DE624000C - Beschaufelung der beiden letzten N.D. -Stufen von axial beaufschlagten Dampfturbinen - Google Patents

Description

Die Laufschaufeln der letzten N. D.-Stufen von axial beaufschlagten Dampfturbinen erleiden durch die Wirkung des im Dampf bei seiner Expansion entstehenden, sich im wesentlichen radial außen zusammenballenden Wassers starke Erosion am Schaufeleintritt. Die Stärke dieser Erosion ist wesentlich abhängig von der Höhe des Wassergehalts, sie ist daher am stärksten in einem gewissen Gebiet unterhalb der Deckbänder. Zur Verringerung dieser Erosion hat man u. a. bereits einer bestimmten Stufe der Turbine den nassesten Dampf radial außen entnommen, die nachfolgenden Stufen verkürzt, während der abgezweigte Dampf außerhalb des Gehäuseinnern getrocknet oder gar überhitzt und dann einige Stufen hinter der Abzweigstelle einem unverkürzten Schaufelkranz wieder zugeführt wurde. Diese teure, strömungstechnisch verlustreiche und dabei einem gleichmäßig verteilten Abzweigen und Wiederzuführen des Dampfes bauliche Schwierigkeiten entgegenstellende Ausführung hat sich nicht eingeführt. Daher versuchte man die verschiedenstartigen Entwässerungseinrichtungen, besondere Werkstoffe für die Laufschaufeln und besondere Schaufelformen. Zu letzteren gehört die Unterteilung zum mindesten der letzten N. D.-Stufen in zwei konzentrisch angeordnete Beschaufelungen., von denen· die äußere Beschaufelung· dem höheren Wassergehalt angepaßte S chaufel formen erhielt. Da man erkannte, daß die zu· geringe Geschwindigkeit des Dampf-Wajsisier-Gemisdhes schädlich. ist, erhöhte man die Austrittsgeschwindigkeit des Dampf-Wasser-Gemisdhes aus dem letzten äußeren Leitkranz, indem man den letzten äußeren Leitkranz für die Verarbeitung eines höheren Druckgefälles ausbildete als den letzten inneren Leitkranz und zur Schaffung dieses höheren Teilgefälles die Zahl der Schaufelkränze mit Expansionsarbeit in der äußeren Beschaufelung geringer hielt als in der inneren Beschaufelung, äußerlich erkennbar u. a. durch einen oder mehrere nur im Gebiet der inneren Beschaufelung gelegene, also verkürzte Schaufelkränze, über die der Dampf in die Schaufelkränze der äußeren Beschaufelung strömte, also nicht mehr aus dem Gehäuseinnern herausgeführt wurde.

Diese Lösung besitzt einen grundsätzlichen Fehler, auf dessen Erkenntnis sich die Er-" findung u. a. aufbaut.

Die an sich notwendige Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit im radial außenliegenden Teil des Leitkanals kann keinen Erfolg haben, wenn mit dieser Geschwindigkeitserhöhung der Wassergehalt erhöht wird. Dieser erhöhte Wassergehalt am Austritt aus dem letzten äußeren Leitkranz ist aber vorhanden, wenn man im letzten äußeren Leitkranz das zu verarbeitende Druckgefälle erhöht. Die Erfindung vermeidet bewußt diesen Nachteil, indem dem radial außenliegenden

Teil des mindestens am Austritt ungeteilten Leitkanals der letzten N. D.-Stufe der Dampf mit einer derart erhöhten Geschwindigkeit aus dem radial außenliegenden Teil des Leitkanals der vorletzten Stufe zugeführt wird, daß in dem Leitkanal der letzten wie auch der vorletzten Stufe über die ganze radiale Länge ein praktisch gleiches Druckgefälle zu verarbeiten ist, während zwischen diesen beiden ίο Leitkränzen durch das an sich bekannte Verkürzen des dazwischenliegenden Laufkranzes eine Arbeitsabgabe vermieden und Raum für den abgezweigten strömenden Dampf geschaffen wird. Die beiden Leitkränze werden also für die Verarbeitung eines über die ganze radiale Kanallänge praktisch gleich großen Druckgefälles eingerichtet.

Im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen wird das überschüssige Druckgefälle des abgezweigten Dampfes weder zur Überwindung von Leitungswiderständen verbraucht noch als zusätzliches Druckgefälle im letzten äußeren Leitkranz mitverarbeitet, sondern auf die Schaufelkränze verteilt. Da man vor und hinter jeder Expansionsstufe entwässern kann, so erhält man durch diese Verteilung erst die Möglichkeit, den abgezweigten Dampf zu entwässern, wenn sein Druckgefälle bereits nur noch dem bei normaler Ausführung beim Eintritt in den Leitkranz der letzten N^-. D.-Stufe vorhandenen Druckgefälle entspricht. Der Wassergehalt des aus dem Leitkranz der letzten Stufe austretenden Dampfes wird also bei gleich hoher Austrittsgeschwindigkeit trotz einfachster baulicher Ausführung und geringster Strömungsverluste in der Ausführung gemäß der Erfindung um so viel geringer sein, als die Wasserbildung infolge des gegenüber dem Bekannten geringeren verarbeiteten Druckgefälles heruntergeht. Da diese Wasserbildung gerade gegen Ende des ,verarbeiteten Druckgefälles stark einsetzt, ist der Gewinn wesentlich, und zwar bis zu 50 °/₀ und mehr. Bereits eine kleine Herabsetzung des Wassergehalts ist von entscheidender Bedeutung für die Verringerung der Erosion. Gleichzeitig werden Austrittsgeschwindigkeit undLeistung des Dampfes erhöht.

Der Leitkanal der letzten N. D.-Stufe ist nach der Erfindung mindestens am Austritt radial nicht unterteilt. Erfahrungsgemäß gibt jede Trennwand zwischen zwei Strömen eine gewisse Wirbelbildung am Austritt aus der festen Führung. Wirbelstellen am Laufschaufeleintritt sind aber Stellen erhöhter Erosion. Abgesehen von der wesentlich einfacheren und billigeren Herstellung ist der radial ungeteilte Leitkranz also auch aus obigen Gründen vorteilhaft.

Die erhöhte Geschwindigkeit von Dampf geringerer Nässe im äußeren Teil des ungeteilten Leitkanals führt außerdem zur Vermeidung oder Verminderung der sonst vorhandenen Radialströmung. Diese Radialströmung ergibt neben Anreicherung von Wasser im radial außenliegenden Kanalteil auch Leistungsverluste.

Im Leitkranz der vorletzten N. D.-Stufe ist dagegen eine radiale Unterteilung des Leitkanals durch einen Ring in Höhe des Deckbandes des nachfolgenden Laufschaufelkranzes vorteilhaft, um den Anprall von Dampf gegen die Stirnfläche des umlaufenden Deckbandes zu vermeiden. Da die Trennung der Ströme auch nach dem Austritt bestehen bleibt, ist sie auch strömungstechnisch berechtigt.

Die Abb. 1 bis 3 zeigen einige Ausführungsbeispiele.

In Abb. ι besitzt der für die Verarbeitung eines über die ganze radiale Kanalhöhe praktisch gleichen Druckgefälles eingerichtete Leitkranz α einen Zwischenring b in Höhe des Deckbandes der verkürzten Laufschaufel c. Der aus dem oberhalb dieses Zwischenringes gelegenen Kanalteil ausströmende Dampf strömt über die verkürzte Laufschaufel c unmittelbar in den Leitkranz d der letzten Stufe mit erhöhter Geschwindigkeit und dem Druck hinter der Laufschaufel c ein. Die Leitkanäle der letzten N. D.-Stufe sind radial ungeteilt und für die Verarbeitung eines radial praktisch gleich hohen Druckgefälles ausgebildet. Die nicht dargestellte Entwässerung kann in irgendeiner bekannten Art zwischen den beiden Expansionsräumen der Leitkränze erfolgen.

Da bei großer radialer Länge der Leitschaufeln die Teilung radial außen so groß werden kann, daß das die Kanäle radial außen mit erhöhter Geschwindigkeit durchströmende Dampf-Wasser-Gemisch ungenügend geführt wird, ist es in solchen Fällen zur vollen Ausnutzung der durch die erhöhte Geschwindigkeit bei vermindertem Wassergehalt erreichbaren· Vorteile überaus günstig, noch in die Leitkanäle von radial außen so weit nach innen reichende Zwischenleitschaufeln e, als zur Erreichung genügend kleiner Teilung notwendig ist, anzuordnen. Dadurch wird die gewünschte Austrittsrichtung von Wasser und Dampf gesichert.

In der Abb. 2 sind die Leitkanäle der vorletzten und der letzten Stufe wieder zur Verarbeitung von über die radiale Länge praktisch gleichem Druckgefälle ausgebildet. Der Überströmkanal zwischen den beiden Leitkränzen wird nach innen durch einen Ring / begrenzt, welcher sich bis in die Eintrittsseite der Leitkanäle der letzten N. D.-Stufe erstreckt, aber den Austritt nicht unterteilt. Hierdurch ist es möglich, die jeweils gün-

stigsten Überströmquerschnitte zu schaffen. Der Überströmkanal besitzt radial außen Entwässerungsöffnungen h.

Die Abb. 3 zeigt eine Ausführung, bei der die über ihre radiale Höhe für gleiches Gefälle eingerichteten Leitkränze α und b radial ungeteilt sind. Zwischen den Leitkränzen wird radial oberhalb des gekürzten Laufkranzes c ein Leitring η mit Leitschaufeln 0

to in das Gehäuse eingesetzt. Die Leitschaufeln 0 sollen den aus den Leitschaufeln des Leitkranzes α ausströmenden Dampf in die Eintrittsrichtung der Leitschaufeln des Leitkranzes b umlenken und möglichst auch die Entwässerung in die Abflußkanäle />; begünstigen. Findet im Laufkranz eine wesentliche Reaktion statt, so werden vorzugsweise auch die von den Leitschaufeln 0 begrenzten Kanäle für eine entsprechende Expansion ausgebildet. Dabei kann vor und hinter den Leitschaufeln 0 entwässert werden.

Die Entwässerung ist in den Abbildungen nur angedeutet, sie kann in irgendeiner bekannten Art zwischen den Expansionsstufen erfolgen.

Ein wesentliches Merkmal ist in allen Ausführungen der Erfindung, daß das Druckgefälle des zur Erzeugung einer erhöhten Geschwindigkeit beim Austritt aus dem radial außenliegenden Teil des Leitkanals· der letzten N. D.-Stufe dienenden Dampfes in zwei oder mehnene einander ohne 'eingeschaltete Laufkränze folgende Expansionsabschnitte innerhalb des Gehäuses derart unterteilt ist, daß die Leitkränze auf ihrer ganzen radialen Länge praktisch gleich hohes Druckgefälle zu verarbeiten haben, um so erhöhte Austrittsgeschwindigkeit bei geringster Zunahme des Wassergehalts im Leitkanal der letzten

N. D.-Stufe zu erzielen.

Verwendbar ist die Erfindung für axial beaufschlagte Turbinen mit Druck- und Überdruckstufen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Beschaufelung der beiden letzten N. D.-Stufen von axial beaufschlagten Dampfturbinen mit Kondensation, bei denen ein Teil des Arbeitsdampfes über den verkürzten vorletzten Laufschaufelkranz strömt, dadurch gekennzeichnet, daß der unmittelbar vor dem nachfolgenden, verkürzten Laufschaufelkranz angeordnete, vorzugsweise am Austritt in Höhe des Laufschaufeldeckbandes durch einen Ring (b) unterteilte Leitschaufelkranz der vorletzten Stufe und der axial unmittelbar dem vorletzten, verkürzten Laufschaufelkranz folgende, mindestens am Austritt radial ungeteilte Leitschaufelkranz (d) der letzten Stufe für die Verarbeitung eines über die ganze radiale Länge ihrer Leitkanäle praktisch gleich großen Druckgefälles eingerichtet sind.

2. Beschaufelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum radial oberhalb des verkürzten Laufschaufelkranzes (c) mit feststehenden Leitschaufeln oder Leitstegen (o) versehen ist.

3. Beschaufelung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkranz der letzten Stufe Ringteile (f) besitzt, die sich bis zum vorletzten Leitkranz erstrecken und den Raum radial außerhalb des verkürzten Laufschaufelkranzes von dem Laufschaufelkranz trennen.

4. Beschaufelung nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanäle der letzten Stufe vbn gegen" über den Hauptleitschaufeln radial kürzeren Zwischenleitschaufeln (e) durchsetzt sind, die sich innerhalb des Gebiets des Überströmdampfes oder darüber hinaus von radial außen nach innen erstrecken.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen