CH647042A5

CH647042A5 - Abdampfstutzen einer turbine.

Info

Publication number: CH647042A5
Application number: CH597180A
Authority: CH
Inventors: Anatoly Viktorovich Garkusha; Vladimir Evgenievich Dobrynin
Original assignee: Kh Polt I Im V I Lenina
Priority date: 1978-11-27
Filing date: 1979-11-27
Publication date: 1984-12-28
Also published as: WO1980001093A1; DE2953333C1; GB2047820A; US4391564A; GB2047820B; SU857516A1; JPS55500997A; DE2953333A1; JPS6257803B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Abdampfstutzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Abdampfstutzen ist für eine Dampf- oder Gasturbine bestimmt, welche bei einem veränderlichen Durchsatz des Arbeitsmediums und bei einer veränderlichen Drehzahl betrieben wird. Dabei kann es sich beispielsweise um den Antrieb eines Elektrogenerators, eines Luftgebläses oder einer Schiffsschraube handeln. Besonders zweckmässig ist die Verwendung des erfindungsgemässen Abdampfstutzens für eine Axialturbine mit nichtachssymmetrischem Austritt des Arbeitsmediums.

Stand der Technik

Aus der CH-PS 484 358 und der entsprechenden FR-PS 2 001 948 ist ein Abdampfstutzen bekannt, bei welchem das erforderliche Druckgefälle in einem Diffusor durch ein bestimmtes Verhältnis der Querschnittsflächen des Diffusors zu den Neigungswinkeln der Seitenlinien des Eintrittsabschnittes dieses Diffusors erzielt wird. Eine wirksame

Umwandlung der kinetischen Energie des strömenden Mediums in eine potentielle Druckenergie ist in diesem Fall nur bei einer bestimmten Arbeitsweise der Turbine gewährleistet.

Ein aus der US-PS 4013 378 bekannter Abdampfstutzen weist einen Diffusor auf, durch welchen die Wirksamkeit des Stutzens infolge der Anordnung von zwei Reihen von Führungseinsätzen gesteigert wird, die das strömende Medium zuerst in radialer Richtung und dann zum Austritt aus dem Stutzen ablenken. Der Unterschied zu anderen bekannten Konstruktionen besteht darin, dass ein bestimmtes Verhältnis der Abmessungen gewählt wird, die eine gleichmässi-gere Verteilung der Geschwindigkeiten sowohl am Eintritt als auch am Austritt aus dem Stutzen gewährleisten. Da die Teile dieses bekannten Abdampfstutzens in einer für den Nennbetrieb optimalen Stellung angeordnet sind, entspricht diese Bauart ihrem Verwendungszweck nur bei einer berechneten Arbeitsweise der Turbine. Weist das strömende Medium beim Eintritt in den Abdampfstutzen einen Drall auf oder ist der gesamte Querschnitt nicht voll ausgefüllt, dann ist die Wirksamkeit dieser bekannten Anordnung von Einsätzen niedriger, als wenn der Stutzen überhaupt keine Einsätze aufweisen würde.

Demnach weisen beide bekannte Abdampfstutzen den Nachteil auf, das sie bei einer anderen als der berechneten Arbeitsweise der Turbine nicht oder nur beschränkt verwendbar sind.

Ferner ist ein Abdampfstutzen bekannt, der unmittelbar hinter den Schaufeln eines Laufrades der letzten Turbinenstufe angeordnet ist. Die Wandungen des Gehäuses dieses bekannten Abdampfstutzens begrenzen einen Durchströmbereich, der die Form eines axial-radialen Diffusors hat. Im Durchströmbereich sind zwei Deflektoren unbeweglich und koaxial zueinander angeordnet. Diese Deflektoren sind für die Lenkung des strömenden Mediums von den Schaufeln des Laufrades der letzten Turbinenstufe zum Austrittsquerschnitt hin vorgesehen. Jeder Deflektor weist eine Seitenfläche auf, welche die Oberfläche eines Drehkörpers darstellt. Die Längsachsen der Deflektoren fallen mit der Achse der Turbine zusammen. Jeder Deflektor weist einen nichtzylindrischen Abschnitt auf. Ihre Eintrittsabschnitte weisen Radien auf, welche kleiner als der äussere Radius der Schaufeln des Laufrades der letzten Turbinenstufe sind. Dabei ist der Abstand in axialer Richtung zwischen den Austrittskanten der Schaufeln des Laufrades der letzten Turbinenstufe und den Eintrittsabschnitten der Deflektoren beträchtlich grösser als die Wärmedehnung der Turbine in axialer Richtung (siehe beispielsweise das Buch «Dampfturbinen» aus dem Energie-Verlag Moskau, 1976, Seiten 302-307).

Auch der zuletztgenannte bekannte Abdampfstutzen gewährleistet keinen stabilen Betrieb der letzten Turbinenstufe bei einer wesentlichen Abweichung der Betriebsdaten der Turbine von den Nenn-Betriebsdaten, welche der Berechnung der Turbine zur Erzielung einer maximalen Wirtschaftlichkeit zugrundegelegt wurden.

Eine Änderung des Durchflussvolumens des Arbeitsmediums, welches hier Wasserdampf ist, und/oder bei einer Änderung der Drehzahl des Läufers weist der Dampfstrom am Eintritt in den Abdampfstutzen einen Drall auf, d.h., dass sich die Umfangs- und Radialkomponenten der Geschwindigkeit des Arbeitsmediums in ihm um so mehr vergrössern, je mehr sich die Betriebsweise der jeweiligen Turbine von den Nenndaten unterscheidet. Die Fliehkräfte in dem einen Drall aufweisenden Strom formen die Oberflächen der Strömung des Arbeitsmediums in Form eines Drehhyperboloids. Dazu trägt auch der Diffusoreffekt bei, der durch die gekrümmte Form der Eintrittsbereiche der Deflektoren erreicht wird. Hierdurch reisst die Strömung des Arbeitsmediums von der

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Innenwandung des Abdampfstutzens ab und die von den Deflektoren und der Aussenwandung des Gehäuses des Abdampfstutzens begrenzten Aussenkanäle lassen den Hauptanteil des Arbeitsmediums hindurch. In der Nähe der Innenwandung des Gehäuses entstehen Zirkulationszonen, Zonen mit der Strömung des Arbeitsmediums an geschlossenen Stromoberflächen.

Infolge der Achsasymmetrie des Abdampfstutzens liegen die Zirkulationszonen auch asymmetrisch in bezug auf die Turbinenachse und dringen in einigen Bereichen in das Laufrad der letzten Stufe vor. Unter diesen Bedingungen durchläuft jede Schaufel des Laufrades hintereinander die Abschnitte der verschiedenen Strömungen des Arbeitsmediums, wodurch unterschiedliche Biegebeanspruchungen und folglich sich verändernde Beanspruchungen an den Schaufeln des Laufrades verursacht werden, die in vielen Fällen eine vorzeitige Zerstörung hervorrufen können. Im Laufrad entstehen ausserdem zusätzliche Energieverluste infolge radialer Verlustströmungen und der Instabilität des Stromes des Arbeitsmediums.

Im Abdampfstutzen von Dampfturbinen tragen die erwähnten Zirkulationszonen zum Auftreten grobdisperser Feuchtigkeit, d.h. Wassertropfen, aus dem Austrittsbereich des Stutzens in die Schaufeln des Laufrades bei. Die dadurch entstehende Auswaschung der Schaufelaustrittskanten des Laufrades verringert die Fläche der Schaufelquerschnitte und verändert die Form dieser Querschnitte, wodurch die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Turbine herabgesetzt wird.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abdampfstutzen einer Turbine zu entwickeln, bei welchem eine achssymmetrische Strömung des Arbeitsmediums in der letzten Turbinenstufe ermöglicht wird und Zirkulationszonen in der Nähe derselben bei verschiedenen Betriebsbedingungen der Turbine beseitigt werden.

Die gestellte Aufgabe wird erfmdungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 2 erlaubt es, die Form des Kanals zu ändern, der durch den Deflektor und die Wandungen des Stutzens gebildet ist, wodurch ebenfalls Zirkulationszonen im Stutzen vermieden werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch

3 erlaubt es, die Achsensymmetrie des Stromes des Arbeitsmediums hinter den Schaufeln des Laufrades einzustellen, wodurch sich die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit erhöhen lassen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch

4 ermöglicht eine Änderung der Form und des Durchlassquerschnittes der Kanäle, die durch die Wandungen des Abdampfstutzens und durch den Deflektor gebildet sind, wodurch sich eine Unsymmetrie in der Achse des Stromes beseitigen lässt und eine Erhöhung der Zuverlässigkeit und der Wirtschaftlichkeit bei solchen Belastungen der Turbine die Folge ist, welche unter der Nennlast liegen.

Eine Ausführungsform nach Anspruch 5 ermöglicht eine Verringerung des Energieverlustes beim Umströmen des Deflektors vom Strom des Arbeitsmediums.

Eine Konstruktion des Deflektors nach Anspruch 6 ist besonders einfach in der Fertigung und ermöglicht eine Erweiterung des Bereiches der Betriebsdaten, ohne dass der Strom des Arbeitsmediums von der Innenwandung des Abdampfstutzens abreist.

Die vorgeschlagenen Ausführungsformen des Abdampfstutzens einer Turbine ermöglichen es, die Form und die

Querschnitte einzelner Kanäle in einem achsradialen Diffusor des Stutzens bei Abweichungen der Betriebsdaten vom Nennbetrieb zu ändern und dadurch die Umsymmetriè der Achsen der Strömung in der letzten Stufe und die Zirkulationszonen im Diffusor des Stutzens zu beseitigen, welche die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Turbine herabsetzen könnten, ohne die Wirtschaftlichkeit des Stutzens beim Nennbetrieb herabzusetzen.

Die Unsymmetrie der Achse des Stromes des Arbeitsmediums schliesst zusätzliche veränderliche Beanspruchungen in den Schaufeln des Laufrades und zusätzliche Energieverluste in ihnen aus, und das Wegbleiben von Zirkulationszonen des Stromes in der Nähe der Schaufeln des Laufrades beseitigt die Auswaschung ihrer Austrittskanten.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, die Betriebsdauer der Turbinenschaufeln zu erhöhen, die Wahrscheinlichkeit von Schäden zu verringern, die Kosten für Reparatur und Wiederherstellung des Turbinenläufers herabzusetzen sowie den Wirkungsgrad zu erhöhen, d.h., dass die Wirtschaftlichkeit der Turbine in einem breiten Bereich von Betriebsdaten vergrössert werden kann.

Die genannten Eigenschaften und weitere Vorzüge der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von konstruktiven Ausführungsbeispielen und der zugehörigen Zeichnungen deutlicher erkennbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Abdampfstutzens einer Turbine, im Längsschnitt, in einer Ausführungsvariante, in welcher der Deflektor zur Verstellung in Achsrichtung geeignet ist, wobei zur Erleichterung der Übersicht nur ein Deflektor dargestellt ist;

Fig. 2 einen Abdampfstutzen wie in der Fig. 1, jedoch mit einem quer zur Turbinenachse verstellbaren Deflektor;

Fig. 3 einen Abdampfstutzen wie in der Fig. 1, jedoch mit einem in Achsrichtung und quer zur Achsrichtung verstellbaren Deflektor und

Fig. 4 einen Abdampfstutzen wie in der Fig. 1, jedoch mit einem Deflektor, dessen Eintrittsabschnitt zylindrisch ist und der Abstand zwischen den Austrittskanten der Schaufeln des Laufrades der letzten Turbinenstufe und der Kante des Eintrittsabschnittes des Deflektors minimal ist, wobei ein Deflektor in Achsrichtung verstellbar und zwei weitere ortsfest angeordnet sind.

Die besten Wege zur Ausführung der Erfindung

Der in der Fig. 1 dargestellte Abdampfstutzen A einer Turbine weist ein ortsfestes Gehäuse 1 auf. Die Wandungen des Gehäuses 1 bilden einen Durchströmbereich 2 für das Arbeitsmedium, welches von den Schaufeln 3 des Laufrades 4 der letzten Turbinenstufe zum Austrittsquerschnitt 1 a des Abdampfstutzens A strömt.

Im Durchströmbereich 2 sind Deflektoren angeordnet, von denen in den Figuren 1,2 und 3 zur Erleichterung der Übersicht jeweils nur einer dargestellt ist.

Der Deflektor 5 in der Fig. 1 dient zur Umlenkung des Arbeitsmediums von den Schaufeln 3 des Laufrades 4 zum Austrittsquerschnitt 1 a des Abdampfstutzens A. Die Seitenflächen 6 des Deflektors 5 haben die Form eines Rotationskörpers, dessen Längsachse mit der Turbinenachse 7 zusammenfällt. Jede Seitenfläche 6 weist einen Eintrittsabschnitt 8 mit einem Radius auf, der kleiner als der äussere Radius R der Schaufeln 3 ist.

Den freien Enden der Schaufeln 3 benachbart ist ein ortsfester Ring 9 angeordnet, der in hier nicht näher beschriebener s

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Weise auf eine übliche Art am Gehäuse l befestigt ist. Dieser Ring 9 dient zur Führung des Stromes des Arbeitsmediums, nachdem dieses die Schaufeln 3 verlassen hat.

Im Durchströmbereich 2 des Abdampfstutzens A sind Führungen 10 angeordnet, die sich parallel zur Turbinenachse 7 erstrecken und auf denen die Deflektoren 5 zur Verstellung in Achsrichtung angeordnet sind. Die als Gewindespindeln ausgebildeten Führungen 10 weisen Enden ohne Gewinde auf, die in der Art von Wälzlagern in im Ring 9 befestigten Lagern 11 gelagert sind. Die anderen Enden der Führungen 10, die auch kein Gewinde aufweisen, sind kinematisch mit Antrieben 12 gekoppelt, die mit üblichen Mitteln am Gehäuse 1 des Abdampfstutzens A unbeweglich befestigt sind. Im Gehäuse 1 des Abdampfstutzens A sind Bohrungen zum Durchstecken der Führungen 10 angeordnet. Die Anzahl der Führungen 10 und der Antriebe 12, die gleich-mässig am Umfang verteilt angeordnet sind, ist in diesem Fall gleich vier. In anderen Beispielen der konstruktiven Ausführung kann auch eine andere Anzahl von Antrieben 12 und Führungen 10 vorgesehen sein, jedoch nicht weniger als drei.

Die Antriebe 12 stellen in diesem Fall Elektromotoren beliebiger bekannter Konstruktionen dar, die für diese Zwecke geeignet sind. In anderen Fällen können Hydraulikstellmotoren verwendet werden, die einen Impuls vom Regelsystem einer Turbine erhalten, die hier nicht abgebildet ist. Die Antriebe 12 dienen zum Drehen der Führungen 10, die in Gewindekupplungen mit Gewindemuttern 13 geführt sind. Die Gewindemuttern 13 sind in im Deflektor 5 angeordneten Bohrungen auf bekannte Art unbeweglich befestigt. Die Führungen 10 erstrecken sich dabei durch den Deflektor 5 hindurch.

Die Führungen 10 bilden zusammen mit den Gewindemuttern 13 kinematische Paare und sind gemeinsam mit den Antrieben 12 für die Verstellung des Deflektors 5 in Achsrichtung zur Änderung der Form und des Durchlassquerschnittes eines Kanals vorgesehen, der durch den Deflektor 5 und den Ring 9 gebildet ist. Die gestrichelten Linien 14 bezeichnet die äusserste linke Lage des Deflektors 5.

Eine derartige Konstruktion beseitigt effektiv Zirkulationszonen im Durchströmungsteil 2 des Abdampfstutzens A der jeweiligen Turbine, die unter der Achse 15 des Durchströmungsteils 2 des Abdampfstutzens A bei Beanspruchungen der Turbine, die geringer als Nennbeanspruchung sind, entstehen.

In der nächsten Ausführungsvariante der Erfindung, abgebildet in Fig. 2, wird der Deflektor 16 für eine Querverstellung gegenüber der Achse 7 der Turbine verwendet. Der Deflektor 16, ähnlich wie der Deflektor 5 in Fig. 1, weist auch Seitenflächen auf, die die Oberflächen des Drehkörpers mit einer Längsachse darstellen, die ebenfalls mit der Achse 7 der Turbine zusammenfällt.

In dieser Variante ist im Durchströmbereich 2 eine Führung 10a quer zur Achse 7 der Turbine angebracht. Die Führung 10a ist mit einem ihren Enden, das kein Gewinde aufweist, kinematisch mit dem Antrieb 12 gekoppelt, der am Gehäuse 1 des Abdampfstutzens A befestigt ist. Der Antrieb stellt einen Elektromotor zum Drehen der Führung 10a dar.

Der Antrieb 12 ist zur Verstellung des Deflektors 16 mit Hilfe der Führung 10a in der Richtung gedacht, die quer zur Achse 7 der Turbine verläuft.

In dieser Ausführung ist eine einzige Führung 10a und ein einziger Antrieb 12 eingesetzt. In anderen Varianten der Ausführung des Stutzens A können mehrere Führungen 10a und Antriebe 12 vorgesehen sein.

Die Führung 10a ist mit ihrem anderen Ende, das ebenfalls ohne Gewinde ausgeführt ist, in ein Lager 11 eingesetzt, das ein Wälzlager bekannter Konstruktion darstellt und starr im Ring 17 montiert ist.

Die Führung 10a ist kinematisch mit einer Gewindemutter 13 gekoppelt, die in einer Bohrung des Deflektors 16 befestigt ist, dessen Konstruktion ähnlich der in Fig. 1 ist.

Eine gestrichelte Linie 18 in Fig. 2 zeigt die äusserste obere Lage des Deflektors 16 an, bei der sich im unteren Teil des Abdampfstutzens A der Durchlassquerschnitt des Kanals, der durch den Deflektor 16 und den Ring 17 gebildet ist, für das Arbeitsmedium verringert, das von den Schaufeln 3 des Laufrades 4 der letzten Turbinenstufe im Bereich über die Achse 15 des Durchströmbereichs 2 des Abdampfstutzens A in Richtung zu seinem Austrittsquerschnitt la ausströmt. Dabei wird der Deflektor 16 mit Exzentrizität gegenüber der Achse 7 der Turbine angeordnet. Das bewirkt eine Verbesserung der Achssymmetrie der Strömung des Arbeitsmediums bei einer Beanspruchung der Turbine, die geringer als die Nennbeanspruchung ist, was seinerseits die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Turbine bei dieser Betriebsweise erhöht.

In einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung, abgebildet in Fig. 3, ist eine Führung 10a im Durchströmbereich 2 des Abdampfstutzens A in einer Richtung angeordnet, die quer zur Achse 7 der Turbine verläuft, und andere Führungen 10 sind in einer Richtung längs zur Achse 7 der Turbine montiert.

In diesem Beispiel der Konstruktion wurde eine Führung 10a und drei Führungen 10 eingesetzt, die gleichmässig verteilt am Umfang angeordnet sind. In anderen Varianten der Konstruktion kann eine grössere Anzahl vorgesehen und anders am Umfang verteilt sein.

Die Führungen 10 und 10a sind kinematisch mit den Gewindemuttern 13 gekoppelt, die in Bohrungen des Deflektors 19 starr eingesetzt sind, dessen Konstruktion der in Fig. 1 beschriebenen analog ist.

Mit ihren Enden, die kein Gewinde aufweisen, sind die Führungen 10 und 10a kinematisch mit den Antrieben 12 verbunden, deren Anzahl der Anzahl der Führungen gleich ist. Die Antriebe 12 sind fest am Gehäuse 1 befestigt und zum Drehen der Führungen 10 und 10a vorgesehen, die mittels der Gewindemuttern 13 den Deflektor in bezug auf das Gehäuse 1 des Abdampfstutzens A verstellen.

Im Gehäuse 1 ist ein Schlitz 20 für die mögliche Versetzung der Führung 10a in Achsrichtung gegenüber dem Gehäuse 1 des Abdampfstutzens A in dem Fall ausgeführt, wenn die Führungen 10 den Deflektor 19 in der Richtung längs der Achse 7 der Turbine verstellen.

Andere Schlitze 21 im Gehäuse 1 sind für die Versetzung der Führungen 10 in Querrichtung zur Achse 7 der Turbine dann vorgesehen, wenn die Führungen 10a den Deflektor 19 in Querrichtung zur Achse 7 der Turbine vestellen. Bei der gleichzeitigen Drehung der Führungen 10a und 10 unter Zuhilfenahme der Antriebe 12 wird der Deflektor 19 so verstellt, dass er eine Lage einnimmt, die in Fig. 3 mit gestrichelten Linien 22 angegeben ist.

Eine derartige Ausführung des Stutzens A erweitert die Möglichkeiten der Änderung des Querschnittes des Kanals, der durch den Deflektor 19 und den Ring 23 gebildet ist und durch den der Strom fliesst, der von den Schaufeln 3 des Laufrades 4 in den Bereich, der durch die Achse 15 des Durchströmbereiches 2 und durch den Ring 23 begrenzt ist, in Richtung zum Austrittsquerschnitt la des Abdampfstutzens A austritt.

Eine solche konstruktive Lösung verbessert die Achssymmetrie des Stromes, was seinerseits die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der jeweiligen Turbine erhöht.

In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung, die in Fig. 4 abgebildet ist, wird der Deflektor 24 für die Verstellung an den Führungen 10 in Richtung der Achse 7 der Tur-

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bine mit Hilfe des Antriebes 12, wie in Fig. 1 abgebildet, eingesetzt.

Die Führungen 10 sind kinematisch mit den Gewindemuttern 13 gekoppelt, die starr am Deflektor befestigt sind, und mit ihrem einen Ende in den Lagern 11 montiert, die Wälzlager beliebiger bekannter Konstruktion darstellen und am Ring 25 befestigt sind.

Der Eintrittsabschnitt 26 des Deflektors 24, dessen Lage in Fig. 4 mit der Achse 15 des Durchströmbereichs 2 zusammenfällt, weist eine zylindrische Form auf. Dabei liegt die Kante des Eintrittsabschnittes 26 in der Ebene der Austrittskanten der Schaufeln 3 des Laufrades 4 der letzten Turbinenstufe in einem Achsenabstand, dessen minimale Grösse die axiale Wärmedehnung der Turbine geringfügig übertrifft.

Eine derartige Konstruktion gewährleistet bei der Senkung der Beanspruchung der Turbine das Umströmen des Deflektors 24 mit dem einen Drall aufweisenden Strom mit geringeren Energieverlusten und schränkt die Bildung einer Zirkulationszone ein, die im Durchströmbereich 2 des Abdampfstutzens A unter seiner Achse 15 entsteht.

Im Durchströmbereich 2 sind ausserdem Deflektoren 27 und 28 unbeweglich montiert, die genauso wie der Deflektor 24 Seitenoberflächen in der Form eines Drehkörpers aufweisen, dessen Längsachse mit der Achse 7 der Turbine zusammenfällt.

Der Deflektor 27 ist zwischen dem Ring 25 und der Achse 15 des Durchströmbereichs 2 montiert und der Deflektor 28 ist gemäss Fig. 4 unter der Achse 15 des Durchströmbereichs 2 angeordnet. Beide Deflektoren 27 und 28, ähnlich wie der Deflektor 24, weisen Eintrittsabschnitte faktisch zylindrischer Form auf und der Achsenabstand zwischen ihrer Eintrittskante und der Ebene der Austrittskanten der Schaufeln 3 des Laufrades 4 ist etwas grösser als die axiale Wärmedehnung der Turbine.

Eine derartige Ausführung der Eintrittsabschnitte der unbeweglichen Deflektoren 27 und 28 sowie die Anbringung des Deflektors 28 unter der Achse 15 des Durchströmbereichs 2 verhindert die Entwicklung einer Zirkulationszone bei verringerten Beanspruchungen, was seinerseits die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Turbine erhöht.

Der Abdampfstutzen der Turbine gemäss Fig. 1 hat folgende Funktionsweise:

Bei der Arbeit einer Turbine im Nennbetrieb, das heisst, beim axialen Eintritt des Stromes in den Durchströmbereich 2 des Abdampfstutzens A, nimmt der Deflektor 5 eine Lage, die in Fig. 1 mit durchgehenden Linien angegeben ist, ein, wenn die Seitenfläche 6 mit den Linien des Stromes des Arbeitsmediums zusammenfällt und bei geringsten Energieverlusten umströmt wird.

Bei einem Betrieb mit gesenktem Durchflussvolumen bei Nenn- beziehungsweise einer ihr nahen Drehzahl entsteht eine wesentliche Umfangsgeschwindigkeit des Stromes am Eintritt in den Durchströmbereich 2 des Abdampfstutzens A. Das verursacht eine Verschiebung der Strömung in den Schaufeln 3 des Laufrades 4 der letzten Turbinenstufe in Richtung zu den freien Enden der Schaufeln 3. Hierdurch entsteht eine Zirkulationszone im Durchströmbereich 2, der unter der Achse 15 liegt. Diese Zone behindert den normalen Betrieb der Arbeitsschaufeln 3 und des Abdampfstutzens A der Turbine.

Dabei werden sämtliche Antriebe 12 automatisch und in einigen Varianten von Hand gleichzeitig eingeschaltet, die die Führungen 10 betätigen. Die sich drehenden Führungen 10 verschieben die Gewindemuttern 13 und zusammen mit ihnen den Deflektor 5 längs der Längsachse 7 der Turbine.

Dabei ändert der Ringkanal, der durch den Deflektor 5 und den Ring 0 gebildet ist, seine Form von einer Diffusor-

zur Konfusorform, sein Querschnitt am Austritt verringert sich wesentlich, während er am Eintritt im Grunde genommen unverändert bleibt. Hierdurch strömt der grösste Teil des Druchflussvolumens des Arbeitsmediums durch den Durchströmbereich 2, der gemäss Fig. 1 unterhalb seiner Achse 15 liegt, was zur Wiederherstellung der abreissfreien Strömung in diesem Bereich des Abdampfstutzens A führt.

Dadurch gewährleistet die vorgeschlagene Konstruktion, bei ausreichender Einfachheit der Fertigung und Wartung, eine bedeutende Erweiterung des Bereiches des Betriebes einer Turbine mit vertretbarer Wirtschaftlichkeit und erhöhter Zuverlässigkeit gegenüber den bekannten Konstruktionen von Abdampfstutzen.

Der Abdampfstutzen, abgebildet in Fig. 2, hat folgende Funktionsweise:

Beim Vorhandensein einer ungleichmässigen Umfangsgeschwindigkeit und des Druckes des Arbeitsmediums bezüglich der Achse 7 der Turbine wird im Durchströmbereich 2 des Abdampfstutzens A der Antrieb 12 eingeschaltet, der die Führung 10a dreht und die Gewindemuttern 13 zusammen mit dem Deflektor 5 in Querrichtung zur Achse 7 der Turbine verstellt.

Die Richtung der Verstellung wird so gewählt, dass die Fläche des Austrittsquerschnittes des Kanals, der durch den Deflektor 5 und den Ring 9 gebildet wird, sich dort verringerte, wo der Druck etwas niedriger war. Nach der Erreichung einer vertretbaren Homogenität des Stromes hinter den Schaufeln 3 des Laufrades 4 wird der Antrieb 12 ausgeschaltet und der Deflektor bleibt in einer Lage, die für diese Betriebsführung optimal ist.

Folglich gewährleistet diese Ausführungsvariante der Erfindung die Achssymmetrie des Stromes und erhöht dadurch die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Turbine.

Der Abdampfstutzen, abgebildet in Fig. 3, hat folgende Funktionsweise:

Beim Vorhandensein einer ungleichmässigen Umfangsgeschwindigkeit und bei Entstehung einer Zirkulationsbewegung im Durchströmbereich 2 des Abdampfstutzens A werden die Antriebe 12 der Führungen 10 und 10a gleichzeitig eingeschaltet, die die Gewindemuttern 13 und durch diese den Deflektor 19 gleichzeitig in Achsrichtung und in der Querrichtung zur Achse 7 der Turbine verstellen.

Dabei wird die Ungleichmässigkeit der Umfangsgeschwindigkeiten und der Drücke beseitigt und die Entstehung einer Zirkulationsbewegung im Durchströmbereich 2 des Abdampfstutzens A unmittelbar hinter den Schaufeln 3 des Laufrades 4 der letzten Stufe verhindert und dadurch die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Turbine erhöht.

Der in Fig. 4 abgebildete Abdampfstutzen hat folgende Funktionsweise:

Bei der Änderung der Betriebsweise und bei Entstehung einer wesentlichen Umfangsgeschwindigkeit des Stromes am Eintritt in den Durchströmbereich 2 verhindert die zylinderförmigen Eintrittsabschnitte der Deflektoren 24,27 und 28 bei Anordnung der Kanten ihrer Eintrittsabschnitte, beispielsweise 26 des Deflektors 28 in einem minimalen Abstand von den Schaufeln 3 des Laufrades 4, die Verschiebung der Stromlinien des Arbeitsmediums in Richtung zu den freien Enden der Schaufeln 3 und beseitigen folglich die Entstehung einer Zirkulationszone in der Nähe der Schaufeln 3.

Besonders effektiv wird der Strom des Arbeitsmediums durch den Eintrittsabschnitt des Deflektors 28, der im Durchströmbereich 2 unter seiner Achse 15 angeordnet ist, beein-flusst.

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Eine derartige Konstruktion des Stutzens erhöht die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit der Turbine bei Änderung ihrer Beanspruchung.

Die hergestellten Versuchsmuster des erfindungsgemässen Abdampfstutzens wurden allerdings geprüft, diese Prüfungen bestätigten seine hohe Effektivität bei unterschiedlichen Beanspruchungen der jeweiligen Turbine.

Selbstverständlich können von Spezialisten verschiedene nicht über den Rahmen der Erfindung hinausgehende Änderungen am Abdampfstutzen einer Turbine vorgenommen werden, der ausschliesslich als ein Beispiel beschrieben wurde, ohne dass dieser hierauf beschränkt sein soll.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Die vorliegende Erfindung soll besonders zweckmässig in s Axialturbinen mit einem nichtachssymmetrischen Austritt des Arbeitsmediums eingesetzt werden. Die Erfindung kann in Dampf- und Gasturbinen, die für den Antrieb von Elektrogeneratoren sowie von Luftgebläsen, Schiffsschrauben und anderes mehr vorgesehen sind, die bei veränderlichem 10 Verbrauchsvolumen des Arbeitsmediums und veränderlicher Drehzahl arbeiten, erfolgreich angewendet werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Abdampfstutzen einer Turbine, dessen Gehäusewandungen einen Durchströmbereich (2) begrenzen, in welchem ein Deflektor (5,16,19,24) angeordnet ist, der die Seitenfläche (6) eines Rotationskörpers bildet, dessen Längsachse mit der Turbinenachse (7) zusammenfällt und dessen Eintrittsabschnitt (8,26) einen Radius aufweist, der kleiner als der äussere Radius (R) der Schaufeln (3) des Laufrades (4) der letzten Turbinenstufe ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Durchströmbereiches (2) Führungen (10, 10a) zum Verstellen des Deflektors (5,16,19,24) längs und/oder quer zur Turbinenachse (7) angeordnet sind.

2. Abdampfstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen sich parallel zur Turbinenachse (7) erstreckende und mit einem Antrieb (12) kinematisch verbundene Gewindespindeln (10) sind, auf denen in Bohrungen am Deflektor (5) befestigte Gewindemuttern (13) geführt sind (Fig. 1).

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PATENTANSPRÜCHE

3. Abdampfstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen sich quer zur Turbinenachse (7) erstreckende und mit einem Antrieb (12) kinematisch verbundene Gewindespindeln (10a) sind, auf denen in Bohrungen im Deflektor ( 16) befestigte Gewindemuttern (13) geführt sind (Fig. 2).

4. Abdampfstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen Gewindespindeln (10,10a)

sind, von denen sich ein Teil (10) parallel zur Turbinenachse (7) und der andere Teil (10a) quer zur Turbinenachse (7) erstreckt und jedes der beiden Teile mit einem Antrieb (12) kinematisch verbunden ist, dass auf den Gewindespindeln (10,10a) in Bohrungen im Deflektor (19) befestigte Gewindemuttern (13) zur Verstellung des Deflektors (19) geführt sind und dass in den Wandungen des Gehäuses (1) Schlitze (20, 21) angeordnet sind, in denen der eine Teil der Gewindespindeln ( 10) quer zur Turbinenachse (7) und der andere Teil (10a) parallel zur Turbinenachse (7) verstellbar ist (Fig. 3).

5. Abdampfstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsabschnitt (26) des Deflektors (24) zylindrisch ist.

6. Abdampfstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deflektor (24) mit der Kante seines Eintrittsabschnittes (26) in einem Abstand von den Austrittskanten der Turbinenschaufeln (3) angeordnet ist, welcher die durch Erwärmung verursachte Ausdehnung der Turbinenwelle übersteigt.