CH672003A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Einströmgehäuse für das gasförmige Betriebsmedium einer axialen Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine, mit mindestens einem sich spiralförmig verjüngenden Strömungskanal, der zu einer Leitschaufelanordnung offen ist.

Werden während des Betriebs einer Strömungsmaschine nichtgasförmige Fremdstoffe, z. B. Schmutzteile, durch das Betriebsmedium in das Einströmgehäuse eingebracht, oder sind feste Fremdstoffe wie z. B. Stahlspäne oder sonstige Kleinteile nach einer Reparatur im Einströmgehäuse verblieben, so werden diese vom Betriebsmedium bewegten Fremdstoffe im gekrümmten Einströmgehäuse durch die Fliehkraft radial nach aussen in jenen peripheren Bereich des Einströmgehäuses geschleudert, der den grössten Abstand vom Zentrum des Gehäuses aufweist. Die Fremdstoffe laufen hier unter dem Einfluss des Betriebsmediums und unter Berührung des Einströmgehäuses fortlaufend um und nutzen das Einströmgehäuse in dem vom Zentrum am weitesten entfernten Bereich ab, so dass die Festigkeit des Einströmgehäuses insbesondere bei längerer Betriebszeit beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Einströmgehäuse der eingangs genannten Art auf einfache und kostengünstige Weise so weiterzubilden, dass nichtgasförmige Fremdstoffe an einem Umlauf im Einströmgehäuse gehindert sind und sicher und unschädlich abgeführt werden können. Darüber hinaus soll der normale Betrieb der Strömungsmaschine nicht beeinträchtigt und das Einströmgehäuse für die verschiedensten Einsatzgebiete geeignet sein.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nun erfindungsgemäss darin, dass der Strömungskanal an seinem peripheren Endbereich einen deutlich zur Leitschaufelanordnung gekrümmten Ablenkteil aufweist derart, dass im peripheren Bereich des Strömungskanals vom Betriebsmedium mitgeführte, nichtgasförmige Fremdstoffe mit Sicherheit in die Leitschaufelanordnung gelenkt werden.

s Es ist also, in Strömungsrichtung gesehen, am Ende des Strömungskanals ein zur Leitschaufelanordnung ausgerichteter Ablenkteil angeordnet, der eine Zirkulation von Fremdstoffen um die kreisringförmige Leitschaufelanordnung verhindert, in dem er zumindest jene Strömung, die zusammen io mit den Fremdstoffen im äussersten peripheren Bereich des Strömungskanals umläuft, zur Leitschaufelanordnung hin umlenkt. Nach dem Eintritt in die Leitschaufelanordnung werden diese Fremdstoffe vom Betriebsmedium durch die Beschaufelung zum Ausgang der Strömungsmaschine ls getragen, wo sie gegebenenfalls ohne Schwierigkeiten abgetrennt werden können. Es leuchtet ein, dass durch die erfin-dungsgemässe Ausbildung des Einströmgehäuses seine Sicherheit mit geringem Aufwand und ohne nachteiligen Einfluss auf den Strömungsverlauf auch im Langzeitbetrieb 20 unverändert gewährleistet bleibt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, dass die Krümmung des Ablenkteiles so ausgebildet ist, dass eine an das Ende des Ablenkteils gelegte Tangente durch einen dem Ablenkteil benachbarten ungefähr 2s radialen Durchtrittskanal verläuft, der zwischen zwei nebeneinander angeordneten Leitschaufeln der Leitschaufelanordnung gebildet ist. Hierdurch wird den Fremdstoffen eine solche Strömungsrichtung aufgeprägt, die mit der ungefähr in radialer Richtung verlaufenden Strömung im Durchtritts-3o kanal weitgehend identisch ist, so dass ein glatter Eintritt der Fremdstoffe in die Leitschaufelanordnung gefördert wird.

Es sind verschiedene Möglichkeiten einer konstruktiven Ausbildung des Ablenkteils denkbar. Eine besonders einfache Ausbildung ist jedoch dann gegeben, wenn das Ablenk-35 teil aus der entsprechend gekrümmten peripheren Begrenzungswand des Strömungskanals besteht.

Da die Fremdstoffe im Einströmgehäuse, in einem in Längsrichtung der Turbinenwelle verlaufenden Querschnitt gesehen, infolge der auf sie einwirkenden Fliehkraft sich in 40 einen schmalen peripheren Bereich konzentrieren, kann eine andere, besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, dass das Ablenkteil ein zungenförmiges Bauteil aufweist, das sich an das periphere Ende der Strömungs-kanal-Begrenzungswand anschliesst und vorzugsweise mit 45 der Begrenzungswand einstückig ausgebildet ist. Hierdurch wird der Aufwand ohne Wirkungsverlust auf ein Minimum beschränkt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im so Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Einströmgehäuse gemäss der Erfindung im zen-55 tralen Querschnitt, der senkrecht zur Längsachse der Turbinenwelle verläuft,

Fig. 2 ein Einströmungsgehäuse in einem Schnitt entsprechend Fig. 1 als Ausführungsvariante mit zwei Strömungskanälen,

60 Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 1 in einer weiteren Ausführungsvariante mit einem zungenförmigen Bauteil,

Fig. 4 den Bereich des Ablenkteils der Fig. 3 als Einzelheit und aus Richtung IV gesehen und

Fig. 5 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 4 ent-«s sprechend der Schnittlinie V-V, wobei hinter der Schnittebene liegende Teile nicht dargestellt sind.

Das Einströmgehäuse 10 gemäss Fig. 1 weist einen spiral-

förmigen Strömungskanal 12 auf, der sich, ausgehend vom Einlass 14, in Strömungsrichtung verjüngt. Nach aussen ist der Strömungskanal 12 durch die äussere periphere Begrenzungswand 16 abgeschlossen, nach innen ist der Strömungskanal 12 zu einer Leitschaufelanordnung 18 hin offen. Die Leitschaufelanordnung 18 umfasst eine Vielzahl von Leitschaufeln 20, die kreisringförmig angeordnet sind und zwischen sich ungefähr radial verlaufende Durchtrittskanäle 22 freilassen. In den Figuren sind nur einige der Leitschaufeln dargestellt. Konzentrisch mit der Leitschaufelanordnung 18 ist die Welle 24 der Strömungsmaschine angeordnet, auf der in radialer Richtung ausgerichtete Laufschaufeln befestigt sind, die jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Da der Zentralschnitt gemäss Fig. 1 senkrecht zur Längsrichtung der Welle 24 verläuft, ist die Welle 24 im Querschnitt dargestellt.

Der Querschnitt des Strömungskanals 12 in Längsrichtung der Welle 24 kann rechteckig sein, vorzugsweise ist er jedoch kreisförmig, so dass der periphere Bereich der äusseren Begrenzungswand 16 im Querschnitt die Form eines Kreisbogens aufweist.

Am Endbereich 26 des Strömungskanals, der vom Einlass 14 entfernt ist, befindet sich der Ablenkteil 28, der deutlich zur Leitschaufelanordnung 18 hin gekrümmt ist. Der Ablenkteil ist hier Bestandteil der äusseren Begrenzungswand 16, die hierzu an ihrem peripheren Bereich 17 zur Leitschaufelanordnung 18 hin verläuft und deren Ende zweckmässigerweise höchstens mit ganz geringem Abstand vor dem Hüllkreis 30 der Leitschaufeln 20 endet, vorzugsweise jedoch den Hüllkreis 30 berührt, immer mit dem Ziel, die nichtgasförmigen Fremdstoffe am Umlauf zu hindern und in die Leitschaufelreihe zu lenken.

Die Krümmung des Ablenkteils 28 ist zweckmässig so ausgebildet, dass die periphere Strömung des Strömungskanals in wenigstens einen Durchtrittskanal 38 gelenkt wird. Vorteilhaft wird dies dann erreicht, wenn eine an der Innenseite 32 an das Ende 34 des Ablenkteils 28 gelegte Tangente 36 durch einen Durchtrittskanal 38 verläuft, der zwischen benachbarten Leitschaufeln 20 gebildet ist. Dies ist in Fig. 1 deutlich zu erkennen. Zumindest soll die Tangente vorteilhafterweise in den Eintrittsbereich des Durchtrittskanals 38 führen.

Zum Auffinden der Tangente 36 wird an das Ende 34 des Ablenkteils auf der Innenseite ein Hilfskreis gelegt, dessen Krümmung gleich ist der Krümmung des Ablenkteils 28 in diesem Bereich. Mit Hilfe des Hilfskreises wird dann in bekannter Weise die Tangente 36 konstruiert. Dies ist in Fig. 1 nicht dargestellt.

Während des Betriebs wird das Betriebsmedium durch den Einlass 14 in den Strömungskanal 12 eingeführt. Da der Strömungskanal auf seiner ganzen Länge zur Leitschaufelanordnung 18 hin offen ist, strömt das Betriebsmedium durch die Leitschaufelanordnung zu der Beschaufelung der Turbine, wird unter Arbeitsleistung entspannt und strömt dann in axialer Richtung ab. Nichtgasförmige Fremdstoffe, wie Schmutzteile, Stahlspäne oder sonstige Kleinteile, die vom Betriebsmedium in den Strömungskanal 12 eingebracht werden und/oder sich bereits dort befinden, werden vom Betriebsmedium im Strömungskanal 32 bewegt, wobei sich, diese Fremdstoffe infolge der Fliehkraft im peripheren Bereich 17 der in Strömungsrichtung nach innen gekrümmten äusseren Begrenzungswand 16 entlang bewegen. Gelangen nun diese Fremdstoffe in den Endbereich 26 des Strömungskanals, so werden sie von dem Ablenkteil 28 nach innen in die Leitschaufelanordnung 18 gelenkt, vorzugsweise in mindestens einen Durchtrittskanal 38. Die Fremdstoffe nehmen von hier denselben Weg wie das Betriebsmedium durch die Beschaufelung der Strömungsma-

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schine zu einem Auslass, an dem sie gegebenenfalls abgeschieden oder aufgefangen werden können.

Auf diese Weise ist vermieden, dass die Fremdstoffe unter dem Einfluss der Fliehkraft und der Strömung im Strömungskanal 12 fortwährend an der Peripherie der spiralförmigen äusseren Begrenzungswand 16 umlaufen. Ein solcher Umlauf würde zu Abnutzungen der Begrenzungs wand 16 führen und deren Festigkeit insbesondere im Langzeitbetrieb gefährden.

Während die Strömungsmaschine gemäss Fig. 1 nur einen einzigen Strömungskanal 12 aufweist, der die Leitschaufelanordnung 18 vollständig umgreift, besitzt die Strömungsmaschine gemäss Fig. 2 zwei Strömungskanäle 40 und 42,

welche die Leitschaufelanordnung jeweils zur Hälfte umgreifen und die jeweils einen eigenen Einlass 44,46 für das Betriebsmedium aufweisen. Im übrigen ist das Einströmgehäuse entsprechend Fig. 1 ausgebildet. Demnach ist jeweils eine äussere Begrenzungwand 48 des zugeordneten Strömungskanals 40 bzw. 42 vorhanden, die in ihrem Endbereich 50 einen deutlich zur Leitschaufelanordnung 52 gekrümmten Ablenkteil 54 aufweist. Die Ablenkteile 54 sind auch hier im peripheren Bereich angeordnet und weisen an ihrem Ende 56 jeweils eine solche Krümmung auf, dass die angelegte Tangente 57 durch den dem Ende 56 benachbarten und ungefähr in radialer Richtung verlaufenden Durchtrittskanal 58 der Leitschaufelanordnung 52 verläuft. Darüberhinaus gilt auch hier das zum Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ausgesagte.

Es ist leicht einzusehen, dass bei einem Einströmgehäuse gemäss Fig. 2 in die Strömungskanäle 40,42 eingebrachte, nichtgasförmige Fremdstoffe auf die gleiche Weise wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 an einem fortwährenden Umlauf gehindert und auf einfache Weise abgeführt werden. Wie sich weiter aus Fig. 2 ergibt, ist es nicht unbedingt erforderlich, am Ende eines jeden Strömungskanals 40,42 ein Ablenkteil vorzusehen. Zur Unterbrechung eines fortwährenden Umlaufs von festen Fremdstoffen genügt es schon, wenn lediglich am Endbereich 50 eines einzigen Strömungskanals, z. B. des Strömungskanals 42, ein Ablenkteil vorgesehen ist. Um Beschädigungen der äusseren Begrenzungswände 48 auf ein Minimum zu reduzieren, ist es jedoch vorteilhafter, am Ende beider Strömungskanäle 40 und 42 jeweils ein Ablenkteil 54 vorzusehen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Nach dem Beispiel gemäss Fig. 2 können auch Einströmgehäuse mit mehr als zwei Stömungskanälen ausgebildet sein.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante des Gegenstands der Fig. 1, in der mit Fig. 1 übereinstimmende Einzelteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Der wesentliche Unterschied gegenüber der Ausführungsform gemäss Fig. 1 besteht darin, dass der Ablenkteil 28 nicht durch eine entsprechende Ausgestaltung des Endbereichs 26 des Strömungskanals 12 erreicht wird, sondern durch ein zungenförmiges Bauteil 60 gebildet wird. Dieses Bauteil schliesst sich an das periphere Ende der Begrenzungswand 16 an und ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig mit der Begrenzungswand 16 ausgeführt. Das Bauteil 60 ist zur Leitschaufelanordnung 18 hin gekrümmt, wobei die an das Ende 62 des Bauteils 60 innen angelegte Tangente 64 durch den benachbarten Durchtrittskanal 38 der Leitschaufelanordnung 18 verläuft. Bezüglich der Ausrichtung des Bauteils 60 und dessen Erstreckung in Richtung auf den Hüllkreis 31 der Leitschaufelanordnung gilt darüberhinaus auch hier das zum Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 ausgeführte.

In Fig. 4 ist das Bauteil 60 in Ansicht aus Richtung IV der Fig. 3 gezeigt. Man erkennt seine im peripheren Bereich 17 verlaufende, zungenartige Ausbildung mit einer Länge von

3

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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ungefähr 'A bis 'A

und einer Breite von ungefähr 'A bis Vi der lichten Weite des Einlasses 14.

Da der in Längsrichtung der Welle 24 verlaufende Querschnitt des Strömungskanals 12 kreisförmig ist, weist die Begrenzungswand 16 im Querschnitt Kreisringform auf. Dementsprechend ist das Querschnittsprofil des Bauteils 60 diesem Kreisringprofil angepasst. Dies ist aus Fig. 5 klar zu erkennen, die einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie V-V durch Fig. 4 zeigt.

Der Betrieb und die Wirkung des Einströmgehäuses

4

gemäss Fig. 3 ist entsprechend jener gemäss Fig. 1, so dass sich für den Fachmann hier weitere Ausführungen erübrigen. Jedoch ist hervorzuheben, dass vorteilhaft auch ein zungenförmiges. separates Bauteil als Ablenkteil benutzt s werden kann, das dann auf geeignete Weise an der Begrenzungswand festzulegen ist. Diese Ausführungsform ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Es leuchtet ein, dass Strömungsmaschinen verschiedener Art, wie Gas- oder Dampfturbinen und Verdichter, mit dem io erfindungsgemässen Einströmgehäuse ausgerüstet werden können.

B

2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

672003 PATENTANSPRÜCHE

1. Einströmgehäuse für das gasförmige Betriebsmedium einer axialen Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine, mit mindestens einem sich spiralförmig verjüngenden Strömungskanal ( 12 ; 40,42), der zu einer Leitschaufelanordnung (18 ; 52) offen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (12;40,42) an seinem Endbereich (26; 50) wenigstens einen deutlich zur Leitschaufelanordnung (18 ; 52) gekrümmten Ablenkteil (28 ; 54; 66) aufweist derart, dass im peripheren Bereich (17) des Strömungskanals (12; 40,42) vom Betriebsmedium mitgeführte, nichtgasförmige Fremdstoffe mit Sicherheit in die Leitschaufelanordnung (18 ; 52) gelenkt werden.

2. Einströmgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des Ablenkteils (28 ; 54; 66) so ausgebildet ist, dass eine innen an das Ende des Ablenkteils gelegte Tangente (36; 57 ; 64) durch einen dem Ablenkteil benachbarten und ungefähr radialen Durchtrittskanal (38 ; 58) verläuft, der von zwei nebeneinander angeordneten Leitschaufeln der Leitschaufelanordnung (18 ; 52) gebildet ist.

3. Einströmgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkteil (28) aus dem entsprechend gekrümmten peripheren Bereich (17) der Begrenzungswand (16 ; 48) des Strömungskanals besteht (Fig. 1 und 2).

4. Einströmgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkteil (68) aus einem zungen-förmigen Bauteil (60) besteht, der sich an das Ende des peripheren Bereichs (17) der Strömungskanal-Begrenzungswand (18) anschliesst und vorzugsweise mit der Begrenzungswand (16) einstückig ist (Fig. 3 bis 5).