DE672789C - Hochdruckdampfturbinenschaufel - Google Patents
HochdruckdampfturbinenschaufelInfo
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
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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 29s 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 (1)
- 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«, 29b) gekrümmt sind.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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