DE2038047A1 - Drainage of the surfaces of the guide vanes and the flow space of steam turbines, especially saturated and wet steam turbines - Google Patents
Drainage of the surfaces of the guide vanes and the flow space of steam turbines, especially saturated and wet steam turbinesInfo
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Description
bt/krbt / kr
Aktiengesellschaft Zweigniederlassung HürnbergCorporation Branch office Hürnberg
Hürnberg, 30.7.1970Hürnberg, July 30, 1970
Entwässerung der Oberflächen der Leitechaufeln des Strömungsraumes τοη Dampfturbinen, ins» besondere Satt- und laßdaapfturbinenDrainage of the surfaces of the guide vanes of the flow space τοη steam turbines, into the » special Satt and laßdaapfturbines
Di« Erfindung bezieht sich auf «ine aus Bntwäseerungeöifnungen aufweisenden Hohlraum-Leitschaufeln und einen lsi Gehäuse untergebrachtem Bntwässerungekanal bestehende Daapfturbine, insbesondere Satt- oder !faßdampfturbine. ·The invention relates to a drainage opening having cavity guide vanes and an lsi Housing housed drainage channel existing Daapfturbine, in particular saturated or! Barrel steam turbine. ·
Ue die durch Wassertropfenanschlag an die Oberflächen der Laufschaufeln von Haßdampfturbinen hervorgerufene Brosion der saugseitigen Eintrittskante zu vermindern bzw· ganz zu vermeiden, 1st es notwendig, die verhältnismäßig kleine Wass, ermenge, die sich auf der Oberfläche der vorhergehenden Leitschaufel ansammelt, daran zu hindern, von der Leitschaufel-Sndkante aus wieder in die Dampfetrömung zu gelangen,Ue caused by drops of water on the surfaces of the Corrosion caused by the rotor blades of Haßdampfturbinen To reduce or completely avoid the inlet edge on the suction side, it is necessary to use the relatively small Water that is on the surface of the previous one Guide vane accumulates to prevent it from getting back into the steam flow from the guide vane leading edge,
Ea iet bekannt, Durchbrüche in Form von zwei eich in Strömungsrichtung des Haßdampfes überdeckenden Reihen von Längs* schlitzen zur Verbindung des Stufenraumes mit dem Hohlraum der Leitschaufel an deren Bauch- und Rückenseite, und swar unmittelbar vor der Abströmkante anzuordnen, um den sich an der Sohaufeloberfläohe niederschlagenden Flussigktitsfilm abzusaugen.Ea iet known, breakthroughs in the form of two rows of longitudinal * slots to connect the step space with the cavity of the guide vane on its belly and back side, and swar to be arranged immediately in front of the trailing edge, around the to suck off the precipitating liquid film on the Sohaufeloberfläohe.
Auch ist es bekannt geworden, zur Entfernung schwerer Tsil-03.8171 109886/1002 m/m It has also become known to remove heavy Tsil- 03.8171 109886/1002 m / m
chen aus einem Luft-, Dampf-, Gas- oder Flüssigkeitsstrom, der durch umlaufende Schaufeln axial hindurchgeführt wird, das Rückenstüok jeder Hohlschaufel mit gerade oder geneigt gerichteten Bohrungen, deren Ansah! nach dem Sohaufelkopf hin »unehmen kann, zu versehen. Einfache Bohrungen dieser Art, d.h. solche Öffnungeformen fülsren aber meist eu vorzeitigem Zersprühen des Wasserfilm*, wodurch die Bntwässsrungswirkung verringert wird. Bei schräg geführten Sohlitzen gelangt zwar das Wasser ablBsungsfrei in die Absaugeöffnung, doch sind derartige öffnungen äußerst schwierig herzustellen.from a stream of air, vapor, gas or liquid, which is passed axially through rotating blades, the back of each hollow blade with straight or inclined directed bores, the look of which! after the Sohaufelkopf can take to provide. Simple bores of this type, i.e. such opening shapes, however, usually lead to premature spraying of the water film *, which reduces the drainage effect. In the case of sloping sole seats, the water enters the suction opening without detachment, but such openings are extremely difficult to manufacture.
Außerdem ist eine Entwässerungseinrichtung an der Niederdrucks tufe einer Dampfturbine bekannt, nach welcher sich die Absaugöffnungen in der Austrittskante der Leitschaufel, und «war in Gestalt eines über die gesamte Höhe dieser Xante verlaufenden Spaltes mit schärfen Rändern befinden. Die Fertigung solcher Schaufeln 1st aber ebenfalls sehr aufwendig.In addition, a drainage device at the low pressure stage of a steam turbine is known, after which the suction openings in the trailing edge of the guide vane, and «was in the form of a gap with sharp edges running over the entire height of this Xante. the However, the manufacture of such blades is also very complex.
Schließlich wurde auch bereits vorgeschlagen, schräge Schiit· ze mit Überdeckung an den Oberflächen der Leltechaufeln vorzusehen. Bei derartig ausgebildeten Absaugeöffnungen gelangt zwar der Wasserfilm ablttsungsfrei in die öffnungen, doch sind auch derartige Konstruktionen wieder sehr schwer zu verwirklichen.Finally, it has also already been suggested that oblique Schiit Ze to be provided with an overlap on the surfaces of the Leltechaufeln. With suction openings designed in this way Although the water film gets into the openings without residue, but such constructions are again very difficult to realize.
Die zur Absaugung der kleinen anfallenden Wassermenge erforderlichen Durchetrömungequerechnitte für solche Längsschlitze, für derartige geraden oder geneigten Bohrungen oder für Durchtrittespalte nit scharfen Rändern müssen jedoch äußeret klein gehalten sein, was zur Folge hat, daß deren Verwirklichung fertigungstechnisch auf sehr große Schwierigkeiten stößt. Eine Aceaageöffnung an einer Hohlτ schaufel muß nämlich darüber hinaus auch βtrömungatechnisch so günstig auegebildet sein, daß das Wasser der Um-The through-flow cross-sections for such longitudinal slots, for such straight or inclined bores, required for suctioning off the small amount of water that occurs or for passage gaps with sharp edges must, however, be kept extremely small, with the result that the realization of which encounters very great difficulties in terms of production technology. An aceaage opening on a hollow In addition, the blade must also be designed so favorably in terms of flow technology that the water in the
°5·8171 109886/1002 . "/·° 5 8171 109886/1002. "/ ·
lenkung von nahezu 180° ohne vorzeitigen Zerfall in Tropf·» folgen kann.steering of almost 180 ° without premature disintegration in drip · » can follow.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, unter weitgehender Yeriieidung dee sowohl durch die Bohrungen bzw. Schlitze in den Hohl-Leitschaufeln als auch durch die Abscheideöffnungen ±m Gehäueeumfang eintretenden Verlustes an arbeitsfähiges Strömungsmedium eine ausreichende Entwässerung der Oberflächen der yon Naßdampf beaufschlagten Schaufeln und des Gehäuses mit baulich und montag©mäßig einfachsten und billig herzustellenden Mitteln herbeizuführen·Which the object underlying the invention now is with substantial Yeriieidung sufficient drainage dee both through the holes or slots in the hollow vanes as entering also through the Abscheideöffnungen ± m Gehäueeumfang loss of workable flow medium of the surfaces of the yon wet steam applied blades and of the housing with structurally and assembly © moderately simplest and inexpensive to produce means
daß die öffnungen, d.h. die Bohrungen oder Schlitze zu dem Hohlraum jeder Leitschaufel und/oder der Zugang zu dem la Gehäueeumfang befindlichen Entwässerungskanal durch poröses, flüesigkeitedurchläesiges Material ersetzt sind. Ss erfolgt also die Entwäeserung des Arbeitsraumes der Turbine durch diese poröse Masse hindurch, wobei gleichzeitig in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der bekannte beachtliche Unterschied der freien Oberflächenenergie des Wassers beispielsweise gegenüber metallischen Werkstoffen ausgenutzt wird, um das schädliche Wasser aus der Dampfströmung so weit als irgend möglich zu entfernen.that the openings, i.e. the holes or slots to the Cavity of each guide vane and / or access to the la The circumference of the housing through a porous, liquid permeable material have been replaced. Ss done So the drainage of the working area of the turbine through this porous mass through, whereby at the same time, in a further embodiment of the invention, the known considerable difference of the free surface energy of the water, for example compared to metallic materials, is used, to remove the harmful water from the steam flow as much as possible.
