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Kammerturbine Bei einer Kammerturbine sind feststehende und umlaufende
Scheiben abwechselnd hintereinander angeordnet. So ergibt sich, daß jede Laufscheibe
in einer Kammer umläuft. Dabei nimmt der Druck des Treibmittels in Strömungsrichtung
von Kammer zu Kammer ab, so daß an den Innenbohrungen der Kammerwände und an der
die Laufscheiben tragenden Welle oder an den Bunden dieser Laufscheiben Abdichtungen
vorgesehen werden müssen. Dies geschieht meist in Form von Labyrinthdichtungen.
Bei so gestalteten Turbinen sind die Strömungsvorgänge durch die Beschaufelung und
durch die Labyrinthe folgende: Der aus einer Laufschaufelreihe austretende Dampf
teilt sich in zwei Ströme. Der eine geht durch die darauffolgende Laufschaufelreihe,
der andere durch die Zu dieser Schaufelreibe gehörende Labyrinthdichtung. Hinter
jeder Laufscliaufelreihe vereinigen sich diese beiden Dampfströme wieder, um gemeinsam
der nachfolgenden Laufschaufelreihe zugeführt zu werden. Bei einem solchen Vorgang
entstehen Verluste für den Energieumsatz des Treibmittels nicht nur dadurch, daß
die Labyrinthdampfmenge sich diesem Energieumsatz entzieht, sondern noch dadurch,
daß bei jeder Wiedervereinigung der Labyrinthdampfmenge mit dem Schaufeldampf hinter
einer Leitschaufelreihe, also mit Dampf größter StrÖmungsenergie, ein Stoßverlust
entsteht, der etwa ebenso groß ist wie der zuerst genannte Mengenverlust. Diese
Verluste können insbesondere bei kleinen Durclisatzvolumen auf Grund kleiner Leistung
oder hoher Dampfdrücke und auch auf Grund anderer Verhältnisse, wie z. B. notwendig
werdender großer Wellendurchmesser, sehr erheblich sein.
Mit der
vorliegenden Erfindung ist beabsichtigt, den Stoßverlust zu vermeiden und die Labyrinthdampfmengen
möglichst herabzusetzen. Es wird zu diesem Zweck zunächst erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß eine Kammerabdichtung aus zwei Dichtungsstellen besteht, wobei der Raum zwischen
diesen beiden Stellen durch Kanäle im Läufer mit dem Raum vor der in Strömungsrichtung
folgenden Kammerabdichtung verbunden ist. Der erste Teil einer Kammerabdichtung
hat die eigentliche Aufgäbe der Kammerabdichtung. Durch diesen Teil strömt also
die gesamte Labyrinthdampfmenge. Der zweite Teil einer Kammerabdichtung hat im wesentlichen
nur die Aufgäbe der Abdämmung dieser Labyrinthdampfmenge. Da bei einer Anzahl hintereinander
angeordneter Kammern die Lässigkeit der vorderen Kammerabdichtungen größer ist als
die der hinteren, so bilden sich nunmehr folgende Strömungsvorgänge aus. Der durch
den ersten Teil einer Kammerabdichtung strömende Dampf gelangt durch die Kanäle
im Läufer praktisch in vollem Umfang in den Raum vor der darauffolgenden Kammerabdichtung.
Ein Teil dieses Dampfes deckt also dann die Lässigkeitsverluste der nächsten Kammerabdichtung,
während der restliche Teil des Dampfes, entsprechend der Differenz der Dampfmengen
zweierbenachbarter Kammerabdichtungen, der Beschaufelung zugeführt wind, nunmehr
aber am Austritt aus einer Laufschaufelreihe, also an. den Stellen der Beschaufelung,
an :denen der Dampf die geringste kinetische Energie besitzt. Es strömt dabei niemals
Dampf von der Beschaufelung weg in die Labyrinthe. Vielmehr deckt der Lässigkeitsdampf
der ersten Kammerabdichtung die Lässigkeit sämtlicher fölgenden Kammerabdichtungen
und wird gleichzeitig entsprechend der Abnahme der Lässigkeit von Kammer zu Kammer
der Beschaufelung ohne Mischverlust zugeführt. Bei gegebener Lässigkeit der Kammerabdichtungen
werden auf die beschriebene Art die durch sie entstehenden Gesamtverluste also zunächst
einmal auf die Mengenverluste beschränkt, :d. h. auf etwa die Hälfte der üblichen
Kammerabdichtungen verringert.
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Um die Höhe der Lässigkeit selbst auf einen möglichst geringen Betrag
herabzusetzen, wird weiter vorgeschlagen, daß mindestens die erste Dichtungsstelle
einer Kammerabdichtung aus zwei radial verlaufenden Kämmen mit gegeneinander versetzten
Zähnen besteht, wobei die Zähne beider Kämme geradlinig, im wesentlichen axial und
möglichst spitz auslaufen und im Betrieb der engste Spalt von den spitzennahen Teilen
der Flanken je zwei benachbarter Zähne gebildet wird. Im besonderen sollen :dabei
der Abstand der Zahnflanken zweier benachbarter Zähne überall gleich groß, der Abstand
der Zahnspitzen vom gegenüberliegenden Zahngrund größer als dieser Flankenabstand
sein und die Zahnflanken von der Spitze bis zum Zahngrund geradlinig verlaufen:
Mit dieser Form der Labyrinthe wird bei gleicher Spaltweite nicht nur die Lässigkeit,
sondern auch der Raumbedarf eines Labyrinthelementes ganz außerordentlich verkleinert.
Für die Wirkung der neuen Labvrinthform wird noch der Strömungswiderstand gekrümmter
Kanäle herangezogen. Dieser Widerstand steigt mit der Größe des Umlenkwinkels und
mit der Schärfe der Umlenkung und erhält seinen Höchstwert, wenn der innere Krümmungsradius
der Kanalbegrenzung sich dem Wert Null und der Umlenkwinkel sich 18o° nähert. Bei
der neuen Labvrinthform bilden immer drei benachbarte Kammzähne einen derartig gekrümmten
Kanal. Durch möglichst dünne und spitze Ausführung der Kammzähne ergeben sich laufend
Umlenkungen der Labyrinthströmung um I fast i8o° bei einem Innenradius, entsprechend
dem der Kammspitze, der dem Wert Null sehr nahe kommt. Ein Labyrinthelement hat
nunmehr die Wirkung von drei bis vier Elementen bekannter Labyrinthforrnen, wobei
gleichzeitig auf gleichen Labyrinthlängen jetzt vier- bis sechsmal soviel und auch
mehr Labyrinthelemente untergebracht werden können wie früher, d. h. z. B., daß
auf einer La'byrinthlänge von 20 mm eine Wirkung erzielt werden kann, für die man
normalerweise je nach Labyrinthform eine Länge von 2,40 bis 480 mm @benötigt. Man
kann also durch die Anwendung der neuen Labyrinthform die Lässigkeit der Kammerabdichtungen
ohne weiteres z. B. auf den fünften, die Gesamtverluste durch die Lässigkeit, also
einschließlich der Mischverluste, ,bis auf den zehnten Teil bekannter Kammerabdichtungen
herabsetzen.
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Die zweite Dichtungsstelle einer Kammerabdichtung kann in beliebiger
Form ausgeführt werden, da sie, wie bereits oben erwähnt, im wesentlichen nur die
Aufgabe einer Dämmung hat.
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Die Kanäle im Läufer zur Abführung des Labyrinthdampfes aus dem Raum
zwischen den :beiden Dichtungsstellen einer Kammerabdichtung in den Raum vor der
nachfolgenden Kammerabdichtung können in verschiedener Form ausgeführt werden. Dies
hängt auch davon a@b, ob die Laufscheiben aus dem Vollen herausgedreht oder auf
der Welle als besondere Teile aufgesetzt sind. Im ersten Fall wird man, je nach
den herrschenden Spannurigen im Betrieb, die Scheiben an der Übergangsstelle in
die Welle mehr oder minder verstärken und die Kanäle z. B. als axiale Bohrungen
in diesem verstärkten Teil der Scheiben vorsehen. Im zweiten Fall wird es möglich,
die Kanäle durch Nuten in den Sitz- und anderen Flächen der Scheiben herzustellen.
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Die Abb. i und 2 zeigen Ausführungsbeispiel,-für den Erfindungsgegenstand,
und zwar Ab'b. i eine Kammerturbine mit der neuen Kammerabdichtung im Längsschnitt
und Abb. 2 die hierfür in Abb. i verwendete Labyrinthform in vergrößertem Maßstab.
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In Abb. i gelten für die Einzelteile folgende Bezeichnungen: i für
die Leitscheiben, 2 für die Laufscheiben, 3 für die Welle, 4 für die erste und für
die zweite Stelle einer Kammerabdichtung, 6 für den Raum zwischen diesen beiden
Dichtungsstellen 4 und 5, 7 für den Raum vor einer Kammerabdichtung, 8 für die Verbindungskanäle
der Räume 6 und 7. Auch die Stopfbüchsen sind mit den :gleichen Labyrinthformen
ausgeführt. Auf
diese Weise wird außer sehr kurzen Stopfbüchslän.gen
auch ein sehr einfacher Ausbau des Läufers erzielt. Vor dem Abheben des Gehäuseoberteils
wird der Läufer um einen kleinen Betrag nach hinten verschöben. Sämtliche Labyrinthe
sowohl in den Stopfbüchsen als auch die der Kammerabdichtungen kommen dabei außer
Eingriff. Dann kann ohne weiteres das Gehäuseoberteil abgenommen und der Läufer
herausgenommen werden.