DE1426836A1

DE1426836A1 - Axial-Dampfturbine

Info

Publication number: DE1426836A1
Application number: DE19651426836
Authority: DE
Inventors: Basil Wood
Original assignee: Merz and Mclellan Services Ltd
Current assignee: Merz and Mclellan Services Ltd
Priority date: 1964-05-12
Filing date: 1965-05-11
Publication date: 1969-01-30
Also published as: SE304997B; DE1426836B2; GB1099501A; CH427743A; US3301529A

Description

P Ik 26 836.1 1. Oktober 1968

.-ν, Β/Ε

Merz & McLellan Services Limited Carliol House, Newcastle upon Tyne, 1. England

Axial-Dampfturbine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axial-Dampf turbine mit mindestens einer Stufe« die mit gesättigtem Dampf arbeitet und Leitschaufeln enthält, die an ihrem einer Turbinenachse abgewandten Ende mit einer Wasser von den Spitzen der nachfolgenden Laufschaufeln ableitenden Wasserableitanordnung versehen sind.

Das Problem, die durch Naßdampf verursachte Erosion von Turbinenschaufeln nach Möglichkeit zu verhindern, ist seit langem bekannt. Bei Dampfturbinen, die im Sättigungsbereich arbeiten, kondensiert bekanntlich während der Expansion Wasser, das die Läuferbeschaufelung beschädigt und den Wirkungsgrad der nachfolgenden Stufen, durch den es strömt, herabsetzt. Durch die Zentrifugalwirkung der Läuferschaufeln sammelt sich das Wasser im Umfangsbereich der betreffenden Stufe an und es hat sich gezeigt, daß die stärkste Erosion gewöhnlich in der Nähe der Spitzen der Läuferschaufeln auftritt .

Es ist bekannt, vor den im Dampfstrom weiter hinten liegenden Leitschaufelstufen Abflußkanäle, z.B. Schlitze vorzusehen, durch die das Wasser radial abgeschleudert und zum Kondensator oder Speisewasserkessel abfließen soll, in der

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Ppasis feat es sieh jedoch gezeigt_s daß diese Abflußschlicse nicht verhindern können_s daß ein Teil des Wassers über den Stoisehenraum zwischen den Läuferschaufeln und den folgenden Leitschaufeln strömt» Das Wasser kann auch als feiner Hebel uelierBtrömen_s der an der Innenseite des Deckbandes oder Sts,-teffs wegspritzt oder es kann die stromaufwärts gelegene Fläche des Düsenringes oder Schaufelträgers benetzen und eine Wasserschichfc bilden, die dann in die Seiiaufelkanäle gezogen uzia vom Umfang durch Wirbel im Dampfstrom abgerissen wird. Masser₉ das die stromaufwärts gelegene Kante der Leitschaufeln auf einem der oben erwähnten Wege erreicht, neigt dazu., sich auf der konvex-sn Seite der Leitsehaufeln anzusammeln und langsam über diese zu fließen_s xfobei sich Lachen ansammeln _a bis es schließlich in Form großer Tropfen von der stromabwärts gelegenen Kante der Leitschaufeln abgerissen wird, !fahrend Wasser in Form eines feinteiligen Nebels ge~ .wohnlich mit derselben Geschwindigkeit strömt wie der Dampf und daher d.ie Läufer se häuf ein mit einer verhältnismäßig geringen Relativgeschwindigkeit erreicht,» haben die großen Wassertropfen eine verhältnismäßig geringe Geschwindigkeit₃ so daß die Relativgeschwindigkeit bezüglich der Läuferschaufeln entsprechend hoch ist; vermutlich sind daher auch diese großen" Wassertropfen in erster Linie für die Erosion der Läuferbeschaufelung verantwortlich.

Gemäß der Erfindung wird die Erosion der Laufschaufeln bei einer Axial-Dampftürbine der eingangs angegebenen Art dadurch weitestgehend verhindert, daß die Wasserableitanordnung aus einer relativ niedrigen Schulter an der Oberfläche der einzelnen Leitschaufeln besteht, die sich mit ihrem stromaufwärts gelegenen Ende näher an der Turbinenachse befindet als das stromabwärts gelegene Ende, stromaufwärts und von der Turbinenachse weg weist und Wassertropfen, die

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über die Oberfläche der Leitschaufel laufen, ableitet, Dampf jedoch vorbeiströmen läßt.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Schulter wird vorzugsweise an der konvexen Seite der Schaufel angeordnet, da sich dadurch die meisten Vorteile ergeben, sie kann jedoch auch an der konkaven Seite angeordnet sein.

Die Schulter kann durch eine in die Stirnfläche der Leitschaufel geschnittene Nut oder durch eine Dickenabstufung gebildet werden, im allgemeinen wird es jedoch zweckmäßig sein, zur Bildung der Schulter eine Rippe anzubringen, was ohne Schwächung der Schaufel geschehen kann. Die Rippe kann durch einen Draht oder Stab mit kreisförmigem, halbkreeisförmigem, rechteckigem, dreieckigem oder T-förmigem Querschnitt gebildet werden. Die Rippe kann auch, um su verhindern, daß Wasser über die Rippe fließt, einen ausgekehlten, hakenförmigen oder überhängenden Querschnitt haben, wobei die konkave Seite stromaufwärts weist.

Die Rippe kann an der Schaufel durch Hartlöten, beispielsweise mittels eines Silberlotes, durch Schweißen oder Nieten oder unter Verwendung eines Klebstoffes, z.B. eines Epoxyharzes befestigt werden. Um die Befestigung zu erleichtern, kann die Rippe einen Teil mit einer vergrößerten Anlagefläche für die Schaufel aufweisen, der die Schaufel berührt und beispielsweise einen L- oder T-förmigen Querschnitt hat. Die Rippe kann auch an Ort und Stelle hergestellt werden, z.B. durch Auftragsschweißung oder ein Band aus einem Kleber, z.B. Epoxyharz.

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Die Höhe der Rippe hängt von den Abmessungen der Schaufel ab und ist vergleichbar mit dem Durchmesser der auf den Schaufeln gebildeten Tropfen, die Rippen sind jedoch auf alle Fälle verhältnismäßig flach im Verhältnis zur Steigung der Stator- oder Leitschaufeln, um den Dampfstrom nicht unnötig zu stören.

Am stromabwärts gelegenen Ende können die Rippen oder Schultern mit einem Radius bezüglich der Trubinenachse enden, der größer ist als der Spitzenradius der folgenden Läuferschaufel. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Rippen zu einem Abflußkanal führen, durch den das Wasser abgeleitet wird.

Die rippenartige Wasserableitanordnung gemäß der Erfindung verhindert, daß das Wasser über die Leitschaufeln in einer Richtung läuft oder tropft, die bezüglich der Turbinenachse geneigt ist, oder in einem im wesentlichen konstanten Radius bezüglich der Turbinenachse. Wegen der Neigung der Schulter wird das Wasser zur Peripherie abgelenkt, wo es beim Abströmen entweder die Spitzen der Läuferschaufeln nicht mehr erreichen kann oder durch geeignet angeordnete Schlitze oder Löcher zu einem Abflußkanal strömt, der mit dem Kondensator oder Speisewasserkessel in Verbindung steht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Teil einer Dampfturbine im Axialschnitt mit einer Wasserableitanordnung gemäß der Erfindung;

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Pig. 2 bis 5 entsprechende Ansichten anderer Ausführungsformen ;

Fig. 6 eine Schnittansicht senkrecht zur Längsachse einer Schaufel mit einer schulterformigen Wasserableitanordnung gemäß der Erfindung, und

Fig. 7 bis 10 Schnittansichten senkrecht zur Achse von Rippen verschiedenen Querschnittes.

Fig. 1 zeigt im Axialschnitt einen Teil der letzten beiden Stufen einer typischen Naßdampfturbine im Bereich der Spitzen der Läuferschaufeln, von denen jeweils eine Schaufel 11, 12 der letzten bzw. vorletzten Stufe des Läufers zusammen mit entsprechenden feststehenden Leitschaufeln 13, I¹T dargestellt sind. Die Leitschaufeln 13, 14 sind durch Düsenringe 17 bzw. 16 gehaltert, der Raum rechts vom Düsenring steht mit einem nicht dargestellten Kondensator in Verbindung. Die Ringe 16, 17 sind in üblicher Weise in einem Teil eines Turbinengehäuses 18 angeordnet.

Die Turbine ist praktisch symmetrisch zu ihrer in Fig. 1 horizontal verlaufenden Mittellinie, die nicht dargestellt ist und ziemlich weit oberhalb des oberen Randes des Zeichenblattes liegen würde.

Gemäß der Erfindung sind die Leitschaufeln 13, 14 jeweils auf ihrer konvexen Seite mit einer Rippe 20 bzw. versehen. Die Rippen 20, 21 verlaufen schräg, so daß sich ihr in Fig. 1 linkes, stromaufwärts gelegenes Ende näher an der Turbinenachse befindet als ihr stromabwärts gelegenes Ende. Wasser, das im Bereich des äußeren Eⁿdes über die kon-

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vexe Seite der Leitschaufeln fließt, wird daher durch die Rippe gesammelt und zum äußersten Ende der stromabwärts gelegenen Kante der Leitschaufeln 13 bzw. 14 geleitet.

Der Düsenring 17 ist bei der hinteren Kante der einzelnen Schaufeln mit einer Kerbe oder Nut 23 versehen, durch die das Wasser radial außerhalb der Spitzen der Leitschaufeln abgeleitet wird. Selbstverständlich wird die Strömung des Wassers hauptsächlich durch Druckunterschiede und Reibung mit dem vorbeiströmenden Dampf, kaum jedoch durch die Schwer-'" kraft bestimmt, so daß ein Fließen auch gegen die Richtung der Schwerkraft möglich ist. Da die Schaufeln außerdem in einem Kreis liegen, dessen Ebene senkrecht auf der Zeichenebene der Fig. 1 steht, nehmen sie bezüglich der Richtung der Schwerkraft verschiedene Winkel ein und die Schwerkraft unterstützt daher an bestimmten Stellen das Abfließen.

Der Düsenring 16 der vorletzten Stufe weist bei jeder Schaufel ein Abflußloch 24 auf, durch das das durch die Rippe 21 abgeleitete Wasser in einen Raum 25 fließt, der über einen Kanal 26 mit dem Kondensator in Verbindung steht. Die Abflußlöcher 24 haben einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt, um unnötige DampfVerluste und Schwächungen des Ringes zu vermeiden. Am Einlaßende sind die Löcher 24 aufgebohrt, um das Eintreten des Wassers zu erleichtern. Sie werden vorzugsweise auch möglichst kurz bemessen, um den Strömungswiderstand für das ablaufende Wasser so klein wie möglieh zu halten, das eine nennenswerte Volumenänderung erleidet, wenn es stromabwärts dem Unterdruck ausgesetzt wird.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, die der in Fig. 1 dargestellten vorletzten Stufe ziemlich ähnlich ist, jedoch einen

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Düsenring anderer Querschnittsform enthält. Die Bohrungen bei den einzelnen Schaufeln sind hier durch einen radialen Kanal 30 ersetzt, der mit einer schrägen Bohrung 31 größeren Querschnittes in Verbindung steht.

Fig. 3 entspricht bis auf die Formgebung verschiedener Teile dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels so daß auch entsprechende Bezugszeichen verwendet wurden.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform führt von jeder Schaufel 14 ein kurzer Abflußkanal 32 durch den Düsenring zu einem ringförmigen Raum 33» der im Düsenring und/oder seinem Sitz gebildet ist. Dieser Ringraum ist seinerseits durch größere Kanäle 3^ mit einem stromabwärts gelegenen Raum 35 oder dem Kondensator verbunden.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das einen zusammengesetzten Düsenring enthält, der einen Innenteil 36 aufweist, der bei jeder Schaufel von einen kurzen Abflußkanal 37 durchsetzt wird. Die Abflußkanäle münden in einen hohlen Ringraum 38, der durch einen äußeren Teil 39 des Düsenringes gebildet wird und über einen oder mehrere Kanäle 40 mit dem stromabwärts gelegenen Raum 41 oder dem Kondensator verbunden ist.

Die Rippen 20, 21 können in der verschiedensten Weise geformt sein. Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Rippe bei 43 hakenartig über die stromaufwärts gelegene Kante 42 der Leitschaufel geführt ist.

In den Figuren 7 bis 10 sind beispielsweise Rippen mit verschiedener Querschnittsform dargestellt. Fig. 7 zeigt

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eine Rippe 44 mit T-förmigem Querschnitt. Der Querschnitt der in Fig. 8 dargestellten Rippe 45 ist in erster Näherung rund. Fig. 9 zeigt eine Rippe 46 mit halbkreisförmigem Querschnitt, während in Fig. 10 eine Rippe 47 dargestellt ist, deren Querschnitt einen Kanal bildet. Bei Rippel der in Fig. 10 dargestellten Art oder anderen Rippen mit hakenförmigem oder überhängendem Teil soll die Höhlung vorzugsweise stromaufwärts weisen, d.h. in Fig. 1 nach links und unten oder radial nach außen, so daß verhindert wird, daß das Wasser über die Rippe fließt.

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Claims

Patentansprüche

ly'Axial-Dampf turbine mit mindestens einer Stufe, die mit gesättigtem Dampf arbeitet und Leitschaufeln enthält, die an ihrem einer Turbinenachse abgewandten Ende mit einer Wasser von den Spitzen der nachfolgenden Laufschaufeln ableitenden Wasserableitanordnung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserableitanordnung aus einer relativ niedrigen Schulter (20, 21) an der Oberfläche der einzelnen Leitschaufeln (13, 14) besteht, die sich mit ihrem stromaufwärts gelegenen Ende näher an der Turbinenachse befindet als das stromabwärts gelegene Ende, stromaufwärts und von der Turbinenachse weg weist und Wassertropfen, die über die Oberfläche der Leitschaufel (13, 14) laufen, ableitet, Dampf jedoch vorbeiströmen läßt.
2. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufwärts gelegene Ende der Schulter (20) einen kleineren radialen Abstand von der Turbinenachse hat als die Spitze der vorangehenden Laufschaufeln (12).
3. Turbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schultern (20, 21) auf den konvexen Seiten der Leitschaufeln (13, I¹O befinden .
4. Turbine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schultern jeweils durch eine in die Oberfläche der betreffenden Leitschaufel

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(13, 1*0 eingeschnittene Nut gebildet wird.
5. Turbine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schultern jeweils durch eine Dickenabstufung der betreffenden Leitschaufel gebildet wird.
6. Turbine nach Anspruch 1, 2 oder 3₃ d a d u r ch gekennzeichnet, daß die Schultern jeweils durch eine an der Oberfläche der betreffenden Leitschaufel befindliche Rippe gebildet werden.
7. Turbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe §5) durch einen Draht kreisförmigen Querschnitts gebildet wird (Fig. 8).
8. Turbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe durch einen Draht (46) halbkreisförmigen Querschnittes gebildet wird (Pig.9).
9· Turbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe durch einen Draht rechteckigen Querschnitts gebildet wird.
10. Turbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe durch einen Draht dreieckigen Querschnitts gebildet wird.
11. Turbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (44) durch eien Draht T-förmigen Querschnitts gebildet wird.

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12. Turbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe durch ein Profil mit ausgekehltem, hakenförmigem oder überhängendem Querschnitt gebildet wird, wobei die konkave Seite stromaufwärts weise (Fig. 10).
13. Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärts gelegene Ende der Schulter zu einem Wasserabflußkanal (24, 30, 32, 37) führt.
14. Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter einen um die Vorderkante der Leitschaufel (42) reichenden Teil (43) hat (Fig. 6).

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