Poröses Material bietet bekanntlich eine relativ große Oberfläche. Wenn nun beispielsweise im Bereich der Schaufelendkanten gemäß der Erfindung Streifen porösen Werkstoffes angeordnet werden und ein Druckgefälle über diese Streifen vorgesehen wird, so versucht das Wasser die freie Oberfläche des porösen Werkstoffes völlig zu bedecken. Es liegt diesem Vorgang die physikalische Erkenntnis zugrunde, nach welcher die potentielle Energie, hier die Oberflächenenergie, einem Minimum zustrebt. Durch das vorgesehene Druckgefälle wirdAs is well known, porous material offers a relatively large surface area. If now, for example, strips of porous material in the area of the blade end edges according to the invention are arranged and a pressure gradient is provided over these strips, the water tries the free surface to cover the porous material completely. This process is based on the physical knowledge according to which the potential energy, here the surface energy, one Strives for a minimum. Due to the intended pressure gradient
03.8171 ,/.03.8171, /.
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dae poröge Material dauernd teilweise leergesaugt, so daß im stationären Betrieb stete genügend offene Poren vorhanden sind, in die das Wasser hineingezogen wird. E* ist daher mit einem ausreichend dimensionierten Streifen porösen Werkstoffes die Entfernung des schädlichen Wassere von Dampfturbinen-Lei t schaufeln im stationären Betrieb durchführbar. Wegen des geringen freien Strömungsquerschnitte», der im porösen Material zur Verfügung steht, sperrt der Streifen den Hohlraum der Schaufel gegenüber dem Arbeitsraum der Turbine sehr gut ab, so daß kaum, arbeitsfähiges ätrömungemittel verloren geht.dae porous material is constantly partially sucked empty, so that Sufficient open pores are always present in stationary operation into which the water is drawn. E * is therefore with a sufficiently dimensioned strip of porous material, the removal of the harmful water from steam turbine Lei t blades in stationary operation is feasible. Because of the small free flow cross-section », which in the If porous material is available, the strip locks the cavity of the blade relative to the working space of the turbine is very good, so that hardly any working fluid is lost.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, als poröse Masse für den Wasserdurchtritt eine solche aus metallischen Werkstoffen oder deren Legierungen, beispielsweise auf der Basis von Cr-Ni-Stählen zu wählen, die sich leicht mit dem Schaufelwerketoff oder dem Turbinengehäuse durch Löten oder Schweißen verbinden lassen. Da solche Metall-Legierungen leicht zu verarbeiten sind, let auch die Fertigung profilierter und verwundener Schaufeln unter Verwendung solchen porösen Materials einfach durchzuführen.In a further embodiment of the invention, it is therefore proposed that the porous mass for the passage of water be selected from metallic materials or their alloys, for example based on Cr-Ni steels can be easily connected to the blade material or the turbine housing by soldering or welding. There Such metal alloys are easy to work with, so profiled and twisted blades can also be manufactured easy to perform using such porous material.
Solche Einsätze aua porösem Material in die Wandung von Hohlschaufeln werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im Bereich der Schaufelendkante, und zwar entweder auf der SchaufeldruckBeite und/oder auf der Saugseite der Schaufel, vorzugsweise in Streifenform vorgesehen. Es ist auch möglich, im Bereich der Einströmkante einen solchen porösen Einsatz in die Wandung der Saugseite einzufügen, falls dort zusätzliche Absaugung erforderlich werden sollte. Das sich auf der Schaufeloberfläche film- oder strähnenartig bewegende Wasser wird dann unter der Wirkung von Kapillarkräften die -offenen Poren füllen und aua diesen, bei vorhandener ausreichender Druckdifferenz zwischen Strömungsraum und Schaufel-Hohlraum in das Schaufelinnere abgesaugt werden. Beim Wiederaustreten des Wassers aus der porösen,Such inserts aua porous material in the wall of Hollow blades are in a further embodiment of the invention in the area of the blade end edge, either on the Bucket pressure side and / or on the suction side of the bucket, preferably provided in strip form. It is also possible to have such a porous one in the area of the inflow edge Insert insert into the wall of the suction side, if there additional suction should be required. The water moving like a film or strand on the surface of the blade will then fill the open pores under the action of capillary forces and, if there is a sufficient pressure difference between the flow space and the blade cavity, will be sucked into the inside of the blade will. When the water escapes from the porous,
03.8171 109886/1002 ./·03.8171 109886/1002 ./·
Masse muß, wenn deren zum Schaufel-Hohlraum hin liegend· Oberfläche z.B. bei sehr geringer abzusaugender Wassermenge nicht vollständig befeuchtet ist und sich deshalb Über den Porenöffnungen Menisken bilden können, die dadurch auftretende Kapillar-Druokerniedrigung durch eine bestimmte zusätzliche Druckdifferenz überwunden werden. Die Kapillar» Druckerniedrigung hängt vom Druckmesser der Foren ab und steigt mit abnehmendem Forendurchmesser* Die Porosität der zum Einsatz kommenden porösen Masse muß daher zur Erzielung einer optimalen Absaugewirkung an die jeweils gegebenen thermodynamischen und strömungstechnischen Verhältnisse, insbesondere an die verfügbare Druckdifferenz und an die Menge des abzusaugenden Wassers angepaßt werden.The mass must, if its lying towards the blade cavity The surface is not completely moistened, e.g. with a very small amount of water to be sucked off, and is therefore over the Pore openings can form menisci, the resulting lowering of the capillary pressure can be overcome by a certain additional pressure difference. The capillary » The pressure decrease depends on the pressure gauge of the forums and increases with decreasing forum diameter * The porosity of the used porous mass must therefore to achieve an optimal suction effect to the given thermodynamic and fluidic conditions, in particular to be adapted to the available pressure difference and to the amount of water to be sucked off.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen.Further details of the invention emerge from the following description and the drawings.
In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und in sohematischen Darstellungen veranschaulicht, und zwar zeigerIn the drawings, for example, and in FIG sohematic representations illustrated, namely pointer
Fig. 1 bis 3 Teil-Querschnitte durch hohle Leitschaufeln, während1 to 3 partial cross-sections through hollow guide vanes, while
Die in den Figuren 1 bis 3 veranschaulichten zusammengesetzten Hohl-Leitechaufein bestehen aus den Sohaufelwänden 1,2 bsw. 3, 4 bzw. 5, 6, die aus normalem Werkstoff gefertigt sind. Für diese AuefUhrungsbeispiele ist der Schaufel-Hohlraum mit jeweils 7 benannt.The assembled hollow guide vanes illustrated in FIGS. 1 to 3 consist of the heap walls 1, 2 bsw. 3, 4 or 5, 6, which are made of normal material. For these exemplary embodiments, the blade cavity is designated with 7 in each case.
