DE1576985A1 - Turbine guide vane for wet steam - Google Patents
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Description
Soci^tS GSnlrale de Constructions Electriques et MeOaniqueg (ALSTHOM), 38, Avenue KlSber - Paris (16°) - Frankreich -Soci ^ tS GSnlrale de Constructions Electriques et MeOaniqueg (ALSTHOM), 38, Avenue KlSber - Paris (16 °) - France -
"Turbinenleitschaufel für Naßdampf""Turbine guide vane for wet steam"
französische Priorität aus der französischen Patentanmeldung vom 8.Dezember 1966 Nr. PY 2717 (Beifort)French priority from the French patent application of December 8, 1966 No. PY 2717 (Beifort)
Die Erfindung betrifft eine Turbinenleitechaufel für Haßdampf.The invention relates to a turbine guide vane for Hate steam.
Das Anwachsen der Leistung der Turbogenerator-Gruppen ruft insbesondere eine bedeutende Entwicklung der Teile mit niedrigem Druck der Dampfturbinen hervor. Es handelt sich darum, zum Kondensator Dampfmengen «ines beträchtlichen Yolumeni zu führen und dies um so mehr, als aan über elntn laltwaiterdiberfluß verfügt« lin besonders schwer tu lösendes Proble» ist das der Erosien der beweglichen Schaufeln durch Wasser« -teilchen, die durch partielle Dampfkondensation entstehen.In particular, the increase in the power of the turbogenerator groups brings about a significant development of the low pressure parts of the steam turbines. It is through it to lead to the condenser steam quantities "ines considerable Yolumeni and all the more so when aan has elntn laltwaiter diberfluß" lin particularly difficult tu solved Proble "is the" particles of Erosien of the moving blades through the water, the partial vapor condensation arise.
Es wurden bereits verschiedene Lösungen verwendet, um diesen zerstörerischen Effekt der Tröpfchenstöße auf dieVarious solutions have already been used to counteract this destructive effect of the bursts of droplets on the
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beweglichen Schaufeln oder, genauer ausgedrückt, der Schaufeln gegen die Tröpfchen, die mit einer sehr geringen Absolutgeschwindigkeit bewegt sind, zu vermindern. Diese-Lösungen bestehen im allgemeinen darin, den Eingangsrand der Schaufeln zu schützen, indem dieser mit einer Panzerung sehr harten Materials versehen wird oder oberflächlich gehärtet wird. Gleichzeitig bemüht man sich, im Lauf der Entspannung aus dem Dampf ein Maximum an Wasser herauszuziehen.movable blades or, more precisely, the blades against the droplets, which are moving at a very low absolute speed. These solutions consist in general of protecting the inlet edge of the blades by making them very hard with armor Material is provided or is hardened on the surface. At the same time, one tries to get out of the Steam to draw out a maximum of water.
Diese Erosion der beweglichen Schaufeln hat eine besondere große Bedeutung im Fall von Turbinen eines nuklearen Reaktors, Tor allem wenn diese mit gesättigtem Dampf gespeist werden· Die Verwendung eines Rücküberhitzers kann die Reduzierung des Peuchtigkeitsgrades ermöglichen - allerdings mit der Verlängerung der beweglichen Schaufeln und der entsprechenden Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit. Dies bisher verwendeten Lösungen laufen Gefahr, nicht mehr ausreichend zu sein·This erosion of the moving blades is of particular great importance in the case of the turbines of a nuclear reactor, Tor all when these are fed with saturated steam · The use of a back superheater can reduce the Enable degree of humidity - but with the extension of the movable blades and the corresponding increase in the Peripheral speed. The solutions used up to now run the risk of being no longer sufficient
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenleitschaufel für Naßdampf zu schaffen, bei der die Erosion der Schaufel vermindert ist. Diese Aufgabe ist bei der hier vorgeschlagenen Turbinenleitschaufel vor allem dadurch gelöst, daß sie erfindungsgemäß durch Stege in mehrere zur Turbinenachse konzentrisch liegende Abschnitte unterteilt ist.The invention is based on the object of a turbine guide vane for wet steam in which the erosion of the blade is reduced. This task is the one proposed here Turbine guide vane mainly solved in that they according to the invention by webs in several to the turbine axis concentric sections is divided.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Turbinenleitschaufel sind die Stege den Stromlinien des Dampfes angepaßt.In an advantageous embodiment of the invention Turbine guide vane are the webs of the streamlines Adapted to the steam.
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In einor weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Turbinenleitschaufel sind die Stege doppelwandig und achließen ein inneres Volumen ein, das am stromabwärts liegenden Rand der Schaufel geöffnet ist und mit in die Schaufel eingebrachten radialen Ausströmkanälen verbunden ist· In a further advantageous embodiment of the turbine guide vane according to the invention, the webs are double-walled and enclose an inner volume that is open at the downstream edge of the vane and is connected to radial outflow channels introduced into the vane.
Weitere Merkmale und durch sie erzielte Vorteile gehen aus der eich auf die Zeichnung beziehenden Beschreibung hervor· In der Zeichnung ist eine Turbinenleitschaufel der erfindungsgemäßen Art in beispielsweise gewählten Ausführungsformen und die Erfindung erläuternden Diagrammen veranschaulicht. £s zeigen:Further features and advantages achieved by them are expected the description relating to the drawing emerges · In the drawing, a turbine guide vane is the one according to the invention Kind in, for example, selected embodiments and illustrates diagrams explaining the invention. £ s show:
Fig. 1 den Querschnitt des Schaufelfußes einer beweglichen Schaufel und ein G-eschwindigkeitsvektordiagramm,Fig. 1 shows the cross section of the blade root of a movable Shovel and a G speed vector diagram,
Fi ;· Z. den ^uerüchnitt Jec Schaαίelendes einer beweglichenFi; · Z. the ^ uerüchnitt Jec Schaαίelendes a movable
und ein jeüchwiniigkoitavektordiagranm,and a jeüchwiniigkoitavektordiagranm,
Fig. 'i- im teilweisen axialen Schnitt die Leitschaufel der letzten Stufe einer Dampfturbine,Fig. 'I - in a partial axial section, the guide vane of the last stage of a steam turbine,
Fig. 4 den stromabwärts liegenden Teil einea Steges nach der Erfindung undFig. 4 shows the downstream part of a ridge of the invention and
Pi.:. 5 eine 3ci:::ittancicht langt· ier Linie A-A der Fig. 3.Pi.:. 5 a 3ci ::: ittancicht reaches the line AA of FIG. 3.
Die in Fig. 1 <ni Pi^. Z irr. Querschnitt dargestellte Schaufel gehört <:ar let?:.«.:: Stvie einer -iccr.leiotuiigsda^pfturbine.The in Fig. 1 <ni Pi ^. Z irr. The blade shown in cross section belongs to a -iccr.leiotuiigsda ^ pfturbine.
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Sas Tektordiagramm stellt die Absolutgeschwindigkeiten 0, die Relativgeschwindigkeiten W und die Umfangegeschwindigkeiten U am Eingang der beweglichen Schaufel dar·The tector diagram represents the absolute velocities 0, the relative speeds W and the circumferential speeds U at the entrance of the moving shovel
Wenn man im Tall dieser beiden Querschnitte annimmt, daß sich die faesertröpfchen mit einer vernachlässigbaren Absolutgeschwindigkeit bewegen, können ihre Relativgeschwindigkeiten bezüglich der Schaufel mit BM^ für den Schaufelfuß und mit SId 1^ für das Schaufelende dargestellt werden. Diese Geschwindigkeiten sind mit BM2 und SM'2 dargestellt, wenn man annimmt, daß die Wassertröpfchen eine Absolutgeschwindigkeit angenommen haben, die gleich der mittleren Dampfgeschwindigkeit ist, indem sie längs ihrer Bahn die notwendige Energie aus dem umgebenden Medium aufgenommen haben· Für Absolutgeschwindigkeiten der Wassertröpfchen zwischen 0 und C/2 bewegen sich die Enden der Geschwindij-keitsvektoren auf den Geraden li-jlLj und M'-M'2·If one assumes at the height of these two cross-sections that the fiber droplets move with a negligible absolute speed, their relative speeds with respect to the blade can be represented by BM ^ for the blade root and SId 1 ^ for the blade end. These velocities are shown with BM 2 and SM ' 2 if it is assumed that the water droplets have assumed an absolute velocity which is equal to the mean steam velocity in that they have absorbed the necessary energy from the surrounding medium along their path · For absolute velocities of the water droplets between 0 and C / 2 the ends of the speed vectors move on the straight lines li-jlLj and M'-M ' 2
Es ist daher festzustellen, daß die Wasserteilchen Geschwindigkeiten haben, deren Größe von BM- bis BH2 am Schaufelfuß abnehmen können und sich wenig von SM1- bis SM1 2 am Schaufelende ändern können· Ebenso wie die durch BM- und SM1- dargestellten Geschwindigkeiten gleich den entsprechenden Umfangsgeschwindigkeiten sind, deren Verhältnis im allgemeinen kleiner als 1/2 sein wird, wird der Erosionseffekt, 4er mit der dritten Potenz der Relativgeschwindigkeit der Tröpfchen wächst, am Schaufelende mindestens achtmal stärker sein als am Schaufelfuß·It is therefore to be noted that the water particles have velocities whose size can decrease from BM- to BH 2 at the blade root and can change little from SM 1 - to SM 1 2 at the blade end · Just like those represented by BM- and SM 1 - If speeds are equal to the corresponding peripheral speeds, the ratio of which will generally be less than 1/2, the erosion effect, which increases with the third power of the relative speed of the droplets, will be at least eight times stronger at the blade end than at the blade root.
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Man würde daher praktisch die Erosion beseitigen, wenn man die Möglichkeit hätte, alle Wassertröpfchen zum Schaufelfuß zu konzentrieren. Da diese Möglichkeit kaum reiiaierbar ist, ist es zumindest τοη Interesse, daß die Teuchtigkeitekonzentration Tom Schaufelfuß zum Schaufelende hin abniamt. Diese Verteilung stellt sich natürlich ein, wenn keine sie ändernden Sekundäreffekte auftreten, denn während am Schaufeleingang die Entspannung am Schaufelfuß fast vollständig ist, beträgt sie am Schaufelende nur 20 bis 25#. Wenn der Feuchtigkeitsgrad am Schaufelfuß 8 bis 1056 beträgt, wird er infolge der Kondensationsverzögerung am Schaufelende jeweils 0 oder 2?C sein· Diese Verteilung wird indessen dadurch geändert, daß die Wassertröpfchen, die eine beträchtlich größere spezifische Masse als die Dampftröpfchen besitzen, nicht dem durch die Zentrifugal kraft und dem Dampfdruckgradienten hervorgerufenen GIeichgewicht gehorchen. Die Wasserteilchen bekommen daher eine gewisse Zentrifugalneigung, der sich der Schwerkrafteffekt insbesondere für große langsame Tröpfchen überlagern kann· Diese Erscheinung wird durch die weißlichen Bahnen bestätigt, die man häufig auf Leitachaufeln feststellen kann, wenn der Dampf nicht vollständig^ rein ist. Es ist daher verständlich, daß diese Änderung der theoretischen Feuchtigkeitsverteilung nachteilig für die Haltbarkeit der beweglichen Schaufeln ist. One would therefore practically eliminate the erosion if one had the possibility of concentrating all the water droplets at the blade root. Since this possibility can hardly be risen, it is at least in interest that the moisture concentration Tom blade foot decreases towards the blade end. This distribution occurs naturally if there are no changing secondary effects, because while at the blade inlet the relaxation at the blade root is almost complete, it is only 20 to 25 # at the blade end. If the moisture content is at the blade root 8 to 1056, it will be as a result of condensation delay at the blade end are each 0 or 2? C · This distribution is, however, modified in that the water droplets have a considerably greater specific mass than the steam droplets, not the through obey the centrifugal force and the equilibrium caused by the vapor pressure gradient. The water particles therefore acquire a certain centrifugal tendency, on which the gravitational effect can be superimposed, especially for large, slow droplets.This phenomenon is confirmed by the whitish paths that can often be seen on guide vanes when the steam is not completely pure. It is therefore understandable that this change in the theoretical moisture distribution is detrimental to the durability of the movable blades.
Durch die Erfindung wird dieser Änderung der Konzentration der Wasserteilchen entgegengewirkt, indem sie gezwungen werden, Bahnen zu folgen, die etwa identisch denen des Dampfes sind« The invention counteracts this change in the concentration of the water particles by forcing them to follow paths which are roughly identical to those of the steam «
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In der Pig. 3 ist ein teilweise axialer Schnitt der Leitschaufel der letzten Stufe einer Dampfturbine dargestellt. Dabei ist die Leitschaufel 3 in drei konzentrische Abschnitte durch Stege 4 und 5 unterteilt, die durch auf der Leitschaufel durch Schweißung oder irgendeine Befestigungsart befestigte Bleche gebildet sind.In the pig. 3 shows a partial axial section of the guide vane of the last stage of a steam turbine. The guide vane 3 is divided into three concentric sections by webs 4 and 5, which by on the guide vane sheet metal fastened by welding or any other type of fastening are formed.
Jeder Steg ist durch zwei nötigenfalls versteifte Bänder 6 und 7 gebildet, die ein ringförmiges Yolumen 8 mit einem Durchmesser von beispielsweise einigen Millimetern bilden· Diese Bänder 6 und 7 sind aneinander längs ihres stromaufwärts liegenden Bandes 9 verschweißt und um ihren stromabwärts liegenden Rand 10 gebogen, um eine kreisförmige öffnung in der Größenordnung eines Millimeters zu bilden, wie dies mehr im einzelnen in Pig. 4 dargestellt ist.Each web is formed by two, if necessary, stiffened bands 6 and 7, which have an annular Yolumen 8 with a Form diameters of, for example, a few millimeters. These bands 6 and 7 are attached to each other along their upstream lying band 9 is welded and bent around its downstream edge 10 to form a circular opening in of the order of a millimeter, as detailed in Pig. 4 is shown.
Das Volumen 8 ist mit einer ringförmigen Höhlung 11 verounden, die in die Pelge der Leitschaufel eingebracht ist, jedoch auch zwischen der Pelge der Leitschaufel und ihrer Lagerung in dem Turbinenlcörper 12 angeordnet sein kann und '.hrereeits mit dem Kondensator verbunden ist·The volume 8 is verounden with an annular cavity 11, which is introduced into the pelge of the guide vane, but also between the pelge of the guide vane and its Storage can be arranged in the turbine body 12 and '. is connected to the capacitor on the front
Die Verbindung zwischen dem Volumen 8 und der Höhlung 11 wird durch das Innere der Leitschaufeln geführt, wenn diese hohl sind. Wenn die Leitschaufeln 13 voll sind, wie dies in fig. 5 dargestellt ist, weisen sie einen radialen Kanal 14 auf, der einerseits mit der Höhlung 11 und andererseits mit dem Volumen 8 verbunden ist. Die Verbindung des Kanals 14 mit demThe connection between the volume 8 and the cavity 11 is guided through the interior of the guide vanes if they are hollow. When the guide vanes 13 are full, as shown in FIG fig. 5 is shown, they have a radial channel 14, on the one hand with the cavity 11 and on the other hand with the Volume 8 is connected. The connection of the channel 14 with the
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So saugt der Unterdruck, der am Eingang der ringförmigen öffnung 10 der Stege 4 und 5 herrscht, die Tröpfchen an, die sich auf diesen Stegen gesammelt haben und die dabei sind, sie zu verlassen. Biese Beseitigung der Tröpfchen hat eine sehr große Bedeutung, denn sie sind längs ihrer Bahn größer geworden und würden besonders schädlich sein.So the negative pressure sucks at the entrance of the annular opening 10 of the webs 4 and 5 prevails, the droplets that have collected on these webs and that are there, to leave them. This elimination of the droplets is very important because they are larger along their path and would be particularly harmful.
Der Dampfdruck ist bei jedem Steg unterschiedlich. Jeder Steg ist nur mit einer Reihe von Kanälen 14 verbunden. Im Pail der Fi&. 3» bei dem es zwei Stege 4 und 5 gibt, ist das Volumen 8 eines Steges abwechselnd mit einer Schaufel mit zwei Stegen, wie dies in Pig. 5 dargestellt ist, verbunden*.The vapor pressure is different for each bridge. Each web is only connected to a number of channels 14. In the pail the Fi &. 3 »where there are two bars 4 and 5, that is Volume 8 of a web alternating with a scoop with two webs, as in Pig. 5 is shown connected *.
Die Anordnung des nächst der Turbinenachse gelegenen Steges 4 ist derart, daß er einen Bereich begrenzt, bei dem der Erosionseffekt aufgrund der relativ geringen Umfangsgeschwindigkeiten nicht zu befürchten ist.The arrangement of the web 4 located next to the turbine axis is such that it delimits an area in which the Erosion effect due to the relatively low circumferential speeds is not to be feared.
Die Stege sind vorteilhaft der Stromlinienform des Dampfte angepaßt, entweder dadurch, daß man sie speziell auf diese Wirkung hin anpaßt, oder umgekehrt dadurch, daß sie eine athr einfache Form aufweisen,aber die Schaufeln dementsprechend angepaßt sind. Man vermeidet so schädliche Wirbel in der Umgebung der Stege.The webs are advantageous to the streamlined shape of the vapor adapted, either by adapting it specifically to this effect or, conversely, by making it an athr have a simple shape, but the blades are adapted accordingly. This avoids damaging eddies in the Surrounding the footbridges.
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