DE566764C - UEberdruckbeschaufelung fuer Dampf- und Gasturbinen - Google Patents

Description

Im Hauptpatent 522 464 wurde eine Überdruckbeschaufelung beansprucht, deren wesentliches Kennzeichen die Formgebung nach Art der Leitradschaufeln der Gleichdruckturbinen ist. Eine solche Leitradbeschaufelung unterscheidet sich deutlich von jeder anderen im Dampfturbinenbau gebräuchlichen Schaufelart, seit man erkannt hat, daß der Übergang von geringer auf hohe Dampfgeschwindigkeit möglichst rasch vor sich gehen und der von Dampf hoher Geschwindigkeit durchströmte Kanalteil möglichst kurz gemacht werden muß, um die Umsetzungsverluste gering zu halten. Es war im Hauptpatent weiter die genaue Form einer Überdruckschaufel beschrieben und beansprucht, die die obigen Eigenschaften weitgehend besitzt. Das Kennzeichen dieser letzteren Schaufel bestand darin, daß die Umhüllende, die an die in den Schaufelkanal einbeschriebenen und auf der Abwicklung der mittleren Kanalbahn aufgetragenen Kreise gelegt wird, eine gerade oder nur wenig gekrümmte Linie bildet, die im größten Teil ihres \^rerlaufes mit der Abwicklung der mittleren Kanalbahn einen Winkel von 16 bis 20⁰ einschließt.

Es war ferner bereits erkannt und beschrieben worden, daß durch Gestaltung des Schaufelkanales, derart, daß die Umhüllende nicht mehr eine gerade, sondern eine gekrümmte Linie ergibt, die Geschwindigkeitszunahme des Dampfstromes im Schaufelkanal erhöht und verringert werden kann. So ergibt eine gegen die Kanalbahnabwicklung zu konkav gekrümmte Linie eine langsamere, eine konvex gekrümmte Linie dagegen eine plötzlichere Ouerschnittsverengung und damit Geschwindigkeitszunahme.

Weitere eingehende Untersuchungen haben nun gezeigt, daß es vorteilhaft ist, die Geschwindigkeitsumsetzung noch rascher vor sich gehen zu lassen und die mit hoher Dampfgeschwindigkeit durchströmten Kanalteile noch kürzer zu halten, als es bei einer Schaufel der im Hauptpatent beschriebenen Art, bei welcher die Umhüllende der einbeschriebenen Kreise von einer Geraden nur wenig abweicht, möglich ist. Diese Untersuchungen bestätigen, daß die gewünschten Eigenschaften in weitestgehendem Maße erreicht werden, wenn von der bereits früher angedeuteten gekrümmten Umhüllungslinie für die Formgebung des Schaufelkanales Gebrauch gemacht und der Schaufelkanal so geformt wird, daß die Umhüllende der in den Kanal einbeschriebenen Kreise nun aus zwei ausgeprägten Kurvenästen besteht, deren einer, auf Kanaleintrittsseite, gegen dieKanalbahnabwicklung zu konkav, deren anderer, auf der Kanalaustrittsseite, konvex gekrümmt ist. Die besondere Schaufelform des Hauptpatentes war durch den geradlinigen Verlauf

der Umhüllenden allein noch nicht gekennzeichnet; zur Erfüllung der verlangten Eigenschaften mußte vielmehr noch die Neigung dieser Umhüllenden bestimmten Bedingungen genügen.

