DE915217C

DE915217C - Steam or gas turbine with a running ring acted upon several times by the same steam or gas flow

Info

Publication number: DE915217C
Application number: DEF6897A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gustav Fluegel
Original assignee: GUSTAV FLUEGEL DR ING
Current assignee: GUSTAV FLUEGEL DR ING
Priority date: 1951-08-04
Filing date: 1951-08-04
Publication date: 1954-07-19

Description

Dampf- oder Gasturbine mit mehrfach vom gleichen Dampf- bzw. Gasstrom beaufschlagtem Laufkranz Es ist aus dem Dampfturbinenbau bekannt, ein einkränziges Laufrad vom gleichen Dampfstrom in wiederholten Durchgängen bei gleichbleibendem Druck beaufschlagen zu lassen. Dabei handelt es sich um Gleichdruckstufen, bei denen die Dampfgeschwindigkeit beim Austritt aus den Düsen etwa das Vier- bis Sechs- oder Mehrfache der Umfangsgeschwindigkeit beträgt, und die Bauart ist unter dem Namen Elektraturbine bekannt. Nach dem ersten Durchgang wird hier der Dampf von rückwärts her wieder durch den Laufkranz geleitet, um im dritten Durchgang abermals das Laufrad voll vorn zu beaufschlagen, bis die kinetische Energie des Dampfes aufgearbeitet ist. Der mit einer solchen Vorrichtung erreichbare Wirkungsgrad ist sehr mäßig wegen der durch die hohe Dampfgeschwindigkeit bedingten sehr großen Reibungs-und Umlenkungsverluste, ferner wegen der starken Aufsplitterung des Dampfstrahls und weil wegen der gegensätzlichen Durchströmrichtung bei den aufeinanderfolgenden Durchgängen die Laufschaufelung nicht so ausgebildet werden kann, wie es zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades notwendig wäre.Steam or gas turbine with multiple of the same steam or gas flow acted upon running ring It is known from steam turbine construction, a single ring Impeller from the same steam flow in repeated passes with constant To apply pressure. These are equal pressure stages in which the steam speed when exiting the nozzles is about four to six or It is a multiple of the circumferential speed, and the type is under the name Electric turbine known. After the first pass, the steam is here from backwards again passed through the tread to turn the wheel again in the third pass fully applied to the front until the kinetic energy of the steam worked up is. The efficiency that can be achieved with such a device is very moderate the very high friction and deflection losses caused by the high steam speed, also because of the strong splintering of the steam jet and because of the opposing forces Direction of flow in the successive passages through the blades cannot be designed in such a way as to achieve good efficiency would be necessary.

