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Radial beaufschlagte Kreiselmaschine, vorzugsweise Dampf- oder Gasturbine,
mit mehr als zwei axial gegeneinander versetzten; radial beaufschlagten Schaufelgruppen
Bei radial beaufschlagten Kreiselmaschinen; vorzugsweise Dampf- oder Gasturbinen,
mit zwei axial gegeneinander versetzten, radial beaufschlagten Schaufelgruppen ist
es üblich, den Achsschub der beiden Schaufelgruppen durch eine einzige Labyrinthfläche
auszugleichen, deren Außendurchmesser mit Arbeitsmittel vom Eintrittsdruck der radial
beaufschlagten Beschauflung verbunden ist. Die einwärts gerichtete Durchströmung
der Labyrinthfläche bringt es mit sich, daß sich die Durchmesser und damit auch
die Querschnitte der Labyrinthspalte nach innen zu in Strömungsrichtung fortlaufend
verkleinern, während sich das Arbeitsmittel fortschreitend ausdehnt. Das Arbeitsmittel
staut sich deshalb in den innersten Labyrinthspalten an; und der größte Teil des
Druckabfalles tritt dort auf, so daß zur Erzielung eines ausreichenden Achsschubes
der Labyrinthfläche ein verhältnismäßig großer Innendurchmesser des Labyrinths .gewählt
werden muß. Insbesondere wird aber der Druckverlauf im Labyrinth und damit die Größe
des Labyrinthschubes stark abhängig von der Größe der äußeren oder inneren Labyrinthspalte.
Geringe Abweichungen in der Ausführung oder Abnutzungen im Betriebe ändern den Achsschub
in unzulässiger Weise. Man ist deshalb dazu übergegangen, den Innendurchmesser des
Labyrinths mit dem Arbeitsmittelstrom nicht mehr am Austritt der letzten Beschauflungsgruppe,
sondern zwischen den beiden radial - beaufschlagten Schaufelgruppen zu verbinden.
Man erzielt dann bei vergrößertem Innendurchmesser des Labyrinths, aber . fast gleicher
Menge an Labyrinthdampf, etwa denselben Achsschub der Labyrinthfläche, kann jedoch
den
Labyrinthdampf zum überwiegenden Teil in der zweiten Schaufelgruppe noch Arbeit
leisten lassen, wobei noch ein Wärmerückgewinn eintritt. Der Druckverlauf im Labyrinth
ist bei einer solchen Anordnung weit sicherer zu bestimmen, da das Arbeitsmittel
sich innerhalb der ersten Beschauflungsgruppe weniger im Rauminhalt ändert und das
Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser des Labyrinths kleiner wird.
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Diese bekannte, an sich vorteilhafte Anordnung weist aber aus anderen
Gründen wiederum Unsicherheiten in der Erhaltung .des Schubausgleiches auf. Der
Achsschub des einwärts durchströmten Labyrinths ändert sich mit dem Druck nach anderen
Gesetzen als derjenige der Beschauflung. Es treten je nach der Belastung und dem
hiermit geänderten Eintrittsdruck erhebliche Restschübe auf. Bei Kreiselmaschinen
für niedrige Drücke nimmt das Drucklager die Restschübe anstandslos auf, bei hohen
Drücken muß eine andere Lösung gesucht werden. Außerdem ist die geschilderte Anordnung
sehr empfindlich gegen jede Abweichung des Zwischendruckes zwischen den beiden Beschauflungsgruppen,
da praktisch nur der Druckabfall vom Eintrittsdruck zum Zwischendruck zur Erzeugung
des Labyrinthschubes Verwendung findet. Sinkt der Zwischendruck, so ist der Labyrinthschub
zu hoch, steigt der Zwischendruck, so ist der Labyrinthschub zu niedrig. Eine Einleitung
von Arbeitsmittel zum Zwecke einer überlastung der Maschine oder eine Anzapfung
zwischen den Schaufelgruppen ist also unzulässig. Diese Überlegungen behalten auch
ihre Gültigkeit, wenn die Labyrinthspalte im wesentlichen axial hintereinander angeordnet
werden.
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Nach den Erkenntnissen der vorliegenden Erfindung läßt sich eine wesentliche
Verbesserung der Verhältnisse bei Verwendung von mehr als zwei radial beaufschlagten
Beschauflungsgruppen erzielen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der in Strömungsrichtung
des Arbeitsmittels erste Verbindungsanschluß der inneren Labyrinthfläche mit der
Beschauflung die Labyrinthfiäche an den Arbeitsmittelstrom durch die Beschauflung
hinter der zweiten, aber vor der letzten radial beaufschlagten Schaufelgruppe anschließt.
Die besten Verhältnisse ergeben sich bei mindestens vier radial beaufschlagten Gruppen,
und zwar nach einem weiteren Vorschlag der vorliegenden Erfindung dadurch, daß der
in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels erste Verbindungsanschluß der inneren Labyrinthfläche
mit der Beschauflung die Labyrinthfläche an den Arbeitsmittelstrom durch .die Beschauflung
zwischen der dritten und vierten Schaufelgruppe anschließt, wobei zwischen der zweiten
und dritten Schaufelgruppe Arbeitsmittel zugeführt oder angezapft werden kann. Tatsächlich
läßt sich auf diese Weise eine auch bei Hochdruckmaschinen ausreichende Übereinstimmung
zwischen Labyrinth- und Schaufelschub für alle Belastungsverhältnisse erzielen.
In vielen Fällen ist jedoch die letzte radial beaufschlagte Schaufelgruppe gegenüber
den vorher beaufschlagten Gruppen groß. Änderungen in der Druckverteilung durch
ungenaue Auslegung und Herstellung oder durch Einleitung und Anzapfung von Arbeitsmittel
wirken sich dann wiederum nachteilig auf den Schubausgleich aus. Die Erfindung will
aber auch in solchen Fällen gefährliche Restschübe vermeiden, selbst wenn zwischen
derzw eiten unddritten Schaufelgruppe wesentliche Mengen von Arbeitsmittel zugeführt
oder angezapft werden. Es soll also z. B. nicht mehr erforderlich sein, einer vorgeschalteten
Gleichdruckstufe so viel Gefälle zuzuteilen, daß eine ausreichende Überlastung durch
Einleitung von Arbeitsmittel vor Eintritt in die radial beaufschlagten Schaufelgruppen
erzielt werden kann. Vielmehr soll die Beschauflung allein mit dem Ziel der Erreichung
des besten Vallastwirkungsgrades entworfen werden können. In weiterer Ausbildung
der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß eine zusätzliche, auswärts durchströmte
Labyrinthfläche die den Achsschub mehrerer Schaufelgruppen ausgleichende, einwärts
durchströmte Labyrinthfläche mindestens um den Achsschub einer Schaufelgruppe entlastet.
Eine besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich, wenn eine auf dem Rücken des zuletzt
beaufschlagten Rades angeordnete zusätzliche, auswärts durchströmte Labyrinthfläche
etwa den Achsschub dieses Rades ausgleicht. Da in der letzten Beschauflungsgruppe
der Rauminhalt des Arbeitsmittels groß ist, treten fühlbare zusätzliche Leistungsverluste
durch die neue Labyrinthfläche nicht auf. Auch nimmt eine Anordnung von Labyrinthspalten
auf der an sich freien Rückseite des letzten Rades praktisch keinen zusätzlichen
Platz in Anspruch.
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Die Abbildung stellt als Beispiel eine Dampfturbine mit vier radial
beaufschlagten Schaufelgruppen dar. Der Dampf tritt bei i in die Turbine ein, beaufschlagt
die Düsen und die Gleichdruckbeschauflung 3 und durchströmt anschließend die radial
beaufschlagten Schaufelgruppen q. bis 7. Auf den Rückseiten der Räder ß und g ist
je eine Labyrinthfläche io und ii vorgesehen. Die Labyrinthfläche io ist außen mit
dem Radraum der Gleichdruckbeschauflung 3, also mit dem Eintrittsdruck der radial
beaufschlagten Gruppe 4., verbunden, auf der inneren Hälfte über die Leitung 12
mit dein Raum 13 zwischen den
radial beaufschlagten Schaufelgruppen
6 und 7. Der Dampf aus diesem Raum 13 strömt über die im Rad 9 angeordneten Bohrungen
1q. der Labyrinthfläche r z zu, die den Achsschub der Schaufelgruppe 7 etwa ausgleicht.
Der Leckdampf aus Leitung z2 könnte der Labyrinthfläche r r auch unmittelbar zugeleitet
werden, doch bietet die angedeutete Schaltung den Vorteil, daß .der heiße Leckdampf
in der Schaufelgruppe? Arbeit leistet und -der Labyrinthfläche rz kälterer Dampf
zuströmt, der bereits in den Schaufelgruppen ¢ bis 6 Arbeit geleistet hat. Der zwischen
den radial beaufschlagten Schaufelgruppen 5 und 6 angeschlossene Stutzen 15 dient
zur Einleitung von Überlastdampf oder zur Anzapfung.
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Die dargestellte Anordnung stellt eine bevorzugte Anwendung des Erfindungsgedankens
dar, bei welcher der Restschub, den das Drucklager aufnehmen muß, bei allen Lastverhältnissen
klein bleibt. Die Labyrinthspalte können auch in axialer Richtung hintereinander
angeordnet sein, ohne daß sich das Wesen -des Erfindungsgedankens ändert.