DE672789C

DE672789C - Hochdruckdampfturbinenschaufel

Info

Publication number: DE672789C
Application number: DEA82662D
Authority: DE
Inventors: Ernest L Robinson
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1936-04-22
Filing date: 1937-04-17
Publication date: 1939-03-10
Also published as: US2110679A; GB478104A

Description

Während bekanntlich bei Gleichdruckturbinen sich der Dampf nur zwischen den feststehenden Leitschaufeln entspannt, findet bei der Überdruckturbine auch zwischen den Laufschaufeln eine Entspannung statt. In beiden Fällen werden die Schaufeln während der Entspannung des Dampfes unterschiedlichen Drücken unterworfen, die insbesondere in der ersten Stufe zu hohen Beanspruchungen der

ίο Schaufeln führen und die Schaufeln verformen können. Insbesondere ist jede Schaufel im Bereich ihrer Austrittskante beiderseits unterschiedlich beansprucht. Da der Schaufelquerschnitt im Bereich der Austrittskante mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad der Turbine nur schwach sein darf, entstehen bei Höchdruckdampfturbinen an der Schaufelaustrittskante Ausbeulungen, die den Düsenquerschnitt verändern und den Wirkungsgrad der Turbine herabsetzen.

Nach der Erfindung sollen diese übelstände ohne Verstärkung der Austrittskante der Schaufel dadurch beseitigt werden, daß die Stirn- und Rückenflächen der Schaufel bei paralleler und nahezu radialer Anordnung der Ein- und Austrittskanten in axialer und radialer Richtung gekrümmt sind. Es ist allerdings bekannt, das Schaufelblatt schalenförmig auszuführen. Bei dieser bekannten Ausführung, bei der die radiale Krümmung der Schaufeln lediglich aus Festigkeitsgründen ohne Rücksicht auf die Austrittswinkel gewählt ist, besitzen die Ein- und Austrittskanten in der Strömungsrichtung des Treibmittels und auch die Austrittskanten der zugehörigen Düsen Kreisbogenform, so daß sich völlig unübersichtliche Entspannungsverhältnisse ergeben, die den Gesamtwirkungsgrad nachteilig beeinflussen. Im Falle der Erfindung dagegen verlaufen die

Ein- und Austrittskanten der Schaufel parallel und nahezu radial, so daß im Gegensatz zu der bekannten Ausführung eine Schaufel geschaffen ist, die hohen Beanspruchunger gewachsen ist und außerdem eine gute Dampfführung im gesamten Strömungsverlauf gewährleistet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist sowohl in Anwendung auf Leitschaufeln al ίο auch auf Laufschaufeln auf der Zeichnung dargestellt.

Abb. ι zeigt das Bruchstück eines Leitschaufelkranzes in schaubildlicher Ansicht. Abb. 2 und 3 zeigen ebenfalls in schaubildlieber Ansicht eine Schaufel für sich allein. Abb. 4 ist ein Schnitt durch eine Schaufel nach der Linie A-B der Abb. 2. Abb. 5 zeigt die Abwicklung eines Leitschaufelkranzes. Abb. 6 zeigt das Bruchstück eines Laufschaufelkranzes in schaubildlicher Ansicht.

Bei der Aüsführungsform nach Abb. 1 sind

zwischen dem inneren Ring 10 und dem äußeren Ring 11 eines Leitschaufelrades eine Reihe Schaufeln 12, 13, 14 in Abständen angeschweißt, wie die Schweißstellen 15 und 16 zeigen. Der Innenring 10 ist auf den Kranz 17 einer Scheibe 18 mittels Schweißgutes 19 aufgeschweißt, während der Außenring 11 in einer Aussparung 20 des unbeweglichen Turbinengehäuses 21 ruht.

In dem bisher beschriebenen Umfang der Ausführungsform nach Abb. 1 stimmt die Bauart mit den bekannten Leitschaufelscheiben überein, in denen sich der Dampf entspannt und aus denen er in ein Laufschaufelrad strömt, Dabei ist es gleichgültig, ob es sich im Frischdampf oder um den von einer vorgeschalteten Turbinenstufe kommenden Dampf handelt. Gemäß der Abwicklung nach Abb. 5 bilden benachbarte Schaufeln 12, 13/14 Durchlässe 22, durch die der Dampf in der Richtung des Pfeiles 23 strömt. Die Durchlässe 22 schreiben dem Dampf einen gekrümmten Strömungsweg vor, da die Stirnfläche24 jeder Schaufel vertieft und die Rückenfläche 25 gewölbt zur Strömungsrichtung verläuft. Abgesehen von der Umlenkung des Dampfes in den Durchlässen 22 verläuft der Strömungsweg des Dampfes j.edoch parallel zur Achse der Turbine.

Beim Durchgang durch die Leitschaufeln nimmt der Dampfdruck bei einer beispielsweise mit Frischdampf von 85 at gespeisten Hochdruckdampfturbine entsprechend der Ausdehnung des Dampfes ab, so daß also nur an der Dampfeintrittsstelle A gemäß Abb. 5 ein Druck von 85 at an jedem Durchlaß 22 herrscht. An der Stelle B₁ am Auslaß der Düse, beträgt dagegen der Druck nur noch 56 at. Dieser Auslaß wird einerseits durch die Vorderkante der Stirnfläche 24 der

Düse, andererseits durch eine bestimmte Stelle der Rückenfläche der benachbarten Düse begrenzt. Da der Dampf über diese Stelle hinaus noch weiter an der Rückenfläche 65 .der Schaufel entlang strömt, nimmt der Druck auf diese Rückenfläche weiter bis zur äußersten Kante der betreffenden Schaufel ab, beispielsweise auf 28 at. Es ist also ersichtlich, daß die Stirnfläche jeder Schaufel 70 einem Druck ausgesetzt ist, der von der Eintritts- bis zur Austrittskante sich von 85 auf 56 at vermindert, während die Rückenfläche von der Eintritts- bis zur Austrittskante mit.. einem zwischen den Grenzwerten 85 und 75 28 at liegenden Druck beansprucht wird. Infolgedessen ist die Schaufel im Bereich der Austrittskante beiderseits unterschiedlich beansprucht, nämlich im Grenzfall, d. h. unmittelbar an der Kante, einerseits mit 56 at, 80 andererseits mit 28 at, so daß jede Schaufel im Bereich der Austrittskante ,beträchtlich auf Biegung beansprucht ist. Nun muß der Schaufelquerschnitt im Bereich der Austrittskante mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad 85 der Turbine schwach sein. Infolgedessen verursachen die erwähnten Biegungsbeanspruchungen nach kurzer Betriebsdauer bei den in Frage kommenden hohen Temperaturen Ausbeulungen an der Schaufelaustrittskante, die 90 den Düsenquerschnitt verändern und somit den Wirkungsgrad der Turbine herabsetzen. Nach der Erfindung sind diese Übelstände ohne Verstärkung der Austrittskanten der Schaufeln dadurch beseitigt, daß die Schau- 95 fein quer zur Strömungsrichtung des Dampfes derart gekrümmt sind, daß die Stirnfläche der Schaufel vertieft, dagegen die Rückenfläche der Schaufel gewölbt zu dieser Querrichtung gestaltet ist. Wie am deut- 100 lichsteri aus den Abb. 2 und 3 hervorgeht, ist also die Stirnfläche26 jeder Schaufel in den beiden Pfeilrichtungen 27° und 27* vertieft gekrümmt, während die Rückenfläche jeder Schaufel in bezug auf die Pfeile 29^s und 29* 105 gewölbt gekrümmt ist. Die Stirn- und Rückenflächen jeder Schaufel sind also Teile des Innen- und Außenmantels einer Schale. Infolgedessen wirken sich die auf die Schaufeln in der Nähe der Austrittskante aus- no geübten Druckkräfte nicht in Form von Bieungsbeanspruchungen, sondern in Form von Ouerspannungen aus. Die in dieser Weise ausgebildeten Schaufeln zeichnen sich an den Austrittskanten durch hohe Wider- 115 tandsfähigkeit gegen Beanspruchungen aus, so daß die Schaufeln an den Aüstrittskanten einen geringeren Querschnitt als- bisher aufweisen können und sich trotzdem auch bei beträchtlichen Druckbeanspruchungen nicht aus- 120 beulen.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 sind

die Schaufeln mit ihren Enden in Löcher der inneren und äußeren Ringe ι ο und ii eingefügt. Da sich diese Schaufeln jedoch durch einen besonders geringen Querschnitt an den Austrittskanten auszeichnen, also nach dieser Kante zu spitz auslaufen, müssen auch die Löcher in den Ringen io und ii an den entsprechenden Stellen schmal sein. Es bereitet jedoch erhebliche Schwierigkeiten, solche schmalen Löcher aus den Ringen auszustanzen. Zweckmäßig werden daher die Löcher an dieser Stelle breiter ausgestanzt und die oberen und unteren Enden der Schaufeln in bekannter Weise mit Verstärkungen 31 und 32 versehen, so daß Schultern 33 und 34 entstehen, mit denen die Schaufeln in die Löcher der Ringen und 10 eingreifen. Da die Löcher daher verhältnismäßig breit sein können, bereitet das Ausstanzen der Löcher aus den Ringen 10, 11 keine Schwierigkeiten mehr.

Abb. 6 zeigt die Anwendung der Erfindung bei dem Laufrad einer Überdruckturbine.

Das Laufrad besteht aus einem Rad 35, an das mittels Schweißgutes 36 der Schaufelkranz angeschweißt ist, der aus einem inneren King 37 und einem äußeren Ring 38 besteht. Zwischen diesen beiden Ringen sind die Laufschaufeln 39 angeordnet. Die inneren und äußeren Enden der Laufschaufeln ragen in Öffnungen des Innenringes 37 und des Außenringes 38 hinein und sind an den Stellen 40 und 41 verschweißt. Wie die Abb. 6 erkennen läßt, sind die Laufschaufeln 39 ebenfalls sowohl in axialer als auch in radialer Riehtung gekrümmt.

Claims

Patentanspruch:

Hochdruckdampfturbinenschaufel, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn- und Rückenflächen der Schaufel bei paralleler und nahezu radialer Anordnung der Ein- und Austrittskanten in axialer und radialer Richtung (Pfeile 27", 2.7¹' und 29«, ²9^b) gekrümmt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen