DE493179C - Mehrstufige Turbine - Google Patents

Mehrstufige Turbine

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DE493179C
DE493179C DER59419D DER0059419D DE493179C DE 493179 C DE493179 C DE 493179C DE R59419 D DER59419 D DE R59419D DE R0059419 D DER0059419 D DE R0059419D DE 493179 C DE493179 C DE 493179C
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steam
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turbine
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/18Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines without stationary working-fluid guiding means
    • F01D1/20Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines without stationary working-fluid guiding means traversed by the working-fluid substantially axially
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D3/00Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • mehrstufige Turbine Zur Vereinfachung und Verbilligung der Herstellung von Schaufeln ist es im Turbinenbau üblich, die gleiche Schaufelhöhe für mehrere Stufen von gleichem Beaufschlagungsdürchmesser zu verwenden. Handelt es sich um eine Gleichdruckbeschaufelung, bei der die einzelnen Räder nur teilweise, und zwar von Rad zu Rad zunehmend, beaufschlagt werden, so kann man Gruppen von Hochdruckstufen mit gleichen Schaufelhöhen ausführen. Auch für Überdruckturbinen; bei denen alle Stufen voll beaufschlagt werden, verwendet man, insbesondere im Hochdruckteil, Gruppen gleicher Schaufelhöhe- bei gleichem Beaufschlagungsdurchmesser. Derartige Schaufelgruppen sind nun aber zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades bei Dampfturbinen nicht geeignet, wie aus folgender Überlegung hervorgeht: Wie bekannt, ist auf den Wirkungsgrad in erster Linie das Verhältnis der Dampf- zur Umfangsgeschwindigkeit von Einfluß, und zwar wird ein günstiger Wirkungsgrad bei einem bestimmten Wert dieses Verhältnisses erreicht, welches demnach für alle Stufen der Turbine vorliegen muß. Wählt man aber bei gleicher Schaufelhöhe gleichen Beaufschlagüngsdurchmesser, also gleichen Durchgangsquerschnitt für die einzelnen Stufen, so nimmt die Dampfgeschwindigkeit infolge der Zunahme des spezifischen Volumens des Dampfes in- jeder Stufe innerhalb der Gruppe zu. "Da nun die Umfangsgeschwindigkeit aller Stufen die gleiche ist, so ist- das Verhältnis der Dampf- zur Umfangsgeschwindigkeit bei den einzelnen Stufen einer Gruppe verschieden groß, und zwar steigt dieses Verhältnis -=von der ersten bis zur letzten Stufe jeder Gruppe mit der Dampfgeschwindigkeit an.
  • Die Erfindung will nun einen guten Wirkungsgrad bei einer mehrstufigen Turbine mit einer oder mehreren Gruppen gleicher Schaufelhöhe und zunehmenden Beaufschlagungsdurchmesserai erreichen. Sie besteht darin, daß die. Beaufschlagungsdurchmesser innerhalb jeder Gruppe genau oder nahezu mit der Quadratwurzel aus dem spezifischen Volumen des Treibmittels wachsen. Es sei hierzu bemerkt, daß eine kegelige Form der einzelnen Läufer von mehrstufigen Turbinen, also ein Wachsen der Schaufelkränze in Richtung des durchströmenden Dampfes, bekannt ist. Bei dieser Anordnung bleibt aber das Verhältnis von Dampf- zur Umfangs-5eschwindigkeit nicht gleich. Ein gleichbleibendes Verhältnis jener Geschwindigkeiten und damit auch ein guter Wirkungsgrad ergeben sich erst bei einer Turbine nach der Erfindung, und zwar aus folgendem Grunde: Zwei Stufen gleicher- Schaufelhöhe mit den Beaufschlagungsdurchmessern d, und d2, also den Umfangsgeschwindigkeiten u,. und u., verarbeiten praktisch die gleiche Dampfmenge vom spezifischen Volumen v, und v2. Die Zunahme von v, auf v2 ist maßgebend für die Bemessung der Zunahme von d, auf d2. Bei gleichem Verhältnis der Dampf- zur Umfangsgeschwindigkeit, wie angestrebt, also soll die Dampfgeschwindigkeit sein. Der Durchgangsquerschnitt in der Stufe z ist bei gleicher Schaufelhöhe ebenfalls im Verhältnis größer als in der Stufe r. Der Dampf vom Volumen v2 wird also mit größerer Dampfgeschwindigkeit (im Verhältnis durch einen größeren Querschnitt (im Verhältnis strömen als der Dampf vom Volumen vl. Es besteht demnach die Beziehung ist gleich In Überdruckturbinen werden die einzelnen Laufschaufelgruppen auf trommelförmigen Läufern angeordnet. Die Gruppen gleicher Schaufelhöhe mit zunehmendem Beaufschlagungsdurchmesser gemäß der Erfindung können nun derart hintereinandergeschalbet werden, daß Entlastungsflächen innerhalb des Expansionsverlaufes entstehen, die zur Entlastung der benachbarten Turbinenteile mitwirken. Durch das Zusammenwirken dieser Flächen läßt sich eine nahezu vollständige Entlastung des Turbinenläufers von axial gerichteten Schüben herbeiführen. Eine völlige Entlastung läßt sich erreichen, wenn man auch vor der ersten Stufengruppe eine Entlastungsfläche anordnet, wie man sie bisher zum Herstellen der Gesamtentlastung vom Achsialschub angewendet hat. Diese Entlastungsfläche braucht jedoch bei der Erfindung lediglich die Abmessungen zu besitzen, die zum Ausgleich des Restschubes erforderlich sind, der durch die zwischen den Laufschaufelgruppen angeordneten Entlastungsflächen nicht ausgeglichen worden ist.
  • Handelt es sich um ein Hochdruckgehäuse, dessen Auspuffdruck wesentlich oberhalb des atmosphärischen Druckes liegt, so daß die Stopfbüchsen der Maschine zweckmäßiger unter niedrigeren Innendruck gesetzt, also mit einer Expansionsstufe des Niederdruckgehäuses in Verbindung gebracht werden, deren Druck mäßig über oder sogar unterhalb des atmosphärischen liegt, so bildet man zweckmäßig die die zusätzliche Entlastungsfläche tragende, vor der ersten Stufe liegende Scheibe und einen entsprechenden Ansatz hinter der letzten Schaufeltrommel als Trommelabdichtungen aus. Es entsteht so je eine ,Trommelabdichtung auf der Hoch- und auf der Niederdruckseite des Hochdruckgehäuses, so daß die Stufengruppen gleicher Schaufelhöhe und zunehmender Beaufschlagungsdurchmesser zwischen Stirnflächen angeordnet sind, auf die der Dampf entgegengesetzt seiner Strömungsrichtung wirkt und so eine Entlastung gegenüber den Dampfschüben in Richtung seiner Strömung herbeiführt. Es lassen sich auch z. B. Schaufelgruppen mit Schaufeln gleicher Höhe und zunehmenden Beaufschlagungsdurchmessern neben Schaufelgruppen der bisher üblichen Bauart mit zunehmenden Schaufelhöhen in demselben Gehäuse oder in derselben Turbine verwenden.
  • Die Erfindung führt zu einer Turbine, deren einzelne Stufen mit den günstigsten Dampf- und Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden, die also das vorhandene Wärmegefälle vorteilhaft ausnutzt. Zugleich wird mit einfachen Mitteln die Entlastung des Läufers von axial gerichteten Schüben herbeigeführt.
  • Die neue Bauart eignet sich auch für Gasturbinen.
  • In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der neuen Turbinenart schaubildlich, dargestellt..
  • Abb. r veranschaulicht eine .Turbine mit trommelförmigem Läufer, in der drei Gruppen gleicher Schaufelhöhe, d, b und c, vorgesehen sind. Der mittlere Beaufschlagungsdurchmesser wächst innerhalb jeder Gruppe mit der Quadratwurzel des spezifischen Volumens des Treibmittels, das die Gruppe durchströmt. Die Stirnflächen d, e, f und g, auf welche der Dampf entgegengesetzt dieser Strömungsrichtung wirkt, sind derart bemessen, daß ein Ausgleich in den Dampfschüben nach beiden Seiten erfolgt.
  • Abb. a stellt eine ähnliche Ausführung mit zwei Schaufelgruppen gleicher Höhe dar. Die Bemessung .der Beaufschlagungsdurchmesser und der Stirnflächen, welche die der Abb. z entsprechenden Bezeichnungen tragen, erfolgt nach denselben Grundsätzen wie dort.
  • In Abb.3 ist eine Ausführungsfarm des Erfindungsgegenstandes für Radturbinen wiedergegeben. Gleiche Schaufelhöhe der Stufe ist dabei erreicht durch Zunahme des mittleren Beaufschlagungsdurchmessers in einem Maße, das der (Quadratwurzel aus der Zunahme des spezifischen Volumens des Treibmittels von Stufe zu Stufe entspricht.
  • In Abb. q. besteht der beschatifelte Teil der Maschine neben zwei Gruppen gleicher Schaufelhöhe a und b, die gemäß der Erfindung mit zunehmendem Beaufschlagungsdurchmesser ausgebildet sind, aus einer dritten Gruppe c mit Stufen zunehmender Schaufelhöhe.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCIi: Mehrstufige Turbine mit einer oder mehreren Gruppen von gleicher Schaufelhöhe und zunehmenden Beaufschlagungsdurchmessern, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagungsdurchmesser innerhalb jeder Gruppe genau oder nahezu mit der Quadratwurzel aus dem spezifischen Volumen des Treibmittels wachsen.
DER59419D 1923-09-22 1923-09-22 Mehrstufige Turbine Expired DE493179C (de)

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DER59419D DE493179C (de) 1923-09-22 1923-09-22 Mehrstufige Turbine

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DER59419D DE493179C (de) 1923-09-22 1923-09-22 Mehrstufige Turbine

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DE493179C true DE493179C (de) 1930-03-06

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ID=7411072

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DER59419D Expired DE493179C (de) 1923-09-22 1923-09-22 Mehrstufige Turbine

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