DE757505C - Axial beaufschlagte Leitvorrichtung fuer Kreiselmaschinen, insbesondere Turbinen hoher Waermebelastung - Google Patents

Description

• Axial beaufschlagte Leitvorrichtung für Kreiselmaschinen, insbesondere Turbinen hoher Wärmebelastung Die Erfindung bezieht sich auf eine axial beaufschlagte Leitvorrichtung von Kreiselmaschinen, insbesondere von Turbinen, die von einem Treibmittel hoher Temperatur beaufschlagt werden.
• Bekanntlich entstehen bei Kreiselmaschinen im Spalt zwischen Leit- und Laufschaufelkranz jeder Stufe Wirbelungen, die um so größer sind, je mehr die praktische Ausführung der Leitschaufelaustrittskante von dem der Berechnung zugrunde gelegten Idealfall abweicht, d. h. je dicker die. Leitschaufelaustrittskante ist. Infolge dieser Wirbelungen werden die der Leitvorrichtung nachgeschalteten Laufschaufeln nicht so getroffen, wie bei Festlegung der Laufschaufelform angenommen und vorausgesetzt worden ist, und der Wirkungsgrad der gesamten Maschine wird verschlechtert. Um die durch Wirbelung entstehenden Spaltverluste klein zu halten, wird das Leitschaufelprofil gegen den Schaufelaustritt möglichst dünnwandig und schlank ausgeführt und die Austrittskante oft nach Art einer Messerschneide angeschärft. Dieser Forderung nach dünnwandiger Ausführung der Leitschaufelaustrittsseite steht aber andererseits die Forderung nach genügender Festigkeit entgegen. Gerade bei Turbinen, welche von einem Treibmittel hoher Temperatur durchströmt werden, wird der Baustoff durch Wärmedehnung sehr hoch beansprucht. je dünner aber die Wandstärke der Leitschaufelaustrittskante wird, tun so geringer wird die Festigkeit und um so mehr wächst die Wahrscheinlichkeit von den Betrieb gefährdenden bzw. verhindernden Formänderungen. Bislang lagen die Verhältnisse so, daß die Wandstärke mit Rücksicht auf die Festigkeit gewählt wurde und ein verhältnismäßig großer Spaltverlust als unvermeidbar in Kauf genommen werden mußte.
• Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Leitschaufel zu schaffen, die trotz hoher Wärmebeanspruchung derartig geformt werden kann, daß der Spaltverlust gering bleibt.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Leitschaufeln in kaltem Zustand mit Spiel in Richtung ihrer Längserstreckung und Aneinanderordnung im Schaufelträger eingebaut sind, welches so bemessen ist, daß es aufgehoben wird, sobald die Leitschaufeln die Betriebstemperatur erreicht haben. Auf diese Weise wird verhindert. daß die unvermeidlichen Wärmedehnungen in den Schaufeln Spannungen erzeugen, die zu Formänderungen führen.
• Bei einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird jede Leitschaufel an ihren Stirnflächen mit Stegen ausgerüstet, wobei der eine Steg (Fußsteg) vermittels einer Spannvorrichtung in Richtung der Längsachse der Kreiselmaschine gehalten wird und in der dazu senkrechten Richtung gegenüber den beiderseits benachbarten Leitschaufelfußstegen in kaltem Zustand etwas Spiel hat, während der andere Steg (Kopfsteg) gegenüber den beiderseits benachbarten Leitschaufelkopfstegen und gegenüber dem Deckring (Außenring) in kaltem Zustand ebenfalls etwas Spiel hat, um nach Erreichung der Betriebstemperatur Spannungen infolge Wärmedehnung mit Sicherheit zu vermeiden.
• Es ist zwar eine als Lösung der gleichen Aufgabe anzusehende Leitvorrichtung bekannt, bei welcher die Leitschaufeln auf einem starren Innenring aufgesetzt und von einem nachgiebigen Außenring begrenzt sind, der so dünnwandig ausgebildet ist, daß er den Wärmedehnungen der einzelnen Leitschaufeln im Betrieb durch Ausbuchten nachzugeben imstande ist. Diese Bauart ist jedoch nur bei Leitvorrichtungen mit verhältnismäßig weitem Schaufelgitter anwendbar, denn nur bei diesem sind die zwischen den einzelnen Leitschaufeln verbleibenden Abstände genügend groß, damit die erfindungsmäßig beabsichtigte Verformung des Außenkranzes ohne wesentliche Überbeanspruchung der Schaufeln selbst eintreten kann.
• Im Gegensatz dazu handelt es sich beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung um ein sehr enges Leitschaufelgitter, bei dem sich, in axialer Richtung gesehen, die einzelnen Leitschaufeln weit überlappen. Für einen solchen Fall ist die bekannte Ausführungsform nicht anwendbar, da bei engem Leiti scbaufelgitter zwischen den Auflagen der einzelnen Leitschaufeln nicht genügend Raum vorhanden wäre, damit die beabsichtigte Durchbiegung des Außenkranzes in ausreichendem Maße eintreten könnte. Es würden also in dem Außenkranz trotz seiner Dünnwandigkeit diejenigen Druckspannungen auftreten, die zu vermeiden Aufgabe der Erfindung ist.
• Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt liegt darin, daß es gelingt, auch bei einem sehr engen Leitschaufelgitter die einzelnen Leitschaufeln praktisch spannungsfrei zu halten und damit die eingangs erwähnten betriebstechnischen Nachteile vermeiden zu können.
• Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, und zwar zeigt Abb. i einen Axialschnitt durch eine Leitvorrichtung gemäß der Erfindung, Abb. a ein Schaubild einer Leitvorrichtung gemäß der Erfindung, Abb.3 einen Schnitt in Richtung III-111 der Abb. i in Abwicklung und Abb. q. eine einzelne Leitschaufel in schaubildlicher Darstellung.
• jede einzelne Leitschaufel i ist mit einem Fußsteg a und mit einem Kopfsteg 3 ausgerüstet. Der Fußsteg kann beispielsweise durch die an sich bekannte Schwalbenschwanzverbindung in dem Leitschaufelträger .4 eingespannt sein, wobei die eine Seite der Schwalbenschwanznut dem Innenring q. angehört, während die andere Seite von einem Preßring 5 gebildet wird, der am Schaufelträger q. mittels einer Schraubverbindung 1:1 lösbar festgelegt ist. Zwischen den Fußstegen benachbarter Leitschaufeln bleibt in kaltem Zustand ein Spiel 6 (rechte Hälfte der Abb.3), welches so bemessen ist, daß nach Erreichung der Betriebstemperatur die Schaufelfüße benachbarter Schaufeln formschlüssig nebeneinander liegen (linke Hälfte der Abb. 3). Der Kopfsteg 3 ist mit einer Nase 7 versehen, welche in eine Ringnut 8 des Deckringes q eingespannt und durch den davorliegenden Gehäuseflansch io derart festgelegt wird, daß er sich mit Spiel i i nach oben bis zum Anschlag an den Deckring ausdehnen kann. Auch dieses Spiel wird zweckmäßig so gewählt, daß es nach Erreichung der Betriebstemperatur verschwindet. Zwischen den benachbarten Schaufelstegen 3 am Kopf bleibt ein Spiel 12, das nach den gleichen Gesichtspunkten wie das Spiel 6 gewählt wird, so daß es ebenfalls nach Erreichen der Betriebstemperatur verschwindet.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Axial beaufschlagte Leitvorrichtung für Kreiselmaschinen, insbesondere Turbinen hoher Wärmebelastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (i) in kaltem Zustand mit Spiel (6, 11 und 12) in Richtung ihrer Längserstreckung und Aneinanderordnung im Schaufelträger eingebaut sind, welches so bemessen ist, daß es aufgehoben wird, sobald die Leitschaufeln die Betriebstemperatur erreicht haben.
2. 2. Leitvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitschaufel (i) an ihren Stirnflächen mit Stegen (2,3) ausgerüstet ist, wobei der eine Steg (Fußsteg 2) vermittels einer Spannvorrichtung (5) in Richtung der Längsachse der Kreiselmaschine gehalten wird und in der dazu senkrechten Richtung gegenüber den beiderseits benachbarten Leitschaufelfußstegen (2) in kaltem Zustand genügend Spiel hat, während der andere Steg (Kopfsteg 3) gegenüber den beiderseits benachbarten Leitschaufelkopfstegen (3) und gegenüber dem Deckring (9) in kaltem Zustand ebenfalls genügend Spiel hat, um nach Erreichen der Betriebstemperatur Spannungen infolge Wärmedehnungen mit Sicherheit zu vermeiden.
3. 3. Leitvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung in an sich bekannter Weise als Schwalbenschwanzverbindung ausgebildet ist, wobei die eine Seitenfläche der Schwalbenschwanznut einem am Schaufelträger (Innenring 4) lösbar festgelegten Preßring (5) angehört. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 495 257# 6o6 351; französische Patentschrift Nr. 845 3o6 Flügel, G.: »Die Dampfturbinen«, Leipzig 1931, S. 234.