DE2345636A1

DE2345636A1 - Turbine

Info

Publication number: DE2345636A1
Application number: DE19732345636
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Koninklijke Machinefabriek Stork BV
Current assignee: Koninklijke Machinefabriek Stork BV
Priority date: 1972-03-14
Filing date: 1973-09-10
Publication date: 1975-04-03
Also published as: NL7203334A; DE2345637A1

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. C. Wallach ' * .

Dip!. Ing. G. Koch 234 5636 ' * 4 0

Dr. T. Hdibach

8 München 2 1 0. Sep, f?73

Kaufingeretr. 8, Tel. 24 02 76

Koninklijke Machinefabriek Stork B.V., Hengelo, Niederlande

"Turbine"

Die Erfindung betrifft eine Turbine für ein zusammendrückbar es Medium mit einem oder mehreren Laufrädern, von ofenen wenigstens das Laufrad der ersten Stufe in der Zentripetalrichtung von dem Antriebsmedium durchflossen wird and nach dem Gleichdruckprinzip wirksam ist, welche Stufe von einer oder mehreren das Sentripetallaufrad umschliessenden Verteilerleitungen umgeben wird, wobei eine oder mehrere Regelventilen in denen eine Entalpiedifferenz des Mediums in Geschwindigkeit umgewandelt wird, durch die Austrittsöffnung direkt an die Eintrat.tsseite der Verteilerleitungien) angeschlossen ist (sind) und die Leitung{en) von dem Eintrittsende ab einen allmählich abnehmenden strömungsdurchgang aufweisen und längs des ganzen Innenumfangs direkt an das Zentripetallaufrad angeschlossen ist (sind*, wobei die Regelveritile aus einem mit'einem VentilkSrper versehenen Gehäuse bestehen, dessero Durchgang sich zunächst verjüngt und darauf aufweitete Die Erfindung bezweckt,-eine solche Turbine zu schaffen, bei der das Regelventil, in den die Geschwindigkeit des zusaiamendrückbaren Mediums erzeugt wird, eine besonders vorteilhafte Ausführurtgsform aufweist. Nach der Effindung besteht das Regel-Ventil aus einem Gehäuse, dessen Durchgang in der

s si/fp 417 5098U/0047

Stromungsrichtung sich zunächst allmählich verjüngt und darauf allmählich aufweitet/ wobei ein Ventilkorper vorhanden ist, der im geschlossenen Zustand an der Stelle des kleinsten Durchmessers des Gehäuses einen engen Spalt frei lässt und in den sich aufweitenden Teil des Gehäuses um einen Teil hineinragt, in dem die Oberfläche des Querschnittes allmählich gemäss einer linearen Funktion der Stelle dies« Querschnittes über die Längsachse des Ventilkörpers abnimmt und im geschlossen Zustand des Ventilkörpers auf der Stromaufwärtsseite des sich verjüngenden Teiles mit dem Gehäuse in einer gemeinsamen Berührungsebene in Berührung ist, die einen Winkel mit der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers einschliesst, welcher Winkel grosser ist als der Reibungswinkel zv/ischen Ventilkörper und Gehäuse.

Das so ausgebildete Ventilgehäuse besteht aus einem Teil dessen Durchgang sich allmählich verjüngt und in dem die Strömung subsonisch beschleunigt wird, einer engsten Stelle, der Kehle, wo die Schallgeschwindigkeit auftritt und aus einem Teil, dessen Durchgang sich allmählich aufweitet und in dem bei einem hinreichend niedrigen Druck nach dem Ventilkörper die Strömung weiter supersonisch beschleunigt wird. Es sei bemerkt, dass es sich bei der Turbine nach der Erfindung nicht handelt um eine optimale Zurückgewinnung von Druck sondern um die Erzeugung einer optimal angepassten, hohen Geschwindigkeit,

Da der Ventilkörper sich an dem engsten Teil des Durchganges vorbei im Gehäuse in den sich aufweitenden Teil erstreckt verläuft nach wie vor die Divergenz des zur

5 0 9 8 1 U I 0 (U 7

Verfügung stehenden Durchganges des Druckmediums in allen Teillastzuständen allmählich. Dank dem linearen Verlauf der Oberfläche des Querschnittes des Ventilkörpers ändert sich die von dem Ventildurchgelassene Menge Medium linear mit dem Hub des Ventilkörpers. Da der Verschluss des Durchgangs mittels des Ventilkörpers nicht an der Stelle des engsten Querschnittes des Durchganges erfolgt, kann verhütet werden, dass der Ventilkörper sich im Gehäuse festklemmt. Da die Verschlussteile in einem erheblich grössaren Querschnitt als der des geringsten Durchganges des Gehäuses liegt, wird bereits bei einer geringen Verschiebung des Ventilkörpers der Spalt an der Stelle des engsten Durchganges des Gehäuses den kleinsten Durchlass aufweisen und die Menge durchströmenden Mediums bestimmen. Die lineare Regelung tritt somit erst ein wenn der Ventilkörper einen kleinen Hub vollführt hat. Die Form des Ventilkörpers und des Gehäuses ist an der Verschlussteile in strömungstechnischer Hinsicht sehr ungünstig. Dank dem grossen Durchmesser, bei dem der Verschluss erfolgt, ist dieser Nachteil jedoch vernachlässigbar, da die Geschwindigkeit .örtlich sehr niedrig bleibt im Vergleich zu der im engsten Querschnitt.

Die Erfindung wird an Hand einer Ausfuhrungsform eines Regelventils nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung aod gen:

Fig. 1 schcimatische eine Turbine nach der Erfindung im Schnitt,

5 0 9 8 1 ■♦ / ι.^: BAD ORIGINAL

—A-

Fig. 2 schematisch einen Ventilkörper mit dem damit zusammenwirkenden Teil des Gehäuses im geschlossen Zustand im Schnitt,

Fig. 3 ofen Ventilkörper nach Fig. 2 im half offenen Zustand und

Fig. 4 den Ventilkörper nach Fig. 2 im vollständig offenen Zustand.

Die in Fig I dargestellte Turbine besteht aus einem Gehäuse 1, in dem die Zentripetalstufe angeordnet ist. Das Laufrad 2 der Zentripetalstufe ist in einem Gehäuse 3 angebracht, das im Gehäuse 1 aufgehängt ist. Das Gehäuse 3 enthält Verteilerleitungen 4 und 5, an die sich Regelventile 6 bzw. 7 anschliessen. Wie dies für das Regelventil 6 einzeln dargestellt ist, besteht diese aus einem Gehäuse 8, das mittels Flansche 9 am Gehäuse 1 befestigt ist. Im Inneren des Gehäuses 8 ist eine Führung 10 vorhanden, die zum Führen einer Ventilstange 11 dient, die einen Ventilkörper 12 trägt. Der Ventilkörper 12 kann mit einem austauschbaren Teil 13 zusammenwirken, der im Gehäuse 8 befestigt ist. Der austauschbare Teil 13 schliesst sich an das Gehäuse 3 durch einen Spalt 14 an. Auf diese Weise wird verhütet, dass bei Temperaturunterschieden der Einzelteile grosse Spannungen auftreten wurden. Die Fig. 2,3 und 4 zeigen den Ventilkörper 12 in vergrössertem Masstab, wobei ausserdem der mit dem Ventilkörper 12 zusammenwirkende Teil des austauschbaren Teiles dargestellt ist.

Die Form des Teiles 13 ist derart, dass wie dies aus

5098U/0047

Fig. 4 hervorgeht zunächst ein konvergierender Teil vorhanden ist, in dem die Strömung subsonisch beschleunigt werden kann, darauf eine engste Stelle bei 16, wo die Schallgeschwindigkeit auftritt und dann ein Teil 17, in dem der Durchgang sich allmählich aufweitet. Bei einem hinreichend niedrigen Druck hinter dem Ventilkorper 12 wird die Strömung weiter supersonisch beschleunigt. Der Ventilkörper 12 hat zwischen 18 und einen Durchgangsverlauf, der in bezug auf die Längsachse · des Körpers linear ist. Infolgedessen ändert sich der engsteDurchgang zwischen dem Ventilkörper 12 und dem Teil 13 und somit auch die .durchgelassene Menge linear mit dem Schlag. Aus regeltechnischen Gründen ist dies erwünscht.

Bei 20 weist der Ventilkörper 12 eine Verdickung auf. In dem in Fig. 2 dargestellten, geschlossenen Zustand des Ventilkörpers ist diese Verdickung mit der Wand des Teiles 13 des Gehäuses in Berührung. Im geschlossenen Zustand ist die Verdickung 20 bei 21 in Berührung mit dem Teil 13. Die Verschlussteilen 20 und 21 liegen stromaufwärts in bezug auf den engsten Teil 16 und in einem erheblich grösseren Querschnitt als der des Teiles 16. Infolgedessen befindet sich bei der Bewegung des Ventilkörpers 12 aus der in Fig. 2 dargestellten Lage der engste Durchgang anfangs bei 20 und 21, aber praktisch unmittelbar wird der engste Durchgang bei 16 liegen. Es tritt somit die lineare Regelkennlinie auf sobald der Ventilkörper einen sehr geringen Hub vollführt hat. In Fig. 2 ist der Winkel zwischen den Berührungsebenen bei 20 und 21 und der Bewegungsrichtung, wenn der Ventil-

5098U/0047

körper im geschlossenen Zustand ist, mit ^y, bezeichnet. Der WinkelC* mit der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers ist grosser als der Reibungswinkel zwischen dem Ventilkörper I2\und dem Gehäuseteil 13. Daher kann sich der Ventikörper im Betrieb niemals durch Selbstbremsen festklemmen.

Die in strömungstechnischer Hinsicht ungünstige Form des Teiles 13 an der Stelle 21 und des Ventilkörpers an der Stelle 20 ist unbedenklich, da in den in den Fig. 3 und 4 dargestellten, geöffneten Lagen diese Teile in einer Zone liegen, wo nur eine geringe Geschwindigkeit auftritt infolge des grossen Durchganges. Wenn die Turbine nur teilweise belastet ist, nimmt der Druckabfall über die Zentripetalstufe zu. Dies bedeutet, dass um den Reaktionsgrad niedrig zu halten auch der Druckabfall über das Regelventil zunehmen muss. Zu diesem Zweck soll jenseits des engsten Durchgangs bei 16 eine grössere Divergenz des zur Verfügung stehenden Durchgangs auftreten. Der Durchgang des Teiles 17 ist konstant und da bei partieller Belastung der Teil zwischen 18 und 19 mit dem Teil 17 zusammenwirkt, tritt in der in Fig. 3 dargestellten Lage tatsächlich jenseits des öngsten Durchgangs eine grössere Aufweitung auf als bei Vollast, wenn der Ventilkörper die in Fig. 4 dargestellte Lage einnimt. Da der zwischen 18 und 19 vorhandene Teil des Ventilkörpers in allen Teillastzuständen bis in den Teil 17 des Körpers hineinragt, ergibt sich in allen Lagen ein allmählicher Verlauf der Aufweitung.

509814/0047
BAD, ORIGINAL

Claims

' Ansprüche

Turbine für ein zusairanendrückbares Medium mit einem oder mehreren Laufrädern, von denen wenigstens das Laufrad der ersten Stufe in der Zentripetalrichtung von dem Antriebsmedium durchflossen wird und nach dein Gfeichdruckprinzip wirksam ist, welche Stufe von einer oder mehreren das Zentripetallaufrad umschliessenden Verteilerleitungen umgeben wird, wobei eine oder mehrere Regelventile, in denen eine Entalpiedifferenz des Mediums in Geschwindigkeit umgewandelt wird, an der Austrittöffnung direkt an die Eintrittsseite der Verteilerleitung (en) angeschlossen ist (sind) und von dem Eintrittende ab die Leitung(en) einen allmählich abnehmenden Strömungsdurchgang aufweist (aufweisen) und sich längs des ganzen Tnnemimfang unmittelbar an das Zentripetallaufrad anr.chliessen, wobei die Regelventile aus einem mit einem Ventilkörper versehenen Gehäuse bestehen, dessen Durchgang sich zunächst verjüngt und darauf aufweitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang des Ventilgehäuses (8) in der Strornungsrichtung sich zunächst allmählich verjüngt (16) und dann allmählich aufweitet (17) und das;s ein Ventilkörper (3 2) vorhanden ist, der im geschlossenen Zustand an der Stelle (16) des geringsten Querschnitte« des Gehäuses einen engen Spalt frei lässt und in den sich axifweitenden Teil des Gehäuses um einen Teil (18) hineinragt, dessen Querschnittoberfläche allmählich cjeiaäss einer linearen Funktion der Stelle dieses Durchgänge auf der Längsachse des Ventilkörpers (12) abnimmt: und dass? im geschlossenen Zustand der Venti3-

5098U/0Ü47
BAD ORIGINAL

körper (2) auf der Stromaufwärtsseite des sich verjüngenden Teiles mit dem Gehäuse längs einer gemeinsamen Berührungsebene (20,21) in Berührung ist, die einen Winkel (Ck₁ mit der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (12) einschliesst, der grosser ist als der Reibungswinkel zwischen Ventilkörper (12) und Gehäuse.

5098U/0 0A7