DE453505C

DE453505C - Leitvorrichtung fuer Dampf- und Gasturbinen

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Publication number: DE453505C
Application number: DER58668D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1923-06-12
Filing date: 1923-06-12
Publication date: 1927-12-09

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 9. DEZEMBER 1927

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14c GRUPPE R5&668U14C

Dr. Karl Roder in Hannover.

Leitvorrichtung für Dampf- und Gasturbinen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Juni 1923 ab.

In Turbinen für elastische Treibmittel erleidet der Dampf- oder Gasstrahl beim Übergang von den Leit- zu den Laufschaufeln infolge seiner saugenden Einwirkung auf die Umgebung inneihalb des Spaltraumes Verluste. Durch diese Saugwirkung des frei, <d. h. ohne Führungswände, den Spaltraum durchströmenden Strahles wird aus der Umgebung Treibmittel mitgerissen, wodurch die Arbeitsfähigkeit des Strahles im Laufrad herabgesetzt wird. Die Menge des mitgerissenen Mittels, also auch die Größe des Verlustes, ist insonderheit von der Größe der Oberfläche des Strahles abhängig. In den im Turbinenbau gebräuchlichen Leitvorlichumgen mit oder ohn^ Erweiterung in der Strömungsrichtung tritt das Treibmittel nicht als geschlossener Ring, sondern mit ebenso vielen Unterbrechungen, wie Leitschaufeln voihandcn sind, aus der Leitvorrichtung aus. Die Baustoffstärke der Schaufeln am Leitsche.benaustritt bringt es mit sich, daß der in den Spaltraum eintretende Dampf- oder Gasstrahl nicht in sich geschlossen ist, sondern Zwischenräume aufweist.

Aus Leitabschnitten der im Dampfturbinenbau gebräuchlichen Form tritt infolgedessen eine Reihe von Dampfstrahlen von viereckigern Querschnitt aus, mit Zwischenräumen in Umfangsrichtung aneinandergereiht, ein Gebilde, das infolge seiner großen Oberfläche erhebliche Saugwirkungen auf die Urqgebung

ausübt. Bei einer lichten radialen Leitscheibenaustrittsweise von a mm, einer Umiaagsteilung der Düsenzungen von b mm und einem Düsenaustrittswinkel = y ist bei einer Spaltbreite von d mm die saugende Spaltraumoberfläche jedes Dampf Strahles vom QuerschnittaY.b ·ήη.γ = 2·ά·| ——|-b)qmm.

Durch die schon vorgeschlagene Zuschärfung der Düsenzunge am Leitscheibenaustritt kann dieser .Nachteil nicht zuverlässig vermieden werden, da mit einer gewissen kleinsten Bau- ⁴S stoffstärke an der Schneide gerechnet werden muß. Das Zurücksetzen dieser Schneide gegenüber dem Düsenenda kann bei paralleler Ausbildung der den Strahl radial begrenzenden Kanäle das Zusammenschließen der einzelnen Dampfstrahlen zu einem einheitlich geschlossenen Strahl ohne schädliche Veränderung der Strahlgeschwindigkeit ebenfalls nicht gewährleisten.

Um die saugende Oberfläche und damit die Verluste durch die Saugwirkung des Strahles zu vermindern, ist gemäß der Erfindung die Düse oder Leitvorrichtung mit einem in Dampf richtung über die Düsenzunge hinausreichenden ringförmigen Ansatz versehen, der sich an den beschaufelten Teil der Leitvorrichtung unmittelbar anschließt, ohne Schaufeln ausgeführt ist und mit derart zueinander geneigten, den Strahl radial begrenzenden Wänden versehen ist, daß die aus dem beschaufelten Teil austretenden Strahlen

innerhalb dieses Ringraumes oder Ringraumausschnittes zu einem in Umfangsrichtung zusammenhängenden Strahl vereinigt werden. Die saugende Oberfläche des eine derartige Leitvorrichtung verlassenden zusammenhängenden Strahles ist wesentlich geringer als diejenige der einzelnen Strahlen, welche die gebräuchlichen Leitvorrichtungen verlassen. Ist beispielsweise die lichte Höhe einer Düse

ίο (α mm) gleich derUmfangsteilung der Düsenzungen (bmm), die unter einem Austrittswinkel von 30⁰ angeordnet sein mögen, so ist die saugende Oberfläche in einem dmm breiten Spalt je Umfassungsteilung = 2 · b · d qmm.

Die gleichen Abmessungen führen bei den gebräuchlichen Düsen zu einer Strahloberfläche von 2· d· (2'b -\- b) =6· b · d qmm bei demselben Strahlquerschnitt wie oben, näm-

lieh qmm. Die saugende Oberfläche ist

in diesem Fall durch den ringförmigen Düsenansatz auf den dritten Teil vermindert worden. Bei kleineren Düsenwinkeln ist die Verminderung der saugenden Oberfläche noch größer.

Um am Düsenaustritt einen in sich geschlossenen Strahl zu erhalten, werden die im beschaufelten Teil meist in Zylinderflächen parallel zur Turbinenachse verlaufenden, den Strahl radial begrenzenden Wände der Leitvorrichtung im unbeschaufelten Teil zueinander geneigt, so daß der Austrittsquerschnitt aus dem unbeschaufelten Teil demjenigen aus dem beschaufelten Teil — unter Berücksichtigung der Verengung des freien Durchganges durch die Schaufeln selbst — ungefähr gleich ist. Die den Strahl radial begrenzenden Wände nähern sich demnach im unbeschaufelten Teil der Leitvorrichtung einander, "und es wird zweckmäßig sein, diesen schaufellosen Teil durch unter sich parallele Ansätze noch etwas zu verlängern.

Verläuft die Mittelachse des schaufellosen Ansatzes parallel zur Achse der Turbine, so wird der Dampfstrahl, der, weil er eine Teilkraft in Umfangsrichtung hat, von der Achsialrichtung erheblich abweicht, nach seinem Austreten aus der Leitvorrichtung die Zylinderflächen verlassen und die Laufschaufein in Beaufschlagungsdurchmessern treffen, die größer sind als die entsprechenden Beaufschlagungsdurchmesser am Leitscheibenaustritt. Dies soll dadurch verhindert werden, daß die unter sich parallelen Ansätee am schaufellosen Teil der Leitvorrichtung gegen dieTurbinenachse geneigt ausgeführt werden. Infolge dieser Ausbildung können die mittleren Beaufschlagungsdurchmesser der Leitscheiben und Laufräder von mehreren aufeinanderfolgenden Stufen in gleicher Größe erhalten bleiben. Hinsichtlich der näheren Erläuterungen wird auf die unten folgenden Ausführungen und die Abb. 2 und 3 verwiesen.

Um den achsialen Abstand zwischen Leitvorrichtung oder Düse einerseits und Laufschaufel andererseits möglichst klein halten zu können, werden die radialen Begrenzungswände gegen die Laufschaufeln hin zweckmäßigerweise zugeschärft.

Daß die lückenlose Beaufschlagung der Laufschaufelkanäle auch eine Verminderung der Verluste in diesen mit sich bringt, braucht nicht näher begründet zu werden. Auf Laufschaufelkränze, deren Auslaßgeschwindigkeit in nachfolgenden Stufen ausgenutzt werden soll, kann der Erfindungsgedanke sinngemäß Anwendung finden.

In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel stellt Abb. 1 einen Querschnitt durch die 8r Düse für eine Dampfturbinenstufe im Auf- und Grundriß dar. Die Düsenzungen f sind zwischen den Ringen oder Ringausschnitten g befestigt und bestimmen Durchgangsquerschnitt und Richtung des Dampfstrahles. Würde die Düse mit der Kante h abschließen, so würde der Dampf am Austritt aus der Düse keinen in Umfangsrichtung geschlossenen Strahl, sondern eine Mehrzahl von Strahlen bilden, die um die Dicke der Düsenzungen voneinander getrennt sind. Die Begrenzungswände i des schaufellosen Teiles der Leitvorrichtung bringen eine Verengung des Strahles in radialer Richtung mit sich, die ein Schließen des Dampfstrahles in Umfangsrichtung gewährleistet, so daß ein in Umfangsrichtung geschlossener Strahl diese Leitvorrichtung verläßt. In Abb. 2 ist untersucht, in welcher Form ein Strahlausschnitt die Eintrittsebene k der Laufschaufeln (Abb. 1) erreicht. Dieser Strahlausschnitt, der das Viereck 7-s-t-v am Leitscheibenaustritt durchströmt, trifft die Laufschaufeleintrittsebene k im Rechteck r¹-.?¹-*¹-»¹." Der Dampfstrahl hat also den Kreisring, dessen Projektion durch die Kreise / und m begrenzt ist, verlassen und trifft die Ebene k in einem Kreisring, dessen Projektion durch die Kreise 0 und ρ begrenzt ist. Je nach der achsialen Spaltweite, dem Austrittswinkel und dem Durchmesser der Leitvorrichtung erhält man einen mittleren Beaufschlagungsdurchmesser des Laufrades, der um ein gewisses Maß größer ist als der mittlereAustrittsdurchmesser der Leitscheibe. Will man beide gleich groß haben, so wird, wie in Abb. 3, in der die Form der lichten radialen Düsenweite in größerem Maßstabe zur Darstellung gebracht ist, -der richtende Ansatz 2 am schaufellosen Teil der Düse um ein aus Abb. 2 zu entnehmendes Maß (Winkel x) gegen die Achse geneigt ausgeführt.

Claims

Pate ν τ λ ν s ρ κ ϋ c i-j e :
ι. Leitvorrichtung mit oder ohne Erweiterung für Dampf- und Gasturbinen, bei der die den Strahl radial begrenzenden Wände über die Schaufelenden hinaus in der Strömungsrichtung verlängert sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese —· im beschaufeltenTeil meist in Zylinderflächen parallel zur Turbinenachse verlaufenden — Wände nur in dem durch ihre Verlängerung entstehenden unbeschaufeiten Teil derart zueinander geneigt sind, daß der Austrittsquerschnitt aus dem unbeschaufeiten Teil demjenigen aus dem beschaufelten Teil — unter Berücksichtigung der durch die Schaufeln hervorgerufenen Verengung des freien Durchganges — nahezu gleich ist, so daß die aus dem beschaufelten Teil austretenden Strahlen innerhalb des unbeschaufeiten Ansatzes ohne Änderung des Treibmittelzustandes zu einem in Umfangsrichtung zusammenhängenden Strahl vereinigt werden.
2. Leitvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen den Strahl beim Verlassen der Leitvorrichtung richtenden Ansatz (s).
3. Leitvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung des schaufellosen Teiles, daß der Strahl unter einem Winkel (x) gegen die Turbinenachse geneigt wird, so daß der mittlere Beaufschlagungsdurchmesser des ersten Laufradkranzes dem mittleren Kanaldurchmesser am Leitscheibenaustritt gleich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.