DE530895C

DE530895C - Schaufelkranz fuer radial beaufschlagte Turbinen

Info

Publication number: DE530895C
Application number: DEL75889D
Authority: DE
Original assignee: SPONTAN AB
Current assignee: SPONTAN AB
Priority date: 1928-08-18
Filing date: 1929-08-08
Publication date: 1931-08-01

Description

Bei Turbinen, insbesondere Dampfturbinen, bei denen das Arbeitsmittel die Turbine in radialer Richtung durchströmt, wie es z. B. für die unter dem Namen Ljungströmturbinen bekannten Dampfturbinen der Fall ist, ist die Leistung der Maschine nach oben zu begrenzt durch die Ausströmfläche, die man dem äußersten Schaufelkranz geben kann. Die Größe dieser Ausströmfläche ist bedingt durch die Länge, mit der man die Schaufeln ausführen kann, und diese Sehaufellänge wieder ist bedingt durch die Fähigkeit der Schaufeln, die beim Umlauf auf sie ausgeübte Einwirkungen der Fliehkraft auszuhalten. Beim Umlauf werden die Schaufeln Biegungsbeanspruchungen ausgesetzt, die u. a. von ihrem Querschnitt und ihrer Länge abhängen. Da ihr Querschnitt im wesentlichen von den Strömungsverhältnissen des Treibmittels, z. B.

des Dampfes, bestimmt wird, so muß, damit die Biegungsbeanspruchungen in den am meisten beanspruchten Teilen der Schaufeln innerhalb der zulässigen Grenzen gehalten werden, die Schaufellänge entsprechend beschränkt werden. Hierbei wird jedoch der Baustoff der innerhalb der am stärksten beanspruchten Teile liegenden Schaufelteile, d. h. der mittlere Teil der Schaufeln, nicht voll ausgenutzt, da ja die sich in diesem mittleren Teil infolge der Fliehkraft ergebenden Biegungsbeanspruchungen bedeutend kleiner sind als die entsprechenden Einwirkungen auf die äußeren Teile.

Die Erfindung bezweckt, eine bessere Ausnutzung des Gesamtquerschnittes der Schaufein gegenüber den aus der Fliehkraft herrührenden Einwirkungen zu erzielen. Sie erreicht dieses vorzugsweise dadurch, daß die Schaufeln in einer einer Kettenlinie ähnlichen Form zwischen ihren beiden Befestigungsstellen in Richtung der auf sie einwirkenden Fliehkräfte derart ausgebogen sind, daß in dem Schaufelquerschnitt nur Zugbeanspruchungen aitftreten können. Man kann aber auch die Schaufeln naturgemäß den auf sie einwirkenden Fliehkräften entgegen ausbiegen, worauf sie an Stelle reiner Zugbeanspruchungen Druckbeanspruchungen unterworfen sind.

Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben werden, bei deren Besprechung sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben werden.

In Abb. ι ist ein axialer Schnitt durch einen Schaufelkranz für Dampfturbinen gemäß der Erfindung dargestellt. Abb. 2 zeigt eine Projektion eines Teiles der Abb. 1 von unten gesehen. In Abb. 3 ist ein Querschnitt durch einen Teil eines Schaufelkranzes gezeigt, aus

dem sich die Befestigung der Schaufeln und der Streben^ in* den - sie tragenden Ringelelementen näher ergibt. In Abb. 4 ist ein Querschnitt durch die Schaufeln und die Streben nach Schnittlinie IV-IV der Abb. 3 gezeigt. Abb. s stellt einen Längsschnitt gemäß der Linie V-V der Abb. 3 dar, aus der eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Schaufeln und Streben an ihren Befestigungsstellen ersichtlich ist. In Abb. 6 ist ein Schnitt durch die Schaufeln gemäß Linie VI-VI der Abb. ι gezeigt. Abb. 7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der geradlinige Streben' zur Verwendung kommen.

α sind Turbinenschaufeln, die in an sich bekannter Weise, z. B. mittels Schweißens oder Walzens, in den die Schaufeln tragenden Ringelementen b befestigt sind. Diese Teile bilden einen Schaufelkranz mit radialer oder nahezu radialer Durchströmung des Arbeitsmittels. Gemäß der Erfindung haben diese Schaufeln eine derartige (im Ausführungsbeispiel eine um den Turbinenachsmittelpunkt des Schaufelkranzes gebogene) Form erhalten, daß die von der Fliehkraft herrührenden Einwirkungen praktisch ausschließlich als Zugbeanspruchungen aufgenommen werden, die gleichmäßig oder nahezu gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der Schaufeln verteilt sind. Da die Einwirkungen gegen die Enden der Schaufeln wachsen, können diese Teile zweckmäßig mit gegen diese Enden wachsendem Querschnitt ausgeführt oder an den Endpunkten, d. h. an ihren Befestigungsstellen, an den Ringelementen b verstärkt werden, wie dies bei 2 in der Abb. 5 angedeutet ist.

Die bei derart ausgeführten Schaufeln in ihnen durch die Fliehkraft erzeugten Zugbeanspruchungen suchen die Ringelemente einander zu nähern. Um dem entgegenzuwirken, ist das dargestellteAusführungsbeispielgemäß der Erfindung mit Streben c versehen, die derart ausgeführt sind, daß sie die richtige Lage der Ringelemente gegeneinander sicherstellen. Im vorliegenden Fall sind die Streben so ausgeführt, daß in ihnen durch die Fliehkraft Druckspannungen entstehen, die die Ringelemente b voneinander zu entfernen streben und somit den von den Schaufeln auf die Ringelemente ausgeübten Einwirkungen entgegenwirken. Die entsprechenden Teile, d.h. die Schaufeln und die Streben, werden dabei derart berechnet und angeordnet, daß, wie sich aus Abb. 3 ergibt, sich die rechtwinklig zur Drehebene der Ringelemente gerichteten Komponenten P und Q gegenseitig aufheben, so daß sich die Gesamtbeanspruchung der Ringelemente als eine radial ge-δο richtete Kraft R ergibt.

Zweckmäßig werden die Streben c im Zielezack zwischen den Ringelementen und, in radialer Richtung gesehen, im Winkel zu den Ringelementen angeordnet. Hierdurch erreicht man eine besonders starre Bauart mit einer hoch liegenden kritischen Umdrehungszahl für den Schaufelkranz. Ein derart ausgeführter Schaufelkranz kann daher ohne Bedenken auch für hohe Umdrehungsgeschwindigkeiten verwendet werden. Zweckmäßig werden die Streben mit tropfenförmigem Querschnitt ausgeführt, wie sich aus den Abb. 3 und 4 ergibt. Bei Schaufelkränzen mit langen Schaufeln bzw. Streben kann man Verstärkungsbänder d vorsehen (Abb. 1, 2, 6), um Schwingungen der Schaufeln bzw. Streben zu verhüten.

Sind die Schaufeln, wie eingangs angedeutet, so gebogen, daß sie auf Druck anstatt auf Zug beansprucht werden, so erfahren naturgemäß die Verstrebungen zwischen den die Schaufelenden tragenden Ringelementen Zugbeanspruchungen und sind dementsprechend auszubilden.

In den Abb. 7 und 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem die Streben zwischen den die Schaufeln tragenden Ringelementen geradlinig oder nahezu geradlinig ausgeführt sind, so daß sie in gleichem oder annähernd gleichem Abstand zur Drehachse verlaufen. Diese Streben sind noch durch besondere, zweckmäßig ringförmige Verstrebungen verstärkt, und zwar zeigt Abb. 7 einen Querschnitt durch eine Mehrzahl von Schaufelkränzen einer Turbine mit gegenläufigen Rädern für hohe Umdrehungszahlen und große Leistungen. Abb. 8 zeigt die Projektion eines Schaufelkranzes gemäß Abb. 7 von der Drehachse aus gesehen.

Der Schaufelkranz dieser Ausführungsform besteht aus nach außen gebogenen Schaufeina, die mit ihren beiden Enden in Ringelementen b befestigt sind. Beim Umlauf des Turbinenrades entstehen in diesen' Schaufeln infolge der Zentrifugalkraft Zugspannungen, die die Ringelemente einander zu nähern streben. Um einer solchen Annäherung entgegenzuwirken, sind zwischen den Ringelementen Streben c angeordnet, die gemäß der Erfindung zweckmäßig geradlinig oder nahezu geradlinig ausgeführt, jedoch in einem spitzen oder stampfen Winkel zur Drehebene des Schaufelkranzes angeordnet sind. Um von der Fliehkraft herrührende Einwirkungen aufzunehmen und ihre Festigkeit zu steigern, sind die Streben noch mit am Umfang verlaufenden, zweckmäßig ringförmigen Verstrebungen e verbunden, so daß ein Fach- oder Gitterwerk entsteht, wie es die Abb. 8 genauer zeigt.

Wie aus der Abb. 7 hervorgeht, sind die auf dem äußersten Schaufelkranz angebrachten Schaufeln α sehr stark nach außen ge-

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bogen, um eine möglichst große Ablauffläche für das Treibmittel — bei Dampfturbinen den Dampf — zu erhalten. Diese starke Ausbiegung der Schaufeln bedingt jedoch keine übermäßige Beanspruchung der Befestigung der Schaufeln in den Ringelementen, so daß diese Befestigung immer noch in der bei Dampfturbinen üblichen Art durchgeführt werden kann.

ίο Nach der Erfindung können Schaufelkränze ausgeführt werden, die den Bau von Turbinen mit gegenläufigen Rädern und radialer oder nahezu radialer Dampfdurchströmung für 3000 Umdrehungen in der Minute ermöglichen und die im letzten Schaufelkranz eine Ablauffläche von bis zu 4 qm und mehr haben. Dies gestattet Leistungsentnahmen von über 20 000 KVA.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestell-

ao ten Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Patentansprüche:

ι. Schaufelkranz für radialbeaufschlagte Dampf- oder Gasturbinen, dessen Schaufein mit beiden Enden in axial voneinander getrennten Befestigungsringen gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln in einer einer Kettenlinie ähnlichen Form zwischen ihren beiden Befestigungsstellen in Richtung der auf sie einwirkenden Fliehkräfte derart ausgebogen sind, daß in dem Schaufelquerschnitt nur Zugbeanspruchungen auftreten können.
2. Schaufelkranz nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwischen den die Schaufeln tragenden Ringelementen angeordnete Streben, die derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sie den von den Schaufeln auf die Elemente in axialer Richtung ausgeübten Kräften entgegenwirken.
3. Schaufelkranz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Schaufeln bzw. Streben unter einem spitzen oder stampfen Winkel zur Drehebene der ringförmigen Schaufelträger in diesen befestigt sind.
4. Schaufelkranz nach .Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Schaufeln bzw. Streben gegen ihre Befestigungsstellen in den ringförmigen Elementen hin vergrößert sind, um sie den an diesen Stellen besonders starken Beanspruchungen anzupassen.
5. 'Schaufelkranz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Versteifungsglieder, z. B. Bänder, die die Schaufeln bzw. Streben untereinander verbinden und" deren relative Lage zueinander sicherstellen.
6. Schaufelkranz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den die Schaufeln tragenden Ringelementen angeordneten Streben in gleichem oder nahezu gleichem Abstand von der Drehachse des Schaufelkranzes verlaufen.
7. Schaufelkranz nach Anspruch 2, 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den die Schaufeln tragenden Elementen eingesetzten Streben mit einer durch die Drehachse gelegten Ebene einen Winkel bilden.
8. Schaufelkranz nach Anspruch 2, 3, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den' die Schaufeln tragenden ringförmigen Elementen eingesetzten Streben ihrerseits mit Verstrebungen versehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen