DE644963C - Dampf- oder Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf solche Dampf- oder Gasturbinen mit zur Drehrichtung· des Läufers entgegengesetzter Treibmittelausströmung aus dem letzten Laufschaufelkranz, bei welchem die Schaufelaustrittskanten des letzten Laufschaufelkranzes in ihrem Verlauf ungleiche Abstände von der Turbinenachse aufweisen. Bei diesen Turbinen wurden folgende Erscheinungen beobachtet.

Bei der üblichen Strömung des Dampfes durch das Schaufelsystem solcher Dampfturbinen kann man im allgemeinen durch gleichmäßige Ausformung der Schaufelkränze einen ziemlich gleichmäßigen Dampf strom erhalten, so daß die Turbinenschaufeln nur in geringem Maße störenden Stromstößen ausgesetzt sind. Anders werden jedoch die Verhältnisse, wenn die Dampfzufuhr zurTurbine abgestellt oder wenn der Unterdruck im Turbinengehäuse zerstört, d.h. Luft in das Gehäuse eingelassen wird, so daß der Druck im Auslaß der Turbine rasch, steigt. Dadurch, wird die Dichte des die Turbinenschaufeln umgebenden Arbeitsmittels bedeutend erhöht, und gleichzeitig wirken die äußersten Schaufeln, die Austrittsschaufeln der Turbine, mehr oder weniger wie eine Schleuderpumpe, welche Dampf und Luft ständig· von der Turbinenmitte ansaugt und nach dem Umfang der Turbine hinausschleudert. Dadurch entsteht eine umwälzende Strömung im Turbinengehäuse. Bei den sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten., die bei den Austrittsschaufelkränzen vorkommen, werden auf diese Weise bedeutende Energiemengen an die im Turbinengehäuse kreisenden Gasmengen abgegeben.

So hat man z. B. beobachtet, daß eine Dampfturbine von 50000 kW bei voller Drehzahl 'und abgestellter Dampfzufuhr einen Energiebetrag von 5000 kW verbrauchte, der von den elektrischen Stromerzeugern zugeführt werden mußte. Es ist klar, daß solche bedeutenden Energiemengen, die im Türbinengehäuse durch eine herumwirbelnde, ständig zwischen den Schaufeln kreisende Gasmenge verbraucht werden, Wirbel im Turbinengehäuse hervorrufen, die zufolge der Spannkraft der Gasmenge leicht zu periodischen Schwingungen führen. Durch solche ständig im Kreislauf herumgepumpten Gasmengen werden natürlich die Turbinenschaufeln äußerst stark in Anspruch genom-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Fredrick Ljungström in Lidingö, Schweden.

men und können dabei leicht in heftige Schwingungen geraten.

Die Erfindung bezweckt, derartige Schaufelschwingungen zu verhindern oder in hohem Grade zu erschweren, die entstehen wll wenn die Turbine durch Dampf oder gebremst wird, d. h. wenn die Austritts-¹ schaufeln als Pumpen arbeiten und Energie an das Treibmittel abgeben, anstatt wie beim ίο normalen Betrieb Energie vom Treibmittel aufzunehmen.

Erreicht wird das Ziel dadurch, daß dem letzten Schaufelkranz in einem durch Seitenwände begrenzten Kanal ein im wesentlichen zylindrischer Leitkranz nachgeschaltet ist, dessen Leitteile (Schaufeln oder Leitbleche) dem im Betriebe ausströmenden Treibmittel freien Ablauf gewähren, dagegen den nach Abstellung der Treibmittelzufuhr auftretenden, nach außen gerichteten Strömungen entgegenwirken.

Diese Einrichtung wirkt bei nicht üblicher Strömung des Treibmittels einer dabei entstehenden Neigung der Austrittsschaufeln, als Pumpe zu wirken, entgegen und erleichtert die Bildung eines mitkreisenden Gases am L^Tmfang des Läufers. Dadurch, daß auf diese Weise die gegenseitige Geschwindigkeit zwischen dem Treibmittel und den Schaufeln auf einen Mindestbetrag heruntergebracht wird, laufen die Axistrittsschaufeln in einem sie umgebenden Gas- oder Dampfring um, so daß auf diese Weise die Schaufeln vor störenden Stromstößen geschützt sind. Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung in den Abb. ι bis 7 als Beispiele gezeigten Ausführungsformen näher beschrieben.

Fig. ι zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine Dampfturbine, von der ein Teilschnitt dargestellt ist.

Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch den Teilschnitt der Fig. 1 dar und

Fig. 3 ein Turbinenlaufrad sowie die die Erfindung kennzeichnenden Teile des Turbinengehäuses.

Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer gegenläufigen, radial beaufschlagten Turbine, die mit einem doppelten Axialschaufelsystem versehen ist.

Fig. 5 zeigt die Ausformung der Erfindung bei einer mit Bogenschaufeln versehenen, radial beaufschlagten Turbine und

Fig. 6 einen Querschnitt durch das Laufrad der gleichen Turbine, in axialer Richtung gesehen.

Fig. 7 zeigt eine Austrittsschaufel einer gewöhnlichen Axialturbine, wobei durch Pfeile der Strömungsverlauf zwischen den Austrittsschaufeln für solche Fälle angegeben ist, bei denen die Turbine ohne Dampfzufluß arbeitet,

d. h. wenn Energie von den Schaufeln abgegeben wird, wobei ein wirbelnder Kreislauf im Turbinengehäuse entsteht.

In Fig. ι bezeichnet 2 eine Austritts-■_vsehaufel in einer Dampfturbine, 3 eine Gei^iusewand, die als Drehfläche ausgeformt '-ist, so daß zwischen den Schaufeln 2 und der genannten Wand 3 ein Umlaufraum 4 entsteht, dessen Querschnittsflächen mit durch die Turbinenachse gehenden Ebenen alle gleich groß sind. Nach außen hin ist der genannte Umlaufraum durch eine Anzahl zweckmäßig verstellbarer Leitführuaigen 5 in Form von Schaufeln oder Blechen (Fig. 1 und 2) begrenzt, welche den an und für sich sich erweiternden Türbinenauslaß in einen inneren und einen äußeren Ablauf raum 4 und 13 unterteilen. Die Leitführungen 5 sind ferner, in der Achsenrichtung gesehen, in einem solchen Winkel gegen die Umfangsrichtung gestellt, daß eine möglicherweise von außen nach innen gerichtete Gasströmung gezwungen wird, in der Drehrichtung der Dampfturbine umzulaufen (Fig. 2). Der Pfeil 6 gibt die Drehrichtung der Turbine an, und die Pfeile 7 und 8 zeigen die Richtung, in der von außen nach innen strömender Dampf durch die Leitführungen 5 strömt. Aus obenstehendem geht hervor, daß jede von außen nach innen gerichtete Strömung zwischen den Führungen 5 dazu mitwirkt, eine umlaufende Bewegung der Gasmenge im Umlauf raum 4 in der Drehrichtung der Turbine hervorzurufen. Denkt man sich eine Strömung gemäß Pfeil 9 durch die Schaufeln 2 (Fig. 1), dann muß auf eine solche Strömung, wenn kein neuer Dampf der Turbine zugeführt wird, eine entsprechende gleich große Rückströmung zum Raum 4 folgen, welcher Rückstrom durch Pfeil 10 angedeutet ist. Der nach außen gerichtete Strom 9, der durch den Umlauf der Schaufeln 2 verursacht wird, erhält durch den Umlauf eine Strömungsrichtung, die mit der Drehrichtung der Schaufeln übereinstimmt. Der Strom 9 ist in Abb. 2 durch den Pfeil 11 angegeben. Aus dieser Figur geht nun deutlich hervor, daß eine derartige Strömung durch die Leitführungen 5 bedeutend erschwert wird, weil diese den Dampf zwingen, seine Drehrichtung vollständig umzukehren, falls der betreffende Dampf überhaupt zwischen den Leitführungen 5 nach außen strömen soll. Dies bewirkt, daß nur eine sehr kleine Gasmenge zwischen den Leitführungen nach außen strömen kann. Folglich kann ebenfalls nur eine sehr kleine Gasmenge zwischen den Leitführungen zurückströmen, wobei die rückströmende Menge gezwungen wird, sich in der Richtung des i*> Pfeiles 12 (Fig. 2), also in der Drehrichtung der Turbine zu bewegen. Im Umlaufraum 4

entsteht somit ein im wesentlichen gleichgerichteter, mit den Schaufehl umlaufender Dampfring, der nur sehr wenig vom Zustand außerhalb des Schaufelkranzes 5 beeinflußt wird. Da nur eine sehr kleine Energiemenge benötigt wird, um den Dampf ring im Räume 4 in Umlauf zu halten, und da ferner der Rückstrom von außen mit seinen für die Austrittsschäufeln der Turbine gefährlichen βίοι ο rangen zum größten Teil vermieden ist, werden dadurch die Turbinenschaufeln vor allen schädlichen Störungen geschützt, die die Schaufeln in Schwingung zu versetzen versuchen.

Sowohl aus dem Vorhergehenden als auch aus den Fig. 3 bis 6 geht hervor, daß die Leitführungen 5 gleichzeitig als Verstrebungen für die Wände 3 und 14 oder 22 und 23 (Fig. 5) dienen.

Die obenerwähnte Einstellvorrichtung der Leitschaufeln oder Bleche 5 kann auf verschiedene Arten ausgebildet werden. In den Fig. 8 und 9 ist in Querschnitt und Seitenansicht eine Einstellanordnung gezeigt, die der bei Wasserturbinen üblichen Konstruktion zur Einstellung der Leitschaufeln ähnlich ist. In diesen Figuren sind die betreffenden Leitschaufeln öder Bleche 5, welche die A'ustrittsschaufeln 2 der Turbine ringförmig umgeben, mittels Zapfen 20, 21 in den Austrittswänden 22,23 der Turbine drehbar gelagert, wodurch zwischen dem Austrittsschaufelkranz und den Leitschaufeln 5 der vorher erwähnte ringförmige Dampfraum 4 gebildet wird. Mit den Zapfen 20 sind Gelenkarme 24 fest verbunden, welche ihrerseits mit Gelenkarmen 26 drehbar verbunden sind, die mittels Zapfen im Einstellring 25 drehbar gelagert sind. Die Einstellung des Ringes 25 in der Umfangsrichtung wird durch die Winkellage des mittels Gelenkarmes 27 mit dem Ring 25. drehbar verbundenen Armes 28 bestimmt, wobei jede Winkellage des Armes 28 einer bestimmten Winkellage der Schaufeln 5 entspricht. Da diese Schaufehl im Betrieb dem aus der Turbine ausströmenden Dampf möglichst geringen Widerstand bieten sollen, wird die Winkellage der Leitschaufeln 5 mittels des Einstellhebels 28 so geregelt, daß deren Richtung ständig mit der Strömungsrichtung des Dampfes übereinstimmt. Zweckmäßig kann auch in den vorher erwähnten Fällen, in denen die Turbine durch Treibmittel gebremst wird, eine Umstellung der Leitschaufeln S in eine Richtung stattfinden, in der die dem Turbinenläufer zu- ■ gekehrte Fläche der Leitschaufeln erne solche äußere Begrenzungsfläche für den Raum 4 bildet, daß dieser nach Möglichkeit zur Ausbildung des umlaufenden Gas- oder Dampfringes beiträgt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dampf- oder Gasturbine mit zur Drehrichtung des Läufers entgegengesetzter Treibmittelausströmung aus dem letzten Laufschaufelkranz, dessen Schaufelaustrittskanten in ihrem Verlaufe ungleiche Abstände von der Turbinenachse aufweisen, dadurch, gekennzeichnet, daß dem letzten Schaufelkranz in einem durch Seitenwände begrenzten Kanal ein im wesentlichen zylindrischer Leitkranz nachgeschaltet ist, dessen Leitteile (Schaufeln oder Leitbleche) dem im Betriebe ausströmenden Treibmittel freien Ablauf gewähren, dagegen den nach Abstellung der Treibmittelzufuhr auftretenden, nach außen? gerichteten Strömungen entgegenwirken.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen