CH666325A5 - Beschaufelter rotor in einer mehrstufigen dampfturbine. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen beschaufelten Rotor in einer mehrstufigen Dampfturbine, der von einem Mantel umgeben ist, mit wenigstens einem Satz Laufschaufeln, die längs einer Umfangslinie der Rotorwelle angeordnet und an dieser befestigt sind, und an den radial äusseren Spitzen Laufschaufelkappen aufweisen.

Grundsätzlich wird Energie dem beschaufelten Rotor der Dampfturbine durch ein Arbeitsmittel zugeführt, bei dem es sich üblicherweise um Dampf handelt. Der Dampf wird in eine insgesamt zylindrische Kammer eingelassen, die durch den inneren Mantel des Turbinengehäuses begrenzt ist. Mehrere Laufschaufeln sind auf einer Welle umfangsmässig ausgerichtet und in einer axialen Position auf der Welle befestigt. Die Welle ist innerhalb der Kammer koaxial und drehbar gelagert. Grosse Dampfturbinen weisen üblicherweise mehrere Laufschaufelsätze oder -räder auf, die auf der Welle mit axialem Abstand voneinander befestigt sind. Jeder Satz oder jede Stufe der Dampfturbine entnimmt einen Teil der Dampfenergie durch Umwandeln dieser Energie in mechanische Energie, was sich durch die Drehung der Laufschaufeln und der Welle ausdrückt. Der Dampf wird in die Kammer an einer gewünschten axialen Stelle eingelassen und strömt in wenigstens einer axialen Richtung durch einen Arbeitskanal. Der Arbeitskanal wird insgesamt durch die axial versetzten Stufen der Turbine sowie durch den sich in Umfangsrichtung erstreckenden Arbeitsbereich, den die Turbinenlaufschaufeln in jeder Stufe umschliessen, begrenzt.

Wenn der Dampf auf diesen axialen Arbeitskanal begrenzt wird, arbeitet die Turbine mit besserem Wirkungsgrad als in dem Fall, in welchem der Dampf nicht auf diesen Arbeitskanal begrenzt wird. Eine Kappe oder ein Deckstück verbindet die äusseren Spitzenteile von zwei Laufschaufeln miteinander. Eine Anzahl Kappen, die der Anzahl der Laufschaufeln in der Turbinenstufe entsprechen, bilden ein Umfangsband um die radial ausgedehnten Spitzenteile der Laufschaufeln. Dieses aus den Kappen gebildete Umfangsband hindert Dampf am Entweichen aus dem axialen Arbeitskanal durch Begrenzen des radialen Vorbeiströmens von Dampf an den äusseren Spitzenteilen der Laufschaufeln. Der beschaufelte Rotor muss sich innerhalb des Turbinenmantels relativ frei drehen können, weshalb ein radialer Spalt zwischen den radial ausgedehnten Spitzen der Laufschaufeln oder der äusseren Oberfläche der Kappen und der inneren Oberfläche des Mantels vorhanden ist.

Der Dampf strömt, wie oben erwähnt, in wenigstens einer axialen Richtung durch mehrere Laufschaufelstufen. Die Laufschaufeln haben ab einem Punkt nahe dem Dampfein-lass bis zu den letzten Stufen des Turbinenrotors, die sich in der Nähe der Auslassleitung oder -haube der Turbine befinden, zunehmend grössere Radien. In diesen letzten Stufen ist der Druckabfall an den Laufschaufeln am grössten.

In den letzten Stufen einer Niederdruckdampfturbine ist der Dampf gesättigt, weshalb sich in diesem Abschnitt der Turbine Wassertröpfchen bilden können. Im allgemeinen werden die Wassertröpfchen durch Zentrifugalkraft und/ oder den Druck der Dampfströmung gegen die innere Oberfläche des die Turbinenstufe umgebenden Mantels gedrückt. Die Wassertröpfchen haben zwar im allgemeinen eine niedrige Absolutgeschwindigkeit, die Relativgeschwindigkeit in bezug auf die radial äusseren Spitzenteile der Laufschaufeln ist jedoch gross. Die Relativgeschwindigkeit der Wassertröpfchen nahe den Laufschaufelspitzçn beträgt in einer Niederdruckturbine, die in der letzten Stufe eine aktive Laufschaufellänge von etwa 850 mm (33 Vi inches) hat, ungefähr 610 m/s (two thousand feet per second). Die Kraft, mit der ein Wassertröpfchen auf eine Laufschaufel auftrifft, steht in Beziehung zu der Grösse oder Masse dieses besonderen Tröpfchens und zu der Relativgeschwindigkeit des Tröpfchens in bezug auf die Laufschaufel. Da die Drehzahl der Turbine im wesentlichen durch andere Parameter festgelegt wird, können die potentiellen Probleme, die durch Wassertröpfchen verursacht werden, wie beispielsweise Erosion, niedrigeres Drehmoment und Wirkungsgradverlust, minimiert werden, indem ein beschaufelter Turbinenrotor geschaffen wird, der die Menge und die Grösse von Wassertröpfchen in dem axialen Arbeitskanal der Turbine wirksam begrenzt. Darüber hinaus ist festgestellt worden, dass der Dampf, der in den allerletzten Stufen der Turbine kondensiert, einen Wasserfilm bildet, der axial längs der inneren Oberfläche des Mantels fliesst.

Der Druckabfall in den letzten Stufen der Turbine ist, wie weiter oben erwähnt, im Vergleich zu den stromaufwärtigen anderen Stufen am grössten. Ausserdem ist die Druckdifferenz nahe dem radial äusseren Teil der Laufschaufeln im Vergleich zu der Wurzel oder dem radial inneren Teil der Laufschaufeln grösser. Je grösser der radiale Spalt zwischen den Laufschaufelspitzenkappen und der inneren Oberfläche des Mantels ist, umso grösser ist deshalb der Verlust an

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Dampf, der axial um die äusseren radialen Spitzen der Laufschaufeln strömt, und um so niedriger ist daher der Wirkungsgrad dieser besonderen Stufen der Turbine.

Zum Minimieren des Verlustes an Dampfströmung um die Spitzenteile der Laufschaufeln sind bereits Dichtstreifen auf der inneren Oberfläche des Turbinenmantels radial gegenüber den Spitzenteilen und Kappen bei bekannten Dampfturbinen vorgesehen worden. Die Dichtstreifen bilden einen Ring um die Turbinenstufe und erstrecken sich radial einwärts zu den Laufschaufelspitzenteilen, um den radialen Spalt dazwischen zu verengen. Die Querschnittsgeometrie der Dichtstreifen, die Anzahl der pro Stufe benutzten Streifen und die axiale Lage der Streifen auf der inneren Oberfläche des Mantels basieren auf einer Untersuchung der Strömungstechnik in einer Dampfturbine. Der (die) Dichtstreifen sollte(n) axial so angeordnet sein, dass der (die) Streifen sich ungefähr gegenüber der Beharrungszustands-mittellinie der rotierenden Laufschaufeln befindet (befinden).

Die Beharrungszustandsmittellinie ist die Mittellinie der Laufschaufeln, wenn die Turbine im normalen Betrieb ist und mit Nenndrehzahl läuft. Da sich jedoch die Rotorwelle, auf der die Laufschaufeln befestigt sind, wegen ihrer thermischen Reaktion auf den Dampf ausdehnt, lässt sich die optimale axiale Lage des (der) Dichtstreifen, d.h. die Beharrungszustandsmittellinie nicht leicht ermitteln. Ausserdem ändert sich die axiale Position der rotierenden Laufschaufeln im Betrieb derTurbine, insbesondere wenn bei der Turbine vorübergehende Änderungen der an sie angeschlossenen mechanischen Belastung oder Änderungen in der Dampfzufuhr auftreten. Diese Bewegung stellt hinsichtlich der Lage der Streifen, die sich radial gegenüber den Spitzen der rotierenden Laufschaufeln befinden sollten, ein Problem dar.

Da die Dichtstreifen radial nach innen vorstehen, wird der axial strömende Wasserfilm, der längs der Oberfläche des inneren Mantels strömt, zu den rotierenden Spitzenteilen der Laufschaufeln und der mit diesen verbundenen Kappen hin abgelenkt. Der Wasserfilm verlässt die innere Oberfläche des Mantels in Form von Wassertröpfchen. Diese Wassertröpfchen sind in Kombination mit der Geschwindigkeit der Laufschaufelspitzenteile für die Dampfturbine nachteilig, wie oben dargelegt. Zum Begrenzen des Eintritts von Wassertröpfchen in den Arbeitskanal derTurbine ist bei bekannten Dampfturbinen ein Feuchtigkeitsentziehungsschlitz unmittelbar stromaufwärts der Dichtstreifen angeordnet. Der Feuchtigkeitsentziehungsschlitz gestattet einem Teil der Dampfströmung, der für das Beseitigen des Wasserfilms erforderlich ist, zu entweichen. Obgleich die Dampfströmung um die äusseren Spitzenteile der Laufschaufeln durch die Dichtstreifen minimiert wird, geht daher etwas Dampfströmung über den radialen Feuchtigkeitsentziehungsschlitz verloren.

Bei einer bekannten Vorrichtung, die in der US-PS 3 575 523 beschrieben ist, wird ein Flügelprofilteil, das sich von der Kappenoberfläche aus radial erstreckt, in Kombination mit zwei sich nach innen erstreckenden Flanschen benutzt, von denen ein Flansch unmittelbar stromaufwärts der Turbinenstufe und der andere unmittelbar stromabwärts derselben angeordnet ist. Das Flügelprofilteil ist eine schräge Rippe, die sich oberhalb der äusseren Oberfläche der Kappe radial erstreckt. Das Flügelprofilteil bewirkt in Kombination mit den Flanschen, dass die Dampfströmung, die zwischen ihnen aufgefangen wird, zurück in den Arbeitskanal derTurbine gepumpt wird. Ein radialer Feuchtigkeitsentziehungs-schlitz unmittelbar stromaufwärts des ersten Flansches ist erforderlich, wenn das axial längs der inneren Oberfläche des Mantels strömende Wasser daran gehindert werden soll, in den Arbeitskanal einzutreten. Es wird deshalb etwas Dampfströmung geopfert. Trotz des Vorhandenseins der Flansche werden durch die Pumpwirkung, die durch die schrägen Flügelprofilteile erzeugt wird, die gleichmässigen Stromlinien der Hauptströmung des Dampfes durch den axialen Arbeitskanal gestört, wodurch der Wirkungsgrad der Turbinenstufe verringert wird. Dieser Wirkungsgradverlust ist ein Ergebnis der umgekehrten Dampfströmung, die durch die Pumpwirkung des Flügelprofilteils verursacht wird. Ausserdem kann die Pumpwirkung die gleichmässige Wasserströmung an der inneren Oberfläche beeinflussen, so dass das Wasser die Oberfläche verlassen und auf die Turbinenlaufschaufeln auftreffen kann.

Bei anderen bekannten Vorrichtungen werden übliche Labyrinthdichtungen in dem radialen Spalt benutzt. Bei diesen Vorrichtungen haben die Kappen mehrere sich radial erstreckende Rippen, die mit nach innen vorstehenden Flanschen an der inneren Oberfläche des Mantels zusammenwirken und eine Labyrinthdichtung für die Turbinenstufe ergeben. Die nach innen vorstehenden Flansche erfordern, wie weiter oben dargelegt, einen radialen Feuchtigkeitsent-ziehungsschlitz unmittelbar stromaufwärts der Flansche.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine wirksamere Einrichtung zum umfangsmässigen Abdichten des radialen Spalts zwischen den Teilen der Laufschaufelspitzen oder den diesen zugeordneten Kappen und der inneren Oberfläche des Turbinenmantels zu schaffen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem beschaufelten Rotor der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass jede Kappe eine einzige Rippe aufweist, die sich radial nach aussen erstreckt und deren radial äusserer Rand der inneren Oberfläche des Mantels unmittelbar benachbart ist, wobei alle Rippen in der Richtung einer Umfangslinie der Kappen ausgerichtet sind und einen im wesentlichen durchgehenden, sich radial erstreckenden Ring formen, der eine die Dampfströmung zwischen den vom Spalt zwischen den äusseren Oberflächen der Kappen und der inneren Oberfläche des Mantels getrennten Stufen der Turbine behindernde Dichtung bildet.

Der erfindungsgemässe Rotor ermöglicht, auf die Feuch-tigkeitsentziehungsschlitze zu verzichten und dadurch die Dampfströmung in den Stufen der Turbine nicht zu verringern, weshalb diese Stufen mit besserem Wirkungsgrad arbeiten können. Weiter ermöglicht die Anordnung nur einer einzigen Rippe, an jeder Kappe eine potentielle axiale Fehlausrichtung zwischen den Dichtstreifen und den Spitzen oder Kappen der Laufschaufeln zu minimieren.

Ausführungsbeispiele der Erdfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen weggeschnittenen Teil einer radialen Seitenansicht einer bekannten Vorrichtung, die einen Auffangstreifen und einen radialen Feuchtigkeitsentziehungsschlitz aufweist,

Fig. 2 einen weggeschnittenen Teil einer Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, die eine Rippenkappe aufweist,

Fig. 3 eine Teilaxialansicht einer Turbinenstufe, die eine Anzahl von Laufschaufeln mit zugeordneten Kappen aufweist,

Fig. 4 eine radiale Draufsicht auf einen Teilabschnitt der Laufschaufeln, Kappen und Rippen,

Fig. 5 eine radiale Querschnittansicht von drei Rippen und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform, bei der sich die Rippen nicht über die äusseren radialen Spitzenteile der Laufschaufeln erstrecken.

Fig. 1 zeigt insgesamt eine bekannte Vorrichtung. Die

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Dampfströmung ist in den Fig. 1 und 2 durch einen Pfeil angegeben. Die US-PS 4 335 600 zeigt eine weggeschnittene Ansicht einer Dampfturbine der hier in Fig. 1 dargestellten Art, und bezüglich näherer Einzelheiten wird auf diese US-Patentschrift verwiesen. In den Fig. 1 und 2 ist zwar nur eine weggeschnittene radiale Seitenansicht dargestellt, es versteht sich jedoch, dass die Turbine einen beschaufelten Rotor aufweist, von welchem hier nur der radial äussere Teil dargestellt ist. Ein besseres Verständnis der Turbinenstufe ergibt sich durch eine Betrachtung von Fig. 3, die einen Rotor 11 mit an einer Rotorwelle 15 befestigten Laufschaufeln 13 zeigt. Fig. 3 ist eine Teilaxialansicht eines Segments der Turbinenstufe, die sich über 360° um die Rotorwelle 15 erstreckt. Die letztgenannte Ansicht stellt die Vorderansicht der Turbinenstufe dar, weshalb sich hier alle Zeichnungen auf diese Perspektive beziehen. Die herkömmliche Turbine weist eine Anzahl von Stufen auf, obigeich hier aber nur eine Stufe dargestellt ist, gilt die Lehre der Erfindung für die meisten Stufen derTurbine.

Gemäss Fig. 1 ist die Stufe, die eine Laufschaufel 12 aufweist, von einem koaxialen Mantel 14 umgeben. Ein Leitapparat 10 ist stromaufwärts der Schaufel 12 angeordnet und Teil der Turbinenstufe. Der Leitapparat 10 leitet die Dampfströmung auf jede Laufschaufel 12. Der Mantel 14 hat eine radial innere Oberfläche 16 und einen radialen Feuchtig-keitsentziehungsschlitz 18. Der Schlitz beseitigt den Wasserfilm, der axial an der Oberfläche 16 strömt, bevor das Wasser durch einen Dichtstreifen 20 zu der rotierenden Laufschaufel 12 hin abgelenkt wird. Der Dichtstreifen 20 begrenzt, wie weiter oben erwähnt, die Dampfströmung axial um die radial ausgedehnten Spitzenteile der Laufschaufel 12 durch den radialen Spalt 22, würde aber Wassertröpfchen auf die eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Spitzenteile der Laufschaufel 12 ablenken, wenn der Schlitz 18 nicht unmittelbar stromaufwärts des Streifens vorhanden wäre. Der Spalt 22 ist der radiale Abstand zwischen dem Dichtstreifen 20 und den Spitzenteilen der Laufschaufeln 12. Der Spalt 22 umgibt den beschaufelten Rotor umfangsmässig und koaxial. Der Dichtstreifen 20 unterstützt zwar das Reduzieren der Dampfströmung durch den Spalt 22, etwas Dampfströmung entweicht jedoch mit dem Kondensat des Dampfes durch den Entziehungsschlitz 18. Der Schlitz 18 ist notwendig, weil er den Wasserfilm beseitigt, bevor die Strömung in den axialen Arbeitskanal derTurbine abgelenkt wird, und begrenzt infolgedessen die Erosion der Laufschaufeln in dieser Stufe und gestattet dem Rotor und den Laufschaufeln, sich so frei wie möglich zu drehen.

Fig. 2 ist im wesentlichen dieselbe Ansicht, d.h. die weggeschnittene Seitenansicht einer Turbinenstufe gemäss der Darstellung in Fig. 1. Fig. 2 zeigt jedoch eine Vorrichtung nach der Erfindung. Ein Leitapparat 30 stromaufwärts einer Laufschaufel 32 leitet den Dampf auf die Laufschaufeln der Stufe, von der die Laufschaufel 32 ein Teil ist. Ein Mantel 34 umgibt koaxial den beschaufelten Rotor und hat eine innere Oberfläche 35. Zum Begrenzen der Dampfströmung um die radial ausgedehnten Spitzenteile der Laufschaufel 32 erstreckt sich nur eine Rippe 36 von der radial äusseren Oberfläche einer Kappe radial nach aussen (die Kappe ist in der Ansicht in Fig. 2 nicht sichtbar). Die radiale Ausdehnung der Rippe ist in Fig. 3 zu erkennen, gemäss der sich eine Rippe 17 über den radial ausgedehnten Teil 19 der Laufschaufel 13 hinaus erstreckt. Gemäss Fig. 2 befindet sich der radial ausgedehnte Rand der Rippe 36 in unmittelbarer Nähe der Oberfläche 35. Ein radialer Spalt 38 hat im wesentlichen dieselben Abmessungen wie der in Fig. 1 dargestellte Spalt 22. Die Abmessung des radialen Spalts liegt beispielshalber bei der letzten Stufe einer Niederdruckturbine, die eine aktive Laufschaufellänge von 850,90 mm (33 '/i inches) hat, in der Grössenordnung von 7,6 mm (three tenths of an inch).

Während des Betriebes der letzten Stufe einer Niederdruckturbine wird der Wasserfilm, der axial über die Oberfläche 35 in Fig. 2 strömt, praktisch nicht behindert, weil der Dichtstreifen eliminiert ist und die einzige Behinderung der Dampfströmung durch den Spalt die Rippen darstellen, die sich radial über die äussere Oberfläche der Kappe hinaus erstrecken. Der Spalt 38 ist gross genug, um den normalen Strom von Wasser an der Oberfläche 35 während des normalen Betriebes der Turbinenstufe durchzulassen. Schliesslich wird bei beiden Vorrichtungen, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind, das Kondensat des Dampfes durch eine dafür vorgesehene Einrichtung in den Innenraum der Auslasshaube der Turbine geleitet, die in den Figuren nicht dargestellt ist, sich aber stromabwärts der letzten Turbinenstufe befindet, d.h. in den Fig. 1 und 2 rechts.

Fig. 4 zeigt eine radiale Draufsicht auf zwei Laufschaufeln 40,42, die an ihren äusseren radialen Spitzen durch eine Kappe 44 miteinander verbunden sind. Eine ausführliche Beschreibung der Kappe 44, ihrer Beziehung zu den Spitzen der Laufschaufeln und der Betriebseigenschaften dieser Kappe in bezug auf die Turbine als ganzem findet sich in der US-PS 3 302 925 auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.

Die Kappe 44 hat eine Rippe 46, die von ihrer radial äusseren Oberfläche 45 aus vorsteht. Die Rippe gleicht den Rippen 36 und 17, die in den Fig. 2 bzw. 3 gezeigt sind. Die Rippe 46 erstreckt sich von der Umfangsoberfläche radial nach aussen, die durch die-Kappen gebildet wird, welche eine entsprechende Anzahl von Laufschaufelspitzen in einer Stufe einer Turbine miteinander verbinden. Gemäss Fig. 4 ist die Rippe 46 tangential auf eine Rippe 48 auf einer benachbarten Kappe 50 ausgerichtet. Ebenso ist die Rippe 46 tangential auf eine Rippe 52 ausgerichtet, die Teil einer benachbarten Kappe 54 ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich das vordere Ende 60 der Rippe 46 in unmittelbarer Nähe des hinteren Endes 62 der Rippe 48. Die Bezeichnungen vorn und hinten beziehen sich auf die Drehrichtung, die in Fig. 4 durch einen Pfeil angegeben ist. Auf gleiche Weise ist das hintere Ende der Rippe 46 in unmittelbarer Nähe des vorderen Endes der Rippe 52.

