DE69100968T2

DE69100968T2 - Turbomaschinenstufe mit vermindertem Strömungsverlust.

Info

Publication number: DE69100968T2
Application number: DE91107716T
Authority: DE
Inventors: Francois Detanne
Original assignee: GEC Alsthom SA
Current assignee: Alstom Holdings SA
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2011-05-14
Also published as: EP0457240B1; ATE100177T1; CS139591A3; DK0457240T3; FR2661944B1; CN1057504A; ZA913635B; ES2049061T3; CZ279114B6; MX166759B; EP0457240A1; US5167486A; JPH04228807A; DE69100968D1; FR2661944A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenstufe mit einem mit dem Turbinenstator fest verbundenen Gitter ortsfester Schaufeln, das ein Diaphragma trägt und dem ein Gitter beweglicher Schaufeln folgt, das auf einer mit dem Rotor der Turbine fest verbundenen Scheibe montiert ist und das an seinem Außenumfang eine aus mehreren Kammern bestehende Dichtgarnitur besitzt.
Die Scheibe enthält Ansaugöffnungen, die in den Raum zwischen dem Diaphragma und der Scheibe münden und in der Nähe des peripheren Bereichs der Scheibe angeordnet sind.
Eine solche Stufe wird in der japanischen Druckschrift JP-B 14 161/85 sowie der Druckschrift FR-A-2 438 157 beschrieben.
In der beschriebenen Turbinenstufe sind die Ansaugöffnungen über Kanäle in der Scheibe mit Auslaßöffnungen verbunden, die am äußeren Umfang der die beweglichen Schaufeln tragenden Scheibe in Strömungsrichtung hinter diesen Schaufeln münden.
In dieser Turbinenstufe möchte man die Sekundärverluste des in den beweglichen Kanälen strömenden Fluids in der Zone des Schaufelfußes verringern. Dies wird einerseits dadurch erreicht, daß ein Teil des zwischen dem Diaphragma und dem Rotor verlaufenden Leckstroms angesaugt wird, damit letzterer nicht den Stromfaden an den Wurzeln der beweglichen Schaufeln stört, und andererseits dadurch, daß ein Teil dieses von den feststehenden Schaufeln kommenden Stromfadens in Höhe der Wurzeln der beweglichen Schaufeln angesaugt wird, der ebenfalls gestört ist, um zu verhindern, daß Fluidschichten geringer Energie in die beweglichen Kanäle eindringen.
Jedoch sind diese angesaugten Fluidströme in der beschriebenen Turbinenstufe unzureichend. Die erfindungsgemäße Turbinenstufe, die diesbezüglich verbessert ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnungen durch Kanäle in mindestens einzelnen der beweglichen Schaufeln mit Auslaßöffnungen verbunden sind, die am äußeren Umfang der Schaufeln in Strömungsrichtung hinter der Dichtgarnitur oder in einer Kammer dieser Garnitur münden.
In der erfindungsgemäßen Turbinenstufe resultiert der Druckunterschied zwischen der Ansaugöffnung und dem Auslaß aus der stets existierenden Zentrifugalkraft, während der Druckunterschied zwischen der Strömungsvorder- und -rückseite der Scheibe im Fall einer Aktionsturbine zu Null werden kann, wodurch der Betrieb der in der Druckschrift JP-B-14 161/85 beschriebenen Turbinenstufe unmöglich wird.
Die Ansaugöffnungen sind vorzugsweise über eine in Umfangsrichtung kontinuierlich verlaufende Nut miteinander verbunden, die in der die beweglichen Schaufeln tragenden Scheibe vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Figur 1 zeigt eine gewöhnliche Turbinenstufe.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Turbinenstufe.
Figur 3 zeigt einen zylindrischen Schnitt durch den in Figur 4 gezeigten Rotor.
Figur 4 zeigt eine seitliche Teilansicht des Rotors der Turbinenstufe aus Figur 2.
Die übliche Aktions-Turbinenstufe (Figur 1) enthält ein mit dem Stator 3 fest verbundenes Gitter 1 von stationären Schaufeln 2. Dieses Gitter l trägt ein Diaphragma 4, das eine Dichtgarnitur 5 gegenüber dem Rotor 6 der Turbine besitzt.
Dem Gitter 1 folgt ein Gitter 7 beweglicher Schaufeln 8, das von einer mit dem Rotor 6 fest verbundenen Scheibe 9 getragen wird. Am äußeren Umfang der beweglichen Schaufeln 8 sind Dichtvorrichtungen 10 mit mehreren Kammern 11 vorgesehen.
