EP0863296A2 - Guide vane for steam turbines - Google Patents
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- EP0863296A2 EP0863296A2 EP98810079A EP98810079A EP0863296A2 EP 0863296 A2 EP0863296 A2 EP 0863296A2 EP 98810079 A EP98810079 A EP 98810079A EP 98810079 A EP98810079 A EP 98810079A EP 0863296 A2 EP0863296 A2 EP 0863296A2
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- F01D5/182—Transpiration cooling
- F01D5/183—Blade walls being porous
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- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/32—Collecting of condensation water; Drainage ; Removing solid particles
Definitions
- the invention relates to a guide vane for steam turbines with a by a vacuum in the interior of the blade, with at least a cover provided with a porous capillary Opening for a fluid suction from the blade surface, preferably in the Area of the blade trailing edge, the opening opening into the cavity and the cover is dimensioned so that all capillaries during of the company are filled with the fluid to be extracted.
- Guide vanes in the low-pressure section of steam turbines are generally known are equipped with water suction. Show guide vanes of this type for example, in the area of their rear edge openings that are parallel as slots to the blade edge or as bores, and which in one Guide the cavity inside the guide vane.
- the cavities of all guide vanes are connected to an annular channel that connects itself to the capacitor the steam turbine plant is connected. The cavity becomes from the capacitor inside the guide vane with a comparatively low vacuum acted upon. With the help of this vacuum, the surface of the Guide vane condensed water is sucked into the openings and gets from there further into the capacitor.
- DE-A1-2 038 047 also discloses these openings for water extraction covered with porous, liquid-permeable material.
- the porous material With the help of a comparatively large pressure drop, the porous material becomes permanent partially vacuumed to create enough open pores in which then the water wetting the blade surface with the help of the capillary action is drawn in. With the help of the pressure gradient, the water is then aspirated from the pores into the blade cavity.
- the porous Covering a certain portion of the steam flowing around the blade also suctioned off, which results in a reduction in the performance of the turbine.
- To maintain the comparatively large pressure drop for the Water extraction uses a comparatively large amount of energy.
- a guide vane of the type mentioned is known from DE-A1-195 04 631.
- This vane is characterized by the porous cover and the liquid-filled Capillaries to withstand negative pressure Wall formed. This wall is only where it is wetted with the fluid for the fluid permeable.
- the porous cover has a pore size that the fluid to be extracted and the vacuum are adjusted.
- the openings for the fluid suction have a comparatively small effective cross section on.
- Between the vacuum cavity and the steam-exposed turbine interior is always a sealed wall during operation present that is made up of the porous material of the cover and that in all Capillaries this cover builds up fluid contained. This dense wall holds continuously the pressure drop between the turbine interior called the barrier pressure and the inner cavity pressurized.
- the openings for the covers are in the blade in the area of the rear edge as a single or multi-part groove running parallel to the blade edge educated.
- the porous cover is flat with the guide vane or partial soldering, by welding, by gluing and / or connected by mechanical caulking. All of these known Fastening methods make it difficult to replace the cover in the If necessary.
- the invention is based on the object, a guide vane at the beginning to provide the type mentioned with detachable means for fluid suction.
- the fastener is a spring-loaded Quick release is essentially made up of one in the blade cavity protruding sleeve and an axially displaceable inside the sleeve Thorn that penetrates the bottom of the can and at its end with a cap resting on the inner wall of the blade is provided.
- An extremely flat element can be designed to measure as close as possible to the trailing edge of the blade to be drained can.
- the cap has four on its cylindrical outer circumference Flattened is provided. There are two opposing flats chosen so that the cap against insertion when inserted into the blade cavity Spring force penetrates the opening. Then the cap is turned over by means of the mandrel Rotated 90 ° and with two further flats opposite each other from the spring force to the inner walls of the opening that delimit the opening Shovel pressed.
- the cover can be installed and removed with it in the simplest way.
- the spring means are formed from a package of disc springs, with the corresponding spring selection the contact or prestressing forces on the existing conditions are adjusted.
- Fig. 1 shows a schematic diagram of a guide vane 1 of a steam turbine
- the Blade 2 is welded together from two preformed sheets and which is connected to the foot 5 by means of a welded connection.
- the surface of the airfoil 2 is a plurality of mutually overlapping openings 3 milled in the form of longitudinal grooves. These extend parallel to downstream blade edge 4. These grooves 3 do not have to run over the entire length of the guide vane 1, but are only there provided where liquid is to be aspirated. Usually you will Load the suction device on the radially outer third of the bucket.
- a cavity 6 is provided, which is in the inner cavity 18 of the airfoil 2 extends. In this cavity 18th the grooves 3 open.
- the cavities 6 and 18 are with the, not shown, pressurized condenser of the steam turbine system connected and are therefore under negative pressure. With 8 is the outflow direction of the water to be withdrawn from the cavity 6 into the condenser.
- each groove 3 is provided with a porous cover 7, which closes against the surface of the airfoil 2.
- the porous Cover 7 in the form of a strip of a highly porous sintered material Chromium-nickel base lies on a shoulder 9 of the groove flank (Fig. 3).
- the differential pressure the porous cover 7 is usually in the range of 10 up to 50 mbar, preferably at about 20 mbar.
- a section through a single, simplified representation is shown schematically Capillary 11 of a porous cover 7 completely saturated with a fluid.