Bei der Erfindung handelt es sich auch um ein vom gleichen Dampfstrom mehrfach beaufschlagtes Laufrad; aber zum Unterschied von der bekannten Bauart erfolgen die Durchgänge nicht bei gleichbleibendem Druck, sondern in aufeinanderfolgenden Expansionsstufen. Die Dampfgeschwindigkeit bei Austritt aus den Düsen wird dabei j eweils zum Zweibis Dreifachen derUmfangsgeschwindigkeitgewählt, so daß schon aus diesem Grunde wesentlich bessere Wirkungsgrade als bei der alten Bauart erreicht werden. Außerdem wird das Laufrad immer vontler gleichen Seite beaufschlagt; so daß die Laufschaufelung in bestmöglicher Weise nach strömungstechnischen Gesichtspunkten gestaltet werden kann. Da hierbei nach jedem Durchgang des Dampfes (außer beim letzten) eine Rückführung um den Laufkranz notwendig ist, wird diesem ein Leitkranz mit diffusorartig erweiterten Kanälen nachgeschaltet, um die Austrittsgeschwindigkeit unter Druckanstieg auf einen so niedrigen Wert zu verzögern, däß kein nennenswerter Reibungs- und Umlenkungsverlust in den Rückführleitungen entsteht. Die Austrittsgeschwindigkeit aus den Düsen wird für alle Expansionsstufen ungefähr gleich groß gewählt; jede einzelne Expansionsstufe wird zweckmäßig als Gleichdruckctufe ausgebildet, um am Laufrad keinen Axialschub zu erzeugen. Um Zersplitterungs- und Spaltverluste nach Möglichkeit zu vermeiden, müssen die einzelnen Durchgänge durch den Laufkranz unmittelbar nebeneinandergelegt werden, und zwar so, daß die Druckabstufung nach beiden Seiten des Umfanges erfolgt. Wenn dann an den Strahlgrenzen aus einem Durchgang höheren Druckes im Laufkranz etwas Dampf in den benachbarten Durchgang niedrigeren Druckes überströmt, so nimmt zwar dieser Dampf eine entsprechend höhere Geschwindigkeit an, aber seine Energie wird trotzdem in ganz regulärer Weise in mechanische Arbeit umgesetzt. Wie bei einer gewöhnlichen Regelstufe können so viele Dampfzuführungen vorgesehen werden, wie man Regelventile ausführen will. Die Umfangsgeschwindigkeit des Laufkranzes wird zweckmäßig zu etwa Zoo bis 25o m/s gewählt. Bei geeigneter Schaufellänge und Drehzahl läßt es sieb immer erreichen, daß das Rad bei Vollast voll beaufschlagt ist, so daß also keine Radkranzreibung eintritt. Eine unbedingte Notwendigkeit ist allerdings, daß zur Unterdrückung übermäßiger Spaltverluste der Laufkranz nach innen wie nach außen durch Spitzendichtungen gut abgedichtet wird und daß überhaupt die Spiele am Laufkranz so klein wie möglich ausgeführt werden. Es assen sich mit einem solchen Rad bei entsprechender Zahl der Durchgänge (Expansionsstufen) große Gesamtgefälle aufarbeiten und dabei trotz kleiner Dampfmenge so gute Wirkungsgrade erreichen, wie sie bei der gewöhnlichen vielstufigen Bauart nur bei viel größeren Dampfmengen erzielt werden. Solche Maschinen sind daher für kleinere Leistungen besonders gut geeignet. Ebenso gut eignet sich aber diese Bauart in Verbindung mit der gewöhnlichen Bauart insbesondere für die Regelstufen von Maschinen mit vielstufigem Niederdruckteil. Es wird im letzteren Fall vielfach zweckmäßig sein, eine solche Regelstufe als hochtourigen Hochdruckteil mit Zahnradgetriebe dem normaltourigen Niederdruckteil vorzuschalten.The invention is also one of the same vapor stream multiple pressurized impeller; but in contrast to the known design the passages not with constant pressure, but in successive ones Expansion stages. The speed of steam when exiting the nozzles is thereby each chosen to be two to three times the circumferential speed, so that already off For this reason, much better efficiencies than with the old design achieved will. In addition, the impeller is always acted on from the same side; so that the rotor blades in the best possible way from a fluidic point of view can be designed. Since after each passage of the steam (except the last) a return around the running ring is necessary, this becomes a guide ring with a diffuser extended channels downstream to control the exit velocity under pressure increase to decelerate to such a low value that no appreciable loss of friction and deflection arises in the return lines. The exit speed from the nozzles is chosen approximately the same size for all expansion stages; every single expansion stage is expediently designed as a constant pressure stage in order to avoid any axial thrust on the impeller to create. In order to avoid fragmentation and splitting losses as far as possible, the individual passages through the tread must be laid directly next to one another in such a way that the pressure gradation takes place on both sides of the circumference. If then at the jet boundaries from a passage of higher pressure in the tread some steam flows over into the adjacent lower pressure passage, so increases Although this steam has a correspondingly higher speed, but its energy is nevertheless converted into mechanical work in a completely regular way. Like one normal control stage, as many steam feeds as can be provided you want to run control valves. The peripheral speed of the tread is expediently chosen to about zoo up to 25o m / s. With a suitable blade length and speed lets it always achieve that the wheel is fully loaded at full load, so so that no rim friction occurs. An absolute necessity is, however, that to suppress excessive gap losses of the tread both inwards and inwards the outside is well sealed by tip seals and that the games at all be made as small as possible on the running ring. They ate themselves with one of these Bike with a corresponding number of passes (expansion stages) large overall gradient work up and achieve such good efficiencies in spite of the small amount of steam, as is the case with the usual multi-stage design only with much larger amounts of steam be achieved. Such machines are therefore particularly good for smaller capacities suitable. However, this type of construction is just as suitable in conjunction with the usual one Design especially for the control stages of machines with multi-stage low-pressure parts. In the latter case, it will often be expedient to use such a control stage as high-speed To connect the high-pressure part with gear transmission upstream of the normal-speed low-pressure part.

