DE759484C

DE759484C - Multi-stage, radially loaded steam or gas turbine

Info

Publication number: DE759484C
Application number: DEA90458D
Authority: DE
Inventors: Alf Lijsholm
Original assignee: Ljungstroms Angturbin AB
Current assignee: Ljungstroms Angturbin AB
Priority date: 1938-11-17
Filing date: 1939-11-09
Publication date: 1951-11-08

Description

Mehrstufige, radial, beaufschlagte Dampf- oder Gasturbine Die Erfindung betrifft mehrstufige, radial beaufschlagte Dampf- oder Gasturbinen, insbesondere einflutige Turbinen, bei denen die Turbinenschaufeln zwischen Ringverbänden befestigt sind und sich hauptsächlich axial erstrecken. Der Hauptzweck der Erfindung ist eine Verbesserung der Bauart von einem oder mehreren mit dem geringsten Druck arbeitenden Schaufelringen, d. h. von einem oder mehreren im größten Abstand von der Turbinenachse angeordneten Schaufelringen. Es ist an sich bekannt, die Einlaßkanten der auf Biegung beanspruchten Schaufeln derartiger Schaufelringe auf. einem größeren Radius anzuordnen als die inneren Flächen der Ringverbände.Multi-stage, radial, pressurized steam or gas turbine The invention relates to multistage, radially loaded steam or gas turbines, in particular single-flow turbines, in which the turbine blades are attached between ring bracings are and extend mainly axially. The main purpose of the invention is Improvement of the design of one or more working with the least pressure Blade rings, d. H. of one or more at the greatest distance from the turbine axis arranged blade rings. It is known per se, the inlet edges of the on bend stressed blades of such blade rings. to arrange a larger radius than the inner surfaces of the ring associations.

Die in einer Turbinenschaufel der in Frage kommenden Art auftretenden Biegungskräfte sind proportional dem Quadrat der Entfernung zwischen den Schwerpunkten der Querschnittsflächen der Ringverbände, zwischen denen die Schaufel befestigt ist. Hieraus folgt, daß eine Verringerung der genannten Entfernung um beispielsweise 2o °/o eine Verringerung der Kräfte um 36% ergibt. Wenn andererseits die Kräfte unerwünscht aufrechterhalten werden, so macht die Verringerung der genannten Entfernung um 200% eine Verringerung der Schaufelhöhe um 36% möglich.Those occurring in a turbine blade of the type in question Bending forces are proportional to the square of the distance between the centers of gravity the cross-sectional areas of the ring associations between which the blade is attached is. It follows from this that a reduction in the above-mentioned distance by, for example 20 ° / o results in a 36% reduction in forces. If on the other hand the forces are undesirably maintained, so does the reduction in said distance by 200% one It is possible to reduce the blade height by 36%.

Die Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, daß die gemäß dem Vorstehenden in bekannter Weise ausgebildeten Ringverbände so ausgestaltet sind, daß das Verhältnis der Entfernung zwischen den Schwerpunkten der Querschnittsflächen der Ringverbände eines Schaufelringes zur Länge der Auslaßkanten der zugehörigen Turbinenschaufeln gleich oder kleiner ist als 1,25. Gegenüber der bekannten Bauart erbringt die Erfindung zunächst eine Einsparung von Material in den Schaufelringen. Dadurch, daß der Schaufelring leichter ausgeführt wird, kommt er weiter von der kritischen Drehzahl fort, und gleichzeitig wird die Gefahr von Vibrationserscheinungen gemindert. Man war gerade zur Verminderung der Vibrationserscheinungen bisher gezwungen, die Wellenzapfen stärker auszuführen, als es an sich aus Gründen der Festigkeit erforderlich wäre. Daraus ergibt sich, daß eine Vielzahl von Einzelteilen der Turbine schwerer und kräftiger bemessen werden mußte, wobei die Vergrößerung des Wellenzapfens bedeutend größere Dichtungsdurchmesser mit entsprechend größeren Verlusten an Treibmittel zur Folge hat und die Dimensionsvergrößerung im allgemeinen eine Verteuerung der Turbine darstellt. Weitere Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.The invention is essentially characterized in that according to the above in a known manner formed ring associations are designed so, that the ratio of the distance between the centroids of the cross-sectional areas the ring associations of a blade ring to the length of the outlet edges of the associated Turbine blades is equal to or less than 1.25. Compared to the known design the invention first of all saves material in the blade rings. Because the blade ring is made lighter, it comes further from the critical speed continues, and at the same time there is a risk of vibration phenomena diminished. So far, one has just been forced to reduce the vibration phenomena, The shaft journals run stronger than it is for reasons of strength would be required. It follows that a large number of individual parts of the turbine heavier and stronger had to be measured, whereby the enlargement of the shaft journal Significantly larger seal diameters with correspondingly greater losses of propellant has the consequence and the dimensional increase in general an increase in the cost of Represents turbine. Further features emerge from the following description the embodiments shown in the drawing.

In den Fig. i und 2 der Zeichnung sind Ouerschnitte der Schaufelringe schematisch dargestellt,- und zwar ist in Fig. i eine bekannte Konstruktion und in Fig. 2 die Konstruktion gemäß der Erfindung gezeigt.In Figs. I and 2 of the drawing are cross-sections of the blade rings shown schematically, - namely in Fig. i is a known construction and in Fig. 2 the construction according to the invention is shown.

Fig. 3 ist ein Schnitt durch die letzten drei Schaufelringe einer radial beaufschlagten Turbine der Gegenlaufbauart, bei der die letzten beiden Schaufelringe gemäß der Erfindung ausgebildet sind.Fig. 3 is a section through the last three vane rings of a Radially loaded turbine of the counter-rotating type with the last two blade rings are designed according to the invention.

In Fig. i ist mit io eine Turbinenschaufel einer radial beaufschlagten Turbine bezeichnet. Die Strömungsrichtung des Treibmittels ist durch den Pfeil i i angezeigt. In Fig. i gesehen liegt die Drehachse der Turbine waagerecht und unterhalb der Figur. Die Turbinenschaufel ist zwischen zwei Ringverbänden 12 und 13 befestigt. Der dargestellte Schaufelring soll, in Strömungsrichtung des Treibmittels gesehen, der letzte radial beaufschlagte Schaufelring sein. L ist die Länge der Auslaßkante 14. und H, die Höhe der Schaufel. Die Schwerpunkte der Querschnittsflächen der Ringverbände sind mit 15 bzw. 16 bezeichnet, und ihre Entfernung voneinander ist mit Li bezeichnet.In Fig. I, io is a turbine blade of a radially acted upon Called turbine. The direction of flow of the propellant is indicated by the arrow i i displayed. Seen in Fig. I, the axis of rotation of the turbine is horizontal and below the Figure. The turbine blade is fastened between two ring associations 12 and 13. The vane ring shown should, viewed in the direction of flow of the propellant, be the last radially acted vane ring. L is the length of the outlet edge 14. and H, the height of the shovel. The focal points of the cross-sectional areas of the ring associations are denoted by 15 and 16, respectively, and their distance from one another is denoted by Li.

Fig. 2 zeigt denselben Schaufelring in der Verbesserung gemäß der Erfindung. Die Ringverbände 12', 13' sind so gestaltet, daB die Entfernung L, zwischen den Schwerpunkten 15' und 16' beträchtlich kleiner ist als die entsprechende Entfernung L, bei der bekannten Konstruktion gemäß Fig. i, während die Länge L der Auslaßkante der Schaufel bei beiden Ausführungsformen die gleiche ist. Während in Fig. i das Verhältnis der Entfernung L, zwischen den Schwerpunkten zur Länge L der Auslaßkante gleich 1,32 ist, ist dieses Verhältnis bei der in Fig. 2 gezeigten Konstruktion auf L2 : I_ = i,o8 verringert. Gleichzeitig ist die Entfernung r3 der Schwerpunkte von der Turbinenachse in Fig. 2 verglichen mit Fig. i verringert worden, indem ein Teil des Werkstoffes der Ringverbände in Richtung zur Turbinenachse verlegt worden ist. Die inneren Oberflächen 17' und 18' der Ringverbände liegen infolgedessen auf einem kleineren Radius r2 als die Einlaßkante i9' der Schaufel iö , die auf einem mit ri bezeichneten Radius liegt.Figure 2 shows the same blade ring in the improvement according to the invention. The ring connections 12 ', 13' are designed in such a way that the distance L, between the centers of gravity 15 'and 16' is considerably smaller than the corresponding distance L, in the known construction according to FIG is the same in both embodiments. While in Fig. I the ratio of the distance L, between the centers of gravity to the length L of the outlet edge is equal to 1.32, this ratio is reduced in the construction shown in Fig. 2 to L2: I_ = i, o8. At the same time, the distance r3 of the centers of gravity from the turbine axis in FIG. 2 has been reduced compared with FIG. As a result, the inner surfaces 17 'and 18' of the ring associations lie on a smaller radius r2 than the inlet edge i9 'of the blade iö, which lies on a radius denoted by ri.

Die in den Schaufeln auftretenden Kräfte sind proportional dem Quadrat der Entfernung zwischen den Schwerpunkten der Ringverbände und sind umgekehrt proportional zur Höhe der Schaufeln. `Fenn dieselben Kräfte bei den Konstruktionen gemäß den Fig. i und 2 angenommen werden, so folgt, daB Hi : H" = L ; : 12 ist; daraus folgt, daß H2 = Hl . L' : L; ist. Hieraus ist zu ersehen, daß irgendeine Verringerung der Entfernung zwischen den Schwerpunkten der Ringverbände eine beträchtliche Verringerung der Höhe und des Gewichts der Schaufeln ermöglicht. Auch die Abmessungen und das Gewicht der Ringverbände werden verringert, so daB unter günstigen Bedingungen das Gesamtgewicht des Schaufelringes einschließlich der Ringverbände und der Turbinenschaufeln etwa um 5o% verringert werden kann.The forces occurring in the blades are proportional to the square of the distance between the centers of gravity of the ring associations and are inversely proportional to the height of the blades. If the same forces are assumed in the constructions according to FIGS. 1 and 2, it follows that Hi : H " = L ;: 12; from this it follows that H2 = Hl . L ' : L;. From this it follows that It can be seen that any reduction in the distance between the centers of gravity of the rings allows a substantial reduction in the height and weight of the blades, and also reduces the dimensions and weight of the rings so that, under favorable conditions, the overall weight of the blade ring, including the rings and turbine blades can be reduced by about 5o%.

Wie oben angegeben ist, soll das Verhältnis der Entfernung zwischen den Schwerpunkten der Querschnittsflächen der Ringverbände zu der Länge der Auslaßkanten der zugehörigen Turbinenschaufeln gleich oder kleiner sein als 1,25. Im allgemeinen wird ein Verhältnis zwischen o,8 und i,i am geeignetsten sein. Wenn das Verhältnis gleich i ist, wird die Entfernung zwischen den Schwerpunkten gleich der Länge der Auslaßkanten der Schaufeln.As stated above, the ratio of the distance between the centers of gravity of the cross-sectional areas of the ring unions to the length of the outlet edges of the associated turbine blades must be equal to or smaller than 1.25. In general a ratio between o, 8 and i, i will be most suitable. When the relationship equals i, the distance between the centroids becomes equal to the length of the Outlet edges of the blades.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Radius r<, auf dem die inneren Kanten i g' der Schaufeln angeordnet sind, beträchtlich größer als der innere Radius r2 der Ringverbände. Zweckmäßig soll die Entfernung r,-r2 zwischen den Einlaßkanten der Schaufeln und den inneren Oberflächen der Ringverbände mindestens 250/0, vorzugsweise ungefähr 5o % der radialen Höhe r4-r2 der Ringverbände betragen. In einigen Fällen wird es vorteilhaft sein, die Schwerpunkte zu der Turbinenachse so weit zu verlegen, daß sie auf einem kleineren Radius r3 liegen als die Einlaßkanten der zugehörigen Schaufeln.As can be seen from Fig. 2, the radius r <on which the inner Edges i g 'of the blades are arranged, considerably larger than the inner radius r2 of the ring associations. The distance r, -r2 between the inlet edges should expediently of the blades and the inner surfaces of the ring associations at least 250/0, preferably about 5o% the radial height r4-r2 of the ring associations. In some cases it will be advantageous to place the center of gravity on the turbine axis to be laid so far that they lie on a smaller radius r3 than the inlet edges of the associated blades.

Bei der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden letzten Schaufelringe A und B gemäß der Erfindung ausgebildet, während sowohl der vorhergehende Schaufelring.C als auch die anderen nicht gezeigten Schaufelringe in der üblichen Weise konstruiert sind.In the embodiment of the invention shown in FIG. 3 the last two blade rings A and B are designed according to the invention, while both the previous vane ring.C and the other vane rings, not shown are constructed in the usual way.

Die Schaufeln 2o des letzten Schaufelringes A sind mit Füßen 2i@ 22 versehen, die mit den Ringverbänden 23 und 24 in einer üblichen Weise verbunden sind; und zwar sind zwei verschiedene Verbindungen beispielsweise dargestellt. Bei der linken Verbindung ist der Schaufelfuß 2i mit Vorsprüngen 25 und 26 versehen, die in entsprechenden Nuten des Ringverbandes 23 passen. Verglichen mit dem entsprechenden Vorsprung 29 des Fußes 27 der Schaufel 28 ist der Vorsprung 25 so nah wie möglich bei der Auslaßkante der Schaufel 2o angeordnet, damit der Schwerpunkt 3o des Ringverbandes 23 auf einem Radius r3 (Fig. 2) zu liegen kommt, der so. klein wie möglich ist. Die Verbindung auf der rechten Seite der Schaufel 2o wird dadurch erhalten, daß der Schaufelfuß 22 in eine entsprechende, in demRingverband 24vorgesehene radiale Nut eingesetzt ist. Es ist klar, daß praktisch die gezeigten verschiedenen Verbindungen nicht für ein und denselben Schaufelring angeordnet werden. Der Schaufelring A ist in an sich bekannter Weise mittels eines Federringes 31 mit einer Turbinenscheibe 32 verbunden. In gleicher Weise wird der Schaufelring B von einer Turbinenscheibe 33 getragen, die sich in einer der Drehrichtung der Scheibe 32 entgegengesetzten Richtung dreht.The blades 2o of the last blade ring A are provided with feet 2i @ 22 which are connected to the ring associations 23 and 24 in a conventional manner; two different connections are shown for example. In the case of the connection on the left, the blade root 2i is provided with projections 25 and 26 which fit into corresponding grooves of the ring association 23. Compared with the corresponding projection 29 of the foot 27 of the blade 28, the projection 25 is arranged as close as possible to the outlet edge of the blade 2o, so that the center of gravity 3o of the ring association 23 comes to lie on a radius r3 (FIG. 2), which so . is as small as possible. The connection on the right-hand side of the blade 2o is obtained in that the blade root 22 is inserted into a corresponding radial groove provided in the annular association 24. It is clear that in practice the various connections shown are not arranged for one and the same blade ring. The blade ring A is connected to a turbine disk 32 in a manner known per se by means of a spring ring 31. In the same way, the blade ring B is carried by a turbine disk 33 which rotates in a direction opposite to the direction of rotation of the disk 32.

Bei dem Schaufelring A ist das Verhältnis der Entfernung zwischen den Schwerpunkten der Ringverbände zur Länge der Auslaßkänte der Schaufel 0,97. Bei dem Schaufelring Bist dieses Verhältnis i,i3, während bei dem Schaufelring C von bekannter Konstruktion das Verhältnis 1,34 ist. Die Entfernung r, -r2 zwischen den Einlaßkanten der Schaufeln und den inneren Flächen der Ringverbände beträgt mit Bezug zur radialen Höhe r4 r2 der Ringverbände 51% bei dem Schaufelring A und 34% hei dem Schaufelring B. Die Anzahl der Schaufelringe, die gemäß der Erfindung konstruiert sind, hängt von dem Durchmesser der Ringverbände und der Länge der Schaufeln ab. Je größer die genannten Abmessungen sind, um so mehr Schaufeln sind gemäß der Erfindung auszubilden. Im allgemeinen wird es genügen, wenn nur einige der Niederdruckschaufelringe in der beschriebenen Weise gebaut werden, beispielsweise ein, zwei oder drei Schaufelringe, da die in kleineren Abständen von der Turbinenachse angeordneten Schaufeln verhältnismäßig kleineren Fliehkräften ausgesetzt werden und in der üblichen Weise ausgebildet werden können.In the case of the blade ring A, the ratio of the distance between the centers of gravity of the ring associations to the length of the outlet chutes of the blade is 0.97. In the case of the blade ring Bist this ratio i, i3, while in the case of the blade ring C of known construction the ratio is 1.34. The distance r, -r2 between the inlet edges of the blades and the inner surfaces of the ring associations with respect to the radial height r4 r2 of the ring associations is 51% for the blade ring A and 34% for the blade ring B. The number of blade rings, according to the invention are designed depends on the diameter of the ring unions and the length of the blades. The larger the dimensions mentioned, the more blades are to be formed according to the invention. In general, it will be sufficient if only some of the low-pressure blade rings are built in the manner described, for example one, two or three blade rings, since the blades arranged at smaller distances from the turbine axis are exposed to relatively smaller centrifugal forces and can be designed in the usual way.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Multi-stage, radially pressurized steam or Gas turbine in which the turbine blades are attached between ring associations and extending primarily axially and the inlet edges of the flexural stressed Shovels one or more at. blade rings working with the slightest pressure are arranged with a larger radius than the inner surfaces of the ring associations, characterized in that the ring associations are designed so that the ratio the distance (L2) between the centroids of the cross-sectional areas of the ring associations a blade ring to the length (L) of the outlet edges of the associated turbine blades is equal to or less than 1.25.

2. Turbine according to claim i, characterized in that that the ratio mentioned in claim i is between 0.8 and i, i to 1.25, is preferably about i.

3. Turbine according to claim i and 2, characterized in that the focal points (i5 ', 1 6' or 3o) of the cross-sectional areas of the ring associations are arranged on a smaller radius than the inlet edges (i9 ') of the associated turbine blades. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following publication was considered in the granting procedure: German Patent No. 666 o67.