- the capillary 11 is, like all other capillaries 11, of the porous cover 7 filled with a fluid.
- the capillaries 11 are in the porous cover 7 with one another cross-linked, so that when a fluid hits a point the porous cover 7 immediately all of the capillaries 11 with this fluid fills.
- the fluid is usually distilled water. Because of the Surface tension of the water and due to the capillary action forms in the capillary 11 from a water column 12.
- the shape of the menisci 13a, 13b is determined by determines the surface tension of the water.
- the meniscus 13a is the assigned to the steam-applied side of the porous cover 7.
- the surface 14 of the porous cover 7 is also the side exposed to steam assigned while the surface 15 of this cover the capacitor side, is assigned to the side of the cover 7 which is subjected to negative pressure.
- the water column 12 remains in the normal case, it is by the pending pressure difference, the so-called barrier pressure, not from the capillary 11, or removed from the entirety of all capillaries 11.
- the porous cover 7 forms one with the water columns 12 present in all capillaries 11 pressure-tight wall that always withstands the existing barrier pressure, so that none Steam can be sucked through this wall into the condenser so that in this embodiment of the porous cover 7 no loss of efficiency Steam turbine occurs due to steam loss.
- a strand 16 flows from the surface 14 Guide vane 1 condensed water.
- the upper meniscus 13a of the water column 12 is destroyed.
- the capillary action and the surface tension of the lower meniscus 13b is now sufficient no longer out to keep the water column 12 stationary, the water from the Strand 16 penetrates capillary 11 and lower meniscus 13b merges in a bulge 17.
- the bulge 17 takes because of the Capillary 11 after flowing water to a drop shape, as in Fig. 4b shown.
- the drop of water thus created then drips off and is removed by the Vacuum conveyed into the condenser.
- Fig. 5 is held by the fluid-soaked porous cover 7 Barrier pressure depending on the grain size for the manufacture of the porous cover 7 material used, and thus indirectly from the size of capillaries 11.
- On the ordinate of this diagram is the Barrier pressure in bar and on the abscissa is the average grain size for the Production of the porous cover 7 material used in microns.
- the menisci 13a, 13b thus also have a larger one due to the barrier pressure acted area. If the capillary 11 is not due to the barrier pressure may be emptied, the barrier pressure must be reduced accordingly.
- the water strikes the porous cover 7 in the form of a single strand 16 and wets an area of approximately 50 mm 2 lying on the surface 14.
- the water is distributed in the capillary system of the porous cover 7 and emerges on the entire surface 15 of the cover 7 which is subjected to negative pressure, in this case this is approximately 1000 mm 2 , which are available for dripping off the water which has passed through. Only in this way is it at all possible to discharge such comparatively large amounts of water through the porous cover 7. It is clearly shown that the porous covers 7 designed in this way allow the amounts of condensed water which occur in today's steam turbines on the guide vanes 1 to be discharged properly.
- the cover 7 provided with the capillaries lies on a shoulder 9 of the groove 3 arranged in the blade wall 2. On your it is flush with the outside of the channel through which the air flows Outside wall of the shovel. In the area of the fastener 20, it is with a preferably cylindrical through bore 32, which in turn has a recess 22.
- the mechanical fastening element 20 is a spring-loaded quick-release fastener educated. Stainless steel is preferably used as the material. It consists on the one hand of a sleeve 21, which has a in the recess 22 inserted ring flange 23 the cover in the blade opening 3 fixed. With its cylindrical part 24, the sleeve protrudes into the blade cavity 18 in. On the other hand, there is an axially displaceable mandrel 25 in the interior of the sleeve provided which is equipped with spring means 26. This is a package of stacked disc springs between the mandrel base 33 and the bottom 27 of the sleeve are guided.
- the thorn penetrates this floor 27 of the can and is at its end with one on the inner wall of the shovel overlying cap 28 provided.
- the cap is preferably with the mandrel welded. When assembled, it is with the inner walls of your Hollow part guided on the cylindrical outer wall of the sleeve and can slide along.
- the cap 28 is on its cylindrical outer circumference with four flats Mistake. Two flats 29 lying opposite one another (FIG. 7) extend over the entire height of the cap and are chosen in their dimensions so that the cap penetrates the groove 3 when it is inserted into the blade cavity.
- the mandrel is removed using a tool raised against the spring force.
- the mandrel base has a slot 31 For example, to accommodate a screwdriver.
- the cap By rotating the mandrel through 90 °, the cap is now placed on the support brought the inner walls of the blade delimiting the opening 3.
- these overlays are the two other flats lying opposite each other 30 provided, which are only attached to the lower part of the cap. she are dimensioned in such a way that when the mandrel is relieved, the cap follows the spring force is lowered to the edges of the groove and there with little lateral Game sits.
- the guide vane can of course be used just as well be solid and made of GGG40, for example be poured.
- a groove-shaped can then be formed in the surface of the airfoil Be poured or milled opening 3.
- the required paragraph 9 is milled or eroded using a copy milling machine. During the milling process care is taken at the same time that casting residues that have the groove cross section unacceptably reduce.
- the base of the guide vane will in turn have a cavity 6 in which the porous Cover 7 provided groove opens.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitschaufel für Dampfturbinen mit einem durch einen Unterdruck beaufschlagten Hohlraum im Schaufelinnern, mit mindestens einer mit einer porösen, Kapillaren aufweisenden Abdeckung versehenen Öffnung für eine Fluidabsaugung von der Schaufeloberfläche, vorzugsweise im Bereich der Schaufelhinterkante, wobei die Öffnung in den Hohlraum mündet und wobei die Abdeckung so dimensioniert ist, dass sämtliche Kapillaren während des Betriebes mit dem abzusaugenden Fluid gefüllt sind.The invention relates to a guide vane for steam turbines with a by a vacuum in the interior of the blade, with at least a cover provided with a porous capillary Opening for a fluid suction from the blade surface, preferably in the Area of the blade trailing edge, the opening opening into the cavity and the cover is dimensioned so that all capillaries during of the company are filled with the fluid to be extracted.
Allgemein bekannt sind Leitschaufeln im Niederdruckteil von Dampfturbinen, die mit einer Wasserabsaugung versehen sind. Leitschaufeln dieser Art weisen beispielsweise im Bereich ihrer Hinterkante Öffnungen auf, die als Schlitze parallel zur Schaufelkante oder als Bohrungen ausgebildet sind, und die in einen Hohlraum im Innern der Leitschaufel führen. Die Hohlräume aller Leitschaufeln sind mit einem ringförmigen Kanal verbunden, der selbst mit dem Kondensator der Dampfturbinenanlage verbunden ist. Vom Kondensator her wird der Hohlraum im Innern der Leitschaufel mit einem vergleichsweise geringen Unterdruck beaufschlagt. Mit Hilfe dieses Unterdrucks wird an der Oberfläche der Leitschaufel kondensiertes Wasser in die Öffnungen gesaugt und gelangt von dort weiter in den Kondensator. Ohne diese Absaugung würden sich auf der Leitschaufel Wassertropfen ausbilden, die sich von der stromabwärts gelegenen Schaufelkante ablösen und auf die mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Laufschaufeln der Dampfturbine auftreffen würden. Dieses Auftreffen der Wassertropfen kann an den Laufschaufeln eine erhebliche Erosion verursachen. Durch die Wasserabsaugung kann diese Erosionsquelle beseitigt werden.Guide vanes in the low-pressure section of steam turbines are generally known are equipped with water suction. Show guide vanes of this type for example, in the area of their rear edge openings that are parallel as slots to the blade edge or as bores, and which in one Guide the cavity inside the guide vane. The cavities of all guide vanes are connected to an annular channel that connects itself to the capacitor the steam turbine plant is connected. The cavity becomes from the capacitor inside the guide vane with a comparatively low vacuum acted upon. With the help of this vacuum, the surface of the Guide vane condensed water is sucked into the openings and gets from there further into the capacitor. Without this suction would be on the Vane form water droplets that extend from the downstream Remove the blade edge and onto the rotating blades rotating at high speed the steam turbine would hit. This impact of the drops of water can cause significant erosion on the blades. By the water suction can eliminate this source of erosion.
Durch diese Öffnungen, die einen vergleichsweise grossen Querschnitt aufweisen, wird in der Regel zusammen mit dem Wasser auch Dampf abgesaugt, was eine Reduktion des Wirkungsgrades der Dampfturbine mit sich bringt. Ferner stören die Kanten dieser Öffnungen die Dampfströmung entlang der Leitschaufeln.Through these openings, which have a comparatively large cross section, usually steam is also sucked off together with the water, which entails a reduction in the efficiency of the steam turbine. Further the edges of these openings disrupt the flow of steam along the Guide vanes.
Aus der DE-A1-2 038 047 ist zudem bekannt, diese Öffnungen für die Wasserabsaugung mit porösem, flüssigkeitsdurchlässigem Material abzudecken. Mit Hilfe eines vergleichsweise grossen Druckgefälles wird das poröse Material dauernd teilweise leergesaugt, um genügend offene Poren zu schaffen, in welche dann das die Schaufeloberfläche benetzende Wasser mit Hilfe der Kapillarwirkung hineingezogen wird. Mit Hilfe des Druckgefälles wird dann das Wasser aus den Poren in den Schaufelhohlraum abgesaugt. Bei dieser Art der Ausnutzung des vergleichsweise grossen Druckgefälles wird trotz der porösen Abdeckung ein gewisser Anteil des um die Schaufel strömenden Dampfes ebenfalls mit abgesaugt, was eine Leistungsreduktion der Turbine zur Folge hat. Für die Aufrechterhaltung des vergleichsweise grossen Druckgefälles für die Wasserabsaugung wird eine vergleichsweise grosse Energiemenge verbraucht. DE-A1-2 038 047 also discloses these openings for water extraction covered with porous, liquid-permeable material. With With the help of a comparatively large pressure drop, the porous material becomes permanent partially vacuumed to create enough open pores in which then the water wetting the blade surface with the help of the capillary action is drawn in. With the help of the pressure gradient, the water is then aspirated from the pores into the blade cavity. With this type of exploitation of the comparatively large pressure drop despite the porous Covering a certain portion of the steam flowing around the blade also suctioned off, which results in a reduction in the performance of the turbine. To maintain the comparatively large pressure drop for the Water extraction uses a comparatively large amount of energy.
Eine Leitschaufel der eingangs genannten Art ist bekannt aus der DE-A1-195 04 631. Bei dieser Leitschaufel wird durch die poröse Abdeckung und die flüssigkeitsgefüllten Kapillaren eine der Unterdruckbeaufschlagung standhaltende Wand gebildet. Diese Wand ist nur dort, wo sie mit dem Fluid benetzt wird, für das Fluid durchlässig. Die poröse Abdeckung weist eine Porengrösse auf, die auf das abzusaugende Fluid und den Unterdruck abgestimmt ist. Die Öffnungen für die Fluidabsaugung weisen einen vergleichsweise kleinen wirksamen Querschnitt auf. Zwischen dem unterdruckbeaufschlagten inneren Hohlraum und dem dampfbeaufschlagten Turbineninneren ist im Betrieb stets eine dichte Wand vorhanden, die sich aus dem porösen Material der Abdeckung und dem in allen Kapillaren dieser Abdeckung enthaltenen Fluid aufbaut. Diese dichte Wand hält dauernd dem als Sperrdruck bezeichneten Druckgefälle zwischen dem Turbineninneren und dem mit Unterdruck beaufschlagten inneren Hohlraum stand. Das die Oberfläche der Leitschaufel benetzende Wasser tritt zwar durch diese Wand hindurch, Dampf kann dabei jedoch nicht mitgerissen werden, da für ihn die Wand massiv und undurchdringlich ist. Der Wirkungsgrad der Dampfturbine wird durch die Wasserabsaugung an den Leitschaufeln nicht nennenswert reduziert, ihre Verfügbarkeit wird jedoch wesentlich erhöht, da durch Wassertropfen bedingte Erosionserscheinungen nun nicht mehr auftreten.A guide vane of the type mentioned is known from DE-A1-195 04 631. This vane is characterized by the porous cover and the liquid-filled Capillaries to withstand negative pressure Wall formed. This wall is only where it is wetted with the fluid for the fluid permeable. The porous cover has a pore size that the fluid to be extracted and the vacuum are adjusted. The openings for the fluid suction have a comparatively small effective cross section on. Between the vacuum cavity and the steam-exposed turbine interior is always a sealed wall during operation present that is made up of the porous material of the cover and that in all Capillaries this cover builds up fluid contained. This dense wall holds continuously the pressure drop between the turbine interior called the barrier pressure and the inner cavity pressurized. The water wetting the surface of the guide vane passes through this wall through, but steam can not be carried away, because for him the Wall is solid and impenetrable. The efficiency of the steam turbine will not significantly reduced by the water suction on the guide vanes, However, their availability is significantly increased because of water drops conditional erosion no longer occur.
Die Öffnungen für die Abdeckungen sind in der Schaufel im Bereich der Hinterkante als parallel zur Schaufelkante verlaufende ein- oder mehrteilige Nut ausgebildet. Die poröse Abdeckung ist mit der Leitschaufel durch ein flächiges oder stellenweises Verlöten, durch eine Verschweissung, durch ein Verkleben und/oder durch ein mechanisches Verstemmen verbunden. Alle diese bekannten Befestigungsmethoden erschweren die Auswechselbarkeit der Abdeckung im Bedarfsfall. The openings for the covers are in the blade in the area of the rear edge as a single or multi-part groove running parallel to the blade edge educated. The porous cover is flat with the guide vane or partial soldering, by welding, by gluing and / or connected by mechanical caulking. All of these known Fastening methods make it difficult to replace the cover in the If necessary.
Dir Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitschaufel der eingangs genannten Art mit lösbaren Mitteln zur Fluidabsaugung zu versehen.The invention is based on the object, a guide vane at the beginning to provide the type mentioned with detachable means for fluid suction.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die poröse Abdeckung mit einem mechanischen Befestigungselement in der Leitschaufel verankert ist.According to the invention this is achieved in that the porous cover a mechanical fastener is anchored in the guide vane.
Es ist zweckmässig, wenn das Befestigungselement ein federbelasteter Schnellverschluss ist, im wesentlichen bestehend aus einer in den Schaufelhohlraum hineinragenden Büchse und einem im Innern der Büchse axial verschiebbaren Dorn, der den Boden der Büchse durchdringt und an seinem Ende mit einer auf der Innenwand der Schaufel aufliegenden Kappe versehen ist. Mit dieser Massnahme kann ein extrem flaches Element konzipiert werden, welches möglichst nahe an der zu entwässernden Schaufelhinterkante angebracht werden kann.It is useful if the fastener is a spring-loaded Quick release is essentially made up of one in the blade cavity protruding sleeve and an axially displaceable inside the sleeve Thorn that penetrates the bottom of the can and at its end with a cap resting on the inner wall of the blade is provided. With this An extremely flat element can be designed to measure as close as possible to the trailing edge of the blade to be drained can.
Es ist sinnvoll, wenn die Kappe an ihrem zylindrischen Aussenumfang mit vier Abflachungen versehen ist. Zwei einander gegenüberliegende Abflachungen sind so gewählt, dass die Kappe beim Einführen in den Schaufelhohlraum gegen die Federkraft die Öffnung durchdringt. Danach wird mittels des Dorns die Kappe um 90° gedreht und mit zwei weiteren einander gegenüberliegenden Abflachungen von der Federkraft auf die die Öffnung begrenzenden Innenwandungen der Schaufel angepresst. Das Montieren und Demontieren der Abdeckung kann damit auf einfachste Art erfolgen.It makes sense if the cap has four on its cylindrical outer circumference Flattened is provided. There are two opposing flats chosen so that the cap against insertion when inserted into the blade cavity Spring force penetrates the opening. Then the cap is turned over by means of the mandrel Rotated 90 ° and with two further flats opposite each other from the spring force to the inner walls of the opening that delimit the opening Shovel pressed. The cover can be installed and removed with it in the simplest way.
Wenn die Federmittel aus einem Paket von Tellerfedern gebildet sind, können mit der entsprechenden Federwahl die Anpress- bzw. Vorspannkräfte an die vorhandenen Bedingungen angepasst werden. If the spring means are formed from a package of disc springs, with the corresponding spring selection the contact or prestressing forces on the existing conditions are adjusted.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine mit drei gestaffelten Abdeckungen versehene Leitschaufel;
- Fig. 2
- einen Teilschnitt durch die Leitschaufel nach Linie II-II in Fig. 1;
- Fig. 3
- das Detail III aus Fig. 2;
- Fig. 4
- einen Schnitt durch eine Kapillare einer mit einem Fluid getränkten porösen Abdeckung;
- Fig. 4a und 4b
- das Durchtreten des Fluids durch die poröse Abdeckung;
- Fig. 5
- den durch die fluidgetränkte poröse Abdeckung gehaltenen Sperrdruck in Abhängigkeit von der Korngrösse des für die Herstellung der porösen Abdeckung verwendeten Materials;
- Fig. 6
- die Menge des durch die poröse Abdeckung durchtretenden Fluids in Abhängigkeit von der Korngrösse des für die Herstellung der porösen Abdeckung verwendeten Materials und vom auf die Abdeckung einwirkenden Druck;
- Fig. 7
- ein vorgefertigtes, einbaufertiges Befestigungselement.
Show it:
- Fig. 1
- a vane provided with three staggered covers;
- Fig. 2
- a partial section through the guide vane along line II-II in Fig. 1;
- Fig. 3
- the detail III from Fig. 2;
- Fig. 4
- a section through a capillary of a porous cover soaked with a fluid;
- 4a and 4b
- the passage of the fluid through the porous cover;
- Fig. 5
- the barrier pressure held by the fluid-soaked porous cover depending on the grain size of the material used to manufacture the porous cover;
- Fig. 6
- the amount of fluid passing through the porous cover depending on the grain size of the material used to manufacture the porous cover and the pressure acting on the cover;
- Fig. 7
- a prefabricated, ready-to-install fastener.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Leitschaufel 1 einer Dampfturbine, deren
Schaufelblatt 2 aus zwei vorgeformten Blechen zusammengeschweisst ist und
welches mittels einer Schweissverbindung mit dem Fuss 5 verbunden ist. In die
Oberfläche des Schaufelblatts 2 sind mehrere, einander überlappende Öffnungen
3 in Form von Längsnuten eingefräst. Diese erstrecken sich parallel zur
stromabwärts gelegenen Schaufelhinterkante 4. Diese Nuten 3 müssen nicht
über die gesamte Länge der Leitschaufel 1 verlaufen, sondern werden nur dort
vorgesehen, wo Flüssigkeit abgesaugt werden soll. In der Regel wird man das
radial äussere Drittel der Schaufel mit der Absaugvorrichtung bestücken.Fig. 1 shows a schematic diagram of a
Im Fuss 5 der Leitschaufel 1 ist ein Hohlraum 6 vorgesehen, der sich in den
inneren Hohlraum 18 des Schaufelblatts 2 erstreckt. In diesen Hohlraum 18
münden die Nuten 3 ein. Die Hohlräume 6 und 18 sind mit dem nicht dargestellten,
unter Unterdruck stehenden Kondensator der Dampfturbinenanlage verbunden
und stehen somit selbst unter Unterdruck. Mit 8 ist die Abströmungsrichtung
des aus dem Hohlraum 6 in den Kondensator abzuziehenden Wassers bezeichnet.In the
Zum Wasserabsaugen ist jede Nut 3 mit einer porösen Abdeckung 7 versehen,
die sie gegen die Oberfläche des Schaufelblatts 2 abschliesst. Die poröse
Abdeckung 7 in Form eines Streifens eines hochporösen Sinterwerkstoffs auf
Chrom-Nickel-Basis liegt auf einem Absatz 9 der Nutflanke auf (Fig. 3). Der Differenzdruck
an der porösen Abdeckung 7 liegt üblicherweise im Bereich von 10
bis 50 mbar, vorzugsweise bei ca. 20 mbar.For water extraction, each
In einer Versuchsanordnung wurde der Nachweis erbracht, dass das Absaugen
von in dünnen Strähnen über das Schaufelblatt 2 fliessenden Wasser in den
angestrebten Mengen möglich ist. Deutlich war vor allem erkennbar, dass das
Wasser sofort in die Kapillaren der porösen Abdeckung 7 hineingezogen wurde.
Der Differenzdruck von 20 mbar reicht hier aus, um das Wasser durch die poröse
Abdeckung 7 hindurch in die Nut 3 zu befördern.In an experimental set-up, evidence was provided that the suction
of water flowing in thin strands over the
Zur Erläuterung der Wirkungsweise seien die Fig. 4, 4a und 4b näher betrachtet.
Gezeigt ist schematisch ein Schnitt durch eine einzelne, vereinfacht dargestellte
Kapillare 11 einer vollständig mit einem Fluid getränkten porösen Abdeckung 7.
Die Kapillare 11 ist, wie alle übrigen Kapillaren 11 der porösen Abdeckung 7 mit
einem Fluid gefüllt. Die Kapillaren 11 sind in der porösen Abdeckung 7 miteinander
vernetzt, sodass sich beim Auftreffen eines Fluids an einer Stelle der
porösen Abdeckung 7 sofort die Gesamtheit aller Kapillaren 11 mit diesem Fluid
füllt. Bei Dampfturbinen ist das Fluid in der Regel destilliertes Wasser. Wegen der
Oberflächenspannung des Wassers und wegen der Kapillarwirkung bildet sich in
der Kapillare 11 eine Wassersäule 12 aus. An beiden, der jeweiligen Oberfläche
der porösen Abdeckung 7 zugewandten Seiten der Wassersäule 12 bildet sich
jeweils ein Meniskus 13a, 13b aus. Die Form der Menisken 13a, 13b wird durch
die Oberflächenspannung des Wassers bestimmt. Der Meniskus 13a ist der
dampfbeaufschlagten Seite der porösen Abdeckung 7 zugeordnet. Die Oberfläche
14 der porösen Abdeckung 7 ist ebenfalls der dampfbeaufschlagten Seite
zugeordnet, während die Oberfläche 15 dieser Abdeckung der Kondensatorseite,
also der mit Unterdruck beaufschlagten Seite der Abdeckung 7 zugeordnet ist.4, 4a and 4b are considered in more detail to explain the mode of operation.
A section through a single, simplified representation is shown schematically
Die Wassersäule 12 bleibt im Normalfall dauernd bestehen, sie wird durch die
anstehende Druckdifferenz, den sogenannten Sperrdruck, nicht aus der Kapillare
11, bzw. aus der Gesamtheit aller Kapillaren 11 entfernt. Die poröse Abdeckung
7 bildet mit dem in allen Kapillaren 11 vorhandenen Wassersäulen 12 eine
druckdichte Wand, die dem anstehenden Sperrdruck stets standhält, sodass kein
Dampf durch diese Wand in den Kondensator abgesaugt werden kann, sodass
bei dieser Ausführung der porösen Abdeckung 7 kein Wirkungsgradverlust der
Dampfturbine infolge von Dampfverlusten auftritt.The
Gemäss Fig. 4a fliesst über die Oberfläche 14 eine Strähne 16 von an der
Leitschaufel 1 kondensiertem Wasser. Sobald diese Strähne 16 eine Kapillare 11
erreicht, wird der obere Meniskus 13a der Wassersäule 12 zerstört. Die Kapillarwirkung
und die Oberflächenspannung des unteren Meniskus 13b reichen nun
nicht mehr aus, die Wassersäule 12 stationär zu halten, das Wasser aus der
Strähne 16 dringt in die Kapillare 11 ein und der untere Meniskus 13b geht über
in eine Ausbauchung 17. Die Ausbauchung 17 nimmt wegen des durch die
Kapillare 11 nachströmenden Wassers eine Tropfenform an, wie in Fig. 4b
dargestellt. Der so entstehende Wassertropfen tropft dann ab und wird durch den
Unterdruck in den Kondensator befördert. Dieses Abtropfen erfolgt solange bis
das gesamte Wasser der Strähne 16 in diese und die benachbarten Kapillaren
11 abgeströmt ist. Nach dem Abfliessen und Abtropfen des letzten Wasserrests
bleiben die mit der Wassersäule 12 gefüllten Kapillaren 11 zurück und dichten die
poröse Abdeckung 7 wieder gegen den Sperrdruck ab und vermeiden so einen
unerwünschten Dampfdurchtritt. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, dass
die gesamte der mit Unterdruck beaufschlagten Seite der Abdeckung 7 zugeordnete
Oberfläche 15 für das Abtropfen zur Verfügung steht, da sich das Wasser
durch die miteinander vernetzten Kapillaren so verteilt, das es an der gesamten
Oberfläche 15 austritt. Diese Anordnung ist für den Durchtritt von vergleichsweise
grossen Wassermengen gut geeignet.According to FIG. 4a, a
In der Fig. 5 ist der durch die fluidgetränkte poröse Abdeckung 7 gehaltene
Sperrdruck in Abhängigkeit von der Korngrösse des für die Herstellung der
porösen Abdeckung 7 verwendeten Materials, und damit indirekt von der Grösse
der Kapillaren 11, dargestellt. Auf der Ordinate dieses Diagramms ist der
Sperrdruck in bar und auf der Abszisse ist die mittlere Korngrösse des für die
Herstellung der porösen Abdeckung 7 verwendeten Materials in µm aufgetragen.
Mit einer gröberen Körnung der verwendeten Materialpartikel ergeben sich beim
Sintern zwangsläufig grössere Durchmesser der Kapillaren 11. Die Menisken
13a,13b weisen damit ebenfalls eine grössere, durch den Sperrdruck
beaufschlagte Fläche auf. Wenn die Kapillare 11 durch den Sperrdruck nicht
geleert werden darf, so muss der Sperrdruck entsprechend reduziert werden.In Fig. 5 is held by the fluid-soaked
In der Fig. 6 ist die Menge des durch die poröse Abdeckung 7 durchtretenden
Wassers in Abhängigkeit von der Korngrösse des für die Herstellung der porösen
Abdeckung verwendeten Materials dargestellt. Als weiterer Parameter ist der auf
die Abdeckung 7 einwirkende Sperrdruck in dem Diagramm angegeben. Auf der
Ordinate dieses Diagramms ist die pro Stunde durch eine poröse Abdeckung 7
mit einer wirksamen Fläche von 10 cm2 durchtretende Wassermenge und auf
der Abszisse ist die mittlere Korngrösse des für die Herstellung der porösen
Abdeckung 7 verwendeten Materials in µm aufgetragen. Aus diesem Diagramm
ist eindeutig zu erkennen, dass sich mit einer gröberen Körnung der verwendeten
Materialpartikel beim Sintern zwangsläufig grössere Durchmesser der Kapillaren
11 und, in Verbindung damit, auch grössere Mengen des durchtretenden
Wassers ergeben. Das Wasser trifft bei dem zugrundeliegenden Modellversuch
in Form einer einzelnen Strähne 16 auf die poröse Abdeckung 7 und benetzt eine
an der Oberfläche 14 liegende Fläche von etwa 50 mm2. Das Wasser verteilt
sich in dem Kapillarensystem der porösen Abdeckung 7 und tritt auf der gesamten
mit Unterdruck beaufschlagten Oberfläche 15 der Abdeckung 7 aus, in diesem
Fall sind dies etwa 1000 mm2, die für das Abtropfen des durchtretenden
Wassers zur Verfügung stehen. Nur auf diese Art ist es überhaupt möglich, derartige,
vergleichsweise grosse Wassermengen durch die poröse Abdeckung 7
hindurch abzuführen. Es zeigt sich eindeutig, dass mit derartig ausgebildeten
porösen Abdeckungen 7 die bei heutigen Dampfturbinen an den Leitschaufeln 1
vorkommenden Mengen des kondensierten Wassers einwandfrei abgeführt werden
können.6 shows the amount of water passing through the
Die auf dem Absatz 9 aufgelegte Abdeckung muss auf geignete Art mit der
Leitschaufel fixiert werden. Gemäss der Erfindung ist diese Verbindung nunmehr
lösbar ausgeführt. In Fig. 2 ist in einem Teilschnitt die örtliche Lage eines Befestigungselementes
20 im Bereich der Schaufelhinterkante 4 dargestellt. In den
Fig. 3 und 7 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante des Befestigungselementes
vergrössert dargestellt.The cover laid on
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, liegt die mit den Kapillaren versehene Abdeckung 7
auf einem in der Schaufelwand 2 angeordneten Absatz 9 der Nut 3 auf. Auf ihrer
gegen den durchströmten Kanal gerichteten Aussenseite ist sie bündig mit der
Aussenwand der Schaufel. Im Bereich des Befestigungselementes 20 ist sie mit
einer vorzugsweise zylindrischen Durchgangsbohrung 32 versehen, die ihrerseits
eine Aussparung 22 aufweist.As can be seen from FIG. 3, the
Das mechanische Befestigungselement 20 ist als federbelasteter Schnellverschluss
ausgebildet. Als Material wird vorzugsweise rostfreier Stahl verwendet.
Es besteht zum einen aus einer Büchse 21, welche über einen in der Aussparung
22 einliegenden Ringflansch 23 die Abdeckung in der Schaufelöffnung 3
fixiert. Mit ihrem zylindrischen Teil 24 ragt die Büchse in den Schaufelhohlraum
18 hinein. Zum andern ist im Innern der Büchse ein axial verschiebbarer Dorn 25
vorgesehen, welcher mit Federmittel 26 bestückt ist. Hierbei handelt es sich um
ein Paket übereinandergestülpter Tellerfedern, die zwischen dem Dornboden 33
und dem Boden 27 der Büchse geführt sind. Der Dorn durchdringt diesen Boden
27 der Büchse und ist an seinem Ende mit einer auf der Innenwand der Schaufel
aufliegenden Kappe 28 versehen. Die Kappe ist vorzugsweise mit dem Dorn
verschweisst. Im montierten Zustand ist sie mit den Innenwandungen ihres
Hohlteiles an der zylindrischen Aussenwand der Büchse geführt und kann daran
entlanggleiten.The
Die Kappe 28 ist an ihrem zylindrischen Aussenumfang mit vier Abflachungen
versehen. Zwei einander gegenüberliegende Abflachungen 29 (Fig. 7) erstrecken
sich über die ganze Kappenhöhe und sind in ihren Abmessungen so gewählt,
dass die Kappe beim Einführen in den Schaufelhohlraum die Nut 3 durchdringt.
Zum vollständigen Einführen der Kappe wird der Dorn mittels eines Werkzeuges
gegen die Federkraft angehoben. Hierzu ist der Dornboden mit einem Schlitz 31
zur Aufnahme beispielsweise eines Schraubenziehers versehen.The
Mittels einer Drehung des Dorns um 90° wird die Kappe nunmehr zur Auflage auf
die die Öffnung 3 begrenzenden Innenwandungen der Schaufel gebracht. Für
diese Auflage sind die zwei weiteren einander gegenüberliegenden Abflachungen
30 vorgesehen, die lediglich am unteren Teil der Kappe angebracht sind. Sie
sind so dimensioniert, dass sich beim Entlasten des Dornes die Kappe infolge
der Federkraft auf die Ränder der Nut absenkt und darin mit geringem seitlichen
Spiel einsitzt.By rotating the mandrel through 90 °, the cap is now placed on the support
brought the inner walls of the blade delimiting the
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.Of course, the invention is not limited to that shown and described Embodiment limited.
Wird zum Beispiel an bestimmten Stellen der Leitschaufel 1 mit besonders
grossen Mengen Kondenswasser gerechnet, so können dort statt der gezeigten
schmalen Streifen auch grossflächige poröse Abdeckungen 7 vorgesehen werden
und die Nuten 3 können durch entsprechend den weitergehenden Anforderungen
geformte Öffnungen ganz oder teilweise ersetzt werden. Je nach
Länge der Abdeckungen können auch mehr als die in Fig. 1 gezeigten zwei
Befestigungselemente pro Abdeckung vorgesehen werden.For example, at certain points on the
In Abweichung zur gezeigten Hohlschaufel kann die Leitschaufel selbstverständlich
genau so gut massiv ausgeführt sein und beispielsweise aus GGG40
gegossen sein. In die Oberfläche des Schaufelblatts kann dann eine nutenförmige
Öffnung 3 eingegossen oder eingefräst sein. Der erforderliche Absatz 9
wird mit einer Kopierfräsmaschine eingefräst oder erodiert. Beim Fräsvorgang
wird gleichzeitig darauf geachtet, dass auch Giessrückstände, die den Nutquerschnitt
unzulässig reduzieren könnten, entfernt werden. Der Fuss der Leitschaufel
wird wiederum einen Hohlraum 6 aufweisen, in den die mit der porösen
Abdeckung 7 versehene Nut einmündet.In deviation from the hollow vane shown, the guide vane can of course be used
just as well be solid and made of GGG40, for example
be poured. A groove-shaped can then be formed in the surface of the airfoil
Be poured or milled
Als lösbares mechanisches Befestigungselement ist ebenfalls eine einfache, Schraubverbindung denkbar, wobei in die Schaufelwand geschraubte Senkkopf- oder Sechskantschrauben zur Anwendung gelangen können. Hierbei können die Sechskantschrauben entweder je über eine Unterlagscheibe oder über ein sich über die Länge des Filters erstreckendes Unterlagblech die Abdeckung niederhalten. Im Fall von Senkkopfschrauben können diese mit einem Teil Ihres Umfanges direkt auf das mit entsprechender Abschrägung versehene Filter wirken. Von Nachteil ist bei diesen Lösungen, dass Gewinde in die Schaufelwände anzubringen sind. As a detachable mechanical fastening element, a simple, Screw connection conceivable, whereby countersunk head screws screwed into the blade wall or hexagon bolts can be used. Here, the Hexagon screws either over a washer or over a Hold the cover down over the length of the filter. In the case of countersunk screws, these can be part of your circumference act directly on the filter with the appropriate bevel. The disadvantage of these solutions is that threads in the blade walls are to be attached.
- 11
- Leitschaufelvane
- 22nd
- SchaufelblattAirfoil
- 33rd
- Öffnung, NutOpening, groove
- 44th
- SchaufelkanteBucket edge
- 55
- FussFoot
- 66
- Hohlraum in 5Cavity in 5
- 77
- poröse Abdeckungporous cover
- 88th
- Pfeilarrow
- 99
- Absatzparagraph
- 1010th
- Vertiefungdeepening
- 1111
- Kapillarecapillary
- 1212th
- WassersäuleWater column
- 13a,b13a, b
- Meniskusmeniscus
- 14,1514.15
- Oberflächesurface
- 1616
- SträhneStreak
- 1717th
- AusbauchungBulge
- 1818th
- Hohlraum in 2Cavity in 2nd
- 2020th
- BefestigungselementFastener
- 2121
- Büchserifle
- 2222
- AussparungRecess
- 2323
- Ringflansch von 21Ring flange from 21
- 2424th
- zylindrischer Teil von 21cylindrical part of 21
- 2525th
- Dornmandrel
- 2626
- FedermittelSpring means
- 2727
- Boden von 21Floor of 21
- 2828
- Kappecap
- 2929
- AbflachungFlattening
- 3030th
- AbflachungFlattening
- 3131
- Schlitz in 25Slot in 25th
- 3232
- zylindrische Bohrung in 7cylindrical bore in 7
- 3333
- DornbodenDornboden
Claims (4)
dadurch gekennzeichnet,
dass die poröse Abdeckung (7) mit einem mechanischen Befestigungselement (20) in der Leitschaufel verankert ist.Guide blade (1) for steam turbines with a cavity (18) in the blade interior which is acted upon by a vacuum, with at least one opening (3) provided with a porous capillary (11) having a capillary (11) for fluid suction from the blade surface, preferably in the region the trailing edge of the blade (4), the opening opening into the cavity and the cover being dimensioned such that all the capillaries are filled with the fluid to be extracted during operation,
characterized,
that the porous cover (7) is anchored in the guide vane with a mechanical fastening element (20).
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