DE312856C

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Publication number: DE312856C
Application number: DENDAT312856D
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Description

Die gebräuchlichen Turbinenschaufelungen werden in Gleichdruck- und Überdruckschaufelungen unterteilt, je nach der Größe des sog. Reaktionsgrades, d. i. des Verhältnisses des im Laufrade aufgezehrten Gefälles zu dem in einer ganzen Stufe, bestehend aus Leit- und Laufrad, verwendeten Gefälle.

Der Reaktionsgrad nach dieser Begriffsbestimmung ist für Gleichdruckschaufelungen

ίο gleich Null, für Überdruckschaufelungen der gebräuchlichen Ausführungen liegt er in der Nähe von 0,5. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Reaktionsschaufelungen mit wesentlich größerem Reaktionsgrad als 0,5 zu, verwenden. Diese Schaufelungen haben den Vorzug eines guten Wirkungsgrades, da die Umsetzung der Wärmeenergie in Bewegungsenergie des Treibmittels und die Umwandlung des größten Teiles dieser Bewe-

ao gungsenergie in mechanische Arbeit auf einem sehr kleinen Wege ohne größere Umlenkung erfolgt und daher mit geringen Widerständen verbunden ist. Der übrige Reibungsweg und die stärkeren Umlenkungen*

2$ werden mit kleineren Geschwindigkeiten, also auch kleineren Verlusten, durchlaufen. Ein Nachteil dieser Schaufelungen ist dagegen der verhältnismäßig größe Auslaßverlust, der aber nur bei den Stufen auftritt, deren Auslaßgeschwindigkeit ganz oder größtenteils verloren ist.

Ein weiterer Nachteil der Schaufelung mit großem Reaktionsgrad ergibt sich aus der nachfolgenden Überlegung. Die Gefälleverminderungen, die b,eim Übergang auf kleine Belastungen oder auf höheren Gegendruck eintreten, machen sich bekanntlich nicht in allen Stufen gleichmäßig, sondern 'überwiegend in wenigen Stufen der Turbine oder des betreffenden Turbinenteiles' bemerkbar. Mit Rücksicht auf die Forderung eines hohen Wirkungsgrades der Schaufelung bei allen Betriebsverhältnissen ist in den mit Gefälle von wechselnder Größe arbeitenden Stufen diejenige Schaufelart vorzuziehen, welche sich den Änderungen des verfügbaren Ge- ' fälles, also auch der Dampfgeschwindigkeiten, mit der geringsten Einbuße an Wirkungsgrad anpaßt. '

In dieser Hinsicht ist, wie an Hand der Fig. ι und 2 dargelegt werden kann, dig Schaufelung mit kleinem Reaktionsgrad* derjenigen mit großem Reaktionsgrad überlegen. In Fig. 1 sind die Geschwindigkeitsdreiecke für den Eintritt in die Laufschaufel einer Stufe mit sehr kleinem Reaktionsgrad, also einer Gleichdruckstufe, mit den im Turbinenbau üblichen Bezeichnungen abgegeben. C₁ sei die absolute Eintrittsgeschwindigkeit bei demjenigen Belastungszustand, für welchen die Schaufelung der Turbine bemessen worden ist; ihr entspricht als Relativgeschwindigkeit nach Größe und Richtung W₁. Das zweite Dreieck mit C₁ und W₁ stellt die Eintrittsgeschwindigkeiten für den Fall dar, daß bei anderer Leistung oder anderen Druckverhältnissen die absolute Eintrittsgeschwindigkeit bei gleicher

Umfangsgeschwindigkeit halb so groß geworden ist. Das dargestellte Schaufelprofil p kann bei beiden Betriebsverhältnissen ohne größere Stoßverluste im Laufrad verwendet werden.

Anders liegen die Verhältnisse bei der Schaufelung mit hohem Reaktionsgrad. In Fig. 2 ist an eine reine Reaktionsstufe, gedacht, welche etwa das gleiche Gefälle verarbeiten soll wie die Druckstufe der Fig. ι; der . Leitradaustritts winkel α₂ ist wegen der kleineren Geschwindigkeiten, also größeren erforderlichen Querschnitte im Leitrad größer angenommen als Ct₁. Die Geschwindigkeit C₁ der Fig. 2 ist um den ,Verlust im Leitrad kleiner als die Geschwindigkeit W₁ der Fig. 1. Auch in der Fig. 2 ist das Geschwindigkeitsdreieck sowohl für die bei der Berechnung zugrunde gelegten Verhältnisse als auch für halbe absolute Eintrittsgeschwindigkeit aufgezeichnet. Es geht daraus hervor, daß das für die berechneten Verhältnisse entworfene Laufschaufelpfofil q bei den kleinen Geschwindigkeiten mit großen Stoß Verlusten arbeiten wird. Die Eintrittsrichtung ergibt eine Komponente entgegengesetzt der Drehrichtung der Lauf schaufelung, verursacht also eine schädliche Bremsung, die in der Lauf-• . schaufelung für kleinen Reaktionsgrad (Fig. ι) 3p nicht auftritt. ' ,

Die Erfindung bezieht sich nun auf Überdruck-Schaufelungen. Um diesen e'inen besonders hohen Wirkungsgrad zu geben und bei ihnen von den Vorteilen der Schaufelart mit hohem Reaktionsgrad, unter Ausschaltung ihrer Nachteile Gebrauch zu machen, wird gemäß der Erfindung der Verlauf des Reaktionsgrades innerhalb der Stufengruppen der Turbine derart gewählt, daß in denjenigen Stufen, deren Auslaßgeschwindigkeit nicht oder nur in geringem Maße verwertet werden kann, wie auch in denj enigen Stufen, in denen sich erheblich ändernde Dampfgeschwindigkeiten bei den vorkommenden Betriebszuständen auftreten, der Reaktionsgräd klein ist, während in den übrigen Stufen von der Verwendung eines hohen Reaktionsgrades , Ge-, brauch gemacht wird. Dadurch ergibf sich ein möglichst; hoher Gesamtwirkungsgrad der Turbinenschaufelung.

Zur Erreichung der Verschiedenheit im Reaktionsgräd der Turbinenstufen steht eine Reihe von bekannten Mitteln zur Verfügung. Beispielsweise können in Lauf- und Leitrad Profile verschiedener Stärke eingesetzt werden, so daß die Verengungen und damit auch die Durchgangsquerschnitte für das Treibmittel bei gleicher Schaufelhöhe in Lauf- und Leitrad verschieden werden. · Werden die gleichen Profile benutzt, so kann durch-die Verwendung verschieden großer Umfangsteilung' in Lauf- und Leitrad ebenfalls eine Verschiedenheit in der Größe" der Durchgangsquerschnitte erzielt werden. Die Schaufelhöbe selbst kann innerhalb einer Stufe ebenfalls verändert werden, z. B. durch verschiedene Bemessung der Höhe der Zwischenstücke. Ein besonders wirksames Mittel für die Erzielung verschiedener Durchgangsquerschnitte in Lauf- und Leitrad ist die Verwen- - dung von Profilen mit verschiedenen Austrittswinkeln. Die genannten Mittel können natürlich einzeln oder auch vereinigt zur Verwendung gelangen.

Innerhalb jeder der im Ausführungsbeispiel Fig. 3 dargestellten Überdruck-Schaufelgruppen α und b kann die Auslaßgeschwindigkeit einer Stufe in der folgenden Stufe zum größten Teil ausgenutzt werden; nur in der letzten Stufe jeder dieser Gruppen ist die Ausnutzung der Auslaßgeschwindigkeit nicht möglich. Gemäß der Erfindung verläuft deshalb der Reaktionsgrad wie in Fig. 4 veranschaulicht. Der gebrochene Linienzug c.stelle den Verlauf des Reaktionsgrades innerhalb der Gruppe.α von, Stufe zu Stufe dar. Die Mittelwerte der Reaktionsgrade der einzelnen Gruppen gleicher Schaufelhöhe liegen auf einer Kurve d, deren Verlauf zeigt, daß der : .Reaktionsgräd seinen Höchstwert in der Nähe der ersten Stufe und seinen Geringstwert in der letzten Stufe hat. Innerhalb der einzelnen Gruppen gleicher Schaufelhöhe ist der Reaktionsgrad als mit dem spezifischen Volumen des Treibmittels wachsend angenommen, da für sämtliche Laufräder einerseits und sämtliche Leiträder andererseits die gleichen Profile, unter gleichem Winkel stehend, verwendet werden sollen.

Wird von dieser Vereinfachung abgesehen, so kann auch eine Schaufelung b geschaffen werden, deren Reaktionsgrad nach der gebrochenen Linie e verläuft, sich also auch innerhalb der Gruppe, gleicher Schaufelhöhe in Richtung des Dampfweges vermindert. Die Kurve /, welche die Mittelwerte des Linienzuges e enthält, ist beispielsweise so gedacht, daß der Reaktionsgrad seinen Größtwert innerhalb der Schaufelung erhält. Der Reaktionsgrad kann ebensogut, innerhalb der no Schaufelgruppe ungefähr unveränderlich bleiben und erst in der Nähe der letzten Stufe sich vermindern. ...

Die Erfindung ist sinngemäß auf Kreiselmaschinen aller Art anwendbar.

Claims

Patent-Ansprüche:

τ. Mehrstufige Überdruck-Schaufelung, . mit hohem Reaktionsgrad für Dampfturbinen und andere Kreiselmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines möglichst hohen Gesamtwirkungs-

grades diejenigen Stufen, deren Austrittsgeschwindigkeit nicht ausgenutzt werden kann, und diejenigen, welche mit veränderlichem Gefalle arbeiten, einen kleineren Reaktionsgrad aufweisen als die übrigen Stufen. ■
2. Schaufelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktions-'.. grad am Ende einer Gruppe von Schaufelkränzen, innerhalb welcher, eine gute Ausnutzung der Auslaßgeschwindigkeit· statt-' findet, am kleinsten ist.
3. Gruppe von Schaufelkränzen nach Anspruch 2,. dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsgrad innerhalb der Gruppe den gebräuchlichen Wert von 0,5 wesentlich über-. und am Ende der Gruppe wesentlich unterschreitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.