <B>11'</B> an. Im     Diffusor   <B>11'</B> kann  auch, z. B. in seiner Mitte, ein verschiebbares       FÜllstück   <B>11'</B> auf der Stange<B>11...</B> axial beweg  lich angeordnet sein. Dieses Füllstück kann  aussen eine     kegelförmigp    Begrenzung haben.

    Durch die verschiedene Lage dieses Füll  stückes kann die Grösse der für die     Strömung-          des    Druckmittels     zur        VerfügLing    stehenden       Durehflussquerschnitte    und damit auch die  Wirkung des     Diffusors   <B>111</B> verändert werden.  Auf diese Weise 'kann     ini        Diffusor        ll,    je  nach den durch die Turbine strömenden       Druckmittelmengen,    die günstigste Umsetzung  von Geschwindigkeit in Druck erzielt werden.      Dies ist besonders wichtig im Gebiet der  höheren Geschwindigkeiten des Druckmittels.

    Bei mehreren voneinander getrennten     Diffu-          soren   <B>11'</B> kann, mindestens in einem Teil die  ser     Diffusoren,   <B>je</B> ein besonderes bewegliches  Füllstück<B>11"</B> eingebaut sein.  



       Fig.   <B>8</B> stellt eine axiale Ansicht des Ge  häuseteils 24, in der Pfeilrichtung     III    nach       Fig.   <B>6</B> gesehen, dar. Man sieht die Kanten der       Leitschaufeln    4 beim Austritt gegen das Lauf  rad hin. Hinter dem Wulst<B>23</B> sind die Schau  feln 4 punktiert eingezeichnet. Bei dieser  Ausführung reichen ihre Eintrittskanten bis  fast an den äussern Umfang dieses Wulstes.  Die     Gaseintrittsrichtung    -wird durch die Pfeil  richtungen<B>26</B> angedeutet.

   Wie man aus     Fig.   <B>8</B>  sieht, sind die annähernd ebenen Leitschaufeln  4, die schief zur Turbinenachse gestellt sind,  so angeordnet,     dass    ihre Austrittskanten schief  zur radialen Richtung stehen.  



       Fig.   <B>9</B> zeigt eine ähnliche Darstellung der       Leitschaufelung,    nur sind die annähernd  ebenen Leitschaufeln 4 in diesem Fall so ge  stellt,     dass    ihre Austrittskanten in die radiale  Richtung fallen.  



  In     Fig.   <B>10</B> ist eine Ausführung der     Leit-          vorrichtung    in einem     Axialschuitt    dargestellt,  bei welcher die Leitschaufeln 4 sowohl bei  ihrem Eintritt, als bei ihrem Austritt, in der  gleichen radialen Ebene endigen. Diese Ebene  ist gleichzeitig Trennungsebene der Gehäuse  teile<B>5</B> und 24.  



       Fig.   <B>11</B> ist eine     axonometrische    Darstellung  der     Leitsehaufelung,    entsprechend der     Fig.   <B>10.</B>  Man erkennt die ebenen Schaufeln 4, die  schief zur Turbinenachse gestellt sind. Sie  haben eine     Hufeisenform.    Sowohl die Ein  tritts-, als auch die Austrittskanten der     Leit-          schaufeln    sind radial gerichtet. Sie könnten  aber auch schief zur radialen Richtung gestellt  sein. Am Austrittsende<B>27</B> haben diese Schau  feln die notwendigen Winkel für die absolute  Eintrittsrichtung ins Laufrad.  



  Der Austrittswinkel kann, wie in     Fig.    12  dargestellt, spitzer sein als der Eintrittswinkel.  Dies ist in     Fig.    12 durch die angebrachte       Schraffur    zum Ausdruck gebracht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Dampf- oder Gasturbine, dadurch gekenn zeichnet, dass die Leitschaufelung und die Turbinengehäusewände vor und hinter dem Laufrad so ausgebildet und gerichtet sind, dass das Druckmittel die Laufradschaufelung in diagonaler Richtung durchströmt und der un mittelbar an die Laufradschaufelung anschlie ssende Diff Lisor kegelförmige, auseinanderstre- bende Wände aufweist,

   wobei die Achsen bei der Kegelflächen mit der Turbinenachse züi- sammenIallen. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Dampf- oder Gasturbine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu leitung des Druckmittels zur Laufradschaufe- lung aus einem ausserhalb derselben liegenden Raum durch annähernd ebene, schief zur Turbinenaehse gestellte Leitschaufeln erfolgt,

   wobei die Umlenkung des Druckmittels in die diagonale Durehströmrichtung der Laufrad- sehaufelung durch die gebogenen seitlichen Wände des Leitvorrichtungsgehäuses selbst ge schieht. 2. Dampf- oder Gasturbine nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens einkanalige Druckmittel-Eintritts- gehäuse ausserhalb der Laufradschaufelung angeordnet ist.

   <B>3.</B> Dampf- oder Gasturbine nach Patent anspruch, und Unteranspruch<B>1,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass die Ausbildling so getroffen ist, dass die zur Turbinenachse schief gestell ten und annähernd ebenen Leitschaufeln bis zum radial ausserhalb der Laufradschaufelung angeordneten Druckmittei <B>-</B> Eintrittsgehäuse reichen, wobei das Druckmittel in letzterem eine tangentiale Strömungsrichtung besitzt, derart,

   dass das Druckmittel ohne Stossverluste in die Leitschaufelung übertritt und die Zulei- tungsriehtung des Druckmittels im Eintritts gehäuse dem Drehsinn der Turbine gegenüber eine entgegengesetzte ist. 4. Dampf- oder Gasturbine nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus bildung so getroffen ist, dass gleichachsig an den kegelwandigen Diffusor sieh noch ein ge rader Diflusor anschliesst.

   <B>5.</B> Dampf- oder Gasturbine nach Patent- ansprueh, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung so getroffen ist, dass sieh an den kegelwandigen Diffusor ein gebogener Diffu- sor anschliesst.

   <B>6.</B> Dampf- oder Gasturbine nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung so getroffen ist, dass an den kegel wandigen Diffusor sich ein gebogenes, rohr- förmiges Leitungsstück mit annähernd glei- ehem Durchflufl,querschnitt anschliesst und das Druckmittel nachher in einen weiteren gerad- achsigen Diffusor übertritt.

   <B>7.</B> Dampf- oder Gasturbine nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufelung so geformt ist, dass das Druckmittel beim Austritt aus derselben eine axiale Strömungsrichtung einnimmt. <B>8.</B> Dampf- oder Gasturbine nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufelung so ausgebildet ist, dass das Druckmittel bei seinem Austritt aus derselben mindestens an ihrem äussern Umfang eine tan- gential gerichtete Strömungskomponente auf weist.

   <B>9.</B> Dampf- oder Gasturbine nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbineneintrittsgehnuse und der Austritts- diffusor aus einem Stück hergestellt sind. <B>10.</B> Dampf- oder Gasturbine nach Patent anspruch, mit bis in die Leitschaufeln getrenn ter Zuführuing der Druckmittelströme durch Anordnung von Trennwänden im Turbinen- eintrittsgehäLise, dadurch gekennzeichnet, dass auch entsprechende Trennwände im nachge schalteten Diffusor angeordnet sind.

   <B>11.</B> Dampf- oder Gasturbine nach Patent anspruch und Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass mindestens in einem Teil der dem Laufrad nachgeschalteten Diffu- soren, ein bewegliches Füllstück eingebaut ist, um bei veränderlichen Durchflussmengen das Füllstück so einstellen zu können, dass gün stige Verhältnisse für die Umsetzung der Druckmittelgeschwindigkeit in Druck, min- -destens im Bereich höherer Druckmittelge- schwindigkeiten,

   geschaffen werden, 12. Dampf-'oder Gasturbine nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an nähernd ebene, schief zur Turbinenaehse ge stellte Leitschaufeln so angeordnet sind, dass ihre Austrittskanten schief zur radialen Rieli- tung stellen, damit grössere Krümmungsradien in den einzelnen Kanälen entstehen.