WO2018046180A1 - Düsenring für eine dampfturbine sowie verfahren zur herstellung eines düsenrings für eine dampfturbine - Google Patents

Düsenring für eine dampfturbine sowie verfahren zur herstellung eines düsenrings für eine dampfturbine Download PDF

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ring
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base body
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Steffen Buhl
Wolfgang Stolper
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Robert Bosch Gmbh
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/128—Nozzles

Definitions

  • the invention relates to a nozzle ring for a steam turbine and to a method for producing a nozzle ring for a steam turbine.
  • Such a steam turbine is described for example in DE 10 2012 222 479 AI.
  • the steam turbine is supplied under high pressure, a vaporous working fluid, which is first introduced into a stationary Leitbeschaufelung or in a nozzle ring in the steam turbine, and then via nozzles, which are arranged along the circular circumference of the nozzle ring, a rotor blading within a circular opening of the Nozzle ring rotatable impeller or turbine wheel supplied.
  • Turbine wheel is converted into electrical energy via a generator connected to the steam turbine.
  • the nozzle ring is formed with Laval nozzles that accelerate the supplied working fluid to supersonic speed before the thus accelerated working fluid drives the turbine wheel.
  • These Laval nozzles are integrally formed with the nozzle ring by applying a relatively complex multi-axis milling process.
  • the invention provides a nozzle ring for a steam turbine with the features of claim 1, and a method for producing at least one nozzle ring having the features of claim 9.
  • a nozzle ring for a steam turbine wherein the nozzle ring has a circular opening and at least one directed to the circular opening Laval nozzle, wherein the nozzle ring is made of a substantially sheet material and the at least one Laval nozzle on the one hand by a recess in the plane of the sheet material and on the other formed with the nozzle ring in the plane connected nozzle elements.
  • Nozzle ring is made of a substantially flat material and the at least one Laval nozzle is formed on the one hand by a recess in the plane of the sheet material and on the other hand by connected to the nozzle ring in the plane nozzle elements.
  • the present invention makes it possible to provide a nozzle ring with Laval nozzles for a steam turbine which is relatively simple, quick and inexpensive to produce.
  • the present invention is particularly well suited for use with sheet materials, such as e.g. Sheets, using separating manufacturing processes, e.g. Punching, eroding, laser cutting, sawing, jet cutting, etching in a simple and fast way to edit to form nozzle rings with Laval nozzles with multiple and relatively easy to produce components in a relatively short time and thus cost-saving.
  • sheet materials such as e.g. Sheets
  • separating manufacturing processes e.g. Punching, eroding, laser cutting, sawing, jet cutting, etching in a simple and fast way to edit to form nozzle rings with Laval nozzles with multiple and relatively easy to produce components in a relatively short time and thus cost-saving.
  • the nozzle ring is made of a substantially flat or planar material, wherein preferably a plurality of Laval nozzles on the one hand by recesses in the plane of the flat
  • Nozzle ring material and on the other hand formed by connected to the nozzle ring in the plane nozzle elements and are limited in directions perpendicular to the plane of the sheet-like nozzle ring material of a flat body and a flat cover body.
  • a plurality of nozzle rings may be fabricated together by stacking a plurality of sheet materials which are simultaneously processed by parting manufacturing processes such as stamping, eroding, laser cutting, sawing, jet cutting, or etching.
  • Laval nozzles By the formation of the Laval nozzles is attributed to simple geometric components, eliminates a costly production such. through a multi-axis milling process.
  • Fig. 1A shows a plan view of a steam turbine with a nozzle ring according to the present invention
  • 1B is a perspective cross-sectional view of a section of the
  • Fig. 2A is a perspective view of a nozzle ring produced by the manufacturing method according to the present invention.
  • Fig. 2B shows a detail of the nozzle ring of Fig. 2A; a perspective view of a portion of a nozzle ring according to the present invention, wherein the nozzle ring from Figure 3 is arranged between a base body and a cover body;
  • Fig. 4 is a perspective view of stacked
  • Nozzle rings which after applying the method for producing a nozzle ring according to the present
  • Fig. 5A shows a nozzle ring according to another embodiment
  • Fig. 5B shows a detail view of a Laval nozzle of the nozzle ring of Fig. 5A;
  • Fig. 5C shows a cross-sectional view of the Laval nozzle of Fig. 5B.