Ein Leckstrom 12, der in Strömungsrichtung von vor dem Diaphragma 4 kommt, durchquert die Dichtgarnitur 5 und wird am Fuß der beweglichen Schaufeln 8 eingespeist. Dieser Leckstrom 12 stört die Hauptströmung und verringert damit den Wirkungsgrad. Diese Wirkungsgradverringerung ist umso deutlicher, je geringer die Länge der Schaufeln 8 ist (Verhältnis ihrer Höhe zu ihrer Sehne). Andererseits bildet sich in der Nähe der Wurzel der Schaufeln 1 eine Sekundärströmung 13.
Die Strömungen 12 und 13 führen an der Wurzel der beweglichen Schaufeln 8 zu einer Sekundärströmung 14, die ein Arbeitsdefizit an der Welle bedingt. Diese Strömung 14 ist umso mächtiger, je dicker die ankommenden Leckströme 12 und 13 sind.
In der erfindungsgemäßen Turbinenstufe (Figuren 2 bis 4) wurden die Elemente, die denen der gewöhnlichen Turbinenstufe gleichen, mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der Nähe des peripheren Bereichs der Scheibe 9 gegenüber dem Diaphragma 4 des vorausgehenden Gitters fester Schaufeln 1 besitzt die Scheibe 9 eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 15, in die Ansaugöffnungen 16 mit mindestens einem Teil ihres Durchmessers münden.
Diese Öffnungen sind über durch die beweglichen Schaufeln 8 verlaufende Kanäle 17 mit Auslaßöffnungen 18 verbunden, die in Strömungsrichtung hinter der Dichtgarnitur 10 liegen.
Ein großer Teil der Leckströme 12 und 13 wird durch die Öffnung 16 angesaugt, wodurch die Störungen des Strömungsfadens am Fuß der Schaufeln 8 verringert werden und der Wirkungsgrad deutlich erhöht wird.
Die Zentrifugalkraft (1/2)ω²(R&sub2;² - R&sub1;²) erzeugt zwischen der Ansaugöffnung 16 und der Auslaßöffnung 18 den Druckunterschied, der das Fluid in Bewegung bringt. In dieser Formel ist ω die Winkelgeschwindigkeit der Scheibe 9, R&sub2; ist der Abstand der Auslaßöffnungen 18 von der Achse des Rotors 6 und R&sub1; ist der Abstand der Ansaugöffnungen 16 von der Achse.
Man kann in jeder beweglichen Schaufel 8 einen Kanal 17 vorsehen.
Die umlaufende Nut 15, die die der Achse des Rotors am nächsten liegenden Bereiche der Ansaugöffnungen 16 miteinander verbindet, hat die Aufgabe, die unterschiedlichen Tangentialgeschwindigkeiten der Leckströme 12 und 13 zu vergleichmäßigen.
Die durch die Zentrifugalkraft erbrachte Pumparbeit zwischen den Radien R&sub1; und R&sub2; wirkt natürlich bremsend, aber das Gesamtergebnis ist positiv wegen der deutlichen Verringerung der Sekundärverluste und der daraus insbesondere für die Stromfäden geringer Höhe resultierenden Verbesserung der Strömung. Diese Pumpwirkung ist besonders nützlich in Aktionsturbinen, in denen die Drücke zu beiden Seiten der Scheibe gleich sind.
In Figur 2 wurde die Auslaßöffnung 18 in Strömungsrichtung hinter der Dichtvorrichtung 10 angeordnet, aber sie könnte auch in einer der Kammern 11 dieser Vorrichtung 10 liegen.

Claims

1. Turbinenstufe mit einem mit dem Turbinenstator (3) fest verbundenen Gitter ortsfester Schaufeln (1), das ein Diaphragma trägt und dem ein auf einem mit dem Rotor (6) der Turbine fest verbundenen Scheibe (9) montiertes Gitter beweglicher Schaufeln (7) folgt, das auf seinem Umfang eine Dichtgarnitur (10) aus mehreren Kammern (11) trägt, wobei die Scheibe (9) Ansaugöffnungen (16) besitzt, die im Raum zwischen dem Diaphragma (4) und der Scheibe (9), und zwar in der Nähe des peripheren Bereichs der Scheibe (9) liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnungen (16) über durch mindestens einige der beweglichen Schaufeln (8) verlaufende Kanäle (17) mit Auslaßöffnungen (18) verbunden sind, die am äußeren Ende dieser Schaufeln (8) am strömungsmäßig hinteren Ende der Dichtgarnitur (10) oder in einer Kammer (11) dieser Garnitur liegen.

2. Turbinenstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnungen (16) über eine kontinuierlich umlaufende Nut (15) miteinander verbunden sind, die in die Scheibe (9) eingeschnitten ist.

3. Turbinenstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine eine Aktionsturbine ist.