DE1426836B2

DE1426836B2 - Axial-Dampfturbine

Info

Publication number: DE1426836B2
Application number: DE19651426836
Authority: DE
Inventors: Basil Twickenham Middlesex Wood (Großbritannien)
Original assignee: Merz & McLellan Service Ltd., Newcastle upon Tyne (Großbritannien)
Priority date: 1964-05-12
Filing date: 1965-05-11
Publication date: 1970-05-27
Also published as: CH427743A; GB1099501A; US3301529A; SE304997B; DE1426836A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axial-Dampfturbine mit mindestens einer Stufe, die mit gesättigtem Dampf arbeitet und Leitschaufeln enthält, die an ihrem der Turbinenachse abgewandten Ende mit einer Wasser von den nachfolgenden Laufschaufeln ableitenden Wasserableitungseinrichtung versehen sind, wobei sich diese Wasserableitungseinrichtung mit ihrem stromaufwärts liegenden Ende näher an der Turbinenachse befindet als mit ihrem stromabwärts gelegenen Ende.

Derartige Einrichtungen sind aus der deutschen Patentschrift 616 473 bekannt.

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

Bei der bekannten Einrichtung sind vor den im Dampfstrom weiter hinten liegenden Leitschaufelstufen Abflußkanäle-, z. B. Schlitze vorgesehen, durch die das Wasser radial abgeschleudert und zum Kondensator oder Speisewasserbehälter abfließen soll. In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß diese Abflußschlitze nicht verhindern können, daß ein Teil des Wassers über den Zwischenraum zwischen den Laufschaufeln und den folgenden Leitschaufeln strömt. Das Wasser kann auch als feiner Nebel weiterströmen, der an der Innenseite des Deckbandes oder Gehäuses wegspritzt, oder es kann die stromaufwärts gelegene Fläche des Düsenringes oder Schaufelträgers benetzen und eine Wasserschicht bilden, die dann in die Schaufelkanäle gezogen und vom Umfang durch Wirbel im Dampfstrom abgerissen wird.

Wasser, das die stromaufwärts gelegene Kante der Leitschaufeln auf einem der oben erwähnten Wege erreicht, neigt dazu, sich auf der konvexen Seite der Leitschaufeln anzusammeln und langsam über diese zu fließen, wobei sich Lachen ansammeln, bis es schließlich in Form großer Tropfen von der stromabwärts gelegenen Kante der Leitschaufeln abgerissen wird. Während Wasser in Form eines feinteiligen Nebels gewöhnlich mit derselben Geschwindigkeit strömt wie der Dampf und daher die Laufschaufeln mit einer verhältnismäßig geringen Relativgeschwindigkeit erreicht, haben die großen Wassertropfen eine verhältnismäßig geringe Geschwindigkeit, so daß deren Relativgeschwindigkeit bezüglich der Laufschaufeln entsprechend groß ist; vermutlich sind daher auch diese großen Wassertropfen in erster Linie für die Erosion der Laufschaufeln verantwortlich.

Es liegt die Aufgabe vor, die Erosion der Laufschaufeln weitestgehend zu verhindern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Axial-Dampfturbine der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Wasserableitungseinrichtung aus einer derart niedrigen Schwelle an der Oberfläche der einzelnen Leitschaufelblätter besteht, daß die Wassertropfen, die über die Oberfläche der Leitschaufelblätter laufen, daran abgeleitet werden können und daß an ihr der Dampf vorbeiströmen kann.

Die Höhe der Schwelle hängt von den Abmessungen der Schaufel ab und ist etwa so hoch wie der Durchmesser der auf den Schaufeln gebildeten Tropfen, die Rippen sind jedoch auf alle Fälle verhältnismäßig flach im Verhältnis zur Steigung der Leitschaufeln, um den Dampfstrom nicht zu stören. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen

ίο der Erfindung sind in den einzelnen Unteransprüchen gekennzeichnet.

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

Die Schwelle 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 Schwelle eine Rippe anzubringen, was ohne Schwächung der Schaufel geschehen kann. Die Rippe kann durch einen Draht mit kreisförmigem, halbkfeis- / förmigem, rechteckigem, dreieckigem Qder T-för-· M migem Querschnitt gebildet werden. Die Rippe kann auch, um zu verhindern, daß Wasser über die Rippe fließt, einen ausgekehlten, hakenförmigen oder überhängenden Querschnitt haben, wobei die konkave Seite stromaufwärts weist.

Am stromaufwärts gelegenen Ende können die Rippen oder Schwellen an den Leitschaufeln mit einem radialen Abstand bezüglich der Turbinenachse enden, der kleiner ist als der radiale Abstand der Spitze der vorangehenden Laufschaufeln. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Schwellen zu einem Wasserabflußkanal führen, durch den das Wasser abgeleitet wird.

Die erfindungsgemäße rippenartige Wasserableitungseinrichtung 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 Schwelle wird das Wasser zum Gehäuse hin abgelenkt, wo es beim Abströmen die Spitzen der Laufschaufeln nicht _v , mehr erreicht und durch geeignet angeordnete Schlitze oder Löcher zu einem Wasserabflußkanal strömt, der mit dem Kondensator oder Speisewasserbehälter in Verbindung steht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden in der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Teil einer Dampfturbine im Axialschnitt mit einer Wasserableitungseinrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 bis 5 Schnittansichten senkrecht zur Achse von Rippen verschiedenen Querschnittes,

F i g. 6 eine Schnittansicht senkrecht zur Längsachse einer Leitschaufel mit einer schwellenartigen Wasserableitungseinrichtung.

