DE953130C - Teilweise beaufschlagte Turbine fuer gasfoermige Arbeitsmittel - Google Patents

Teilweise beaufschlagte Turbine fuer gasfoermige Arbeitsmittel

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DE953130C
DE953130C DEL5675D DEL0005675D DE953130C DE 953130 C DE953130 C DE 953130C DE L5675 D DEL5675 D DE L5675D DE L0005675 D DEL0005675 D DE L0005675D DE 953130 C DE953130 C DE 953130C
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DE
Germany
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blades
turbine
air
impeller
rotor blades
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Expired
Application number
DEL5675D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Karl Leist
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KARL LEIST DR ING
Original Assignee
KARL LEIST DR ING
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08Heating, heat-insulating or cooling means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Teilweise beaufschlagte Turbine für gasförmige Arbeitsmittel Die Erfindung bezieht sich auf eine teilweise, insbesondere axial beaufschlagte Turbine für gasförmige Arbeitsmittel, bei welcher die nicht von den Gasen beaufschlagten Laüfradschaufeln von der Luft des freien Außenraumes kühlend beaufschlagt werden, und bezweckt eine weitere Verbesserung derartiger Turbinen und eine Verbesserung des Wirkungsgrades derselben. Insbesondere sollen durch die Erfindung die Wirbel- und Gasverluste beim Eintritt des Gases bz w. der Luft in die umlaufenden Schaufeln verringert und die Kühlung der Schaufeln bzw. des Schaufelrades verbessert werden.
  • Erfahrungsgemäß hat ,speziell bei stark abgestumpfter Schaufeleintrittskante die Strömung das Bestreben, parallel zur Eintrittskante senkrecht zur eigentlichen Strömungsrichtung auszuweichen, wodurch die Energieumsetzung verschlechtert wird. Diese Erscheinung kann man dadurch wirksam bekämpfen, daß man z. B. durch geeignete Wahl der Winkel- und Geschwindigkeitsverhältnisse oder durch Anwendung einer schrägen Außenbegrenzung der Schaufel dafür sorgt, daß die Laufschaufelei.ntrittshöhe nicht .allzuviel =größer ausfällt als die Lei-tschaufelaustrittshöhe, öder daß zur Führung des aus den Leitschaufeln in die Laufschaufeln übertretenden Gases oder der übertretenden Luft den Spalt zwischen den Leitschaufeln und den Laufschaufeln begrenzende, stillstehende oder mitumlaufende, die Strömung seitlich begrenzende Kanten oder Wandungen auf der Eintrittsseite der Laufschaufeln vorgesehen werden. Zweckmäßig werden die Begrenzungswandungen als auf einer oder auf beiden Seiten des Laufrades angeordnete Rippen ausgebildet, von denen auch mehrere konzentrisch zueinander angeordnet sein können. Hier-5 durch wird eine seitliche Abströmung über die Enden der Laufschaufel hinaus verhindert. Gleichzeitig können derartige, z. B. die Leitschaufeln für das Gas nach innen begrenzende Wandungen oder Rippen in besonders vorteilhafter o Weise zur Führung des Kühlluftstromes und zur verstärkten Kühlwirkung verwendet werden. Insbesondere kann in Verbindung hiermit die radiale Erstreckung der Kühlluftzuführung nach innen zu größer sein als die radiale Erstreckung der Lauf-; schaufeln, derart, daß durch die Luft eine radial innerhalb der Laufschaufeln liegende Ringfläche des Laufrades beaufschlagt wird, wobei die gegebenenfalls vorgesehenen Rippen beiderseits kühlend umströmt werden und die Kühlluft nach innen zu ablenken können. Erfindungsgemäß kann weiter der Axialspalt zwischen den Düsen und den Laufschaufeln auf der Luftseite größer sein als auf der Gasseite.
