WO2001081731A1 - Dampfturbine mit einem einem rotor und/oder einem stator zugeordneten schaufelträger - Google Patents

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WO2001081731A1
WO2001081731A1 PCT/EP2001/004444 EP0104444W WO0181731A1 WO 2001081731 A1 WO2001081731 A1 WO 2001081731A1 EP 0104444 W EP0104444 W EP 0104444W WO 0181731 A1 WO0181731 A1 WO 0181731A1
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steam turbine
steam
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Ralf Greim
Josef Amann
Peter Hirsch
Peter Leidner
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Alstom (Switzerland) Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/145—Means for influencing boundary layers or secondary circulations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine according to the preamble of claim 1.
  • the labyrinth seals essentially formed from the cover plate and sealing strips serve to reduce leakage losses.
  • the edges of the cover plate have had a constant radius over their entire length.
  • the radius of the blade carrier increases linearly or remains constant.
  • the task is to reduce the flow loss in a steam turbine of the type mentioned.
  • a front edge of the blade carrier arranged downstream of the cover plate has a rounding.
  • An imaginary extension of an outer peripheral edge of the cover plate facing the blade carrier meets the rounding in the area between the base point and the end point.
  • the wall of the cover plate is strongly formed, its outer peripheral surface can be chamfered accordingly, so that the outer peripheral edge formed thereby lies on the level of the rounding.
  • the geometry of the bevel and / or rounding is chosen depending on the structural conditions in the area of the steam passage.
  • the bevel can be shorter or longer, steeper or flatter, and the rounding can have different configurations. It is essential that a combination and a geometry is found which supports the deflection of the leakage mass flow in the direction of the main steam flow.
  • Fig. 1 shows a schematically illustrated portion of a steam turbine
  • FIG. 2 shows a detail II of FIG. 1 on a larger scale.
  • Fig. 3 is a different from the Fig. 2 training.
  • 1 indicates a rotor and 1 a stator of a steam turbine (not shown further).
  • the rotor 1 and stator 2 are assigned a plurality of blade carriers 3, 3a arranged in series. Each blade carrier receives a plurality of blades 4, 4a, through which steam flows in the direction of arrow 5. The main flow of the steam therefore runs in the direction of arrow 5.
  • the free ends of the blades are provided with cover plates 6, 6a. From the rotor 1 or from the stator 2, sealing strips 7 protrude, which together with the respective cover plate form a labyrinth seal 8.
  • an outer surface 18 of the cover plate 6 is provided with a bevel 10 rising in the flow direction 5, whereby an outer peripheral edge 9 is formed.
  • a rounding 13 of a front edge 14 of the blade carrier 3 begins at its base point 12. The rounding extends to an end point 16.
  • the combination of bevel 10 and rounding 13 makes the penetration depth of the labyrinth seal passing Leakage mass flow across the main flow of the steam is considerably reduced. The leakage mass flow rather adapts in the arrow direction 15 to the main flow direction 5 of the steam.
  • Bevel and rounding can also assume a position that is independent of the imaginary extension 11. Like the geometry, it depends on rounding and
  • FIG. 3 Another embodiment is shown in FIG. 3.
  • the wall of the cover plate 6 is made so thin that a beveling of the outer peripheral surface 18 in the sense of FIG. 2 is not necessary.
  • the outer circumferential edge 9 is, as indicated by an imaginary extension 11 a, already at the level of the rounding 13, so that the leakage mass flow between the base point 12 and the end point 16 meets the rounding 13 and is deflected in the direction of the arrow 15.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit einem einem Rotor und einem Stator zugeordneten Schaufelträger (3), einer die freien Enden der Schaufeln übergreifenden Deckplatte (6) und einer zwischen Deckplatte und Stator bzw. Rotor angeordneten Labyrinthdichtung. Zur Verhinderung von Strömungsverlusten, die durch Quereinströmung des Leckagemassenstroms in die Hauptströmungsrichtung des Dampfes entstehen, ist in Strömungsrichtung des Dampfes betrachtet eine Aussenumfangsfläche (18) der Deckplatte (6) mit einer Abschrägung (10) versehen, wodurch eine Aussenumfangskante (9) gebildet ist. Ferner weist eine Vorderkante (14) des nachfolgenden Schaufelträgers (3) eine Abrundung (13) auf. Aussenumfangskante (9) und Abrundung (13) liegen auf einer Ebene.

Description

Dampfturbine mit einem einem Rotor und/oder einem Stator zugeordneten Schaufelträ- ger
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei derartigen allgemein bekannten Dampfturbinen dienen die im wesentlichen aus Deckplatte und Dichtstreifen gebildeten Labyrinthdichtungen der Reduzierung von Leckageverlusten.
Seither weisen die Kanten der Deckplatte einen über seine ganze Länge konstanten Radius auf. Bei der der Deckplatte nachgeordneten Schaufel steigt der Radius des Schaufelträgers linear an bzw. bleibt konstant. In Folge dieser Kombination der Geometrie besitzt der Leckagemassenstrom der Labyrinthdichtung beim Wiedereintritt in die Hauptströmung des Dampfes eine große radiale Komponente und tritt nahezu senkrecht zur Hauptströmungsrichtung in den Dampfstrom ein. Die Folge ist ein erheblicher Strömuπgsverlust bei der Hauptströmung.
Es stellt sich die Aufgabe, den Strömungsverlust bei einer Dampfturbine der eingangsgenannten Art zu reduzieren.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
BESTATIGUNGSKOPIE Danach weist in Strömungsrichtung des Dampfes betrachtet eine Vorderkante des der Deckplatte nachgeordneten Schaufelträgers eine Abrundung auf. Eine dem Schaufelträger zugewandte Außenumfangskante der Deckplatte trifft in ihrer gedachten Verlängerung im Bereich zwischen Fußpunkt und Endpunkt auf die Abrundung.
Durch die Anordnung der Außenumfangskante auf der Ebene der Abrundung und das dadurch herbeigeführte zwangsläufige Auftreffen des Leckagemassenstromes auf die Abrundung wird die Radialkomponente und somit die Eindringtiefe des Leckagemassenstromes reduziert. Diese Maßnahmen tragen zu einer erheblichen Verlustminderung bei, da der Leckagemassenstrom weitgehend in der Hauptströmungsrichtung des Dampfes auf die der Deckplatte nachgeordnete Schaufel trifft.
Bei stark ausgebildeter Wandung der Deckplatte kann deren Außenumfangsfläche entsprechend abgeschrägt werden, so dass die dadurch gebildete Außenumfangskante auf die Ebene der Abrundung zu liegen kommt,
Die Geometrie von Abschrägung und/oder Abrundung ist dabei in Abhängigkeit der konstruktiven Gegebenheiten im Bereich der Dampfdurchleitung gewählt.
Abhängig von diesen konstruktiven Gegebenheiten kann die Abschrägung kürzer oder länger sein bzw. steiler oder flacher verlaufen und die Abrundung verschiedene Konfigurationen haben. Wesentlich ist, dass eine Kombination und eine Geometrie gefunden wird, die die Umlenkung des Leckagemassenstromes in Richtung Hauptdampfstrom unterstützt.
Anhand eines Ausführungsbeispieles und der schematischen Figuren 1 bis 3 wird die erfindungsgemäße Dampfturbine beschrieben.
Dabei zeigt:
Fig. 1 einen schematisch dargestellten Teilbereich einer Dampfturbine und
Fig. 2 eine Einzelheit II der Fig. 1 in einem größeren Maßstab.,
Fig. 3 eine von der Fig. 2 abweichende Ausbildung. Die Fig. 1 deutet mit 1 einen Rotor und mit 2 einen Stator einer nicht weiter dargestel- ten Dampfturbine an. Dem Rotor 1 und Stator 2 sind mehrere in Reihe angeordnete Schaufelträger 3, 3a zugeordnet. Jeder Schaufelträger nimmt eine Vielzahl von Schaufeln 4, 4a auf, die in Pfeilrichtung 5 von Dampf durchströmt werden. In Pfeilrichtung 5 verläuft demnach die Hauptströmung des Dampfes. Die freien Enden der Schaufeln sind mit Deckplatten 6, 6a versehen. Vom Rotor 1 bzw. vom Stator 2 kragen Dichtstreifen 7 aus, die zusammen mit der jeweiligen Deckplatte eine Labyrinthdichtung 8 bilden.
Wie die Fig. 2 erkennen läßt, ist eine Au ßenumfangsf lache 18 der Deckplatte 6 mit einer in Strömungsrichtung 5 ansteigenden Abschrägung 10 versehen, wodurch eine Außenumfangskante 9 gebildet wird. In Fortführung einer gedachten Verlängerung 11 der Abschrägung 10 beginnt an ihrem Fußpunkt 12 eine Abrundung 13 einer Vorderkante 14 des Schaufelträgers 3. Die Abrundung erstreckt sich bis zu einem Endpunkt 16. Durch die Kombination von Abschrägung 10 und Abrundung 13 wird die Eindringtiefe des die Labyrinthdichtung passierenden Leckagemassenstromes quer zur Hauptströmung des Dampfes erheblich reduziert. Der Leckagemassenstrom passt sich vielmehr in Pfeilrichtung 15 der Hauptstromrichtung 5 des Dampfes an. Abschrägung und Abrundung können auch eine von der gedachten Verlängerung 11 unabhängige Position zueinander einnehmen. Das hängt ebenso wie die Geometrie von Abrundung und
I.
Abschrägung von der konstruktiven Ausgestaltung der Komponenten, wie z. B. Schaufel oder Labyrinthdichtung, ab. Die Ausbildung nach Fig. 2 kommt bei in ihrer Wandung dick ausgeführten Deckplatten 6 zur Anwendung, wobei durch die Abschrägung die dadurch gebildete Außenumfangskante 9 auf der Ebene der Abrundung 13 zu liegen kommt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 3. Dabei ist die Wandung der Deckplatte 6 so dünn ausgeführt, daß eine Abschragung der Außenumfangsfläche 18 im Sinne der Fig. 2 nicht erforderlich ist. Die Außenumfangskante 9 liegt, wie durch eine gedachte Verlängerung 11 a angedeutet, bereits auf der Ebene der Abrundung 13, so dass der Leckagemassenstrom zwischen Fußpunkt 12 und Endpunkt 16 auf die Abrundung 13 trifft und eine Ablenkung in Pfeilrichtung 15 erfährt.

Claims

Patentansprüche
1. Dampfturbine mit einem einem Rotor (1) und einem Stator (2) zugeordneten Schaufelträger (3, 3a), einer die freien Enden der Schaufeln übergreifenden Deckplatte (6, 6a) und einer zwischen Deckplatte und Stator bzw. Rotor angeordneten mehrere Dichtstreifen (7) aufweisenden Labyrinthdichtung (8), dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (5) des Dampfes betrachtet, eine Vorderkante (14) des der Deckplatte (6, 6a) nach- geordneten Schaufelträgers (3, 3a) eine Abrundung (13) aufweist, und dass eine derri Schaufelträger (3, 3a) zugewandte Außenumfangskante (9) der Deckplatte (6, 6a) in ihrer gedachten Verlängerung (11 , 11a) zwischen einem Fußpunkt (12) und einem Endpunkt (16) der Abrundung (13) auf dieselbe trifft.
2. Dampfturbine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangskante (9) durch eine Abschrägung (10) einer Außenumfangs- fläche (18) der Deckplatte (6, 6a) gebildet ist.
3. Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie von Abschrägung (10) und/oder Abrundung (13) in Abhängigkeit der konstruktiven Gegebenheiten im Bereich der Dampfdurchleitung gewählt ist.
PCT/EP2001/004444 2000-04-20 2001-04-19 Dampfturbine mit einem einem rotor und/oder einem stator zugeordneten schaufelträger WO2001081731A1 (de)

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