F i g. 1 zeigt im Axialschnitt einen Teil der letzten beiden Stufen einer typischen Naßdampfturbine im Bereich der Spitzen der Laufschaufeln, von denen jeweils eine Laufschaufel 11,12 der letzten bzw. vorletzten Stufe des Läufers zusammen mit entsprechenden feststehenden Leitschaufeln 13,14 dargestellt sind. Die Leitschaufeln 13, 14 sind durch Düsenringe 17 bzw. 16 gehaltert, der Raum rechts vom Düsenring 17 steht mit einem nicht dargestellten

Kondensator in Verbindung. Die Düsenringe 16,17 sind in üblicher Weise in einem Teil eines Turbinengehäuses 18 angeordnet. Die Turbinenachse verläuft horizontal, oberhalb der Blattkante.

Gemäß der Erfindung sind die Leitschaufeln 13, 14 jeweils auf ihrer konvexen Seite mit einer eine Schwelle bildenden Rippe 20 bzw. 21 versehen. Die Rippen 20, 21 verlaufen schräg, so daß sich ihr in F i g. 1 linkes, stromaufwärts gelegenes Ende näher an der Turbinenachse befindet als ihr stromabwärts gelegenes Ende. Wasser, das im Bereich des äußeren Endes über die konvexe 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. Die Strömung des Wassers wird hauptsächlich durch Druckunterschiede und Reibung mit dem vorbei-

-·■-. strömenden Dampf, kaum jedoch durch die Schwer- J kraft bestimmt, so daß ein Abfließen des Wassers auch gegen die Richtung der Schwerkraft möglich ist. Da die Schaufeln außerdem in einem Kreis liegen, dessen Fläche senkrecht auf der Zeichenebene der F i g. 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 einen Wasserabflußkanal 24 auf, durch den das durch die Rippe 21 abgeleitete Wasser in einen Raum 25 fließt, der über einen Kanal 26 mit dem Kondensator in Verbindung steht. Die Wasserabflußkanäle 24 haben einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt, um unnötige Dampfverluste und Schwächungen des Ringes zu vermeiden. Am Einlaßende sind die Wässerabflußkanäle 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 möglich zu halten.

J^) Die Rippen 20, 21 können in der verschiedensten Weise geformt sein.

In den F i g. 2 bis 5 sind beispielsweise Rippen mit verschiedener Querschnittsform dargestellt. F i g. 2 zeigt eine Rippe 44 mit T-förmigem Querschnitt. Der Querschnitt der in F i g. 3 dargestellten Rippe 45 ist in erster Näherung kreisförmig. F i g. 4 zeigt eine Rippe 46 mit halbkreisförmigem Querschnitt, während in F i g. 5 eine Rippe 47 dargestellt ist, deren Querschnitt einen Kanal bildet. Bei den Rippen der in F i g. 5 dargestellten Art oder anderen Rippen mit hakenförmigem oder überhängendem Teil soll die Höhlung vorzugsweise stromaufwärts weisen, d. h. in F i g. 1 nach links und unten oder radial nach außen, so daß verhindert wird, daß das Wasser über die Rippe fließt.

F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Rippe bei 43 hakenartig über die stromaufwärts gelegene Kante 42 der Leitschaufel geführt ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Axial-Dampfturbine mit mindestens einer Stufe, die mit gesättigtem Dampf arbeitet und Leitschaufeln enthält, die an ihrem der Turbinenachse abgewandten Ende mit einer Wasser von den nachfolgenden Laufschaufeln ableitenden Wasserableitungseinrichtung versehen sind, wobei sich diese Wasserableitungseinrichtung mit ihrem stromaufwärts liegenden Ende näher an der Turbinenachse befindet als mit ihrem stromabwärts gelegenen Ende, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserableitungseinrichtung aus einer derart niedrigen Schwelle (20, 21) an der Oberfläche der einzelnen Leitschaufelblätter (13,14) besteht, daß die Wassertropfen, die über die Oberfläche der Leitschaufelblätter laufen, daran abgeleitet werden können und daß an ihr der Dampf vorbeiströmen kann.

2. Axial-Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle durch eine an der Oberfläche der betreffenden Leitschaufeln befindliche Rippe gebildet wird.

3. Axial-Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle_durch eine in die Oberfläche der betreffenden Leitschaufeln eingeschnittene Nut gebildet wird.

4. Axial-Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle durch einen Absatz einer Dickenabstufung der betreffenden Leitschaufeln gebildet wird.

5. Axial-Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärts gelegene Ende der Schwelle (21) zu einem Wasserabflußkanal (24) führt.

6. Axial-Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufwärts liegende Ende der Schwelle (20) einen kleineren radialen Abstand von der Turbinenachse hat als die Spitze der vorangehenden Laufschaufeln (12).

7. Axial-Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schwelle (20, 21) auf der konvexen Seite der betreffenden Leitschaufeln (13,14) befindet.

8. Axial-Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle einen in die Vorderkante der Leitschaufeln (42) reichenden Teil (43) hat (Fig. 6).

9. Axial-Dampfturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe durch einen an der Leitschaufel befestigten Draht gebildet wird.

10. Axial-Dampfturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen kreisförmigen Querschnitt hat (F i g. 3).

11. Axial-Dampfturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen halbkreisförmigen Querschnitt hat (Fig. 4).

12. Axial-Dampfturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen rechteckigen Querschnitt hat.

13. Axial-Dampfturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen dreieckigen Querschnitt hat.

14. Axial-Dampfturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen T-förmigen Querschnitt hat (F i g. 2).

15. Axial-Dampfturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe durch ein Profil mit ausgekehltem, hakenförmigem oder überhängendem Querschnitt gebildet wird, wobei die konkave Seite stromaufwärts weist (F i g. 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen