DE630954C

DE630954C - Blade ring for radially pressurized steam or gas turbines

Info

Publication number: DE630954C
Application number: DE1930630954D
Authority: DE
Original assignee: SPONTAN AB
Current assignee: SPONTAN AB
Priority date: 1930-09-16
Filing date: 1930-09-16
Publication date: 1936-06-09

Description

Die Erfindung bezieht sich auf radial beaufschlagte Dampf- oder Gasturbinen und hat zum Gegenstand einen für die Erzielung von Höchstleistungen besonders geeigneten S chaufelkranz für derartige Turbinen nach Patent 530 895.The invention relates to radially acted steam or gas turbines and has the subject of a blade ring that is particularly suitable for achieving maximum performance for such turbines according to patent 530 895.

Um den Leistungsbereich der radial beaufschlagten Dampf- oder Gasturbinen zu erhöhen, wurde im Hauptpatent vorgeschlagen, die mit beiden Enden in axial voneinander getrennten Befestigungsringen gehaltenen Laufschaufeln eines Schaufelkranzes in eine einer Kettenlinie ähnliche Form zwischen ihren beiden Befestigungsstellen in Richtung der auf sie einwirkenden Fliehkräfte derart auszubiegen, daß in dem Schaufelquerschnitt nur Zugbeanspruchungen auftreten können.In order to increase the power range of the radially admitted steam or gas turbines, was proposed in the main patent that held with both ends in axially separated fastening rings Blades of a blade ring in a shape similar to a chain line between their two attachment points in the direction of the centrifugal forces acting on them to bend out that only tensile stresses can occur in the blade cross-section.

In weiterer Verfolgung der Bestrebungen,In further pursuit of the aspirations,

den Leistungsbereich der Turbine nach Möglichkeit zu erhöhen, wird nach der Zusatzerfindung der Schaufelkranz nach dem Hauptpatent in der Weise verbessert, daß die Schaufeln aus Blech von gleichbleibender Stärke und von solcher Starrheit geformt sind, daß sie im Ruhezustand die gleiche Kettenliniengestalt einnehmen wie im Betriebszustand. Die Gestalt der Laufschaufeln erleidet daher unter der Wirkung der beim Betrieb auftretenden Kräfte keine oder keine nennenswerte elastische Formänderung. Dadurch, daß die Schaufeln aus dünnem Blech bestehen können, werden insbesondere für Grenzturbinen höchster Umfangsgeschwindigkeit wertvolle Aussichten eröffnet, weil die gegen hohe Zugbeanspruchungen widerstandskräftigen Blechschaufeln genügend leicht sind, um die für Erreichung der günstigsten Druck- und Strömungsverhältnisse des Treibmittels erforderlichen großen Durchmesser und Umfangsgeschwindigkeiten der Schaufeln und ihrer Befestigungsringe zu gestatten. Dazu kommt noch, daß das geringe Gewicht und die einfache Art der Herstellung von Blechschaufeln natürlich die Kosten ganz wesentlich beeinflussen, was noch mehr hervortritt, wenn man bedenkt, daß auch die Befestigung derartiger Schaufeln in außerordentlich einfacher Weise vorgenommen werden kann. So können z. B. die Enden der Schaufeln in Schlitzen der Schaufelträger ösenförmig umgebogen sein und einfach durch in diese ösen eingelegte Dichtungen durch Keilwirkung festgehalten werden.To increase the power range of the turbine if possible, is according to the additional invention the blade ring according to the main patent improved in such a way that the Shovels made of sheet metal of constant strength and rigidity are that they assume the same catenary shape in the idle state as in the operating state. The shape of the rotor blades therefore suffers little or no under the effect of the forces occurring during operation significant elastic deformation. Because the blades are made of thin sheet metal can exist, are especially for limit turbines of the highest peripheral speed This opens up valuable prospects because they are resistant to high tensile loads Sheet metal blades are sufficiently light to achieve the most favorable pressure and flow conditions of the propellant required large diameter and peripheral speeds of the To allow blades and their fastening rings. In addition there is the fact that the small Weight and the simple way of making sheet metal blades, of course, reduce the cost entirely significantly affect what is even more apparent when you consider that also the attachment such blades can be made in an extremely simple manner. So z. B. the ends of the Shovels in the slots of the shovel carrier are bent over like an eyelet and simply through in these loops inserted seals are held by wedge effect.

Es hat sich gezeigt, daß solche Blechschaufeln hinsichtlich der Ouerschnittsbemessung einfach sein und in zu den Schaufelkanten senkrechter Richtung gleichbleibende Stärke aufweisen können. Das ermöglicht,It has been shown that such sheet metal blades with regard to the cross-section dimensioning be simple and constant in the direction perpendicular to the blade edges May have strength. This allows,

die Schaufeln einfach aus ebenen Blechen herauszustaÄieiPttnd ii'l¹ feeWrbeitung notfalls auf eine geringfügige Abrundung der vorderen Schaufelkanten" zu beschränken. Aber auch diese Abrundung der vorderen Schaufel--' kanten ist überflüssig, wenn die Schaufeln,; selbst aus hinreichend dünnem Stahlblech gestanzt sind, ■;-...- just ^one feeWrbeitung necessary to limit the blades flat sheets herauszustaÄieiPttnd ii'l on a slight rounding of the front blade edge. "But even this round off the front Schaufel-- 'edge is unnecessary if the blades ,; themselves are stamped from a sufficiently thin sheet steel , ■; -...-

Die Schaufeln werden vorzugsweise aus ίο biegsamem Blech, aus rostfreiem Stähl oder einem anderen Baustoff, der den verschiedenen Einwirkungen des Wassers standhält, hergestellt. Beispielsweise können Schaufeln gemäß der Erfindung aus ebenen Blechstreifen bestehen, die aus einer Blechplatte ,herausgeschnitten oder ausgestanzt sind, worauf ihre Enden zur Einsetzung in die Schaufelkränze vorbereitet und die Blechstreifen in die gewünschte kettenlinienähnliche Form zusammengebogen werden.The blades are preferably made of flexible sheet metal, stainless steel or another building material that can withstand the various effects of water. For example, blades according to the invention can consist of flat sheet metal strips that have been cut out of a sheet metal plate or are punched out, whereupon their ends are prepared for insertion into the blade rings and the sheet metal strips in the desired chainline-like shape are bent together.

Die Blechplatten, aus denen die Schaufelstreifen gewonnen werden, können so gewalzt sein, daß die Dicke der Schaufeln zwar nach ihren Enden zu zunimmt, die gleichmäßige Dicke des Schaufelblattes aber in der Dampfdurchgangsrichtung bestehenbleibt. Die Breite der Schaufelbleche kann gleich oder verschieden und so bemessen sein, daß die Schaufeln nahezu ohne Abfall aus einem Stück Blech ausgestanzt werden können, auch dann, wenn die Breite der Schaufeln nach der Schaufelmitte zu zunimmt. Die zu ketten-. linienartig gebogenen Schaufeln ■zusammenzubiegenden Blechstreifen erhalten zweckmäßig eine solche Form, daß die Dampfeintritts- und Austrittskaiiten der eingesetzten Schaufeln, von der Seite gesehen, parallel zueinander verlaufen oder der Turbinenwellenmitte zustreben (Abb. 2).The sheet metal plates from which the blade strips are obtained can be rolled in this way be that the thickness of the blades increases towards their ends, the uniform However, the thickness of the airfoil remains in the direction of steam passage. The width of the blade plates can be the same or different and sized so that the blades with almost no waste from a Pieces of sheet metal can be punched out, even if the width of the blades according to the Bucket center increases. The chain-. linearly curved blades ■ to be bent together Sheet metal strips are expediently given a shape such that the steam inlet and outlet edges of the used Blades, seen from the side, run parallel to each other or to the center of the turbine shaft strive towards (Fig. 2).

Weitere Merkmale der Erfindung sind durch die Art und Weise der Befestigung der Schaufeln in ihren Trägern (Schaufelringen) gegeben, die an Hand des dargestellten Ausführungsbeispieles des näheren erläutert wer- *5 den soll.Further features of the invention are due to the way of attachment of the Blades in their carriers (blade rings) given, based on the illustrated embodiment should be explained in more detail.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht, und zwar zeigtIn the drawing, the subject matter of the invention is shown in two exemplary embodiments illustrates, namely shows

Abb. ι einen parallel zur (nicht dargestellten) Turfrinenachse geführten Schnitt durch einen Teil der Schaufelkränze einer gegenläufigen, radial beaufschlagten Turbine. Abb. 2 zeigt einen Schnitt nach der Schnittlinie ΙΊ der Abb. 1, wobei jedoch der Deutlichkeit wegen Einzelheiten, wie beispielsweise die axiale Verstrebung der Schaufelträger, fortgelassen sind.Fig. Ι a parallel to (not shown) Turfrine axis guided section through part of the blade rings counter-rotating, radially loaded turbine. Fig. 2 shows a section along the cutting line ΙΊ of Fig. 1, however, for the sake of clarity because of details, such as the axial bracing of the blade carrier, are omitted.

Abb. 3 zeigt teilweise eine Aufsicht auf die beiden axial voneinander getrennten Schaufelringe des äußersten Schaufelkranzes der Abb. 1 und auf deren Verstrebungen.Fig. 3 partially shows a plan view of the two axially separated from each other Blade rings of the outermost blade ring in Fig. 1 and on their struts.

Abb. 4 veranschaulicht, wie Schaufeln nach der Erfindung aus einer ebenen Blechplatte _:,-.erhalten werden können.Fig. 4 illustrates how blades according to the invention from a flat sheet metal _plate., - can be obtained.

■'■'.. Abb. 5 zeigt beispielsweise eine Ausfüh-,^t-ü'ngsform der Befestigungsart der Schaufel- :^j||flen in den Schaufelträgern in vergrößertem ^iaßstab, und■ '■' .. Fig. 5 shows an example of an embodiment the type of attachment of the blade -: ^ j || flen in the blade carriers in enlarged ^ iaßstab, and

Abb. 6 zeigt eine etwas andere Ausführungsform einer Turbine, gemäß welcher nur das äußerste Laufrad mit erfindungsgemäß ausgestalteten und erfindungsgemäß befestigten Schaufeln ausgerüstet ist.Fig. 6 shows a somewhat different embodiment of a turbine, according to which only the outermost impeller with designed according to the invention and fastened according to the invention Is equipped with shovels.

Die allgemeine Anordnung der ringförmigen Schaufelringträger ii, 12 kann, da sie nichts Neues bietet, als bekannt vorausgesetzt werden, desgleichen die Art und Weise ihrer Befestigung mittels Ausdehnungsringen in den sie seitlich begrenzenden umlaufenden Turbinenrädern 13 und 14. Da die Schaufeiträger eines Schaufelkranzes bestrebt sind, sich beim Umlauf unter der Einwirkung der Fliehkraft der Schaufeln einander zu nähern, sind sie durch Querstreben 15, die gerade oder schräg gerichtet und ihrerseits wiederum durch radiale Längsstreben 16 (Abb. 3) versteift sein können, gegeneinander abgestützt. Die gemäß dem Hauptpatent in kettenlinienärtiger Form gebogenen Schaufeln der vier äußersten Laufräder bestehen bei dem Aus- go führungsbeispiel aus dünnen Blechplatten i", 18, die, wie Abb. 4 erkennen läßt, aus einem ebenen Blech ausgestanzt oder ausgeschnitten sein können. Die ebenen Schaufelbleche sind, wie. Abb. 4 erkennen läßt, bei dem gewählten Ausführungsbeispiel spantartig gekrümmt. Ihre schmalen Seitenkanten werden, nachdem die Schaufelstreifen, wie in Abb. 1 dargetan, in eine einer Kettenlinie ähnliche Form zusammengebogen sind, beim Einsetzen der Schaufeln in die Tragringe 11 in zweckmäßig schräg gerichtete Nuten auf dem äußeren Umfang dieser Ringe eingeschoben, wobei die Schaufeln, von der Seite gesehen (in Richtung der Achse der Turbine), im eingesetzten Zustand ein ungefähres Bild nach Abb. 2 ergeben. Die beiden dargestellten inneren Schaufelkränze 19, 20 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit gewöhnlichen Schaufeln für radiale Beaufschlagung ver- no sehen.The general arrangement of the annular vane ring carriers ii, 12 can, as they nothing new offers anything new that is presupposed to be known, likewise the manner of theirs Fastening by means of expansion rings in the circumferential bordering them laterally Turbine wheels 13 and 14. As the impeller a blade ring strive to move closer to each other while rotating under the action of the centrifugal force of the blades, are they by cross struts 15, which are straight or oblique and turn in turn can be stiffened by radial longitudinal struts 16 (Fig. 3), supported against each other. The blades of the four, bent in a chain-like shape according to the main patent outermost impellers consist of thin sheet metal plates i ", 18, which, as can be seen in Fig. 4, punched or cut out of a flat sheet metal could be. The flat blades are like. Fig. 4 shows the selected Embodiment curved like a chip. Your narrow side edges will be after the blade strips, as shown in Fig. 1, bent together into a shape similar to a chain line are useful when inserting the blades into the support rings 11 in obliquely directed grooves inserted on the outer periphery of these rings, the Blades, seen from the side (in the direction of the axis of the turbine), in the inserted state give an approximate picture according to Fig. 2. The two inner blade rings 19, 20 shown are in the one shown Embodiment with ordinary blades for radial loading ver no see.

Abb. S zeigt ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Befestigung der Schaufeln in den Schaufelträgern. Die Abbildung zeigtnur eins der beiden Schaufelenden. Dieses. unregelmäßig umgebogene Ende wird in eine der Nuten 21 des Schaufelkranzes eingeschoben, die es nach Eintreiben des Füllkeils 22 einseitig hintergreift. Dadurch wird mit Sicherheit verhindert, daß die Schaufeln aus der Befestigungsstelle herausgleiten können. Die Fliehkraft in den Schaufelblättern suchtFig. S shows an embodiment for the attachment of the blades according to the invention in the blade carriers. The figure shows only one of the two blade ends. This. irregularly bent end is pushed into one of the grooves 21 of the blade ring, which it engages behind on one side after driving in the filling wedge 22. This is with Safety prevents the blades from sliding out of the attachment point. The centrifugal force in the blades seeks

deren unteren Teile um den Punkt 23 zu drehen, wodurch diese Teile und damit die ausgehende Schaufel so fest gegen die linke innere Begrenzungswand der Nut 21 geklemmt wird, daß jedes Lösen der Schaufel» unmöglich ist. Die Schaufel wird dabei außer in der Nähe des Punktes 23 gleichzeitig in der Umgebung der Punkte 26 und 27 gegen die Innenwandungen der Nut festgekeilt. rotate their lower parts around point 23, thereby making these parts and thus the outgoing Shovel clamped so tightly against the left inner boundary wall of the groove 21 becomes that any loosening of the shovel "is impossible." The shovel will do it except in the vicinity of point 23, at the same time in the vicinity of points 26 and 27 wedged against the inner walls of the groove.

Die in Abb. 6 dargestellte Ausführungs form unterscheidet sich, was die Ausbildung der Schaufeln und ihrer Befestigungsart betrifft, nicht von der Ausführungsform der vorhergehenden Abbildungen. Bei der Ausführungsform nach Abb. 6 sind nur der letzte Schaufelkranz und dessen Schaufeln gemäß der Erfindung" ausgestaltet, und es ist außerdem zwischen diesem Schäufelkranz und dem vorletzten Schaufelkranz eine Entspannungsdüse 25 für den durchtretenden Dampf vorgesehen. The embodiment shown in Fig. 6 differs from what the training of the blades and their type of attachment does not depend on the embodiment of previous figures. In the embodiment of Fig. 6 are only the last Blade ring and its blades according to the invention "designed, and it is also Between this blade ring and the penultimate blade ring a relaxation nozzle 25 is provided for the steam passing through.

Wie eingangs angedeutet, ermöglicht die Erfindung die Herstellung und Verwendung so leichter Schaufeln, daß die sie tragenden Schaufelringe im Verhältnis zur Drehzahl der Turbine mit so großem Durchmesser ausgeführt werden können, daß man mit ihrer allein durch ihr Eigengewicht gegebenen Beanspruchung bis nahezu an die Grenze ihrer Haltbarkeit gehen kann. Dadurch werden große Umfangsgeschwindigkeiten möglich, und es können gute Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Schaufelträger und der Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes durch die Schaufeln erzielt werden, beispielsweise derart, daß die Dampfgeschwindigkeit die Umfangsgeschwindigkeit nur wenig übersteigt, wodurch Wirbelverlusten in den Schaufelkränzen nach Möglichkeit vorgebeugt wird. Die Breite der Schaufelbleche und ihre Längskanten werden so gewählt oder ausgestaltet, daß sich die richtigen gewählten Schaufelwinkel ergeben.As indicated at the outset, the invention enables production and use So lighter blades that the blade rings supporting them in relation to the speed of the Turbines with such a large diameter can be designed that you can use them alone Due to their own weight, the load almost reaches the limit of their durability can go. This enables high peripheral speeds and good speed ratios between the peripheral speed of the blade carrier and the flow speed of the steam can be achieved through the blades, for example in such a way that the steam speed is the peripheral speed exceeds only a little, whereby eddy losses in the blade rings are prevented as far as possible. The width of the Blade plates and their longitudinal edges are chosen or designed so that the correctly chosen blade angle result.

Claims

Patent claims:

1. Blade ring for radially loaded. Steam or gas turbines according to patent 530 895, characterized in that the blades made of sheet metal with over the Airfoil of constant strength and of such rigidity that they assume the same chain line shape in the idle state as in the operating state.

2. Blade ring according to claim 1, at which the blades are increasingly reinforced towards the clamping end. -

3. Blade ring according to claim 1, whose The blades increase in width towards the blade center.

4. blade ring according to claim 1, wherein the ends of the blades in Slots of the blade carrier are bent over in the shape of an eyelet and through into these eyelets inserted seals are held in place by wedge action.

1 sheet of drawings