DE439686C - Leitscheibe fuer Gleichdruckturbinen - Google Patents

Description

439680

Bei achsial beaufschlagten Turbinen sind die Laufschaufeln radial angeordnet, so daß die Schaufelköpfe eine höhere Umfangsgeschwindigkeit als die Schaufelfüße erhalten. Bei mehrstufigen Turbinen werden in den Stufen niederen Druckes die Schaufeln lang, so daß sich hier ein beträchtlicher Geschwindigkeitsunterschied ergibt.

Der Winkel, unter dem das Treibmittel auf die Schaufel trifft, wird sich infolgedessen vom Fuß bis zum Kopf der Schaufel allmählich verändern. Entsprechend diesem veränderlichen Aufschlagwinkel wird nun auch der Schaufeleintrittswinkel vom Schaufel-

fuß bis zum Schaufelkopf verändert.

Will man die Eintrittskanten der Schaufeln selbst in ihrer Winkelstellung nicht ändern, um eine einfache Schaufelform zu erzielen, so muß man die Seitenwände der Düse an ihrem Austritt so verdrehen, daß der am Fuß der Düse austretende Dampfstrahl eine andere Düsenrichtung besitzt als der am Kopfende der Düse. Die Winkeländerung am Austritt der Düse muß hierbei, um dem Dampfstrahl die gewünschte Richtung zu geben, der verschiedenen Umfangsgeschwindigkeit der der Düse nachgeschalteten Schaufel angepaßt sein.

Eine derartige Veränderung des Austrittswinkeis der Düse bietet jedoch Herstellungsschwierigkeiten.

Der Gegenstand der Erfindung ist eine Leitscheibe für Gleichdruckturbinen, bei welcher die Düsen, deren Wände sich, im Querschnitt der Düse gesehen, nach außen nähern, an ihrem Austrittsende einen derartigen Querschnitt besitzen, daß das Verhältnis der Teilung zur Breite der Düsenöffnung vom inneren Umfange des Leitschaufelkranzes nach dem äußeren Umfang zu stetig zunimmt, und zwar derart, daß der Austritts winkel nicht -der Düse, sondern des austretenden Treibmittelstrahles der jeweiligen an der betreffenden Stelle herrschenden Umfangsgeschwindigkeit des nachgeschalteten Laufrades angepaßt ist.

Zum besseren Verständnis der der Erfindung zugrunde liegenden Verhältnisse ist in der Abb. 1 und 2 näher darauf eingegangen, wie entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit der Laufschaufel am Fuße und am Kopfe entweder bei gleichbleibendem Düsenaustrittswinkel der Schaufeleintrittswinkel oder bei gleichbleibendem Eintrittswinkel auf der ganzen Länge der Laufschaufel der Winkel, in welchem der Dampf aus den Düsen austritt, von unten nach oben geändert werden muß. In Abb. 3 bis 8 ist der Erfindungsgegenstand selbst in beispielsweiser Ausführung veranschaulicht. Hierin stellt Abb. 3 einen Längsschnitt "durch einen Leitscheibenschaufelkranz und das benachbarte Laufrad einer achsial beaufschlagten Dampfturbine dar, während Abb. 4 einen Teil des Laufschaufel- -kranzes in Vorderansicht darstellt (von C-C aus Abb. 3 gesehen).

Abb. 5 und 6 sind Querschnitte durch den Leitradschaufelkranz nach A-A und B-B der Abb. 3.

Abb. 7 zeigt unter Berücksichtigung der radialen Stellung der Leitschaufeln, wie die Schaufelform nach Abb. 5 durch Verkürzung des Halses der Düse (Abb. 6) entstanden ist. Unter Hals ist hierbei der Austrittskanal der Düse verstanden. Er wird als normal bezeichnet, wenn dieser Austrittskanal im Querschnitt eine solche Form hat, daß der Strahl in Richtung der diesen Kanal begrenzenden Wände, also in Richtung der Düsenachse, austritt. Verkürzt oder negativ ist die Länge dieses Halses, wenn der Austrittskanal derart verkürzt ist, daß bei trotz der Verkürzung gleichgebliebener Richtung der den Kanal begrenzenden Wände der austretende Strahl, im Querschnitt betrachtet, aus dieser Richtung abgelenkt wird, sich also zur Richtung der Düsenachse beim Austritt dreht, da er nur durch diese Drehung den notwendigen Querschnitt finden kann.

Abb. 8 stellt eine Aufsicht auf eine nach B-B der Abb. 3 geschnittene Düse dar, die go aus " der Abb. 7 dadurch entstanden ist, daß die Außenenden der Düse so verschoben sind, daß sie in senkrechten Ebenen liegen, wobei gleichzeitig eine Seitenverschiebung der oberen Schnittfläche B-B zur unteren Schnittfläche A-A (Abb. 3) derart vorgenommen wurde, daß die Mittellinie der Austritts Öffnung radial senkrecht steht.

Wie Abb. ι zeigt, müßte bei gleichbleibender absoluter Austrittsgeschwindigkeit C₁ des Dampfes aus der Düse und ohne Änderung des Austrittswinkels α bei der verschiedenen Umfangsgeschwindigkeit κ_{· und u_a am inneren und äußeren Ende der Schaufel sich die relative Geschwindigkeit W₁ in Größe und Richtung ändern gleich W₁,- und W_la> so daß der Eintrittswinkel der Schaufel sich auch ent- ]

ίο sprechend ändern müßte, wie ß,- und ß_o zeigt. Soll dagegen der Eintrittswinkel gemäß Abb. 2 unverändert gleich β bleiben, so muß der ', Winkel α von innen nach außen abnehmen, also et/ größer als a_a sein. Entsprechend , muß sich also auch der Dampf austritts winkel aus der Düse ändern. Dies wird dadurch j erreicht, daß die außen normale Halslänge ' der Düse nach innen allmählich verkürzt wird, wobei die Bedingung innezuhalten ist (Abb. 5 bis 7), daß bei gleichbleibendem Austrittswinkel α die Austrittsbreite b von außen nach innen allmählich größer wird als der Winkel sin α, d. h.

q -f- Schaufeldicke d

^a5 " Teilung t '

wobei q der senkrechte Querschnittsabstand ; der beiden den Austrittskanal begrenzenden ; Wände ist. Da nun die Breite des austreten- ^!

den Dampf Strahles χ gleich der Breite b der j Austrittsöffnung der Düse sein muß, so muß sich auch, der aus der Düse austretende Dampf : bei seinem Austritt aus der Düse von innen ' nach außen drehen. Diese Austrittsquer- j

schnitte sind nun durch entsprechende Formgebung der Schaufeln und Kürzung der Hals- j länge derselben nach innen so zu gestalten, j daß gemäß Abb. 2 der. Dampf in einer Richtung austritt, welche den Winkeln a_fl und α,-in Abb. 2 entspricht. Daß dies Bei der in Abb. 5 und 6 dargestellten Schaufelform für das innere und äußere Ende des Leitkranzes der Fall ist, kann man aus Abb. 7 erkennen, wo diese beiden Schaufelformen entsprechend der gewählten Verkürzung der Halslänge nach innen zu und der nach innen zu geringer werdenden Teilung ineinandergezeichnet sind. Hier ist bi um so viel größer als

sm a = —

Winkel, den dieser Strahl dann mit der Horizontalen bildet, gleich α_£· der Abb. 2 wird. Umgekehrt ist am oberen Ende der Leitschaufel

q_a + db_a+d

sm

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   geworden, daß bei einer Drehung des Strahles am Austrittsende, bei der δ,- = je,- wird, der

   so daß also der Strahl unter dem Winkel a_a = α austreten muß, da dann die Strahlbreite Xa = b_a ist. Die Leitschaufel besitzt also am äußeren Ende keine negative, sondern eine normale Halslänge.

   Da die Abb. 8, die dieselben äußeren' und inneren Leitschaufelprofile, wie sie in Abb. 5 bis 7 dargestellt sind, nur mit einer gegenseitigen Verschiebung zwecks Erreichung einer geraden Düse mit radialem Austrittsquerschnitt aufweist, so müssen bei dieser die endgültige Düsenform aufweisenden Ausbildung naturgemäß die Strahlablenkungen von außen nach innen die gleichen bleiben.

   Es ist nicht Bedingung, daß der Dampfstrahl am oberen Ende in einer Richtung austritt, daß <x_a gleich der Düsenneigung a ist, die Düse also am oberen Ende keine negative Halslänge besitzt. Die Düse kann vielmehr schon am oberen Ende eine gewisse negative Halslänge haben, so daß a_a größer als α wird. Natürlich muß dann die Düse nach dem inneren Umfange zu eine entsprechend größere negative Halslänge erhalten. Desgleichen kann die Erfindung ebenso bei nicht erweiterten wie erweiterten Düsen Anwendung finden, doch erfolgt im letzteren Falle die Erweiterung im radialen Sinne.

   Leitscheibe für achsiale Gleichdruckturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß bei größter gegenseitiger Annäherung der Leitscheibenschaufeln am Dampfaustrittsquerschnitt das Verhältnis der Düsenteilung (έ) zur Breite der Düsenaustrittsöffnung (b) radial von innen nach außen derartig stetig zunimmt, daß der Austritts winkel des austretenden Treibmittelstrahles ίου (α_£· bis a_a) der jeweilig an der betreffenden Stelle herrschenden Umfangsgeschwindigkeit der nachgeschalteten Laufradschaufeln (c) angepaßt ist, um deren Eintrittswinkel auf der ganzen Schaufellänge gleichhalten zu können.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.