  • Die Ausbildung der den Spalt zwischen den Leit- und den Laufschaufeln begrenzenden Wandungen als auf einer oder auf beiden Seiten des Laufrades angeordnete Rippen, die nach innen zu vergrößerte radiale Erstreckung der Kühlluftzuführung sowie die unterschiedliche Größe des Axialspaltes zwischen den Düsen und den Laufschaufeln auf der Luft- und der Gasseite sind über die Anwendung auf Ausführungsformen gemäß dem Anspruch i hinaus auch bei'anderen Turbinen mit Vorteil zu benutzen, wenn sie auch bei Anordnungen nach dem Anspruch i besonders günstige Wirkungen haben.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
  • Das Turbinenrad ca besitzt auf seinem Außenumfang Laufschaufeln b (z. B. mit dem Querschnitt b'), welche innerhalb einer Begrenzungswand c mit möglichst geringem Spiel umlaufen. Die Gase werden durch Düsen d mit der Austrittskante e zugeführt. Die Begrenzung für die Luftzuführung wird durch die gestrichelte Linie f angedeutet, wobei die Luftzuführung zur Gaszuführung auf dem Umfang versetzt anzunehmen ist.
  • Zur Vermeidung von Gasverlusten wird nun der Spalt g mit der axialen Spaltbreite xb zwischen der Leitschaufelaustrittskante e und der Eintrittskante h der Laufschaufel auf der Innenseite der Schaufel durch eine Rippe i begrenzt, , und zwar nach Möglichkeit derart, daß das Spiel k zwischen den Leitschaufeln d und der Rippe i so klein wie möglich ist. Die Rippe i wirkt hierbei im Sinne einer Dichtung und verhindert, daß nennenswerte Gasmengen beim Austritt aus den Düsen d unausgenutzt nach den Seiten entweichen können. Die Leitschaufelaustrittshöhe ist demgemäß nur wenig kleiner als die Laufschaufeleintrittshöhe.
  • Im Gegensatz hierzu kann es günstig sein, den Spalt xt zwischen den Luftleitschaufeln und den Laufschaufeln wesentlich größer auszuführen, um hierdurch die Umströmung der Laufschaufeleintrittskante günstiger zu gestalten.
  • Andererseits ist die radiale Erstreckung yt der Luftzuführung durch die im Abstand xt von der Laufschaufeleintrittskante h zurückgesetzten Kühlluftdüsen f od. dgl. nach innen größer als die radiale Erstreckung yb der Laufschaufeln b, derart, daß der durch die Luftzuführung f zugeleitete Luftstrom sich infolge der Rippe i in zwei Teilströme teilt, von denen der äursere Teilstrom die Laufschaufeln beaufschlagt, während ein zweiter innerer Teilstrom durch die Rippe i nach innen abgelenkt wird und eine zusätzliche Kühlung des Laufschaufelrades bewirkt.
  • Die Rippe i ist zweckmäßig mehr oder weniger angeschärft, so daß sich der Luftstrom möglichst ohne Wirbel in die beiden Teilströme aufteilen kann. Zur Vermeidung von unausgeglichenen Fliehkräften und ungleichmäßigen Kühlwirkungen usw. wird zweckgemäß auf der Austrittsseite des Turbinenrades eine zur Rippe i symmetrisch angeordnete und gleichartig ausgebildete Rippe j vorgesehen.
  • Statt einer Rippe auf einer oder auf beiden Seiten des Turbinenrades können auch mehrere zueinander konzentrische Rippen angeordnet werden. Die Rippen können mit dem Laufrad aus einem Stück bestehen oder in geeigneter Weise angesetzt sein.
  • Die Anordnung derartiger Rippen in Verbindung mit einer über die Rippe nach innen sich erstreckenden Kühlluftzuführung ermöglicht eine besonders wirksame Kühlung des unter besonders hohen Temperaturen arbeitenden und durch Fliehkräfte außerordentlich hoch beanspruchten Turbinenrades bzw. der an dem Rad angeordneten Laufschaufeln. Die beiderseits von der Kühlluft umspülte Kühlrippe i kann besonders lang ausgeführt sein. Durch die Rippe wird einerseits die Wärme gerade von der heißesten Zone des Rades, nämlich vom Radrand bzw. aus den Schaufeln abgeleitet; andererseits wird aber auch hierdurch die durch die ungleiche Raderwärmung zusätzlich auftretende mechanische Beanspruchung im Rade gesenkt. Durch den sich sonst einstellenden starken Abfall der Temperatur von außen nach innen kann nämlich die maximal auftretende Spannung -erheblich über das Maß, welches bei konstanter Temperatur auftritt. anwachsen.
  • Die Verwendung von langen, seitlich weit vorstehenden Rippen sowie die Anordnung eines zwischen den Laufschaufeln und den Kühlluftdüsen vorgesehenen verhältnismäßig großen Spaltes xt ist hierbei mit Rücksicht auf die an sich ungünstige Beaufschlagungseichtung der Kühlluft aus strömungstechnischen Gründen nur günstig.
  • Um die Kühlung von Rad und Schaufeln noch weiter zu verbessern und Wärmespannungen am Rade durch Temperaturunterschiede der auf beiden Seiten des Rades befindlichen Rippen zu vermeiden oder zu verringern, empfiehlt es sich unter Umständen, den Läufer auch in an sich bekannter Weise auf der Rücleseite durch Fahrtwind zu kühlen, wobei die Kühlwirkung durch die auf der Radrückseite befindlichen Rippen besonders .wirksam gemacht werden kann. - Ferner können die Schaufeln auf ihrer Außenseite und (bzw. oder) auf ihrer Innenseite, wie bei L und m schematisch angedeutet, schräg begrenzt sein, ihre radiale Breite sich also in Strömungsrichtung vergrößern- Die äußere Üe= grenz.unäs«andung verläuft in diesem Falle zweckmäßig ebenfalls entsprechend schräg, wie bei c' angedeutet, unter Belassung eines möglichst geringen radialen Spieles zwischen der Außenbegrenzung der Schaufeln und der Begrenzungswandung.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Teilweise, insbesondere axial beaufschlagte Turbine für gasförmige Arbeitsmittel, bei welcher die nicht von den Gasen beaufschlagten Laufradschaufeln von der Luft des freien Außenraumes beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des aus den Leitschaufeln in die Laufschaufeln übertretenden Gases oder der übertretenden Luft den Spalt zwischen den Leitschaufeln und Laufschaufeln begrenzende stillstehende oder mitumlaufende Wandungen auf der Eintrittsseite der Laufschaufeln vorgesehen sind.
  2. 2. Turbine insbesondere nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spalt zwischen den Leit- und den Laufschaufeln begrenzenden Wandungen als auf einer oder auf beiden Seiten des Laufrades angeordnete Rippen ausgebildet sind, von denen auch mehrere konzentrisch zueinander angeordnet sein -können.
  3. 3. Turbine nach Anspruch i .und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsenden der Leitschaufeln mit nur geringem radialem Spiel konzentrisch zu den auf der Innenseite der Laufschaufeln befindlichen und .über sie seit-_ lich hinaus verlängerten, z. B. als ringförmige Rippen des Laufrades ausgebildeten Begrenzungswandungen angeordnet sind. q..
  4. Turbine nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung einer schrägen Außenbegrenzung der Schaufeln die Laufschaufeleintrittshöhe nur wenig größer als die Leitschaufelaustrittshöhe ist und die Begrenzungswandungen die Laufschaufeln auf ihrer Außenseite möglichst eng umschließen.
  5. 5. Teilbeaufschlagte Turbine für g-äsförmige Arbeitsmittel insbesondere nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung der Kühlluftzuführung nach innen zu größer als die radiale Erstreckung der Laufschaufeln ist, derart, daß durch die Luft eine radial innerhalb der Laufschaufeln liegende Ringfläche des Laufrades beaufschlagt wird, welche gegebenenfalls mit die Kühlluft nach innen ablenkenden Rippen versehen ist.
  6. 6. Teilbeaufschlagte Turbine für gasförmige Arbeitsmittel insbesondere nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialspalt zwischen den Düsen und den Laufschaufeln auf der Luftseite größer als auf der Gasseite ist.
  7. 7. Turbine nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad von der Rückseite her in an sich bekannter Weise durch Luft bzw. Fahrtwind gekühlt wird.
DEL5675D 1941-02-12 1941-02-12 Teilweise beaufschlagte Turbine fuer gasfoermige Arbeitsmittel Expired DE953130C (de)

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