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Gegenläufige Dampf- oder Gasturbine Die Erfindung betrifft eine Dampf-
oder Gasturbine, die aus einem gegenläufigen, radial beaufschlagten Schaufelsystem
und einem nachgeschalteten, nicht gegenläufigen, axial beaufschlagten Schaufelsystem
besteht, dessen Laufschaufeln auf jeder Seite in mindestens zwei Kränzen auf einer
oder mehreren Scheiben befestigt sind. Wenigstens die inneren der radial beaufschlagten
Schaufelringe werden von besonderen Scheiben mit einem im wesentlichen T-förmigen
Querschnitt getragen, die mittelbar oder unmittelbar mit der dazugehörigen Turbinenwelle
verbunden sind.
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Es ist an sich bekannt, die Dampfzufuhrkanäle in dem Wellenzapfen
anzuordnen, der die Drehmomente des gesamten Schaufelsystems aufzunehmen hat. Gemäß
einem bekannten Vorschlag werden Dampfturbinen, die kein oder höchstens ein axial
beaufschlagtes Schaufelsystem je Seite haben, mit Einlaßkanälen für das Treibmittel
versehen, die in der Nabe der die Schaufelringe des Radialschaufelsystems tragenden
Scheibe sitzen und die hauptsächlich in radialer Richtung verlaufen. Diese bekannten
Bauarten können zwar für verhältnismäßig kleine Leistungen Verwendung finden, dagegen
nicht für große Turbinen, insbesondere Turbinen, die mit hohen Drücken und Temperaturen
arbeiten. Insbesondere kann man nicht den Einlaßkanälen die erforderlichen großen
Abmessungen
geben, ohne die umlaufenden Teile der Turbine zu gefährden.
Die bekannten Bauarten sind daher für große Turbinen der eingangs erwähnten Art
nicht geeignet. Andererseits besteht das selbstverständliche Bestreben, die Scheiben
der Radialturbine möglichst nahe an die Turbinenwellen heranzuziehen, weil hierdurch
der Durchmesser des Radialschaufelsystems entsprechend kleiner gehalten werden kann.
Aus den vorstehenden Gründen hat man jedoch nicht Hochleistungsturbinen unter Berücksichtigung
dieses Gedankens ausführen können.
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Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, eine Turbine zu schaffen,
bei der die geschilderten Nachteile beseitigt sind und die auch für sehr hohe Leistungen
gebaut werden kann, ohne daß der äußere Durchmesser des Radialsystems trotz der
Vermehrung der Anzahl der Schaufelringe vergrößert zu werden braucht. Dieses wird
im wesentlichen dadurch erreicht, daß bei einer Dampf- oder Gasturbine, bestehend
aus einem gegenläufigen, radial beaufschlagten Schaufelsystem und einem nachgeschalteten,
nicht gegenläufigen, axial beaufschlagten Schaufelsystem, dessen Laufschaufeln je
Seite in mindestens zwei Kränzen auf einer oder mehreren Scheiben befestigt sind
und wobei wenigstens die inneren der radial beaufschlagten Schaufelringe von besonderen
Scheiben mit im wesentlichen T-förmigem Querschnitt getragen werden, die mittelbar
oder unmittelbar mit der dazugehörigen Turbinenwelle verbunden sind, die das Treibmittel
den inneren der radial beaufschlagten Schaufelkränze zuführenden Einlaßkanäle mit
im wesentlichen parallel zur Welle gerichteter Mittellinie in senkrecht zur Welle
verlaufenden Scheibenteilen angeordnet sind, neben welchen sich die radial beaufschlagten
Turbinenscheiben am Flansch ihres T-förmigen Querschnittes gegen die Achse der Turbinenwellen
bis auf einen Radius erstrecken, der kleiner ist als der Abstand zwischen der :Mittellinie
der Einlaßkanäle und der Achse der Turbinenwellen. Weitere Merkmale ergeben sich
aus der nachstellenden Beschreibung des in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispieles.
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Bei der in Fig. i gezeigten Ausführungsform bezeichnet i die eine
Welle der Turbine. Diese Welle besteht aus dem eigentlichen Wellenteil i und einem
damit fest verbundenen Wellenzapfen -2, auf dem eine mit einer Anzahl von Kanälen
3 und .I versehene Scheibe 5 befestigt ist, die in folgendem Zwischenscheibe genannt
ist. Die Zwischenscheibe ist mit Hilfe von Bolzen 6 mit einer Radialturbinenscheibe
7 verbunden, die in bekannter Weise die in der einen Richtung umlaufenden Schaufelringe
8 des inneren Radial-Schaufelsystems trägt. Die in entgegengesetzter Richtung umlaufenden
Schaufelringe 9 dieses Systems werden von der Radialturbinenscheibe io getragen.
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Die Zwischenscheibe 5 ist zu beiden Seiten ihres Umfanges mit Flanschen
i i, 12 und 13, i4. versehen, zwischen welche Flansche 15 bzw. 16 eingreifen, die
zu Axialturbinenscheiben 17 bzw. 18 gehören. Die genannten Flansche sind
mit Bohrungen zwecks Durchführung von Zapfen i9 und 20 versehen, die das Drehmoment
der Axialturbinenscheiben auf die Zwischenscheibe überführen und die Axialturbinenscheiben
in ihrer axialen Lage halten, aber eine gewisse radiale Bewegung zwischen diesen
Scheiben gestatten.
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Auch der Verband zwischen den Scheiben 5 und 7 wird zweckmäßig so
ausgeführt, daß die Radialturbinenscheibe eine Möglichkeit zur Ausdehnung in radialer
Richtung erhält. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. i a dargestellt, wo die Radialturbinenscheibe
7 von einem mit der Zwischenscheibe 5 fest verbundenen Teil 21 unter Vermittlung
radialer Zapfen 22 getragen wird, die eine radiale Bewegung zwischen den Teilen
7 und 21 gestatten.
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Unter dem Ausdruck, daß eine Scheibe oder ein Schaufelring von einem
gewissen Teil getragen wird, ist hier wie auch im folgenden verstanden, daß zwischen
den betreffenden Teilen ein Verband vorgesehen ist, der nur die Drehmomente von
der Scheibe oder dem Schaufelring auf den Teil überträgt, dagegen aber nicht die
Fliehkraftbeanspruchungen, die von der Scheibe bz«-. dem Schaufelring selbst aufgenommen
werden.
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Auf den Scheiben 17 und i8 sind Axialschaufeln 23, 24 und 25 befestigt.
Die dazugehörigen, mit dem Turbinengehäuse 26 verbundenen Leitschaufeln sind mit
27, 28 und 29 bezeichnet.
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Zwischen dem inneren Radialschaufelsystem und der Axialturbine ist
ein äußeres Radialschaufelsystem angeordnet, dessen Schaufelringe 30 von
den inneren Axialturbinenscheiben getragen werden.
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Mit 31 und 32 sind Labyrinthdichtungen zur Verhinderung von
Leckage in radialer bzw. axialer Richtung bezeichnet.
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Treibmittel wird der Turbine durch eine Leitung 33, eine Kammer 3.4,
die Kanäle 3 und eine an diese angeschlossene Sammelkammer 35 von im wesentlichen
radialer Erstreckung zugeführt. Diese Sammelkammer ist zweckmäßig mit Leitvorrichtungen
versehen, die dem Treibmittel eine gewünschte Strömungsrichtung erteilen.
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In der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Radialturbinenscheibe 7,
die sehr hohen Temperaturen und Fliehkraftbeanspruchungen ausgesetzt ist, nicht
die Drehmomente der
Axialturbinenscheiben aufzunehmen braucht, die
auf die Zwischenscheibe 5 übertragen werden. Außerdem ist' die Radialturbinenscheibe
7 nicht durch öffnungen für die Zufuhr von Treibmittel in das Radialschaufelsvstem
verschwächt. Diese Öffnungen sind statt dessen in der Zwischenscheibe 5 angeordnet,
die keine nennenswerten Fliehkraftbeanspruchungen aufzunehmen hat. Die beschriebene
Bauart ergibt ferner die Möglichkeit, die Radialturbinenscheibe 7, wie in der Zeichnung
gezeigt, gegen die Turbinenwelle hin bis auf einen Radius y hineinzuziehen, der
beträchtlich kleiner ist als der Abstand a zwischen der Mittellinie der Einlaßkanäle
3 und der Achse der Turbinenwelle. Im Vergleich mit bekannten Bauarten enthält man
somit eine größere Anzahl von Schaufelringen im Radialturbinensystem, ohne dessen
Außendurchmesser vergrößern zu müssen, wodurch man Treibmittel von sehr hohen Drücken
ohne Verwendung einer besonderen Vorturbine verarbeiten kann.
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Da die Drehmomente der Axialturbinenscheiben von der nicht schaufeltragenden
Zwischenscheibe 5 aufgenommen werden, kann die Anzahl der Axialtürbinenschaufelreihen
beträchtlich vergrößert werden, wodurch man größere Austrittsquerschnitte und eine
größere Geschwindigkeitsquadratsumme erhält, was die Anwendung kürzerer Schaufeln
in den äußersten Radialschaufelkränzen ermöglicht. Da die Axialturbinenscheiben
von getrennten Verbänden getragen werden, können diese kleine Abmessungen erhalten.
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In der Zeichnung ist bei 36 ein Kanal zur Zufuhr von Treibmittel für
Überbelastung und bei 37 ein Kanal zur Anzapfung von Treibmittel gezeigt. Einen
weiteren Anzapfkanal 38 erhält man zwischen der Außenseite der Scheibe 7 und der
Axialturbinenscheibe 17.
Wie ersichtlich erhält man den zuletztgenannten Anzapfkanal,
ohne daß die Radiälturbinenscheibe durch besondere Bohrungen geschwächt zu werden
braucht.
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Die Radialturbinenscheibe 7 besitzt zweckmäßig eine derartige Form
daß sie im Querschnitt ein T bildet, dessen Flansch 7a die Schaufelringe 8 trägt
und dessen Steg 7v
außerhalb des Eintrittskanals für das Treibmittel liegt.
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Die Zwischenscheibe 5 kann gegebenenfalls selbst Laufschaufeln tragen.
Eine derartige Ausführungsform ist jedoch weniger geeignet, da sie in der durch
Eintritts- und gegebenenfalls Anzapföffnungen verschwächten Zwischenscheibe zu wesentlich
erhöhten Fliehkraftbeanspruchungen führt.
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Die im nachstehenden beschriebenen Ausführungsformen sind im wesentlichen
nach den gleichen Grundsätzen gebaut wie die in Fig. z gezeigte Turbine, weshalb
nur die baulichen Unterschiede gegenüber dieser näher beschrieben werden.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Bauart besteht die Axialturbine aus vier
Schaufelreihen 4o. 44 42 und 43, deren Schaufeln auf drei Axialturbinenscheiben
44, 45 und 46 befestigt sind. Die Scheiben 44 und 46 werden unmittelbar von der
Zwischenscheibe 5 durch Verbände 47 und 48 getragen, während die Scheibe 45 mit
Hilfe eines Verbandes 49 von der Scheibe 46 getragen wird. Im übrigen stimmt die
vorliegende Bauart mit der Ausführungsform nach Fig. z vollständig überein.
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Die in Fig.3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der Bauart
nach Fig. r dadurch, daß die Radialturbinenscheibe 7 von der Axialturbinenscheibe
17 unter Vermittlung eines Verbandes 5o getragen wird, der am Umfang der Radialturbinenscheibe
angeordnet ist.
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In Fig.4 sowie in den nachfolgenden Abbildungen ist die Zwischenscheibe
mit der Radialturbinenscheibe 7 aus einem Stück gefertigt. Der Steg 7v des T-Querschnittes
ist somit gegen. die Turbinenwelle i, 2 herangezogen und auf dieser unmittelbar
befestigt, wobei jedoch die Eintrittskanäle 3 in dem hereingezogenen.'Teil angeordnet
sind, so daß der die Schaufeln tragende Teil 7a nicht durch diese Kanäle
verschwächt wird. Zwei Axialturbinenscheiben 51 und 52 werden durch am äußeren Umfang
des T-Flansches angebrachte Verbände 53 bzw. 54 getragen. Zwischen diesen Verbänden
erstreckt sich der Anzapfkana155, der hier in einem verstärkten Teil 56 der Radialturbinenscheibe
angeordnet ist.
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Das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von
den vorhergehenden nur dadurch, daß die erste Axialturbinenscheibe 51, gerechnet
im Sinne des Treibmittelstromes, von der zweiten Axialturbinenscheibe 52 mit Hilfe
eines Verbandes 57 getragen wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 6 besitzt der äußere Teil der
Radialturbinenscheibe 7 einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt, wobei der
eine Schenkel dieses Querschnittes die inneren Radialschaufelringe trägt. Die Basis
des U-Querschnittes, die mit der Zwischenscheibe 5 aus einem Stück gefertigt ist,
liegt außerhalb der Einlaßkanäle 3 in das Radialschaufelsystem, und der andere Schenkel
63 des U-Querschnittes trägt die beiden Axialturbinenscheiben 64 und 65.
'Gemäß der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform besitzt die mit der Zwischenscheibe
5 in einem Stück gefertigte Radialturbinenscheibe 7 einen T-förmigen Querschnitt.
Das Axialturbinensystem enthält zwei Axialturbinenscheiben 66 und 67, von
denen
die Scheibe 66 vom Flansch 68 des T-Querschnittes mit Hilfe eines Verbandes 69 getragen
wird, während die zweite Scheibe 67 vom Steg 7o des T-Ouerschnittes mit Hilfe eines
Verbandes 71 getragen wird.
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Bei der in Fig.8 dargestellten Ausführungsform enthält das Axialschaufelsystem
drei Axialtubinenscheiben 72, 73 und 7d.. Die erste der genannten Scheiben wird
mit Hilfe eines Verbandes 75 von der zweiten Scheibe 73 getragen, die mit Hilfe
eines Verbandes 76 von der dritten Axialturbinenscheibe ; .1 getragen wird, welche
ihrerseits mit Hilfe eines Verbandes 77 von der in einem Stück mit der Radialturbinenscheibe
7 ausgeführten Zwischenscheibe 5 getragen wird. Die Radialturbine besteht aus drei
Schaufelsystemen. Die Schaufeln des innersten Systems «-erden von der Scheibe 7
getragen, während die Schaufeln des mittleren Systems von einer Scheibe 78 getragen
werden, die ihrerseits von der Axialturbinenscheibe 73 getragen wird. Die letztgenannte
Scheibe trägt außerdem die Schaufelkränze des äußeren Radialturbinensystems.