Gemäß Figur 1 befindet sich das erfindungsgemäße poröse Material 8 in Streifenform auf der Schaufel-Druckseite 9, und zwar.im Bereich des Abströmrandes, und ist bei 10 mit dem Schaufelmaterial beispielsweise durch Schweißen verbunden.According to Figure 1 is the porous according to the invention Material 8 in strip form on the blade pressure side 9, namely in the area of the outflow edge, and is at 10 with connected to the blade material, for example by welding.
03.8171 109886/100203.8171 109886/1002
BADBATH
In der abgewandelten Ausführung nach Figur 2 ist die Schaufelendkante, und zwar sowohl die Druckseite 9 als auch die Saugseite 11 der Leitschaufel aus streifenförmigem, poröosr Material 8· und 8'· gemäß dem Erfindungsvorschlag gebildet, wobei mit 12, 13 und 14 wiederum die jeweiligen Schweißnaht : bezeichnet sind. Die dünnen Strömungslinien 15 und 16 veranschaulichen den Verlauf des Wassers und lassen erkennen, daß in vorteilhafter Weise keine Wasserablösung stattfindet.In the modified version according to Figure 2, the blade end edge, namely, both the pressure side 9 and the suction side 11 of the guide vane made of strip-shaped, porous Material 8 and 8 'formed according to the proposal of the invention, with 12, 13 and 14 again representing the respective weld seam: are designated. The thin flow lines 15 and 16 illustrate the course of the water and show that, in an advantageous manner, no water detachment takes place.
Die Figur 3 zeigt den Einsatz des streifenförmigen, porösen Materials 8··' auf der Schaufelsaugseite 11, und zwar diesmal im Bereich des Einströmendes der sich aus den Teilen 5 und 6 zusammensetzenden Leitschaufel mit den Schweißstellen 17 und 18. Eine solche Schaufelgestaltung ist zweckmäßig für eine zusätzliche Absaugung, d.h. für diejenigen Fälle, bei denen auch die Saugseite 11 der Schaufel eine beträchtliche Wassermenge auffängt und in den Hohlraum 7 weiterleiten soll.Figure 3 shows the use of the strip-shaped, porous Materials 8 ·· 'on the blade suction side 11, this time in the area of the inflow end of the guide vane, which is composed of parts 5 and 6, with the welds 17 and 18. Such a shovel design is useful for additional suction, i.e. for those cases in which the suction side 11 of the shovel also has a considerable Catches the amount of water and is intended to pass into the cavity 7.
In Figur 4 ist mit 19 das Turbinengehäuse und mit 20 der Abströmkanal benannt, während bei 21 eine Laufschaufel angedeutet ist. Der Zugang vom Strömungsraum 22 zum Abströmkanal 20 ist nach dem Erfindungsvorschlag mit porösem Material 81111 ausgefüllt und bei 23 mit dem Turbinengehäuse 19 verschweißt oder verlötet. Durch das Anbringen dea porösen Materials 8!'·· an dieser Stelle soll das Wasser am Wiedereintritt in den Strömungsraum 22 gehindert werden, was bisher nur durch große Druckdifferenz und umständliche Bauart zu erreichen, aber stets mit entsprechendem Dampfverlust verbunden war.In FIG. 4, the turbine housing is designated with 19 and the outflow channel 20, while a rotor blade is indicated at 21. According to the proposal of the invention, the access from the flow space 22 to the outflow channel 20 is filled with porous material 8 1111 and welded or soldered to the turbine housing 19 at 23. Attaching the porous material 8!
Die Erfindung erstreckt sich auch auf Turbinenschaufeln, die aus keramischem Werkstoff gefertigt sind. Der Zugang zu den Hohlräumen solcher Schaufeln wird dann an den oben erwähnten Stellen durch das Einsetzen von porösen Keramikteilen hergestellt.The invention also extends to turbine blades, which are made of ceramic material. Access to the cavities of such blades is then at the top mentioned places by inserting porous ceramic parts.
°3·8171 109886/1002° 3 8171 109886/1002
ΒΑΏ ORIQJNAL ΒΑΏ ORIQJNAL
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