DE1272305B - Beschaufelung fuer Dampfturbinen - Google Patents

Description

• Beßchaufelung für Dampfturbinen Der Auslegung von Dampfturbinen liegt das Bestreben zugrunde, daß unter Ausnutzung der Werkstoffestigkeit in den einzelnen Bauelementen bei höchstmöglicher Betriebssicherheit der Bauaufwand einerseits möglichst gering gehalten wird, andererseits ein guter Wirkungsgrad vorhanden ist. Durch geschickte Wähl der Hauptabmessungen der Turbine, z. B. des Wellendurchmessers, der Drehzahl sowie durch die Wahl des Öffnungswertes der Beschaufelung, worin t die Schaufelteilung und e die engste Weite zwischen zwei nebeneinanderliegenden Schaufeln bedeutet - wie V i g. 1 veranschaulicht kann diesem Bestreben Rechnung getragen werden. Die Erfindung geht davon aus, daß es bisher üblich war, bei Drücken gleich oder größer als 2 ata im Auslegepunkt der Maschine mit Öffnungswerten von höchstens 0,4 im mittleren Beschaufelungsdurchmesser zu rechnen. So wird in einem bekannten Lehrbuch (Flügel, »Die Dampfturbinen«, S. 190) empfohlen, normalerweise bei Trommelstufen tgoei = tgß, zwischen 0,25 und 0,40 zu legen, weiterhin, daß bei starker Volumenzunahme mit fortschreitender Expansion (insbesondere im Niederdruckbereich) notgedrungen zu steileren Austrittsneigungen übergegangen werden müsse, damit kein allzu jähes für die Strömung ungünstiges Anwachsen der Schaufellängen eintrete; so bei überdruckstufen bis auf tgal cv 0,60 bis 0,70, vielfach aber auch (insbesondere bei Grenzleistungsmaschinen) - allerdings auf Kosten des Wirkungsgrades - noch höher.
• Bauer (Buch »Der Schiffsmaschinenbau«, 1927, S. 65 bis 67) gibt für die letzten Stufen von Kondensationsturbinen tgß-Werte zwischen 45 und 150% an.
• Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine Vergrößerung des Öffnungswertes über 0,4 hinaus nicht nur in den Endstufen von Niederdruckteilen bei großen Volumenzunahmen von etwa 200% und mehr empfehlenswert ist, sondern daß sich auch überraschenderweise für Hoch- und Mitteldruck-Turbinenteile, wo lediglich Volumenzunahmen um etwa 3 bis 10% von Stufe zu Stufe auftreten, eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades unter Verringerung des Bauaufwandes ergibt. Erfindungsgemäß wird diese günstige Bemessung bei einer Beschaufelung von Dampfturbinen durch die Anwendung der an sich für die Niederdruckbeschaufelung von Dampfturbinen .im Gebiet der letzten Niederdruckstufen, d. h. der größten Volumenzunahme bekannten Maßnahme, den Öffnungswert über 0,40 anwachsen zu lassen, auf Turbinenstufen, deren Drücke gleich oder größer als 2 ata im Auslegepunkt sind, dadurch erzielt, . daß im mittleren Beschaufelungsdurchmesser ein Öffnungswert t >_ 0,45 als Mittelwert von Leit- und Laufschaufel bei Reynoldszahlen vorhanden ist, worin e = die engste Weite zwischen benachbarten Schaufeln, t = die Schaufelteilung, w2 = die relative Austrittsgeschwindigkeit, b = die Schaufelbreite, v = die kinematische Zähigkeit bedeutet.
• Besonders günstig ist es, wenn das Verhältnis als Mittelwert von Leit- und Laufschaufel zwischen 0,45 und 0,55 liegt.
• Die erfindungsgemäße Schaufelbemessung ermöglicht es, die Schaufeln schmaler zu halten, den Bauaufwand für die in Betracht kommenden Maschinenteile (Wellen, Gehäuse und Beschaufelung) zu verringern und zugleich eine Verbesserung des Wirkungsgrades herbeizuführen. Auf Grund strömungstechnischer Untersuchungen kann davon ausgegangen werden, daß der Schaufelendverlust in erster Annäherung porportional dem Verhältnis

  b _ Profilbreite

  l Schaufellänge

  ist (vgl. hierzu F i g. 3). Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß bei voller Ausnutzung der bei gegebenem Wellendurchmesser mit Rücksicht auf die kritische Drehzahl maximal möglichen axialen Beschaufelungslänge die Schaufelbreite - bei geometrisch ähnlichen Profilen - bei einer Vergrößerung des öffnungswertes derart verringert werden kann, daß das Verhältnis

  b _ Profilbreite

  1 Schaufellänge

  kleiner gehalten und damit der Schaufelendverlust verringert werden kann.
• Genauere Untersuchungen, die den Spalt-, Kolben- und Schaufelendverlust sowie den Einfluß der Parsonschen Kennziffer und der öffnungswerte auf den Wirkungsgrad berücksichtigen, zeigen, daß abhängig von der Höhe des Spaltverlustes und des Anteiles der Fliehkraftspannung an der gesamten Spannung der Turbinen-Wirkungsgrad bei Öffnungswerten im mittleren Beschaufelungsdurchmesser 0,45 bis 0,55 ein Maximum hat.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Anwendung der an sich für die Niederdruckbeschaufelung von Dampfturbinen im Gebiet der letzten Niederdruckstufen, d. h. der größten Volumenzunahme bekannten Maßnahme, den öffnungswert über 0,40 anwachsen zu lassen, auf Turbinenstufen, deren Drücke gleich oder -größer als 2 ata im Auslegepunkt sind, derart, daß im mittleren Beschaufelungsdurchmesser ein öffnungswert als Mittelwert von Leit- und Laufschaufel bei Reynoldszahlen vorhanden ist, worin e = die engste Weite zwischen benachbarten Schaufeln, t = die Schaufelteilung, w2 = die relative Austrittsgeschwindigkeit, b = die Schaufelbreite, v = die kinematische Zähigkeit bedeutet.
2. 2. Nach Anspruch 1 bemessene Beschaufelung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis als Mittelwert von Leit- und Laufschaufel zwischen 0,45 und 0,55 liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Bauer, »Der Schiffsmaschinenbau«, Verlag Oldenbourg, München, Bd.II, 1927, S.20 und 65 bis 67; Flügel, »Die Dampfturbinen«, Verlag Barth, Leipzig, 1931, S. 78 und 190; Richter, »Rohrhydraulik«, Verlag Springer, 1934, S. 21; Ke11er, »Axialgebläse vom Standpunkt der Tragfiügeltheorie«, Dissertation an der Technischen Hochschule Zürich, 1934, S. 14 bis 19 und 99; Schmitz, »Aerodynamik des Flugmodelles«, 1942, S. 23 bis 52; Zietemann, »Die Dampfturbinen, Verlag Springer, 1955, S. 163 bis 173; Traupel, »Thermische Turbomaschinen«, Verlag Springer, 1958, S. 174, 215, 286, 287, 330; »Schweizerische Bauzeitung«, 1934, S. 259 bis 263; »Siemens-Zeitschrift«, 1954, S. 189 bis 196; 1959, S. 516 bis 520; Zeitschrift »Brennstoff, Wärme, Kraft«, 1956, S. 23 bis 25.