In Fig. i und 2 ist an einem Ausführungsbeispiel im Längsschnitt gezeigt, wie bei der neuen Bauart die konstruktive Gestaltung vorgenommen werden kann. Der Frischdampf wird durch den Stutzen A eingeführt. Die Innenkontur der Zuführleitung ist bis zur Einmündung in den Düsenvorraum i gestrichelt gezeichnet. Von hier aus strömt der Dämpf im ersten Durchgang durch die Düsen des eingesetzten Leitkranzes B; dann durch den Laufkranz C und schließlich durch den nachgeschalteten Leitkranz D mit den diffusorartig erweiterten Kanälen, der hier ebenfalls eingesetzt ist, aber auch eingegossen sein kann. Dann gelangt der Dampf in den Abströmraum 2, um von hier aus durch die Rück-' strömleitung E wieder vor die Düsen des zweiten Durchganges geführt zu werden. Dann wiederholt sich der Strömungsvorgang in der zweiten und dritten und gegebenenfalls weiteren Expansionsstufen in ähnlicher Weise, bis nach dem letzten Durchgang der Abdampf in den Sammelraum F tritt und von hier aus abgeführt oder bei unmittelbarem Zusammenbau mit dem Niederdruckteil zur nachfolgenden gewöhnlichen Stufe geleitet wird. Die Fig. 2 unterscheidet sich in der Beschaufelung dadurch etwas von Fig. i, daß bei Fig. 2 im Gegensatz zu Fig. i deckbandlose Beschaufelung des Laufkranzes angenommen ist.In Fig. I and 2 is shown in an embodiment in longitudinal section, how the structural design can be made with the new design. Of the Live steam is introduced through nozzle A. The inner contour of the feed line is drawn in dashed lines up to the confluence with the nozzle antechamber i. From here In the first pass, the steam flows through the nozzles of the guide ring used B; then through the running ring C and finally through the downstream guide ring D with the diffuser-like widened channels, which is also used here, but can also be poured. Then the steam reaches the outflow space 2 to from here through the return line E again in front of the nozzles of the second passage to be guided. Then the flow process is repeated in the second and third and possibly further expansion stages in a similar manner until after the last passage the exhaust steam enters the collecting space F and is discharged from here or in the case of direct assembly with the low-pressure part to the following ordinary Stage is directed. Fig. 2 differs in the blading somewhat from FIG. i, that in FIG. 2, in contrast to FIG of the tread is accepted.

Aus Fig. 2 ist auch der Aufbau der Maschine ersichtlich. Der Gehäuseteil I ist hier der feststehende Hauptteil des Gehäuses, der auf dem Fundamentrahmen abgestützt ist und im vorliegenden Fall keine horizontale Teilfuge zu haben braucht. Der Gehäuseteil II nebst Lagerung IV ist nach vorn abnehmbar. Auch die Stopfbüchseneinbauten VI sollen nach vorn herausziehbär sein. In ähnlicher Weise sind auch die hintere Lagerung III sowie der hintere Stopfbüchseneinbau V nach hinten abnehmbar. Natürlich könnte die Konstruktion auch so getroffen sein, daß der Gehäuseteil II als feststehender Hauptteil ausgebildet und der Gehäuseteil I nach hinten abnehmbar ist.The structure of the machine can also be seen from FIG. The housing part I here is the main fixed part of the housing, which is on the foundation frame is supported and in the present case does not need to have a horizontal parting line. The housing part II and bearing IV can be removed from the front. Also the stuffing box internals VI should be able to pull out towards the front. The rear ones are similar too Bearing III as well as the rear stuffing box installation V can be removed to the rear. Naturally the construction could also be made so that the housing part II as a fixed Main part formed and the housing part I can be removed to the rear.

In Fig. 3 ist ein zylindrischer Rundschnitt durch die Beschaufelung in der Abwicklung schematisch dargestellt, aus dem die Dampfführung ersichtlich ist. Wie bereits erwähnt, wird der Frischdampf durch den Stutzen Ä zu dem Düsenvorraum i geführt, um in den Düsen B zu expandieren, im Laufkranz C mechanische Arbeit zu erzeugen und im nachgeschalteten Leitkranz D auf eine kleine Geschwindigkeit verzögert zu werden, mit der er in den Abströmraum 2 des ersten Durchganges eintritt. Es ist natürlich darauf zu achten, daß der Raum :2 gegenüber dem Raum i dem absoluten Dampfweg entsprechend in Umfangsrichtung um den richtigen Betrag versetzt ist. Aus dem Abströmraüm 2 muß der Dampf durch die Rückführleitung E des ersten Durchganges vor die Düsen des zweiten Durchganges geleitet werden. Dabei ist hier eine Teilung des Dampfes vorgesehen, wobei die eine Hälfte dem Düsenvorraum 3, die andere dem Vorraum 3' zugeführt wird und die Räume 3 und 3' unmittelbar zu beiden Seiten des Vorraumes i angeordnet sind. Der Verlauf der Begrenzungswände El und Ei für die Rückführleitung des ersten Durchganges ist in Fig. 3 gestrichelt angegeben. Aus dem Vorraum 3 strömt der Dampf im zweiten Durchgang durch die Beschaufelung in den Abströmraum 4, dann durch die Rückstromleitung mit den gestrichelt angedeuteten Begrenzungswänden El und E2 zum Vorraum 5 für den dritten Durchgang, um abermals durch die Beschaufelung in den Abströmraum 6 und von hier in den allgemeinen Sammelraum F zu treten. In ähnlicher Weise durchströmt die andere Dampfhälfte in wiederholten Durchgängen durch die Beschaufelung aus dem Vorraum 3' in den Abströmratim q.', dann wieder zum Vorraum 5' und schließlich durch den Raum 6' in den Sammelraum F. Der Verlauf der Begrenzungswände El' und EZ für die Rückströmleitungen ist auch hier gestrichelt angedeutet.In Fig. 3 is a cylindrical round section through the blading shown schematically in the development, from which the steam duct can be seen is. As already mentioned, the live steam becomes the nozzle antechamber through the nozzle A i led to expand in the nozzles B, mechanical work in the running ring C. generate and decelerated in the downstream guide ring D to a low speed with which it enters the outflow space 2 of the first passage. It is Of course, make sure that the room: 2 opposite the room i the absolute steam path is accordingly offset in the circumferential direction by the correct amount. From the outflow 2, the steam must pass through the return line E of the first pass before the nozzles of the second pass. There is a division of the steam here provided, one half of the nozzle antechamber 3, the other half of the antechamber 3 ' is supplied and the rooms 3 and 3 'directly on both sides of the vestibule i are arranged. The course of the boundary walls El and Ei for the return line the first pass is indicated by dashed lines in FIG. 3. From the anteroom 3 flows the steam in the second pass through the blading into the outflow space 4, then through the return flow line with the boundary walls indicated by dashed lines El and E2 to anteroom 5 for the third passage, to go through the blading again to step into the outflow space 6 and from here into the general collecting space F. In similarly, the other half of the steam flows through in repeated passes the blading from the anteroom 3 'into the outflow rate in q.', then back to the anteroom 5 'and finally through the space 6' into the collecting space F. The course of the boundary walls El 'and EZ for the return lines are also indicated here by dashed lines.

In Fig. q. ist für ein anderes Ausführungsbeispiel der Rundschnitt durch die Beschaufelung schematisch dargestellt, wo der eingeführte Dampfstrom nicht geteilt wird, sondern bei dem zwei Dampfzuführstellen A und A' unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, so daß auch die beiden Düsenvorräume i und i' nebeneinanderliegen. Im weiteren Verlauf entspricht hier die Dampfführung völlig derjenigen von Fig.3, wobei die Begrenzungswände El, E2, E2 , E3 und E3 für die Rückführleitungen wieder gestrichelt angegeben sind.In Fig. Q. the circular section through the blading is shown schematically for another embodiment, where the introduced steam flow is not divided, but in which two steam supply points A and A ' are arranged directly next to each other, so that the two nozzle vestibules i and i' are also next to each other. In the further course, the steam duct here corresponds completely to that of FIG. 3, the boundary walls E1, E2, E2, E3 and E3 for the return lines again being indicated by dashed lines.

In Fig.5 ist noch ein örtlicher Querschnitt durch die Beschaufelung an der Stelle einer Trennwand W zwischen verschiedenen Düsenvorräumen gelegt. Die Ausführung könnte an der Trennstelle so getroffen sein, daß in Fortführung der Trennwand W ein normales Düsenblech mit dünnen Enden verwendet wird. Dann könnte aber im Laufkranz C eine verhältnismäßig große Dampfmenge aus einem Durchgang höheren Druckes überströmen, wobei zwar immer noch, wie bereits erwähnt, die Energie dieses Dampfes zur Erzeugung mechanischer Arbeit ausgenutzt wird, aber wahrscheinlich doch mit schlechterem Wirkungsgrad als beim übrigen Dampf. Um diese Überströmung zu vermeiden, muß die Trennwand W nach Fig. 5 in einem dicken Düsenblech fortgesetzt werden, wobei die schräge Endfläche B1, B2 gerade einer Laufschaufelteilung entspricht. Dann ist ein Durchgang höheren Druckes auch beim Laufkranz trotz der Schaufelbewegung stets durch eine Laufschaufel vom benachbarten Durchgang niedrigeren Druckes getrennt, so daß eine Überströmung des Dampfes unmöglich ist, abgesehen von den schmalen Spaltquerschnitten vor und hinter dem Laufkranz. Auch bei der Einströmung in den nachgeschalteten Leitkranz D empfiehlt es sich, ein entsprechend dickes Schaufelblech D' vor der nachfolgenden Trennwand W' für die benachbarten Abströmräume einzusetzen.In Figure 5 is a local cross section through the blading placed in the place of a partition W between different nozzle vestibules. the Execution could be made at the separation point so that the partition wall is continued W a normal nozzle plate with thin ends is used. But then it could be in the tread C overflowing a relatively large amount of steam from a passage of higher pressure, although, as already mentioned, the energy of this steam is still used to generate it mechanical work is exploited, but probably with less efficiency than with the rest of the steam. In order to avoid this overflow, the partition wall W according to Fig. 5 are continued in a thick nozzle plate, the inclined end face B1, B2 just corresponds to a blade pitch. Then a passage is higher Even with the tread, pressure is always caused by a moving blade despite the blade movement separated from the adjacent lower pressure passage, so that an overflow of steam is impossible, apart from the narrow gap cross-sections in front of and behind the tread. Even with the flow into the downstream guide ring D it is advisable to use a shovel plate D 'of appropriate thickness before the next one Use partition W 'for the adjacent outflow spaces.

Es ist anzustreben, daß die Schaufelteilung in den Düsengruppen der verschiedenen Durchgänge überall den gleichen oder nahezu gleichen Wert besitzt, trotz der verschiedenen Längen des jeweils beaufschlagten Bogens, was sowohl aus Herstellungsgründen als auch aus strömungstechnischen Gründen erwünscht erscheint.It is desirable that the blade pitch in the nozzle groups of the different runs have the same or almost the same value everywhere, in spite of the different lengths of each acted arc, what both of Production reasons as well as for fluidic reasons appears desirable.

Um möglichst kleine Spiele ausführen zu können, ist eine möglichst gleichmäßige Gehäusetemperatur über den Umfang bei dieser Maschine von besonders großer Bedeutung. Aus diesem Grunde sind nach Fig. 2 auf beiden Seiten des Laufrades Ringräume R1, R2 im Gehäuse vorgesehen, die mit Heißdampf gefüllt sind, als welchen man entweder Stopfbüchsendampf verwenden kann, wie hier geschehen, oder auch Frischdampf.In order to be able to play the smallest possible games, one is possible Uniform housing temperature over the circumference of this machine is particularly good great importance. For this reason, as shown in FIG. 2, on both sides of the impeller Annular spaces R1, R2 provided in the housing, which are filled with superheated steam, as which you can either use stuffing box steam, as happened here, or live steam.

Für den sicheren Betrieb dieser Maschine ist es von Bedeutung, daß in den Traglagern keine nach aufwärts gerichtete Auflagerkraft entstehen kann. Die Möglichkeit dazu wäre durch die Wirkung des unterschiedlichen Dampfdruckes in den verschiedenen Durchgängen gegeben, durch den unausgeglichene Radialkräfte am Laufradkranz verursacht werden könnten. Bei Vollast kann ein vollständiger Ausgleich dieser Radialdrücke erzielt werden, wenn die Dampfzuführstellen gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Bei Teillast soll die Schaltung der Dampfzuführung so getroffen werden, daß die resultierende Radialkraft stets senkrecht oder schräg nach unten gerichtet ist, um nicht den Lagerdeckel zu belasten.For the safe operation of this machine it is important that no upward bearing force can arise in the support bearings. the The possibility of this would be through the effect of the different vapor pressure in the different passes, due to the unbalanced radial forces on the impeller rim could be caused. At full load, these radial pressures can be fully compensated for can be achieved if the steam supply points are evenly distributed over the circumference are. At partial load, the steam supply circuit should be made in such a way that the resulting radial force is always directed vertically or diagonally downwards, so as not to stress the bearing cover.

Die Dampfströmung durch die Beschaufelung kann sowohl in axialer Richtung erfolgen, wie bei den hier gewählten Ausführungsbeispielen angenommen, als auch in radialer Richtung.The steam flow through the blading can be both in the axial direction take place, as assumed in the exemplary embodiments selected here, as well in the radial direction.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Steam or gas turbine with multiple of the same Steam or gas flow acted upon tread, characterized in that the act of application always from the same side and in several pressure stages.

2. Steam or gas turbine according to claim i, characterized in that the ratio of the theoretical steam speed c. When exiting the nozzles, the circumferential speed u of the tread is the same for all expansion stages; namely within the limits of co / u = 2 to 3.

3. Steam or gas turbine according to claim i and 2, characterized in that all expansion stages are designed as equal pressure stages are. q .. steam or gas turbine according to claim i to 3, characterized in that that the running ring (C) is followed by a guide ring (D) with channels widened like a diffuser is. 5. Steam or gas turbine according to claim i to q., Characterized in that with the smallest permissible clearances between the running ring and housing or housing inserts Good gap sealing on both sides of the tread, especially on the inside is carried out with a sufficient number of throttling points. 6. Steam or Gas turbine according to claims i to 5, characterized in that the nozzle groups for the individual expansion stages are arranged close to one another. 7. Steam or Gas turbine according to Claims i to 6, characterized in that the successive Expansion stages are placed against one another on both sides of the circumference, with either a division of the steam flow occurs after the first passage (according to FIG. 3) can or (according to Fig. 4) two steam inlets each are directly next to each other can. B. steam or gas turbine according to claim i to 7, characterized in that that when the blade length is assumed to be favorable, the speed is chosen so that the The running ring is fully loaded at full load. 9. Steam or gas turbine according to claim i to 8, characterized in that the blade division in the nozzle groups of the different expansion stages is as equal as possible. ok Steam or gas turbine according to claims i to 9, characterized in that to suppress the steam overflow from a passage of higher pressure into the passage located next to it lower Press the partition between the passages at the nozzles with a cut length ends in the circumferential direction (Bi, B2) equal to the blade pitch and in the downstream Guide ring begins with the same cutting length. 1i. Steam or gas turbine Claims i to io, characterized in that annular spaces on both sides of the impeller (R1, R2) are provided in the housing, which are filled with superheated steam. 12. Steam or gas turbine according to claim i to i i, characterized in that the steam or. Propellant supply points are arranged so that at full load on the impeller all of the Radial pressures resulting from steam or gas pressure cancel each other out, and at Partial load the switching sequence for the supply points of the propellant is made in such a way that that the bearing pressure has no upward component. 13. Multi-wheel steam or Gas turbine with one or more control stages according to Claims i to 12, characterized in that that the control stage or stages are built into the housing of the low-pressure part is or are. 14. Multi-wheel steam or gas turbine according to claim 13, characterized characterized in that the control stage or stages as a high-speed high-pressure part with reduction gear upstream of the slower running low-pressure part is or are.