DE3617537A1 - Einstroemgehaeuse fuer eine stroemungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Einströmgehäuse für das gas­ förmige Betriebsmedium einer axialen Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine, mit mindestens einem sich spiralförmig verjüngenden Strömungskanal, der zu einer Leitschaufelanordnung offen ist.

Werden während des Betriebs einer Strömungsmaschine nichtgasförmige Fremdstoffe, z. B. Schmutzteile, durch das Betriebsmedium in das Einströmgehäuse eingebracht, oder sind feste Fremdstoffe wie z. B. Stahlspäne oder sonstige Kleinteile nach einer Reparatur im Einströmge­ häuse verblieben, so werden diese vom Betriebsmedium bewegten Fremdstoffe im gekrümmten Einströmgehäuse durch die Fliehkraft radial nach außen in jenen peripheren Bereich des Einströmgehäuses geschleudert, der den größ­ ten Abstand vom Zentrum des Gehäuses aufweist. Die Fremdstoffe laufen hier unter dem Einfluß des Betriebs­ mediums und unter Berührung des Einströmgehäuses fort­ laufend um und nutzen das Einströmgehäuse in dem vom Zentrum am weitesten entfernten Bereich ab, so daß die Festigkeit des Einströmgehäuses insbesondere bei länge­ rer Betriebszeit beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ein­ strömgehäuse der eingangs genannten Art auf einfache und kostengünstige Weise so weiterzubilden, daß nichtgasför­ mige Fremdstoffe an einem Umlauf im Einströmgehäuse ge­ hindert sind und sicher und unschädlich abgeführt werden können. Darüber hinaus soll der normale Betrieb der Strömungsmaschine nicht beeinträchtigt und das Einström­ gehäuse für die verschiedensten Einsatzgebiete geeignet sein.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nun erfindungsgemäß darin, daß der Strömungskanal an seinem peripheren End­ bereich einen deutlich zur Leitschaufelanordnung ge­ krümmten Ablenkteil aufweist derart, daß im peripheren Bereich des Strömungskanals vom Betriebsmedium mitge­ führte, nichtgasförmige Fremdstoffe mit Sicherheit in die Leitschaufelanordnung gelenkt werden.

Es ist also, in Strömungsrichtung gesehen, am Ende des Strömungskanals ein zur Leitschaufelanordnung ausgerich­ teter Ablenkteil angeordnet, der eine Zirkulation von Fremdstoffen um die kreisringförmige Leitschaufelanord­ nung verhindert, in dem er zumindest jene Strömung, die zusammen mit den Fremdstoffen im äußersten peripheren Bereich des Strömungskanals umläuft, zur Leitschaufelan­ ordnung hin umlenkt. Nach dem Eintritt in die Leitschau­ felanordnung werden diese Fremdstoffe vom Betriebsmedium durch die Beschaufelung zum Ausgang der Strömungsmaschi­ ne getragen, wo sie gegebenenfalls ohne Schwierigkeiten abgetrennt werden können. Es leuchtet ein, daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Einströmgehäuses seine Sicherheit mit geringem Aufwand und ohne nachteiligen Einfluß auf den Strömungsverlauf auch im Langzeitbetrieb unverändert gewährleistet bleibt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, daß die Krümmung des Ablenkteiles so ausgebil­ det ist, daß eine an das Ende des Ablenkteils gelegte Tangente durch einen dem Ablenkteil benachbarten unge­ fähr radialen Durchtrittskanal verläuft, der zwischen zwei nebeneinander angeordneten Leitschaufeln der Leit­ schaufelanordnung gebildet ist. Hierdurch wird den Fremdstoffen eine solche Strömungsrichtung aufgeprägt, die mit der ungefähr in radialer Richtung verlaufenden Strömung im Durchtrittskanal weitgehend identisch ist, so daß ein glatter Eintritt der Fremdstoffe in die Leit­ schaufelanordnung gefördert wird.

Es sind verschiedene Möglichkeiten einer konstruktiven Ausbildung des Ablenkteils denkbar. Eine besonders ein­ fache Ausbildung ist jedoch dann gegeben, wenn das Ab­ lenkteil aus der entsprechend gekrümmten peripheren Be­ grenzungswand des Strömungskanals besteht.

Da die Fremdstoffe im Einströmgehäuse, in einem in Längsrichtung der Turbinenwelle verlaufenden Querschnitt gesehen, infolge der auf sie einwirkenden Fliehkraft sich in einen schmalen peripheren Bereich konzentrieren, kann eine andere, besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, daß das Ablenkteil ein zungen­ förmiges Bauteil aufweist, das sich an das periphere Ende der Strömungskanal-Begrenzungswand anschließt und vorzugsweise mit der Begrenzungswand einstückig ausge­ bildet ist. Hierdurch wird der Aufwand ohne Wirkungsver­ lust auf ein Minimum beschränkt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor. Hierbei zeigt

Fig. 1 ein Einströmgehäuse gemäß der Erfindung im zentralen Querschnitt, der senkrecht zur Längsachse der Turbinenwelle verläuft,

Fig. 2 ein Einströmgehäuse in einem Schnitt ent­ sprechend Fig. 1 als Ausführungsvariante mit zwei Strömungskanälen,

Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 1 in einer weiteren Ausführungsvariante mit einem zungenförmigen Bauteil,

Fig. 4 den Bereich des Ablenkteils der Fig. 3 als Einzelheit und aus Richtung IV gesehen und

Fig. 5 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 4 entsprechend der Schnittlinie V-V, wobei hin­ ter der Schnittebene liegende Teile nicht dar­ gestellt sind.

Das Einströmgehäuse 10 gemäß Fig. 1 weist einen spiral­ förmigen Strömungskanal 12 auf, der sich, ausgehend vom Einlaß 14, in Strömungsrichtung verjüngt. Nach außen ist der Strömungskanal 12 durch die äußere periphere Begren­ zungswand 16 abgeschlossen, nach innen ist der Strö­ mungskanal 12 zu einer Leitschaufelanordnung 18 hin of­ fen. Die Leitschaufelanordnung 18 umfaßt eine Vielzahl von Leitschaufeln 20, die kreisringförmig angeordnet sind und zwischen sich ungefähr radial verlaufende Durchtrittskanäle 22 freilassen. In den Figuren sind nur einige der Leitschaufeln dargestellt. Konzentrisch mit der Leitschaufelanordnung 18 ist die Welle 24 der Strö­ mungsmaschine angeordnet, auf der in radialer Richtung ausgerichtete Laufschaufeln befestigt sind, die jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Da der Zentral­ schnitt gemäß Fig. 1 senkrecht zur Längsrichtung der Welle 24 verläuft, ist die Welle 24 im Querschnitt dar­ gestellt.

Der Querschnitt des Strömungskanals 12 in Längsrichtung der Welle 24 kann rechteckig sein, vorzugsweise ist er jedoch kreisförmig, so daß der periphere Bereich der äußeren Begrenzungswand 16 im Querschnitt die Form eines Kreisbogens aufweist.

Am Endbereich 26 des Strömungskanals, der vom Einlaß 14 entfernt ist, befindet sich der Ablenkteil 28, der deut­ lich zur Leitschaufelanordnung 18 hin gekrümmt ist. Der Ablenkteil ist hier Bestandteil der äußeren Begrenzungs­ wand 16, die hierzu an ihrem peripheren Bereich 17 zur Leitschaufelanordnung 18 hin verläuft und deren Ende zweckmäßigerweise höchstens mit ganz geringem Abstand vor dem Hüllkreis 30 der Leitschaufeln 20 endet, vor­ zugsweise jedoch den Hüllkreis 30 berührt, immer mit dem Ziel, die nichtgasförmigen Fremdstoffe am Umlauf zu hin­ dern und in die Leitschaufelreihe zu lenken.

Die Krümmung des Ablenkteils 28 ist zweckmäßig so ausge­ bildet, daß die periphere Strömung des Strömungskanals in wenigstens einen Durchtrittskanal 38 gelenkt wird. Vorteilhaft wird dies dann erreicht, wenn eine an der Innenseite 32 an das Ende 34 des Ablenkteils 28 gelegte Tangente 36 durch einen Durchtrittskanal 38 verläuft, der zwischen benachbarten Leitschaufeln 20 gebildet ist. Dies ist in Fig. 1 deutlich zu erkennen. Zumindest soll die Tangente vorteilhafterweise in den Eintrittsbereich des Durchtrittskanals 38 führen.

Zum Auffinden der Tangente 36 wird an das Ende 34 des Ablenkteils auf der Innenseite ein Hilfskreis gelegt, dessen Krümmung gleich ist der Krümmung des Ablenkteils 28 in diesen Bereich. Mit Hilfe des Hilfskreises wird dann in bekannter Weise die Tangente 36 konstruiert. Dies ist in Fig. 1 nicht dargestellt.

Während des Betriebs wird das Betriebsmedium durch den Einlaß 14 in den Strömungskanal 12 eingeführt. Da der Strömungskanal auf seiner ganzen Länge zur Leitschaufel­ anordnung 18 hin offen ist, strömt das Betriebsmedium durch die Leitschaufelanordnung zu der Beschaufelung der Turbine, wird unter Arbeitsleistung entspannt und strömt dann in axialer Richtung ab. Nichtgasförmige Fremdstof­ fe, wie Schmutzteile, Stahlspäne oder sonstige Kleintei­ le, die vom Betriebsmedium in den Strömungskanal 12 ein­ gebracht werden und/oder sich bereits dort befinden, werden vom Betriebsmedium im Strömungskanal 32 bewegt, wobei sich diese Fremdstoffe infolge der Fliehkraft im peripheren Bereich 17 der in Strömungsrichtung nach in­ nen gekrümmten äußeren Begrenzungswand 16 entlang bewe­ gen. Gelangen nun diese Fremdstoffe in den Endbereich 26 des Strömungskanals, so werden sie von dem Ablenkteil 28 nach innen in die Leitschaufelanordnung 18 gelenkt, vor­ zugsweise in mindestens einen Durchtrittskanal 38. Die Fremdstoffe nehmen von hier denselben Weg wie das Be­ triebsmedium durch die Beschaufelung der Strömungsma­ schine zu einem Auslaß, an dem sie gegebenenfalls abge­ schieden oder aufgefangen werden können.

Auf diese Weise ist vermieden, daß die Fremdstoffe unter dem Einfluß der Fliehkraft und der Strömung im Strö­ mungskanal 12 fortwährend an der Peripherie der spiral­ förmigen äußeren Begrenzungswand 16 umlaufen. Ein sol­ cher Umlauf würde zu Abnutzungen der Begrenzungswand 16 führen und deren Festigkeit insbesondere im Langzeitbe­ trieb gefährden.

Während die Strömungsmaschine gemäß Fig. 1 nur einen einzigen Strömungskanal 12 aufweist, der die Leitschau­ felanordnung 18 vollständig umgreift, besitzt die Strö­ mungsmaschine gemäß Fig. 2 zwei Strömungskanäle 40 und 42, welche die Leitschaufelanordnung jeweils zur Hälfte umgreifen und die jeweils einen eigenen Einlaß 44, 46 für das Betriebsmedium aufweisen. Im übrigen ist das Ein­ strömgehäuse entsprechend Fig. 1 ausgebildet. Demnach ist jeweils eine äußere Begrenzungwand 48 des zugeordne­ ten Strömungskanals 40 bzw. 42 vorhanden, die in ihrem Endbereich 50 einen deutlich zur Leitschaufelanordnung 52 gekrümmten Ablenkteil 54 aufweist. Die Ablenkteile 54 sind auch hier im peripheren Bereich angeordnet und wei­ sen an ihrem Ende 56 jeweils eine solche Krümmung auf, daß die angelegte Tangente 57 durch den dem Ende 56 be­ nachbarten und ungefähr in radialer Richtung verlaufen­ den Durchtrittskanal 58 der Leitschaufelanordnung 52 verläuft. Darüber hinaus gilt auch hier das zum Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 1 ausgesagte.

Es ist leicht einzusehen, daß bei einem Einströmgehäuse gemäß Fig. 2 in die Strömungskanäle 40, 42 eingebrachte, nichtgasförmige Fremdstoffe auf die gleiche Weise wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 an einem fortwäh­ renden Umlauf gehindert und auf einfache Weise abgeführt werden. Wie sich weiter aus Fig. 2 ergibt, ist es nicht unbedingt erforderlich, am Ende eines jeden Strömungska­ nals 40, 42 ein Ablenkteil vorzusehen. Zur Unterbrechung eines fortwährenden Umlaufs von festen Fremdstoffen ge­ nügt es schon, wenn lediglich am Endbereich 50 eines einzigen Strömungskanals, z. B. des Strömungskanals 42, ein Ablenkteil vorgesehen ist. Um Beschädigungen der äußeren Begrenzungswände 48 auf ein Minimum zu reduzie­ ren, ist es jedoch vorteilhafter, am Ende beider Strö­ mungskanäle 40 und 42 jeweils ein Ablenkteil 54 vorzuse­ hen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Nach dem Beispiel gemäß Fig. 2 können auch Einströmgehäuse mit mehr als zwei Stömungskanälen ausgebildet sein.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante des Gegenstands der Fig. 1, in der mit Fig. 1 übereinstimmende Einzel­ teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Der wesentliche Unterschied gegenüber der Ausführungs­ form gemäß Fig. 1 besteht darin, daß der Ablenkteil 28 nicht durch eine entsprechende Ausgestaltung des Endbe­ reichs 26 des Strömungskanals 12 erreicht wird, sondern durch ein zungenförmiges Bauteil 60 gebildet wird. Die­ ses Bauteil schließt sich an das periphere Ende der Be­ grenzungswand 16 an und ist im vorliegenden Ausführungs­ beispiel einstückig mit der Begrenzungswand 16 ausge­ führt. Das Bauteil 60 ist zur Leitschaufelanordnung 18 hin gekrümmt, wobei die an das Ende 62 des Bauteils 60 innen angelegte Tangente 64 durch den benachbarten Durchtrittskanal 38 der Leitschaufelanordnung 18 ver­ läuft. Bezüglich der Ausrichtung des Bauteils 60 und dessen Erstreckung in Richtung auf den Hüllkreis 31 der Leitschaufelanordnung gilt darüber hinaus auch hier das zum Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 ausgeführte.

In Fig. 4 ist das Bauteil 60 in Ansicht aus Richtung IV der Fig. 3 gezeigt. Man erkennt seine im peripheren Be­ reich 17 verlaufende, zungenartige Ausbildung mit einer Länge von ungefähr ¹/₅ bis ¼ und einer Breite von un­ gefähr ¼ bis ½ der lichten Weite des Einlasses 14.

Da der in Längsrichtung der Welle 24 verlaufende Quer­ schnitt des Strömungskanals 12 kreisförmig ist, weist die Begrenzungswand 16 im Querschnitt Kreisringform auf. Dementsprechend ist das Querschnittsprofil des Bauteils 60 diesem Kreisringprofil angepaßt. Dies ist aus Fig. 5 klar zu erkennen, die einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie V-V durch Fig. 4 zeigt.

Der Betrieb und die Wirkung des Einströmgehäuses gemäß Fig. 3 ist entsprechend jener gemäß Fig. 1, so daß sich für den Fachmann hier weitere Ausführungen erübrigen. Jedoch ist hervorzuheben, daß vorteilhaft auch ein zun­ genförmiges, separates Bauteil als Ablenkteil benutzt werden kann, das dann auf geeignete Weise an der Begren­ zungswand festzulegen ist. Diese Ausführungsform ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Es leuchtet ein, daß Strömungsmaschinen verschiedener Art, wie Gas- oder Dampfturbinen und Verdichter, mit dem erfindungsgemäßen Einströmgehäuse ausgerüstet werden können.

Claims (4)

1. Einströmgehäuse für das gasförmige Betriebsme­ dium einer axialen Strömungsmaschine, insbesondere Dam­ pfturbine, mit mindestens einem sich spiralförmig ver­ jüngenden Strömungskanal (12; 40, 42), der zu einer Leit­ schaufelanordnung (18; 52) offen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Strömungskanal (12; 40, 42) an seinem Endbereich (26; 50) wenigstens einen deutlich zur Leit­ schaufelanordnung (18; 52) gekrümmten Ablenkteil (28; 54; 66) aufweist derart, daß im peripheren Bereich (17) des Strömungskanals (12; 40, 42) vom Betriebsmedium mitgeführte, nichtgasförmige Fremdstoffe mit Sicherheit in die Leitschaufelanordnung (18; 52) gelenkt werden.

2. Einströmgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Krümmung des Ablenkteils (28; 54; 66) so ausgebildet ist, daß eine innen an das Ende des Ablenk­ teils gelegte Tangente (36; 57; 64) durch einen dem Ab­ lenkteil benachbarten und ungefähr radialen Durchtritts­ kanal (38; 58) verläuft, der von zwei nebeneinander ange­ ordneten Leitschaufeln der Leitschaufelanordnung (18; 52) gebildet ist.

3. Einströmgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkteil (28) aus dem entspre­ chend gekrümmten peripheren Bereich (17) der Begren­ zungswand (16; 48) des Strömungskanals besteht (Fig. 1 und 2).

4. Einströmgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkteil (66) aus einem zun­ genförmigen Bauteil (60) besteht, der sich an das Ende des peripheren Bereichs (17) der Strömungskanal-Begren­ zungswand (16) anschließt und vorzugsweise mit der Be­ grenzungswand (16) einstückig ist (Fig. 3 bis 5).