DE515308C

DE515308C - Peltonartige Beschaufelung fuer Dampf- oder Gasturbinen mit Doppelloeffeln

Info

Publication number: DE515308C
Application number: DEW77574D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1927-11-08
Filing date: 1927-11-08
Publication date: 1931-10-09

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
9.0KT0BER.1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M515308 KLASSE 14 c GRUPPE

Dr. Rudolf Wagner in Hamburg

Die Erfindung bezweckt, eine Turbinenbeschaufelung" zu schaffen, die insbesondere für die erste Stufe von rasch laufenden Hoch- und Höchstdruckdampf- oder -gasturbinen mit Rücksicht auf hohe Betriebssicherheit bestgeeignet erscheint und außerdem bei Turbinen für verhältnismäßig geringere Dampfmengen und Leistungen einen höheren Wirkungsgrad ergibt als die bisher gebräuchlichen Beschaufeiungen.

Zur Lösung dieser Aufgabe macht die vorliegende Erfindung von einer ρ eltonartigen Beschaufelung in Doppellöffelform mit im wesentlichen radialer Beaufschlagung von

•.5 außen Gebrauch, wie sie bereits bei Wasserturbinen und auch bei Dampfturbinen bekannt ist, wie z. B. bei der Riedler-Stumpfturbine oder einem ähnlichen neueren Vorschlag mit einem durch zwei Ringbänder abgedeckten,

ο radial stehenden Doppellöffel. Es wird durch Verwendung dieser Beschaufelungsart bezweckt, das heiße Treibmittel in der Mitte des Turbinengehäuses einführen zu können, so daß ein wesentlich geringerer Wärmefluß durch den Läufer und das Gehäuse nach den Lagern stattfindet, als bei axialer Beaufschlagung von einem Ende der Turbine aus. Dies ist besonders wichtig bei Verwendung von Heißdampf und hohen Drehzahlen der

> Turbine, wie sie sich zwangsläufig bei Hochdruckdarnpf ergeben. Ebenso läßt die Doppelstrom-Peltonbeschaufelung bei beiderseitiger Nachschaltung einer zweiten Stufe in bequemer Weise geringere Stopfbuchsdrucke erzielen als bei einer Einstromturbine, wodurch einerseits die Betriebssicherheit weiter erhöht und andererseits der Dampfverlust aus den Stopfbuchsen 'vermindert wird.

Die vorerwähnten peltonartigen Beschaufelungen besitzen jedoch einerseits den Nachteil, daß sie infolge der offenen Taschen, wie z. B. bei. der Riedler-Stumpfturbine, wo sie dachziegelartig am Umfang des Laufrades übereinanderliegen, einen zu großen Arbeitsverlust durch Wirbelung bedingen. Anderer- seits erfährt sowohl bei der vorgenannten Turbine als auch bei dem obenerwähnten neueren Vorschlag das Treibmittel, vom Austritt aus der Düse bis in die Schaufel im· Längsschnitt der Turbine eine plötzliche Um-•lenkung um 90⁰ (tangentialer Eintritt und axialer Austritt), so daß naturgemäß außerordentlich große Verluste in der Schaufel durch Stoß und Wirbelung entstehen.

Diese Nachteile will die vorliegende Erfindung beseitigen. Sie bestellt darin, daß die von dem Doppellöffel gebildeten beiden nach der Wellenmitte zu in einem spitzen Winkel zur Radebene auseinandergehenden Treibmittelkanäle gleichzeitig seitlich derart geschlossen ,sind, daß die äußeren Seiten der Beschaufelung einen glatten Kranz bilden, die Taschen also nicht etwa wie bei Riedleir offen sind oder Nietköpfe vorstehen.

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Diese Ausführungsart bietet zugleich in bequemer Weise die Möglichkeit, die Deckbänder mit der Schaufel aus einem Stück herzustellen, in4em die einzelnen Deckbandabschnitte an die Schaufeln angefräst und so geformt sind, daß sie lückenlos ineinanderpassen.

In der Zeichnung sind in den Abb. ι bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Abb. ι zeigt einen Schnitt durch den Radkranz und die Düse.

Abb. 2 zeigt .die Abwicklung eines Umfangsschnittes durch die Schaufeln nach der Linie A-A in Abb. 1. .

Abb. 3 zeigt die Abwicklung eines Umfangsschnittes durch die Schaufeln nach der Linie ß-ß in Abb. 1. -

Abb. 4 zeigt eine Seitenansicht in Riehtung des Pfeiles^ in Abb. 1.

Abb. 5 zeigt eine Ansicht der Schaufelung von oben.

Abb. 6 zeigt schematisch, im Längsschnitt

ein Ausführungsbeispiel einer Doppelstrom-

s5 turbine mit Peltonbeschaufelung der ersten Stufe und beiderseits nachgeschalteten, axial beaufschlagten Lauf rädern.

Abb. 7 zeigt 'eine weitere Ausführungsform' der neuartigen Schaufel im Schnitt durch den Radkranz.

Es bezeichnet in Abb. ι α die Lauf erscheibe, b die Schaufel gemäß der Erfindung, c-c und d-d die Mittelebenen der beiden Treibmittelkanäle. Diese sind hier in einem spitzen Winkel zur Radebene geneigt liegend, nach der Wellenmitte zu auseinandergehend angenommen, und zwar so weit, daß· die Ausmündung der Kanäle gerade seitlich am Radkranz frei geht. Eine stärkere Spreizung ermöglicht zwar einen gewissen Abstand der Ausmündung vom Radkranz, so daß» ein unmittelbarer Anschluß von Umlenkungskanälen nach der zweiten Stufe erleichtert wird, bedingt jedoch eine stärkere seitliche Umlenkung des Strahles beim Austritt aus der Düsee und Eintritt in die Schaufel. Strömungstechnisch wäre zwar eine parallele Lage der beiden Mittelebenen c-c und d-d am günstigsten, jedoch bereitet hierbei die Durchführung eines ungehinderten Austritts aus der Schaufel Schwierigkeiten.

Bei dem gezeichneten Beispiel sind die von je zwei Schaufeln gebildeten beiden Kanäle vom Treibmitteleintritt aus der Düseie an auf einer Teilstrecke- infolge des Überschneidens der Mittelebenen c-c und d-d zu einem Kanal vereinigt angenommen, während sie später bis zum. Austritt getrennt verlaufen. Es bildet sich hierbei auf der Druckseite der Schaufel eine Mittelschneide /, durch welche eine Teilung des Treibmittelstromes erreicht und begünstigt wird. Der Zweck dieser Ausführung ist, die Wandreibungsverluste möglichst herabzusetzen gegenüber einer Ausführung, bei der die beiden Treibmittelkanäle bereits von deren Beginn an getrennt verlaufen. Auch wird dadurch die gesamte Schaufelbreite und damit die Pumparbeit etwas verringert.

Bei der gezeichneten Ausführung bilden die Druckseiten der Schaufeln Drehflächen, indem dieselben etwa durch einen Fräser / mit bulbaxtigem Kopf g (in Abb. 3 strichpunktiert angedeutet) ausgeführt werden, dessen Achse senkrecht stehend zur Mittelebene der ■Treibmittelkanäle-geführt wird. Durch; einen ähnlichen Fräser, also mit bulbartigem Kopf, kann auch die Rückenseite der Schaufel hergestellt werden, um die vorspringenden Deckbandfortsätze Ii auszubilden.

Vorteilhaft für die Strömung des Treibmittels ist hierbei, den bulbartigen Kopf des Fräsers an den Ecken gut abzurunden (gegebenenfalls bis zur völligen Halbkreisform), so daß die Treibmittelkanäle insbesondere auf der Druckseite der Schaufel ausgerundeten Querschnitt und daher geringeren Wandreibungswiderstand als bei eckiger Form besitzen.

Um die Herstellung des Doppellöffels zu erleichtern, kann gegebenenfalls die Schaufel in der Radmittelebene D-D geteilt werden. Bei Verwendung eines quer zur Radebene stehenden Schaufelfußes, wie z.B. eines Sägezahnfußes k, wie er in dem gezeichneten Beispiel angenommen und aus den Abb. 1 und 4 ersichtlich ist, können hierbei die beiden Schaufelhälften bequem für sich in den Radkranz eingeschoben werden.

^:Der quer zur Radebene stehende FuftÄ ist für die vorliegende Beschaufelungsart auch deshalb besonders geeignet, weil der Radkranz durch die Fliehkraft der Schaufel in der ganzen Breite erfaßt wird, daher eine geringere Kranzbreite und Spreizung der bei- ioj den Treibmittelkanäle nach der Wellenmitte zu erforderlich ist als bei Verwendung des meist üblichen, längs des Umfanges einzuschiebenden Hammerfußes. Um die Spreizung der Treibmittelkanäle noch weiter herabzumindern, kann gegebenenfalls der Fuß oben auf beiden Seiten gemäß Abb. 1 abgeschrägt werden.

Die in den Abb. 1 und 4 gezeichnete Schaufelbefestigung hat außerdem den Vorteil, daß u das sonst übliche, gerade bei hohen Drehzahlen mit Gefahren verbundene Schloß an der Einführungsstelle der Schaufeln entfällt, indem im allgemeinen jede Schaufel für sich eingesetzt werden; kann.

Zwecks Erzielung eines seitlich geschlossenen glatten Kranzes sind bei dem gezeichne-

Claims

ten Beispiel am Rücken der Schaufeln die bereits erwähnten Fortsätze h (s. Abb. 3, 4 und s) angefräst, die in die. Höhlung der Seitenwand der dahinter befindlichen Schaufel genau hineinpassen. Nach dem Einsetzen der Schaufeln in den Radkranz können dann dieselben seitlich überschliffen werden., um den Reibungsverlust möglichst zu verringern.
Bei dem Ausführungsbeispiel einer Doppelstromturbine nach Abb. 6 bezeichnet tn. das mit vorliegender Peltonbeschaufelung versehene Laufrad der ersten Stufe, dem beiderseits noch je ein Laufrad« (oder mehrere Laufräderj nachgeschaltet ist, um den Druck vor den Stopf büchsen ρ möglichst weitgehend herabzusetzen. Man erkennt, daß für diesen Zweck dJe neue Beschaufelungsart äußrer durch ihre bereit.? genannten Vorteile, wozu noch der Fortfall eines Axialschubes kommt, ein zweck-

ao mäßiges Mittel bildet, um eine derartige Doppelstromturbine, insbesondere für Hochdruckheißdampf, bis zu den höchsten Temperaturen betriebssicher und mit gutem Wirkungsgrad durchbilden zu können. Denn ein möglichst geringer Wärmefluß nach den Lagern q ist hierbei unerläßliche Vorbedingung.

Die Überleitung des Treibmittels von der ersten nach der zweiten Stufe wird hierbei strömungstechnisch erleichtert, wenn die Durchmesser der von den Austrittsöffnungen aus den Treibmittelkanälen der Peltonbeschaufelung gebildeten Kreise D¹ größer sind als die mittleren Durchmesser D² jedes nachgeschalteten .Schaufelkranzes, indem sich dadurch sanftere Krümmungen in den Überleitkanälen / ergeben.

Die nachgeschalteten Laufräder 11 können in üblicher Weise z. B. mit radial stehenden Schaufeln mit axialer Beaufschlagung beschaufelt sein; ferner können statt Gleichdruckstufen z. B. auch Geschwindigkeitsstufen unter Verwendung von Umkehrschaufeln nachgeschaltet sein, wobei solche Geschwindigkeitsstufen auch mit dem Peltonrad m unmittelbar verbunden sein können.

Außer nach dem in den Abb. 1 bis 5 dargestellten Beispiel kann die vorliegende Peltonbeschaufelung auch noch in anderer Weise ausgeführt und mit .anderen Beschaufelungsarten vereinigt sein, ohne daß' solche andere Formen oder Anordnungen aus dem Rahmen der Erfindung fallen.

So können z. B. auch die Mittellinien c-c und d-d der beiden Treibmittelkanäle gemäß dem Beispiel nach Abb. 7 nach einem gewissen, etwa von dem außerhalb liegenden Punkte 0 ausgehenden Halbmesser gekrümmt sein, um das Treibmittel rascher nach den Seiten abzuleiten oder den Beginn der Treibmittelkanäle genau oder angenähert radial verlaufend ausbilden zu können. Die Herstellung der Schaufel ist hierbei allerdings etwas schwieriger als nach dem in den Abb. J Ins 5 dargestellten Beispiel, indem für das Fräsen der Druckseite statt eines Scheibenfräsers etwa ein Kopffräser r mit entsprechend dem Querprofil der Treibmittelkanäle abgerundetem Kopf zu verwenden wäre, der nach einer Schablone gegen die Druckseite der Schaufel zu und dessen Achse zugleich auf dem Kreisbogen um den Mittelpunkt ο bewegt wird.

IΆ T IiH TAU S J.¹ U (5 CH Κ :

ι. Pcltonartige Beschaufelung für Dampf· oder Gasturbinen mit Doppellöffeln für im wesentlichen radiale Beaufschlagung von außen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden nach der Wellenmitte zu in einem spitzen Winkel zur Radebene auseinandergehenden Treibmittelkanäle seitlich derart geschlossen sind, daß die äußeren Seiten der Beschaufelung einen glatten Kranz bilden.
2. Beschaufelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die von je zwei Schaufeln gebildeten beiden Kanäle vom Treibmitteleintritt an auf einer Teilstrecke zu einem Kanal vereinigt sind, go während sie später bis zum Austritt getrennt verlaufen.
3. Beschaufelung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln in der Radmittelebene geteilt sind.
4. Beschaufelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebenen der Treibmittelkanäle geneigt zueinander liegen.
5. Beschaufelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien der beiden Treibmittelkanäle von der Druckseite aus gesehen gekrümmt verlaufen (Abb. 7).
6. Beschaufelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibmittelkanäle insbesondere auf der Druckseite der Schaufel ausgerundeten oder mit annähernd scharfen Ecken versehenein Querschnitt besitzen.
7. Beschaufelung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Druckseiten der Schaufeln Drehflächen bilden, welche mittels eines bulbartigen Fräsers hergestellt sind, dessen Achse senkrecht stehend zur Mittelebene der Treibmittelkanäle geführt iwird.
8. Beschaufelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der quer zur Radebene stehende Fuß jeder Schaufel zur Verringerung des axialen Abstandes der Austrittsöffnungen der beiden Treib-

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mittelkanäle jeder Schaufel auf beiden Seiten abgeschrägt ist.
9. Beschaufelung nach Anspruch 1 mit beiderseits nachgeschalteten, axial beaufschlagten Schaufeln, dadurch gekennzeich net, daß die Durchmesser der von dan Austrittsöffnungen aus den Treibmittelkanälen gebildeten Kreise größer sind als die mittleren Durchmesser jedes nachgeschalteten Schaufelkranzes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen