DE102007018063B4 - Gleichdruckturbine - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichdruckturbine. Um die Leckverluste zu minimieren und gleichzeitig die Radreibung zwischen den Leitböden und Leitschaufeln erheblich zu verringern, sind an den freien Enden der Leitschaufeln Bürstendichtungen vorgesehen, die bezüglich der Radiallinie in Umdrehungsrichtung des Rotors einen spitzen Winkel mit der Radiallinie bilden.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichdruckturbine. Das Prinzip der Gleichdruckturbinen besitzt gegenüber dem Reaktionsprinzip der Überdruckturbinen einen Wirkungsgradvorteil. Die Thermodynamik und Strömungstechnik der Gleichdruckturbinen erfordern aber einen größeren Wellendurchmesser gegenüber Überdruckturbinen. Zwischen dem drehenden Rotor und dem stehenden Gehäuse sind zur Abdichtung des Dampfkanals Labyrinthdichtungen über den Leit- und Laufschaufeln eingebaut. Das Radialspiel der Dichtungen ist bei Gleichdruck- und Überdruckturbinen annähernd gleich. Das minimale Radialspiel der Dichtungen wird bestimmt durch die Bewegung des Rotors in den Lagern und die Wellenschwingungen. Das Spiel muss größer als die maximale Rotorbewegung sein, um ein Berühren und damit einen Schaden zu vermeiden.
• Durch den größeren Wellendurchmesser ergibt sich aber für die Gleichdruckturbine eine größere Ringspaltfläche und damit ein größere Leckstrom.
• Um diesen Verlust zu minimieren, wird im Bereich der Leitschaufeln der Durchmesser des Rotors verringert und über den feststehenden Leitschaufeln jeweils ein Leitboden angebaut, dessen äußere Fläche dem Rotor entsprechend des geforderten Radialspiels in einem bestimmten Abstand gegenüber liegt. Auf diese Weise wird der Umfang des Spalts und damit die Spaltfläche erheblich verringert. Die entstehenden scheibenförmigen Träger der Laufschaufeln auf der Welle werden als „Radscheiben” bezeichnet. Nachteilig wirken sich aber die jetzt entstehenden Radreibungsverluste zwischen den Leitböden und den Radscheiben aus. Der Wirkungsgradvorteil der Gleichdruckgegenüber der Überdruckturbine wird durch die hohen Leckverluste oder die Radreibung zwischen Leitböden und Leitschaufeln vollständig aufgehoben.
• Zusätzlich bringt diese Bauweise erhebliche Probleme bezüglich der Festigkeit in den Leitböden und einen erheblichen Kostenmehraufwand durch den Bauaufwand mit sich.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gleichdruckturbine anzugeben, bei welcher die Leckverluste minimiert werden und gleichzeitig die Radreibung zwischen Leitboden und Leitschaufel erheblich verringert wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei der erfindungsgemäß Gleichdruckturbine an den freien Enden der Leitschaufeln Bürstendichtungen vorgesehen sind, welche bezüglich der Radiallinie in Umdrehungsrichtung der Rotorwelle einen spitzen Winkel mit der Radiallinie bilden.
• Im Gegensatz zu den Labyrinthdichtungen aus steifem Blech bestehen die Bürsten aus einer Vielzahl von feinen Drähten. Unter einer Druckdifferenz legen sich die Drähte fest aneinander und bilden einen dichten dampfundurchlässigen Verband. Wie bei den Labyrinthblechen kann ein Leckstrom nur durch den Radialspalt zwischen Läufer und Dichtung entstehen. Durch einen zur Radialen schrägen Einbau der Drähte wird die Dichtung berührungstolerant. Kommt es durch eine radiale Läuferbewegung zu einer Berührung der Dichtung, weichen die Bürstendrähte Aufgrund der Schrägstellung aus. Nach der Berührung schwingen die Drähte in ihre Ausgangsstellung zurück. Durch die Berührung entsteht kein Schaden. Der minimale Radialspalt kann deshalb unter das maximale Spiel aufgrund der Läuferbewegung gesenkt werden.
• Durch den kleinen Radialspalt der Bürstendichtung können die großen Leckverluste durch die Leitbodenströmung erheblich verkleinert werden. Die Bauweise mit Leitboden und Radscheiben kann entfallen. Der Aufbau der Leit- und Laufbeschaufelung ist identisch zu dem der kostengünstigen Überdruckturbine.
• Aus der US 2006/0088409 A1 ist eine Turbine bekannt, bei der unter anderem zwischen Stator und Rotor eine am Stator befestigte Bürstendichtung vorgesehen ist. Jedoch handelt es sich dabei um eine radial ausgerichtete Bürstendichtung.
• Weiterhin ist aus der US 6 435 514 B1 eine zwischen Stator und Rotor vorgesehene am Stator befestigte Bürstendichtung bekannt. Aber auch bei dieser Bürstendichtung handelt es sich um eine radial ausgerichtete Bürstendichtung, wobei diese mit unterschiedlichem druck gegen den Rotor gedrückt wird.
• Eine zweckmäßige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Gleichdruckturbine ist dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung sowohl vorne als auch hinten am freien Ende der Leitschaufeln Bürstendichtungen vorgesehen sind. Dadurch wird der vorhandene Leckstrom weiter verringert.
• Eine andere zweckmäßige Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Bürstendichtungen ein Prallblech angeordnet ist. Mit Hilfe des Prallblechs ist eine weitere Verringerung des Leckstroms möglich.
• Nachstehend wird anhand der beigefügten Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer Gleichdruckturbine gemäß der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
• Es zeigen:
• 1 einen teilweisen Schnitt durch eine herkömmliche Gleichdruckturbine, und
• 2 einen teilweisen Schnitt durch einen Gleichdruckturbine gemäß der vorliegenden Erfindung.
• 3 einen teilweisen Schnitt durch eine in 2 dar gestellte erfindungsgemäße Bürstendichtung.
• 1 zeigt Teile des Gehäuses 1 mit den daran befestigten Leitschaufeln 3. Die Laufschaufeln 4 sind auf der Rotorwelle 2 befestigt und gegenüber dem Gehäuse 1 abgedichtet.
• Am freien Ende jeder Leitschaufel 3 ist ein so genannter Leitboden 5 vorgesehen, welcher in eine Vertiefung in der Rotorwelle 2 eingreift. Zwischen dem freien Ende des Leitbodens 5 und der Rotorwelle 2 sind Labyrinthdichtungen 6 vorgesehen.
• Aus der Figur ist gut zu erkennen, dass sich zusätzlich Radreibungsverluste zwischen Leitboden 5 und Radscheiben ergeben.
• 2 zeigt einen teilweisen Schnitt durch eine Gleichdruckturbine gemäß der vorliegenden Erfindung. Am Gehäuse 7 sind die Leitschaufeln 9 angebracht. Die Laufschaufeln 10 sind fest mit der Rotorwelle 8 verbunden.
• Bei der erfindungsgemäßen Gleichdruckturbine wird die Dicke der Welle im Bereich der Leitschaufeln nicht verringert. Zwischen Rotorwelle 8 und dem freien Ende der Leitschaufel 9 sind zwei Bürstendichtungen 11 vorgesehen.
• 3 zeigt einen teilweisen Schnitt durch eine in 2 dargestellte erfindungsgemäße Bürstendichtung. Es ist schematisch die Anordnung der Bürstendichtung 11 Zwischen Leitschaufel 9 und Rotorwelle 8 dargestellt. Aus dieser Figur lässt sich gut der spitze Winkel zwischen Radiallinie und Bürstendichtung 11 erkennen, welcher in der Figur mit bezeichnet ist.
• Wie eingangs bereits erwähnt worden ist, bestehen die Bürsten aus einer Vielzahl von feinen Drähten. Bei einer Druckdifferenz legen sich die Drähte fest aneinander und bilden einen dichten dampfundurchlässigen Verband. Durch einen zur Radialen schrägen Einbau der Drähte wird die Dichtung berührungstolerant. Durch den kleinen Radialspalt der Bürstendichtungen, welcher in der Regel 5 bis 7/100 beträgt im Gegensatz zu einem Radialspalt bei der Labyrinthdichtung von einem 3/10 können die großen Leckverluste erheblich verringert werden.
• Eine weitere Verkleinerung der Leckverluste ergibt sich durch den Einbau eines Prallblechs 12 zwischen den beiden Bürstendichtungen.

Claims (3)

1. Gleichdruckturbine, dadurch gekennzeichnet, dass an den freien Enden der Leitschaufeln (9) Bürstendichtungen (11) vorgesehen sind, die bezüglich der Radiallinie in Umdrehungsrichtung der Rotorwelle einen spitzen Winkel mit der Radiallinie bilden.
2. Gleichdruckturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung sowohl vorne als auch hinten am freien Ende der Leitschaufeln (9) Bürstendichtungen vorgesehen sind.
3. Gleichdruckturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Bürstendichtungen ein Prallblech (12) angeordnet ist.

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