DE846696C

DE846696C - Ringfoermiger Duesenkasten fuer Kreiselkraftmaschinen, insbesondere Dampf- und Gasturbinen

Info

Publication number: DE846696C
Application number: DEP22622A
Authority: DE
Inventors: Eduard Dipl-Ing Dufey
Original assignee: Gutehoffnungshutte Oberhausen AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Oberhausen AG
Priority date: 1948-11-25
Filing date: 1948-11-25
Publication date: 1952-08-14

Description

Ringförmiger Düsenkasten für Kreiselkraftmaschinen, insbesondere Dampf- und Gasturbinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitvorrichtung für Kreiselkraftmaschinen, insbesondere Dampf- und Gasturbinen, mit ringförmigem Treibmittelverteilungsraum, und sie bezweckt eine vorteilhafte und verhältnismäßig billige Ausbildung der Zuführungsdüsen, die mit dem Verteilungsraum zu einem geschlossenen Düsenkasten vereinigt sind und weder Verbindungsschrauben noch besondere Abdichtungen erfordern.
Ausgehend von der Erkenntnis, daß der Wirkungsgrad der Regelstufe einer Turbine mit dem Beschaufelungsbogen wächst, strebt der Konstrukteur des Turbinenbaues danach, die Zahl der Düsen zu vergrößern und den Laufraddurchmesser zu verkleinern. Mit der Zahl der Düsen wachsen aber die Herstellungskosten stärker an als mit dem Laufraddurchmesser, da die Düsen in bezug auf Maßhaltigkeit, Oberflächengüte und Korrosionsbeständigkeit zu den empfindlichsten und teuersten Bauteilen einer Strömungsmaschine gehören.
Für die Herstellung und Gestaltung der Düsen sind zahlreiche Vorschläge gemacht worden. So sind eingegossene Düsen bekannt, bei denen die Düsenkanäle beim Gießen durch Einlegen von entsprechenden Kernen mit oder ohne eingesetzte Bleche gebildet werden. Die gegossenen Düsenkanäle werden mehr oder weniger nachgearbeitet. Nachteilig ist bei diesen gegossenen Düsen ihre geringe Herstellungsgenauigkeit.
Eine andere Konstruktion beruht darauf, die Düsenkanäle aus dem vollen Düsenkörper herauszubohren, die hernach mit der Feile ausgeweitet werden. Die Handarbeit ist bei größerer Düsenzahl zu kostspielig und überdies ungenau, zumal die Düsenkanäle, insbesondere bei einteiligen Düsenträgern, nur von einer Seite zugänglich sind.
Ferner sind angesetzte Düsen bekannt. Um die Zugänglichkeit und Auswechselbarkeit der Düsen zu verbessern, ist vorgeschlagen worden, eine oder mehrere Düsen in Düsensegmente zusammenzufassen, die nach der Herstellung an den Verteilungskasten angesetzt werden. Der Aufwand an Flanschen, Schrauben und Dichtungen ist bei dieser Düsenart, namentlich bei höheren Drücken, recht erheblich, so daß diese Konstruktion sehr kostspielig ist.
Des weiteren ist eine Leitvorrichtung mit einzeln eingefädelten Düsenzungen bekannt. Hierbei werden die Düsenzungen ähnlich wie bei der Laufschaufelung einzeln in eine Ringnut des Düsenträgers eingesetzt und in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt. Diese Konstruktion bedingt sehr viel Zerspannungsarbeit. Abgesehen davon hat sie bei größeren Drücken den Nachteil geringerer Festigkeit, da der Dampfverteilungsraum über den ganzen Umfang aufgeschlitzt werden muß.
Bei axial beaufschlagten Turbinen kommen schließlich vielfach Düsen zur Anwendung, die aus zwei voll-; ständig maschinell bearbeiteten konzentrischen Ringen bestehen. Die Kanäle werden in die Außenfläche des inneren Ringes eingefräst und durch den äußeren aufgeschobenen Ring abgedeckt. Diese Düsenausführung wird mit Vorteil bei solchen Turbinen angewendet, bei denen der Düsenring direkt in das Turbinengehäuse eingesetzt wird. Handelt es sich dagegen um Anlagen mit ringförmigem Dampfverteilungsraum für höhere Drücke, der mit den Düsen zu einem geschlossenenDüsenkastenvereinigt wird, so bereitet die vorerwähnte Düsenringkonstruktion jedoch Schwierigkeiten in bezug auf Abdichtung und Festigkeit.
Gemäß der Eifindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Düsenkästen für Anlagen mit ringförmigem Treibmittelverteilungsraum vorgeschlagen, durch das die geschilderten Nachteile der bekannten Düsenkonstruktionen vermieden werden. Das Wesen des neuen Herstellungsverfahrens besteht darin, daß zunächst die als Düsenträger dienende Außenwand des Verteilungsraumes mit zur Strömungsrichtung im Laufrad angenähert senkrecht stehenden Bohrungen versehen wird und alsdann die einzelnen in diese Bohrungen mündenden Düsenkanäle aus -der Außenwand des Düsenträgers herausgeschnitten werden, worauf die äußere Wand der Düsenkanäle durch einen auf seiner Innenfläche zweckmäßig abgedrehten, übergeschrumpften Ring gebildet wird. Die Düsenkanäle lassen sich in jeder beliebigen Form entsprechend der Erzielung der günstigsten Strömungsverhältnisse aus dem Material des Düsenträgers herausschneiden. Die Seitenwände der Düsenkanäle können natürlich auch durch besonders eingesetzte vorgearbeitete Blechzungen gebildet werden, die mit ihrem Fußende in eingeschnittene Nuten des Düsenträgers eingesteckt und festgestemmt werden.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht unter Anwendung verhältnismäßig einfacher maschineller Bearbeitungsvorgänge die Schaffung eines schrauben- und dichtungslosen Düsenkastens, bei dem die den Treibmittelstrahl begrenzenden Teile der Düsen für eine einwandfreie Bearbeitung allseitig frei und bequem zugänglich sind. Auf diese Weise werden Düsenkanäle mit strömungstechnisch einwandfreier Oberfläche geschaffen, so daß die Strömungswiderstände und damit die Strömungsverluste in den Düsenkanälen auf ein Minimum herabgesetzt werden, wobei eine geschlossene, festigkeitsmäßig günstige Form des Düsenkastens erhalten bleibt.
Die Zeichnung zeigt den erfindungsgemäß hergestellten Düsenkasten schaubildlich in drei beispielsweisen Teilausführungen.
Es bezeichnet i einen ringförmigen Treibmittelverteilungsraum mit dem Befestigungsflansch z für axiale Beaufschlagung. Die als Düsenträger dienende Außenwand 3, die den Verteilungsraum i umschließt, ist mit angenähert radialen Bohrungen 4 versehen, die über den Umfang gleichmäßig verteilt sind und Zulaufkanäle für das Treibmittel bilden. Von der Außenkante des Düsenträgers 3 her werden die Düsenkanäle 5 mittels eines Fräsers oder durch Hobeln aus der äußeren Wand des Düsenträgers herausgeschnitten, so daß die Zwischenwände 6 stehenbleiben. Die Austrittsquerschnitte der zwischen den Zwischenwänden 6 gebildeten Düsenkanäle 5 ergeben aneinandergereiht den Beaufschlagungsbogen des Düsenträgers. Von oben werden die Düsenkanäle 5 und Zuströmungskanäle 4 durch einen innen kegeligen oder zylindrischen Schrumpfring 7 abgedeckt. Um ringsherum einen satten Sitz des aufgeschrumpften Deckringes 7 auf dem Düsenträger zu erzielen, ist dieser entsprechend der Form der Sitzfläche des Abdeckringes 7 abgedreht. Auf diese Weise wird eine einwandfreie Abdichtung erzielt. Es entsteht ein Düsenkanal 5 von angenähert rechteckigem Querschnitt, der aus drei ebenen und einer leicht gewölbten Begrenzungsfläche (Deckring 7) gebildet wird. Das Treibmittel strömt vom Verteilerraum i zuerst unter einem Winkel von 45 bis 9o° zur Hauptströmungsrichtung des Laufrades, also bei Axialturbinen angenähert radial, und wird erst beim Eintritt in die Düse umgelenkt. Im Gegensatz zu den bekannten Bauarten, bei denen es sich zwischen dem Verteilungsraum und dem Laufradeintritt um eine angenähert zylindrische oder kegelige Strömung handelt, liegen die mittleren Stromfäden bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Düsen und der Zuführungskanäle nicht mehr auf einer abwickelbaren Fläche.
Durch geeignete Wahl der Winkel an den Stegen 6 und durch verschiedene Abstände zwischen Zuführungskanal 4 und Düsenaustritt 5' läßt sich von der einfachen Mündung bis zum größten vorkommenden Erweiterungsverhältnis für jeden Treibmittelzustand die strömungstechnisch günstigste Düse mit großer Genauigkeit auf maschinellem Wege herstellen. Die Umlenkverluste sind unbedeutend, wenn die Kanten zwischen Zuführungskanal 4 und Düse 5 abgerundet werden und der Zuführungskanal einen im Vergleich zur Düse großen Querschnitt erhält.

Da die Wandung 3 des Verteilungsraumes i nur durch die Zuführungskanäle 4 .unterbrochen wird, tritt keine wesentliche Verminderung der Festigkeit ein, so daß die erfindungsgemäße Düse bis zu den höchsten

Drücken anwendbar ist. Sowohl der Abschluß der

Zuführinlgskanäle 4 als auch die Außenseite der

Düsen ,5 liegen auf der gleichen zylindrischen oder

kegeli;;en hl;iche, die sich ohne Schrauben, heile

od. dgl. durch einen einfachen Schrumpfring'? ab-

lecken läßt, so daß für die Abdichtung außer der

glatten Bearbeitung (Abdrehen, Abschleifen) keine

zusätzlichen Elemente erforderlich sind.

Anstatt die Stege 6 zwischen den Kanälen 5 stehen-

zulassen, kann man natürlich gemäß Abb.2 auch

geradlinige Nuten o in den Düsenträger 3 einschneiden

und in diese vorgearbeitete Düsenbleche 8 mit zu-

geschärften Austrittskanten einstemmen. Diese Bleche

werden nach dem Einsetzen auf ihrem äußeren Umfang

abgeschliffen und durch den fest aufgezogenen

Schrumpfring 7 (Abb. i) gehalten. Hierdurch ist es

möglich, die verschleißempfindlichen Blechstege 8 zu

gegebener Zeit auszuwechseln; gegebenenfalls können

die Stege 8 auch eins korrosionsfestem Baustoff her-

gestellt werden. Schließlich ist es auch möglich, in

den Zulaufkanal 4 jeder oder einzelner Düsen 5 ein

Absperrorgan (nicht dargestellt) einzubauen.

Es ist ferner möglich, ohne vom Wesen der Erfindung

abzuweichen, daß die Zufuhrkanäle 4 durch Einlegen

von Kernen schon beim Abguß des Düsenträgers ge-

bildet werden.

Unter dem Ausdruck ringförmiger Verteilungsraum

sind auch Düsensegmente zu verstehen.

Die Düsenkan;ile 5 und Zuströmkanäle 4 können

anstatt in der Außenwand, wie in Abb. i und 2 der

Zeichnung dargestellt ist, auch in der Innenwand an-

gebracht werden, wie dies in Abb. 3 schematisch ver-

anschaulicht ist. Hierin bezeichnet 4' die Zuström-

kanäle im Düsenkasten i'. Die Düsenkanäle 5" sind

in den Spannring 7' eingearbeitet, der die Zuström-

kanäle 4' voll innen her abdeckt.

Schließlich ist noch zu bemerken, daß die Erfindung

auch auf Radialturbinen sinngemäß anwendbar ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Ringförmiger Düsenkasten für Kreiselkraftmaschinen,insbesondere Dampf- und Gasturbinen, mit ringförmigem Treibmittelverteilungsraum, dadurch gekennzeichnet, daß die als Düsenträger dienende Außenwand (3) des ringförmigen Verteilungsraumes (i) zur Hauptströmungsrichtung angenähert senkrecht stehende Bohrungen (4) und in diese Bohrungen (4) mündende Düsenkanäle (5) aufweist, die durch einen besonderen Ringkörper (7) abgedeckt werden (Abb. i und 2).
2. Düsenkasten nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenträger (3) für jede Düse (5) einen besonderen Zuführungskanal (4) unter einem Winkel von etwa 45 bis cgo" zur Hauptströmungsrichtung des Treibmittels aufweist, wobei der Durchflußquerschnitt der die Zuströmkanäle bildenden Bohrungen (4) ein Vielfaches des engsten Durchschnittsquerschnitts der Düsen (5) beträgt.
3. Düsenkasten nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Abdeckringes (7) und die Außenfläche des Düsenträgers (3) als Sitzfläche für den Abdeckring (7) zylindrisch oder konisch gestaltet sind.
4. Düsenkasten nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Begrenzungswände (6) der Düsenkanäle (5) aus Blechen (8) bestehen, die an einer Seite in Nuten (o) des Düsenträgers (3) eingesetzt sind und durch den ihre gegenüberliegende Seite übergreifenden, vorzugsweise übergeschrumpften Abdeckring (7) in ihrer Lage gehalten werden.
5. Düsenkasten nach den Ansprüchen i bis 4, gekennzeichnet durch in den Zuströmkanal (4) für jede oder für einzelne Düsen (5) eingebaute Absperrorgane.
6. Ringförmiger Düsenkasten für Kreiselkraftmaschinen, der nach Anspruch i in der Wand seines ringförmigen Treibmittelverteilungsraumes zur Hauptströmungsrichtung angenähert senkrecht stehende Bohrungen enthält, in welche Düsenkanäle einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (4 ') auf der der Achse zugekehrten Seite des Verteilungsraumes (i') angeordnet und die Düsenkanäle (5") in den die betreffende Seite des Verteilungsraumes abdeckenden Ringkörper (7') eingearbeitet sind (Abb. 3).