Die Rippe 46 bildet gemeinsam mit den Rippen 52,48 und den übrigen Rippen, deren Anzahl der Anzahl der Kappen entspricht, einen im wesentlichen durchgehenden, sich radial erstreckenden Ring, der eine Dichtung zwischen den Stufen derTurbine bildet. Diese Dichtung hat den Vorteil, dass der Wasserfilm auf der inneren Oberfläche des Mantels während seiner Strömung zu der Auslasshaube im wesentlichen ungestört bleibt. Die Rippen bilden gemäss der Darstellung in Fig. 3 einen sich im wesentlichen in Umfangsrich-tung erstreckenden Ring 21 um die Turbinenstufe, und ebenso bilden die radial äusseren Oberflächen der Kappen ein Umfangsband oder eine Umfangsoberfläche um die Stufe. Wenn eine Rippenkappe auf den letzten Stufen einer Niederdruckturbine benutzt wird, ist es nicht notwendig, den Kondensatfilm zu beseitigen, der sich ansammelt und axial an der inneren Oberfläche des Turbinenmantels strömt, da die Rippe die einzige Behinderung für die Dampfströmung durch den radialen Spalt ist. Der Feuchtigkeitsentziehungs-schlitz ist daher unnötig und kann deshalb eliminiert werden. Da die Abmessungen des radialen Spalts 38 gemäss Fig. 2 den Abmessungen des radialen Spalts 22 der bekannten Vorrichtungen gemäss Fig. 1 gleichen, ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Turbinenstufe durch die geschätzte Einsparung von 0,6% der Gesamtdampf strömung durch die Stufe. Diese 0,6% stellen den geschätzten Verlust an Dampfströmung dar, die durch den radialen Feuchtigkeits-

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In ihrer bevorzugten Ausführungsform ist die Rippe 46 ein integraler Teil der Kappe 44. Da sich die Laufschaufeln in dieser Turbinenstufe aufgrund von Wärmeausdehnung radial ausdehnen können oder aufgrund von mechanischen Reaktionen, die im Betrieb derTurbine manchmal auftreten, radial bewegen können, kann die Rippe aus einem relativ abschleif baren Material hergestellt werden, das sich «abreibt», wenn der beschaufelte Rotor bei der Drehung geringfügig von der normalen Achse abweichen und an dem Mantel «reiben» sollte. In dieser Hinsicht könnten die Rippen im Vergleich zu dem Material des Mantels aus einem abschleifbaren Material bestehen. Die Mittellinie der Turbinenstufe bewegt sich, wie weiter oben erwähnt, während des Betriebes aufgrund der Wärmeausdehnung des Rotors. Die hier beschriebene Vorrichtung, die Kappen mit einer einzelnen Rippe aufweist, wird durch die Axialbewegung der _ Mittellinie der Stufe nicht beeinflusst. Ausserdem bilden die Rippen eine Dichtung für jede Turbinenstufe, in der Wasser an der inneren Oberfläche des diese Turbinenstufe umgebenden Mantels fliesst.

Fig. 5 zeigt mehrere Querschnittansichten einer Rippe nach der Erfindung.

Die geometrische Form der Rippe ist ein wichtiger Gesichtspunkt, weil die Dampf menge, die durch den radialen Spalt strömt, in Beziehung zu dieser Rippenform steht. Der radial ausgedehnte Rand der Rippe ist im Vergleich zu der Basis der Rippe in der Nähe der Kappe vorzugsweise relativ schmal. Weitere Merkmale beziehen sich auf die Höhe der Rippe gegenüber der Breite ihrer Basis, die Höhe gegenüber der radialen Spaltbreite im stationären Zustand und die Breite des radial ausgedehnten Randes der Rippe gegenüber der radialen Spaltbreite im stationären Zustand. Verhältnisse von 2,0, 1,7 bzw. 0,10 sind für die optimale Leistung einer Rippe als Dichtvorrichtung in einer Turbine mit einer aktiven Laufschaufellänge von 850,90 mm (33 Vi inches) theoretisch vorgeschlagen worden. Wenn die Turbinenstufe in Betrieb ist, bewirken diese geometrischen Merkmale einer einzelnen Rippe, dass die Dampfströmung durch den radialen Spalt in einen radialen Zwischenraum gedrückt wird, der kleiner als physikalisch vorhanden ist. Diese Erscheinung ist Teil der Theorie, nach welcher der engste Strahlquerschnitt hinter einer Blende auftritt, was auf dem Gebiet der Strömungstechnik relativ bekannt ist. Die einzelne Rippe verringert die Dampfströmung durch den radialen Spalt. Die Querschnittsformen einer Rippe, die optimal arbeitet, basieren auf der Untersuchung der Fluid-strömung durch eine Drosselbohrung und anderer Dichtvorrichtungen gemäss den Lehren der Strömungstechnik, weshalb die oben angegebenen Ergebnisse nur einen Bereich von Werten angeben. Genauer gesagt, die Höhe über der Basisbreite kann sich mit anderen baulichen Parametern der Laufschaufeln selbst verändern, es hat sich aber gezeigt, dass ein Verhältnis zwischen 1,7 und 2,0 adäquat ist. Die Höhe über der Spaltbreite kann grösser oder gleich 1,7 sein, wobei 2,0 ein nominelles Ziel darstellt, und die Randbreite über der Spaltbreite kann kleiner oder gleich 0,1 sein. Eine einzige Rippe, die sich oberhalb jeder Kappe erstreckt, ist wichtig, weil eine grössere Anzahl von Rippen nicht so viel Dampfströmung durch den radialen Spalt wie nur eine Rippe pro Kappe bewahren kann. Ausserdem ist eine einzige Rippe, die sich nicht radial über die äusseren radialen Spitzenteile der Laufschaufeln hinaus erstreckt, nicht in der Lage, die Dampfströmung auf hier beschriebene Weise zu bewahren.

Drei radiale Querschnittansichten von Rippen, die bei der

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Erfindung benutzt werden können, sind in Fig. 5 gezeigt. Die dargestellten Rippen sind nicht die einzigen Rippen, die gemäss der oben beschriebenen Lehre der Erfindung hergestellt werden können, sondern lediglich Beispiele zur Veranschaulichung des Rippentyps, der in der hier beschriebenen Umgebung einen guten Wirkungsgrad hat. Rippen 65a, 65b und 65c erstrecken sich oberhalb der äusseren radialen Kappenoberflächen 64a, 64b bzw. 64c, wie es in den Fig. 5a, 5b bzw. 5c gezeigt ist. Die Dampfströmung ist durch den Pfeil in Fig. 5 dargestellt und veranschaulicht die Strömungsrichtung in den Fig. 5a, 5b und 5c. In Fig. 5a hat die Rippe 65a einen trapezförmigen Querschnitt, wobei eine stromabwärtige Stirnfläche um ungefähr 40° gegen eine horizontale Bezugsebene abgewinkelt ist. Es hat sich gezeigt, dass Neigungswinkel über 40° in diesem Beispiel günstig sind. Fig. 5b zeigt die Rippe 65b, die eine relativ breite Querschnittsbasis an der Oberfläche 64b aufweist und von dieser relativ breiten Basis aus zu ihrem radial ausgedehnten Rand hin zunehmend schmaler wird. Die oberen Ränder der Rippen 65a, 65b und 65c sind abgestumpft. Die Rippe 65c, die in Fig. 5c gezeigt ist, hat eine relativ gerade Wandoberfläche normal zu der Richtung der Dampfströmung, einen abgestumpften radial ausgedehnten Rand und eine relativ breite Basis an der Oberfläche 64c, weshalb ihre Querschnittansicht von ihrer Basis zu ihrem radial ausgedehnten Rand relativ zunehmend schmäler wird. Diese drei Querschnittsformen einer Rippe sind nicht die einzigen, für die die Erfindung gilt. Der einschlägige Fachmann könnte viele unterschiedliche Formen und Konfigurationen einer Rippe festlegen, die sich von der äusseren Oberfläche einer Kappe aus radial erstreckt und auf oben beschriebene Weise arbeitet.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Eine Kappe 70 verbindet die Spitze einer Laufschaufel 72 mit der Spitze einer Laufschaufel 74. Eine Kappe 76 und eine Kappe 77 verbinden benachbarte Laufschaufeln mit den Laufschaufeln 74 bzw. 72. Eine sich radial erstreckende Rippe 78 steht über die äussere Oberfläche der Kappe 70 vor und ist tangential auf die Rippe 80 ausgerichtet, die an der Kappe 76 angeformt ist, und auf die Rippe 81, die an der Kappe 77 angeformt ist. Gemäss Fig. 6 befindet sich das hintere Ende derRippe 80 nicht in der Nähe des vorderen Endes der Rippe 78, d.h. das hintere Ende der Rippe endigt in der Nähe des äusseren Spitzenteils der Laufschaufel. Ein Zwischenraum 82 trennt das hintere Ende der Rippe 80 von dem vorderen Ende der Rippe 78. Die Rippe 78 steht also nicht über den Spitzenteil der Laufschaufel 74 vor, sondern endigt in der Nähe derselben, und die Rippe 80 endigt ebenso in der Nähe des Spitzenteils der benachbarten Laufschaufel 74. Ein gleicher Zwischenraum kann zwischen entsprechenden Rippen an benachbarten Kappen vorhanden sein, wie dargestellt. Die Dampfströmung um den radial ausgedehnten Spitzenteil der Laufschaufeln und durch den Zwischenraum ist in dieser weiteren Ausführungsform relativ gering, weil der Zwischenraum 82 und gleiche Zwischenräume längs des äusseren Umfangs der Stufe einen relativ kleinen Teil des im wesentlichen durchgehenden, sich radial erstreckenden Ringes ausmachen, der durch die Rippen gebildet ist, die den Kappen in der Turbinenstufe zugeordnet sind. Die Dampfströmung durch den Zwischenraum 82 wird wesentlich begrenzt, wenn der beschaufelte Rotor in Betrieb ist.

Die Erfindung kann bei Kappen benutzt werden, die mit den Laufschaufeln durch sich seitlich erstreckende Zapfen verbunden sind, welche mit seitlichen Löchern in den äusseren Spitzen der Laufschaufeln zusammenpassen, d.h. den spezifischen Kappen, die hier dargestellt sind. Die hier dargestellten Kappen werden typisch als Seiteneintrittskappen bezeichnet und sind ausführlich in der US-PS 3 302 925 beschrieben, auf die oben Bezug genommen worden ist. Bei

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weiteren Arten von Kappen kann ebenfalls eine Rippe der hier beschriebenen Art benutzt werden. Die Erfindung kann auch ausgeführt werden, indem eine begrenzte Anzahl von Laufschaufeln in einer Gruppe in einer Stufe einer Turbine verbunden wird, wobei jedoch nicht sämtliche gruppenweise zusammengefassten Laufschaufeln miteinander verbunden werden. Obgleich es Durchbrüche oder Spalte in dem relativ durchgehenden, sich radial erstreckenden Ring gibt, der durch die Rippen gebildet ist, drehen sich die Durchbrüche mit solcher Geschwindigkeit, dass die axiale Dampfströmung durch die Durchbrüche relativ minimal ist. Die Erfindung kann ausgeführt werden, indem die Rippen und Kappen nur den Laufschaufeln zugeordnet werden. Auf diese Weise bilden die Kappen und Rippen einen integralen Teil der Laufschaufeln.

s Eine Vorrichtung nach der Erfindung kann zum Nachrüsten von grossen Dampfturbinen benutzt werden, weil die Kappen und Rippen, die hier ausführlich beschrieben sind, den Stufen einer Niederdruckturbine hinzugefügt werden können, in denen der Dampf gesättigt ist und ein Feuchtig-10 keitsentziehungsschlitz nicht ohne weiteres in dem bereits vorhandenen Turbinenmantel vorgesehen werden kann.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Beschaufeiter Rotor in einer mehrstufigen Dampfturbine, der von einem Mantel (34) umgeben ist, mit wenigstens einem Satz Laufschaufeln (13,32,40,42), die längs einer Umfangslinie der Rotorwelle (15) angeordnet und an dieser befestigt sind und an den radial äusseren Spitzen Laufschaufelkappen (44, 50,54) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kappe eine einzige Rippe (17,36,46,48, 52) aufweist, die sich radial nach aussen erstreckt und deren radial äusserer Rand der inneren Oberfläche (35) des Mantels (34) unmittelbar benachbart ist, wobei alle Rippen in der Richtung einer Umfangslinie der Kappen ausgerichtet sind und einen im wesentlichen durchgehenden, sich radial erstrek-kenden Ring (21 ) formen, der eine die Dampfströmung zwischen den vom Spalt (38) zwischen den äusseren Oberflächen der Kappen und der inneren Oberfläche (35) des Mantels (34) getrennten Stufen der Turbine behindernde Dichtung bildet.
2. 2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kappe ( 17,44,50,54) der äusseren radialen Spitze einer Laufschaufel zugeordnet ist.
3. 3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kappe (70,76,77) die Spitzen zweier benachbarter Laufschaufeln miteinander verbindet.
4. 4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere radiale Spitze jeder Laufschaufel wenigstens zwei seitliche Löcher und jede Kappe (44,50,54) wenigstens zwei in entgegengesetzter Richtung seitlich abragende Zapfen aufweist und die äusseren radialen Spitzen benachbarter Laufschaufeln von den in die Löcher der Spitzen eingesteckten Zapfen der Kappe miteinander verbunden sind.
5. 5. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (46) an den zugeordneten Kappen (44) einstückig angeformt sind.
6. 6. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (46) aus einem weicheren Material gegenüber dem Material des Mantels bestehen, um die Rippen beim Streifen des Rotors am Mantel wegzuschleifen.
7. 7. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rippe (65b, 65c) einen im Querschnitt breiteren Basisteil aufweist und ihr Querschnitt von diesem Basisteil zu dem radial äusseren Rand hin schmäler wird.