Ähnliches gilt für die Schaufel nach der Erfindung. Neben dem besonderen Verlauf der Umhüllenden ihrer einbeschriebenen Kreise muß der Schaufelquerschnitt zwei to weitere Bedingungen erfüllen, von denen sich die erste auf den Übergang der konkaven in die konvexe Umhüllende, die zweite auf die allgemeine Neigung dieser Umhüllenden zur Abwicklung der Kanalbahn bezieht. Gemäß der Erfindung wird die erste Bedingung erfüllt, sobald die Tangenten an die Wendepunkte dieser beiden Kurven mit der Abwicklung der Ivanalbahn einen größeren Winkel als 16° einschließen. Die zweite Bedingung so ist erfüllt, wenn die Neigung der Umhüllenden über ein genügend großes und für die Dampfführung und Geschwindigkeitsumsetzung maßgebendes Stück mit der Abwicklung der Kanalbahn ebenfalls über i6° beträgt. Das maßgebende Stück des Schaufelkanals ist beispielsweise derjenige Teil der Umhüllenden, den man erhält, wenn man, vom Wendepunkt der beiden Kurvenäste ausgehend, den Halbmesser des den Wendepunkt berührenden einbeschriebenen Kreises nach beiden Seiten hin abträgt.

Die Erfindung besteht daher darin, daß die Umhüllende der Halbmesser der in dem Schaufelkanal einbeschriebenen Kreise, auf der Abwicklung der mittleren Kanalbahn aufgetragen, je aus einer Kurve besteht, die am Eintrittsende konkav, am Austrittsende konvex gekrümmt ist und deren Tangenten im Wendepunkt wie auch deren Verbindungslinien zwischen zwei Punkten, die in einem Abstand gleich dem im beschriebenen Wendepunktkreisdurchmesser gelegen sind, mit der Abwicklung der mittleren Kanalbahn einen Winkel größer als i6° einschließen. Durch diese Formgebung wird die erfindungsgemäß gewollte vorerst langsame, dann aber stets zunehmende Beschleunigung erreicht. Da die Verluste längs des Kanals naturgemäß desto kleiner sind, je kleiner die Geschwindigkeiten in demselben an und für sich bleiben, ist es von Vorteil, die Verengung so nahe als nur möglich gegen das Ende des Kanals zu schieben, d.h. die Wendepunkte möglichst nahe an die Austrittsseite hin zu verlegen.

Die späte Geschwindigkeitsumsetzung bringt ebenfalls auch einen späteren Verbrauch des zur Verfugung stehenden umzusetzenden Stufengefälles mit sich, so daß auch die Volumenzunahme, die in gleichem Maße erfolgt, erst spät eintritt und diese damit ebenfalls erst die Geschwindigkeit von diesem Zeitpunkt an erhöhen läßt.

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer Schaufelquerschnitt und sein charakteristischer Aufbau wiedergegeben. Abb. 1 zeigt den von zwei Schaufeln 1 und 2 gebildeten Schaufelkanal, und zwar entspricht die gezeichnete Teilung ungefähr der mittleren ausgeführten Teilung. Werden in diesen Kanal Kreise 3 einbeschrieben und die Halbmesser derselben über der abgewickelten Kanalbahn 4, wie in Abb. 2 geschehen, aufgetragen, so erhält man die umhüllende Kurve 5, die bei gleichbleibender Schaufelhöhe gleichzeitig die Kanalquerschnitte und damit (unter Berücksichtigung der veränderlichen Dampfmenge) auch zugleich ein Maß für die Dampfgeschwindigkeit ergibt. Diese Umhüllende soll nun gemäß der Erfindung aus einer Kurve bestehen, deren einer Ast 6 am Kanaleintritt konkav und deren anderer Ast 7 am Kanalaustritt konvex gekrümmt ist. Beide Kurven gehen im Wendepunkt 8 ineinander über. Die Tangenten 9 an die Wendepunkte schließen mit der abgewickelten Kanalbahn 4 die Winkel 10 ein, die gemäß Erfindung größer als i6° sind. Kreis 11 ist der an die Wendepunkte einbeschriebene Kreis. \¥ird mit dem Halbmesser dieses Kreises um den Wendepunkt als Mittelpunkt ein gleicher Kreis 11 geschlagen, so schneidet dieser die Umhüllende in den Punkten 12 und 13. Die Verbindungslinie 14 dieser beiden Punkte muß nun gemäß Erfindung ebenfalls einen Winkel 15 von mindestens i6° ergeben, soll der Schaufelquerschnitt die vorbeschriebenen Vorteile aufweisen.

Obwohl ein ausgeprägter Wendepunkt von Vorteil ist, können aus baulichen Rücksichten die beiden Kurvenstücke 6, 7 verhältnismäßig flach werden und sogar schließlich innerhalb des Wendepunktkreises praktisch mit der Wendepunkttangente zusammenfallen. Den Grenzfall der Erfindung stellen somit die Schaufelquerschnitte dar, bei welchen die Umhüllende 5 im größten Teil ihres Verlaufes eine Gerade ist, die gegen die abgewickelte Kanalbahn 4 aber mindestens i6° geneigt sein muß.

Mit den drei Kennzeichen: doppelte Krümmung der Umhüllenden, Wendepunktstangente größer als i6°, Verlauf des wesentlichsten Teiles der Umhüllenden unter einer Neigung von mindestens i6°, ist die neue Schaufelform fast vollständig festgelegt und von den bisher bekannten Schaufelformen für Überdruckturbinen unterschieden. Es ist klar, daß sich Ein- und Austrittsende des Schaufelquerschnitts baulichen Gesichtspunkten anpassen müssen. Man wird diese Enden nicht anger wählen als unbedingt nötig. Es wurde

eingangs bereits darauf hingewiesen, daß die neue Schaufelform eine größere Teilung auch bei guter Führung des austretenden Strahles ermöglicht, als sie die bisherigen Überdruckbeschaufelungen aufweisen. Bei richtiger Bemessung des Schaufelquerschnittes wird die Teilung i6 mindestens ⁷/io der axialen Breite 17 der Schaufel.

Es kann ferner mit Rücksicht auf die to Fächerung eine kleine Verlängerung der Austrittsenden empfehlenswert sein; ebenso kann, um eine allzu große Unterbrechung des Dampfstrahles beim Austritt aus den Schaufeln zu vermeiden, eine Verdünnung der Schaufel enden vorgesehen werden, wie z. B. in Abb. 3 bei 18 gezeigt ist.

Die mittlere Dampfbahn für die Beschaufelung muß vor allem der Richtung des auftreffenden Strahles beim Eintritt angepaßt sein. Die u 'c-Verhältnisse fu c = wi-|

\ Dampigeschwindigkeit /

werden für diese Überdruckbeschaufelung meist so gewählt, daß der Eintritt in den Schaufelkanal annähernd axial ist. Da aber die Schaufel eine bestimmte Baustoffdicke haben muß und zur Vermeidung von Stoßverlusten eine Schärfung der Eintrittskante erforderlich ist, so ist der ungefähr axiale Eintritt auf Hohl- und Rückenseite der Schaufel praktisch nicht möglich. Es hat sich nun als vorteilhaft erwiesen, diesen Eintrittswinkel auf der Rückenseite größer, auf der Hohlseite der Schaufel kleiner als 90⁰ zu machen, wie es die Abb. 1 bei 19 und 20 zeigt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Überdruckbeschaufelung für Dampfund Gasturbinen nach dem Hauptpatent 522 464, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllende der Halbmesser der in den Schaufelkanal einbeschriebenen Kreise, auf der Abwicklung der mittleren Kanalbahn aufgetragen (Abwicklung der Schaufelkanalquerschnitte), je aus einer Kurve besteht, die am Eintrittsende konkav, am Austrittsende konvex gekrümmt ist und deren Tangenten im Wendepunkte wie auch deren Verbindungslinien zwischen zwei Punkten, die in einem Abstande gleich dem einbeschriebenen Wendepunktkreisdurchmesser gelegen sind, mit der Abwicklung der mittleren Kanalbahn einen Winkel größer als i6° einschließen.

2. Überdruckbeschaufelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendepunkte der Umhüllenden näher am Austritt al.s am Eintritt des Schaufelkanals liegen.

3. Überdruckbeschaufelung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Schaufelteilung zur axialen Breite der Schaufel mindestens 0,7 beträgt.

4. Überdruckbeschaufelung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel auf der Austrittsseite

,außerhalb der Parallelführung eine schwache Abnahme der Stegdicke aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen