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Spaltausbildung für achsiale Dampf- oder Gasturbinen. Es wurde bereits
vorgeschlagen, die Laufschaufeln von achsialen Dampfturbinen mit Kopfringen zu versehen,
welche nur einen Teil der Schaufelköpfe abdecken und deren Ränder als Spaltdichtungen
ausgebildet sind, zum Zwecke, die Spaltverluste am Umfange der Laufräder zu verringern.
Nun hängt aber bekanntlich die Wirkung einer Turbine irn hohen Maße von dem guten
Übergang des Treibmittels aus einer Schaufelreihe in die folgende und von der Höhe
der Endausdehnung in den einzelnen Schaufelreihen ab. Besonders in den letzen Schaufelreihen
der Turbine sind die Unterschiede in den Treibmittelmengen zwischen den einzelnen
Schaufelreihen ,groß, weshalb bisher ein guter Treibmittelübergang zwischen den
Schaufeln bei gleichzeitiger, weitreichender Treibmittelendausdehnung nur schwer
zu erzielen war.
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Die Turbinen weisen bisher in den Stufen des Niederdruckteiles zwischen
Laufradaustritt und Leitradeintritt Abstände auf, die gegen den Abdampfstutzen hin
größer werden. Durch die Vergrößerungen dieser Spiele soll der Vergrößerung der
Dampfrnenge Rechnung getragen und dem Dampfstrahl die Möglichkeit geboten werden,
seine inneren Unterschiede selbst auszugleichen, so daß er vollkommen gleichförmig
in das nächste Rad eintreten kann. Hierbei muß aber der Nachteil mit in Kauf genommen
werden, daß durch die Vergrößerung der Spiele die an und für sich infolge der hohen
Stufenzahl langen Niederdruckteile noch länger werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf achsiale Dampf- oder Gasturbinen und
will den Übergang des Treibmittels aus den Laufschaufeln in die folgende Leitstufe
unter gleichzeitiger Verminderung der Undichtigkeitsverluste verbessern. Diese Aufgabe
wird der Erfindung gemäß dadurch gelöst, daß sich der den Kopfring und die Schaufelköpfe
umgebende Teil der Gehäusewand gegen die Leitschaufelreihe hin kegelartig erweitert.
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Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung zwei Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes.
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Beim Ausführungsbeispiel nach der Abb. i ist ia die Laufschaufel und
d der Deckring, welcher durch den Nietkopf n mit der Schaufel i. fest verbunden
ist. Die Leitschaufeln i,. sind in dem Turbinengehäuse oder dem Leitschaufelträger
g befestigt. Der Deckring überdeckt nur einen Teil b der Schaufelreihe i. und ragt
auf der Eintrittsseite mit dem Teil c über diese hinaus. Der vorragende Teil c des
Deckringes bildet mit dem Teil g einen engen Spalt s, welcher zur Abdichtung des
Treibmittels zwischen den Stufen dient. Der übrige den Deckring d und die Schaufeln
i" begrenzende und zu den Leitschaufeln ie führende Teil von g ist gegen den Umfang
der Schaufeln i" und gegen den Deckring d unter einem Winkel a geneigt.
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Das am Umfang in eine Anzahl von Segmenten unterteilte, an und für
sich dünne Band d (Abb. i und 2) wird durch seine einseitige Einspannung unter dem
Einfluß der Fliehkraft den Spalt in verhältnismäßig hohem Maße verringern. Um bei
den hohen Umfangsgeschwindigkeiten der letzten Stufen einerseits und bei so klein
als möglich gehaltenem Spalt s andererseits ein Berühren des federnden Bandes d
mit der Zylinderwand g mit Sicherheit auszuschließen, ist die Verstärkung durch
den Flansch t (Abb. 2) vorgesehen, die indessen die geschilderte Wirkung der Verengung
des Spaltes nicht ausschließt, sondern die Federung des Bandes nur verringert, und
zwar proportional der
Zunahme der Umfangsgeschwindigkeit gegen den
Abdampfstutzen hin und proportional der damit Hand in Hand gehenden Zunahme der
Fliehkraft. Der in der Abb.2 eingetragene Rand t ist der Deutlichkeit halber größer
gezeichnet, als den wirklichen Verhältnissen entspricht. Infolge der Unterteilung
des Kopfringes in Segmente wird auch bei Verwendung der in der Abb. 2 dargestellten
Kopfringe d eine hinreichende Elastizität erzielt.
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Bekanntlich ist der rückwärtige Rand des Kopfringes d (Abb. r und
2) die Ausgangsstelle oder die Strömungsquelle einer räumlichen Strablablenkung,
die sich über die ganze Breite der vom Kopfring d nicht bedeckten Schaufel erstreckt.
Die Arbeitsweise einer Turbine hängt aber, wie eingangs erwähnt, von dem guten Übergang
des Treibmittels aus einer Schaufelreihe in die nächstfolgende ab, und der Treibmittelstrom
oder ein einzelner eintretender Treibmittelstrahl soll den ganzen Schaufeleintritt
lückenlos und möglichst gleichförmig ausfüllen. Diese Bedingung soll durch die nicht
vollständige Verdeckung der Schaufelbreite durch die über die Eintrittskante vorragenden
und mit ihrem vorderen Rande gegen das Turbinengehäuse abdichtenden Kopfringe und
der dadurch auftretenden, bereits erwähnten Strahlablenkung erfüllt werden. Zur
möglichst reibungslosen, also verlustfreien Weiterleitung des abgelenkten Strahles
ist seine Weiterleitung unter einem Austrittswinkel erforderlich, welcher den Strömungsverhältnissen
in der betreffenden Turbinenstufe entspricht und in der Abb. t und 2 mit a bezeichnet
ist. Auf dein Wege von der Ablenkungsstelle bis zum Leitradeintritt, welcher größer
als der direkte achsiale Übertritt durch den Spaltraum ist, kann der Strahl seine
inneren Unterschiede selbst ausgleichen und somit vollkommen gleichförmig in das
nächste Rad eintreten. Wäre die kegelartige Erweiterung des Gehäuses nicht vorhanden,
so würden beim Auftreffen des abgelenkten Strahles auf die Z#:linderwand Stöße auftreten,
die zu Wirbeln und Stauungen des Treibmittels Anlaß geben, wodurch die Ablenkung
des Strahles im beträchtlichen -Maße verhindert und weiter eine Herabsetzung der
Wirtschaftlichkeit der Turbine herbeigeführt würde. Demgegenüber soll durch die
Anordnung der kegeligen Erweiterung des Gehäuses gemäß der Erfindung dein abgelenkten
Strahl sofort die richtige Führung gegeben werden. Die Größe des Winkels a hängt
von vielen Gesichtspunkten ab, wächst mit der zunehmenden Umfangsgeschwindigkeit
und würde bei der Erreichung der Schallge:cii«-indigkeit gleich dem sogenannten
llachschen Winkel sein.
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Die Erfindung kommt vornehmlich für die letzten Reihen der Turbine
in Betracht und :oll eine wirbelfreie, radiale Strömung des Treibmittels @an der
Übergangsstelle in die Leitschaufeln ermöglichen, wodurch sich eine vorteilhafte,
weitgehende Endausdehnung ergibt. Gleichzeitig wird auch eine Verminderung der Undichtigkeitsverluste
zwischen den einzelnen Schaufelreihen erreicht.
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Außerdem ergibt :ich der Vorteil, daß die Spiele zwischen Laufradaustritt
und Leitradeintritt verkleinert werden können, da die Führung und gleichförmige
Gestaltung des Dampfstrahles bereits bei dein rückwärtigen Rande des Kopfringes
d beginnt. Die Verringerung .des Spieles kann den Betrag z,-b Abb. t ausmachen,
so daß nur das für die Wanderung der Spindel erforderliche Spiel eingehalten werden
braucht.
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Durch die Abschrägung des Gehäuseteiles g wird die Abdichtung, die
bei den üblichen Ausführungen über die ganze Breite des Kopfringes erfolgt, nicht
verschlechtert, wie es leicht scheinen könnte. Es wird zwar die Breite der Abdichtungsfläche
verkürzt, jedoch kommt die abdichtende Wirkung durch die Federung <ler Einzelsegmente
des Kopfringes (f hinzu, die zur Verringerung des Spaltes s führt. Da für die abdichtende
Wirkung in erster Linie nicht die Länge des Dichtungsweges, sondern der Spalts maßgebend
ist, wird durch die Erfindung eine bessere Dichtung erzielt als bei den gebräuchlichen
Abdichtungen.