  • Fig. 1A shows a schematic plan view of a steam turbine 15 according to the present invention.
  • the steam turbine 15 has a cover body 20, which serves as a
  • Housing cover of the steam turbine 15 is used and openings 25 for
  • Steam turbine housing body has.
  • the cover body 20 is formed with a volute 30, in which via an inlet opening 35 a working fluid, such. under high pressure
  • the cover body 20 is shown in Fig. 1A transparent to release the view of the underlying nozzle ring 40 for a better understanding.
  • the nozzle ring 40 is formed along its circumference with a plurality of nozzles 45, which are preferably formed as Laval nozzles and in
  • the nozzle ring 40 is formed in the shape of a circular ring and has a circular ring opening 50 in which an impeller 55 in the form of a radial turbine with turbine blades 60 is rotatably arranged.
  • FIG. 1B is a detail view of the steam turbine 15 of FIG. 1A and shows a perspective cross-sectional view of the cover body 20 with the volute 30 and the nozzle ring 40 along a line A-A.
  • some of the Laval nozzles 45 can be seen, which are formed in the form of recesses in the nozzle ring 40, wherein the Laval nozzles 45 protrusions partially project into the region of the volute 30.
  • FIG. 1B shows a base body 70 below the nozzle ring 40 on which the nozzle ring 40 is arranged, but in which FIG. 1B is shown spaced apart for better clarity.
  • the Laval nozzles 45 each have inflow regions, in which the steam is initially accelerated to the speed of sound due to the shape of the Laval nozzles, as will be seen below.
  • Turbine blades 60 forced, as indicated by the arrows S.
  • FIG. 2A shows the nozzle ring 40 from FIGS. 1A and 1B in a perspective view.
  • Substantially uniform distances from one another along the circumference around the circular ring opening 50 of the nozzle ring 40 are arranged.
  • FIG. 2B A detailed view of a Laval nozzle 45 of the nozzle ring 40 is shown in FIG. 2B.
  • FIG. 2B A detailed view of a Laval nozzle 45 of the nozzle ring 40 is shown in FIG. 2B.
  • the Laval nozzle 45 is formed on the one hand by a recess 44 formed in the plane of the nozzle ring 40, and on the other hand by also in the plane of the nozzle ring 40 and connected thereto nozzle elements 48th
  • Laval nozzle The function of a Laval nozzle is assumed to be known. Also conceivable are other nozzle shapes which cause an acceleration of the working fluid in the direction of turbine blades of a turbine.
  • a turbine can be designed as a radial turbine, axial turbine or diagonal turbine.
  • Fig. 3 shows, similar to Fig. 1B, a fragmentary view of the arrangement of base body 70, nozzle ring 40 and cover body 20. However, in Fig. 3, the volute 30 in the cover body 20 is not shown for ease of illustration.
  • FIG. 3 shows that the base body 70 and the cover body 20 and the nozzle ring 40 arranged therebetween each have the shape of a circular ring.
  • a complete nozzle ring i. an arrangement consisting of base body 70, nozzle ring 40 and cover body 20, of relatively simple to manufacture components, for example, by punching from a substantially planar starting material, such as. Sheet metal, which has a thickness of about 0.5 to 1.5 mm, can be made.
  • the geometry of the Laval nozzles which is elaborately produced in the prior art by milling a solid material, is according to the The present invention attributed to a plurality of geometrically simple flat components, which are relatively easy to manufacture and with shorter processing time.
  • the Laval nozzles 45 are formed by simply superimposing the base body 70, the nozzle ring 40 and the cover body 20. Conceivable further methods for the production of main body 70, nozzle ring 40 and cover body 20 are EDM, lasers, saws,
  • FIG. 4 shows a stack 80 of a plurality of nozzle rings 40 after being separated by a separating manufacturing process such as e.g. Punching, have been produced.
  • FIG. 5A shows another embodiment of a nozzle ring 40 'with Laval nozzles 45'.
  • Fig. 5B shows such a Laval nozzle 45 'in detail in a perspective cross-sectional view, wherein the Laval nozzle 45' in contrast to the Laval nozzle 45 of Fig. 2B downwardly cranked nozzle elements 48 '.
  • Flow passage flows steam in FIG. 5B into an inflow region 46 'of the Laval nozzle 45' in a plane parallel to the plane of the nozzle ring 40 ', i. along the arrow S ', and then to the outflow region 47' of the Laval nozzle 45 '.
  • Fig. 5C illustrates the flow pattern S 'again in one
  • Laval nozzles 45 contiguous circular ring is made with all Laval nozzles 45, it is also conceivable, Laval nozzles of individual substantially planar
  • the individual nozzle elements must then be attached to a base or cover body.
  • Such attachment of individual nozzle elements can be done by pinching between surfaces of the base and cover body, or by the individual nozzle elements are attached to the surfaces of the base and / or cover body by gluing, welding and / or soldering.
  • the individual nozzle elements must then be attached to a base or cover body.
  • Nozzle elements by a positive fixation with fasteners, such. Pins or the like, to attach to the surfaces of the base and / or cover body. Another way of attaching the individual nozzle elements is the formation of structural
  • the base body 70, nozzle ring 40 and cover body 20 are also formed together so that the common circular opening of the base body 70, nozzle ring 40 and cover body 20 in cross-section has a tapered or conical shape, so the

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Düsenring (40, 40') für eine Dampfturbine (15), wobei der Düsenring (40, 40') eine Kreisringöffnung (50) und wenigstens eine zu der Kreisringöffnung (50) gerichtete Lavaldüse (45, 45') aufweist, wobei der Düsenring (40, 40') aus einem im Wesentlichen flächigen Material hergestellt ist und die wenigstens eine Lavaldüse (45, 45') einerseits durch eine Aussparung in der Ebene des flächigen Materials und andererseits durch mit dem Düsenring (40, 40') in dessen Ebene verbundene Düsenelemente (48) gebildet ist.

Description

Beschreibung Titel
Düsenring für eine Dampfturbine sowie Verfahren zur Herstellung eines
Düsenrings für eine Dampfturbine
Die Erfindung betrifft einen Düsenring für eine Dampfturbine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Düsenrings für eine Dampfturbine.
Stand der Technik
Zur Nutzung der Abwärme von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen werden Dampfturbinen verwendet, die über einen Dampfkraftprozess antreibbar sind und dabei in der Art einer Expansionsmaschine zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Abgaswärme der Brennkraftmaschine verwendet werden.
Eine solche Dampfturbine ist beispielsweise in der DE 10 2012 222 479 AI beschrieben. Der Dampfturbine wird unter hohem Druck ein dampfförmiges Arbeitsfluid zugeführt, welches zunächst in eine stationäre Leitbeschaufelung bzw. in einen Düsenring in der Dampfturbine eingeführt wird, und dann über Düsen, die entlang des kreisförmigen Umfangs des Düsenrings angeordnet sind, einer Laufbeschaufelung eines innerhalb einer Kreisringöffnung des Düsenrings rotierbaren Laufrades bzw. Turbinenrades zugeführt. Die Rotation des
Turbinenrades wird über einen mit der Dampfturbine verbundenen Generator in elektrische Energie umgewandelt.
In der DE 10 2012 222 479 AI ist der Düsenring mit Lavaldüsen ausgebildet, die das zugeführte Arbeitsfluid auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigen, bevor das so beschleunigte Arbeitsfluid das Turbinenrad antreibt. Diese Lavaldüsen werden integral mit dem Düsenring ausgebildet, indem ein relativ komplexer mehrachsiger Fräsprozess angewendet wird.
Offenbarung der Erfindung Die Erfindung stellt einen Düsenring für eine Dampfturbine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit, und ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Düsenrings mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Demgemäß ist vorgesehen:
Ein Düsenring für eine Dampfturbine, wobei der Düsenring eine Kreisringöffnung und wenigstens eine zu der Kreisringöffnung gerichtete Lavaldüse aufweist, wobei der Düsenring aus einem im Wesentlichen flächigen Material hergestellt ist und die wenigstens eine Lavaldüse einerseits durch eine Aussparung in der Ebene des flächigen Materials und andererseits durch mit dem Düsenring in dessen Ebene verbundene Düsenelemente gebildet ist.
Ferner ist vorgesehen:
Ein Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Düsenrings, wobei der
Düsenring aus einem im Wesentlichen flächigen Material hergestellt wird und die wenigstens eine Lavaldüse einerseits durch eine Aussparung in der Ebene des flächigen Materials und andererseits durch mit dem Düsenring in dessen Ebene verbundene Düsenelemente gebildet wird.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung eines relativ einfach, schnell und kostengünstig herzustellenden Düsenrings mit Lavaldüsen für eine Dampfturbine.
Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders gut, um flächige Materialien, wie z.B. Bleche, unter Anwendung trennender Herstellungsverfahren, wie z.B. Stanzen, Erodieren, Lasern, Sägen, Strahlschneiden, Ätzen in einfacher und schneller Weise zu bearbeiten, um Düsenringe mit Lavaldüsen mit mehreren und relativ einfach zu erzeugenden Bauteilen in relativ kurzer Zeit und damit kostensparend auszubilden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Düsenring aus einem im Wesentlichen flächigen bzw. ebenen Material hergestellt, wobei die vorzugsweise mehreren Lavaldüsen einerseits durch Aussparungen in der Ebene des flächigen
Düsenring-Materials und andererseits durch mit dem Düsenring in dessen Ebene verbundene Düsenelemente gebildet werden und in Richtungen senkrecht zu der Ebene des flächigen Düsenring-Materials von einem flächigen Grundkörper und einem flächigen Deckkörper begrenzt werden.
Vorzugsweise kann eine Mehrzahl von Düsenringen gemeinsam hergestellt werden, indem eine Mehrzahl von flächigen Materialien übereinander gestapelt wird, welche gleichzeitig durch trennende Fertigungsverfahren wie Stanzen, Erodieren, Lasern, Sägen, Strahlschneiden, oder Ätzen bearbeitet werden.
Indem die Bildung der Lavaldüsen auf einfache geometrische Bauteile zurückgeführt wird, entfällt eine aufwändige Herstellung wie z.B. durch einen mehrachsigen Fräsprozess.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren näher erläutert, wobei:
Fig. 1A eine Draufsicht auf eine Dampfturbine mit einem Düsenring gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 1B eine perspektivische Querschnittsansicht eines Ausschnitts der
Dampfturbine aus Fig. 1A entlang einer Linie A-A zeigt;
Fig. 2A eine perspektivische Ansicht eines Düsenrings zeigt, der nach dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt worden ist;
Fig. 2B ein Detail des Düsenrings aus Fig. 2A zeigt; eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Düsenrings gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der Düsenring aus Fig. 3 zwischen einem Grundkörper und einem Deckkörper angeordnet ist;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht von übereinander gestapelten
Düsenringen zeigt, die sich nach Anwenden des Verfahrens zur Herstellung eines Düsenrings gemäß der vorliegenden
Erfindung ergeben;
Fig. 5A einen Düsenring gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt; Fig. 5B eine Detailansicht einer Lavaldüse des Düsenrings aus Fig. 5A zeigt; und
Fig. 5C eine Querschnittsansicht der Lavaldüse aus Fig. 5B zeigt.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1A zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Dampfturbine 15 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Dampfturbine 15 weist einen Deckkörper 20 auf, der als eine
Gehäuseabdeckung der Dampfturbine 15 dient und Öffnungen 25 für
Befestigung des Deckkörpers 20 an einem (hier nicht dargestellten)
Dampfturbinen-Gehäusekörper aufweist.
Der Deckkörper 20 ist mit einer Volute 30 ausgebildet, in welche über eine Eingangsöffnung 35 ein Arbeitsfluid, wie z.B. unter hohem Druck stehender
Dampf, eingeführt wird.
Der Deckkörper 20 ist in der Fig. 1A transparent dargestellt, um für ein besseres Verständnis den Blick auf den darunter befindlichen Düsenring 40 freizugeben. Der Düsenring 40 ist entlang seines Umfangs mit einer Mehrzahl von Düsen 45 ausgebildet, die vorzugsweise als Lavaldüsen ausgebildet sind und im
Folgenden noch weiter erläutert werden.
Der Düsenring 40 ist in der Form eines Kreisrings ausgebildet und weist eine Kreisringöffnung 50 auf, in der ein Laufrad 55 in der Form einer Radialturbine mit Turbinenschaufeln 60 rotierbar angeordnet ist.
Fig. 1B ist eine Detailansicht der Dampfturbine 15 aus Fig. 1A und zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht des Deckkörpers 20 mit der Volute 30 und des Düsenrings 40 entlang einer Linie A-A. Dabei sind einige der Lavaldüsen 45 zu erkennen, die in der Form von Aussparungen im Düsenring 40 ausgebildet sind, wobei die Lavaldüsen 45 -Aussparungen teilweise in den Bereich der Volute 30 ragen. Außerdem ist in Fig. 1B ein Grundkörper 70 unterhalb des Düsenrings 40 dargestellt, auf dem der Düsenring 40 angeordnet ist, in der Fig. 1B jedoch für eine bessere Übersichtlichkeit beabstandet dargestellt ist.
Mit Bezug auf Fig. 1A und 1B strömt nun im Betrieb der Dampfturbine 15 unter hohem Druck stehender Dampf zunächst in die Volute 30 und dann in die Lavaldüsen 45 -Aussparungen, wobei Strömungsübertritte des Dampfes von der Volute 30 in die Lavaldüsen 45 -Aussparungen in Fig. 1B durch Pfeile S angedeutet sind.
Die Lavaldüsen 45 weisen jeweils Einströmbereiche auf, in denen der Dampf aufgrund der Form der Lavaldüsen, wie weiter unten noch zu sehen sein wird, zunächst auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Eine weitere
Beschleunigung des Dampfes erfolgt in - auf die Turbinenschaufeln 60 gerichteten - Ausströmbereichen der Lavaldüsen 45 auf
Überschallgeschwindigkeit, wobei der Dampf dann auf die Turbinenschaufeln 60 des Laufrads 55 trifft und somit ein Drehmoment bezüglich einer Achse 56 auf das Laufrad 55 ausübt. Aus der Rotation des Turbinenlaufrads 55 wird über einen Generator elektrische Energie gewonnen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Da die Lavaldüsen 45„nach unten hin" durch den Grundkörper 70 und„nach oben hin" (jeweils mit Bezug auf die Zeichnung der Fig. 1B) durch den
Deckkörper 20 verschlossen sind, wird der in die Lavaldüsen 45 eingeströmte Dampf in eine Richtung in der Ebene des Düsenrings 40 und hin zu den
Turbinenschaufeln 60 gezwungen, wie es durch die Pfeile S angedeutet ist.
Fig. 2A zeigt den Düsenring 40 aus Figuren 1A und 1B in einer perspektivischen Ansicht.
Hierbei sind insbesondere die Lavaldüsen 45 zu erkennen, die in im
Wesentlichen gleichmäßigen Abständen voneinander entlang des Umfangs um die Kreisringöffnung 50 des Düsenrings 40 angeordnet sind.
Eine Detailansicht einer Lavaldüse 45 des Düsenrings 40 ist in Fig. 2B dargestellt. Dabei sind der oben bereits erwähnte Einströmbereich bzw.
Ausströmbereich einer beispielhaften Lavaldüse 45 mit Bezugszeichen 46 bzw. 47 gekennzeichnet. Wie hierbei in Fig. 2B zu erkennen ist, wird die Lavaldüse 45 einerseits durch eine in der Ebene des Düsenrings 40 ausgebildete Aussparung 44 gebildet, und andererseits durch ebenfalls in der Ebene des Düsenrings 40 und mit diesem verbundene Düsenelemente 48.
Die Funktion einer Lavaldüse wird als bekannt vorausgesetzt. Denkbar sind auch andere Düsenformen, die eine Beschleunigung des Arbeitsfluides in Richtung auf Turbinenschaufeln einer Turbine bewirken. Eine Turbine kann als Radialturbine, Axialturbine oder Diagonalturbine ausgebildet sein.
Fig. 3 zeigt, ähnlich der Fig. 1B, eine ausschnittweise Darstellung der Anordnung aus Grundkörper 70, Düsenring 40 sowie Deckkörper 20. Jedoch ist in der Fig. 3 die Volute 30 im Deckkörper 20 für eine einfachere Darstellung nicht gezeigt.
Der Darstellung der Fig. 3 ist zu entnehmen, dass der Grundköper 70 und der Deckörper 20 sowie der dazwischen angeordnete Düsenring 40 jeweils die Form eines Kreisrings aufweisen. Somit besteht ein vollständiger Düsenring, d.h. eine Anordnung bestehend aus Grundkörper 70, Düsenring 40 und Deckkörper 20, aus relativ einfach herzustellenden Bauteilen, die beispielsweise durch Stanzen aus einem im Wesentlichen ebenen Vormaterial, wie z.B. Blech, welches eine Stärke von etwa 0,5 bis 1,5 mm aufweist, gefertigt werden können.
Mit anderen Worten, die Geometrie der Lavaldüsen, die im Stand der Technik aufwändig durch Fräsen eines Vollmaterials erzeugt wird, ist gemäß der vorliegenden Erfindung auf mehrere, geometrisch einfache ebene Bauteile zurückgeführt, die relativ einfach und mit kürzerer Bearbeitungszeit herzustellen sind.
Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, werden die Lavaldüsen 45 durch einfaches Übereinander Anordnen von Grundkörper 70, Düsenring 40 und Deckkörper 20 gebildet. Denkbare weitere Verfahren zur Herstellung von Grundkörper 70, Düsenring 40 und Deckkörper 20 sind Erodieren, Lasern, Sägen,
Strahlschneiden, Ätzen sowie andere bekannte trennende Fertigungsverfahren, mit denen sich eine relativ hohe Oberflächengüte erzielen lässt.
In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, beispielsweise mehrere Düsenringe gleichzeitig herzustellen bzw. zu bearbeiten, indem mehrere ebene Vormaterialien übereinander gestapelt werden.
Dazu zeigt Fig. 4 einen Stapel 80 aus einer Vielzahl von Düsenringen 40, nachdem diese durch ein trennendes Fertigungsverfahren, wie z.B. Stanzen, hergestellt worden sind.
Fig. 5A zeigt eine weitere Ausführungsform eines Düsenrings 40' mit Lavaldüsen 45'.
Fig. 5B zeigt eine solche Lavaldüse 45' im Detail in einer perspektivischen Querschnittsansicht, wobei die Lavaldüse 45' im Unterschied zu der Lavaldüse 45 aus Fig. 2B nach unten gekröpfte Düsenelementen 48' aufweist.
Im Unterschied zu dem in Fig. 1B mit dem Pfeil S angedeuteten
Strömungsverlauf strömt Dampf in Fig. 5B in einen Einströmbereich 46' der Lavaldüse 45' in einer Ebene parallel zu der Ebene des Düsenrings 40', d.h. entlang des Pfeils S', und dann hin zum Ausströmbereich 47' der Lavaldüse 45'.
Fig. 5C veranschaulicht den Strömungsverlauf S' nochmal in einer
Querschnittansicht der Fig. 5B. Das heißt, der Dampf folgt einem geradlinigen und damit eher ungehinderten Strömungsverlauf S' als es das Beispiel der Fig. 1B zeigt. Aus dem ungehinderten Strömungsverlauf S' folgt eine bessere Nutzung der in dem Dampf enthaltenen Energie. Im Gegensatz zu dem in Fig. 2A gezeigten Düsenring 40, der als ein
zusammenhängender Kreisring mit allen Lavaldüsen 45 hergestellt ist, ist es auch denkbar, Lavaldüsen aus einzelnen im Wesentlichen ebenen
Düsenelementen zu bilden, wobei die einzelnen Düsenelemente dann an einem Grund- bzw. Deckkörper befestigt werden müssen. Eine solche Befestigung von einzelnen Düsenelementen kann durch ein Einklemmen zwischen Oberflächen von Grund- und Deckkörper erfolgen, oder indem die einzelnen Düsenelemente an den Oberflächen von Grund- und/oder Deckkörper durch Kleben, Schweißen und/oder Löten befestigt werden. Weiterhin ist es denkbar, die einzelnen
Düsenelemente durch eine formschlüssige Fixierung mit Befestigungselementen, wie z.B. Stiften oder ähnliches, an den Oberflächen von Grund- und/oder Deckkörper zu befestigen. Eine weitere Möglichkeit der Befestigung der einzelnen Düsenelemente besteht in der Ausbildung von strukturellen
Merkmalen, wie z.B. Vertiefungen oder Vorsprünge, auf den Oberflächen von Grund- und/oder Deckkörper, an denen die einzelnen Düsenelemente befestigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind Grundkörper 70, Düsenring 40 und Deckkörper 20 zusammen auch derart ausgebildet, dass die gemeinsame Kreisringöffnung von Grundkörper 70, Düsenring 40 und Deckkörper 20 im Querschnitt eine sich verjüngende bzw. konische Gestalt hat, um so der
Querschnittsgestalt einer Diagonalturbine angepasst zu sein.

Claims

Ansprüche
1. Düsenring (40, 40') für eine Dampfturbine (15), wobei der Düsenring (40, 40') eine Kreisringöffnung (50) und wenigstens eine zu der
Kreisringöffnung (50) gerichtete Lavaldüse (45, 45') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenring (40, 40') aus einem im
Wesentlichen flächigen Material hergestellt ist und die wenigstens eine Lavaldüse (45, 45') einerseits durch eine Aussparung in der Ebene des flächigen Materials und andererseits durch mit dem Düsenring (40, 40') in dessen Ebene verbundene Düsenelemente (48) gebildet ist.
2. Düsenring (40, 40') nach Anspruch 1, wobei der Düsenring (40, 40') eine Mehrzahl von Lavaldüsen (45, 45') aufweist, die jeweils zu der
Kreisringöffnung (50) gerichtet sind und jeweils einerseits durch
Aussparungen in der Ebene des flächigen Materials und andererseits durch mit dem Düsenring (40, 40') in dessen Ebene verbundene
Düsenelemente (48) gebildet sind.
3. Düsenring (40, 40') nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Düsenring (40, 40') zwischen einem Grundkörper (70) und einem Deckkörper (20) angeordnet ist, so dass jede Lavaldüse (45, 45') in Richtungen senkrecht zu der Ebene des flächigen Materials des Düsenrings (40, 40') durch den Grundkörper (70) und den Deckkörper (20) begrenzt ist.
4. Düsenring (40') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Düsenelemente (48') in einer Richtung senkrecht zu der Ebene des flächigen Materials des Düsenrings (40') geneigt sind.
5. Düsenring (40) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Düsenelemente (48) von dem Düsenring (40) getrennt sind und jeweils an einer Oberfläche des Grundkörpers (70) und/oder an einer Oberfläche des Deckkörpers (20) befestigt sind. Düsenring (40) nach Anspruch 5, wobei eine Befestigung der
Düsenelemente (48) durch wenigstens eine der folgenden
Befestigungsarten erfolgt ist: Klemmen in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene von Grundkörper (70) und/oder Deckkörper (20); Kleben an Grundkörper (70) und/oder Deckkörper (20); Schweißen an Grundkörper (70) und/oder Deckkörper (20); Löten an Grundkörper (70) und/oder Deckkörper (20); formschlüssige Befestigung durch
Befestigungselemente; Befestigung an strukturellen Merkmalen an Grundkörper (70) und/oder Deckkörper (20).
Düsenring (40, 40') nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Anordnung aus Grundkörper (70), Düsenring (40, 40') und Deckkörper (20) in einem Querschnitt senkrecht zu den Ebenen von Grundkörper (70), Düsenring (40, 40') und Deckkörper (20) eine Kreisringöffnung mit konischer Gestalt aufweist.
Düsenring (40, 40') nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Grundkörper (70) und/oder der Deckkörper (20) integral mit wenigstens einem an den Grundkörper (70) und/oder den Deckkörper (20) angrenzenden Bauteil ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung wenigstens eines Düsenrings (40, 40') nach den Ansprüchen 1 bis 7, wobei der Düsenring (40, 40') aus wenigstens einem im Wesentlichen flächigen Material hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Mehrzahl von im Wesentlichen flächigen Materialien übereinander gestapelt wird, um so gleichzeitig eine Mehrzahl von identischen Düsenringen (40, 40') zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei zur Herstellung der
Düsenringe (40, 40') wenigstens eines der folgenden Verfahren angewendet wird: Stanzen, Erodieren, Lasern, Sägen, Strahlschneiden, und Ätzen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1179205A (en) * 1967-10-04 1970-01-28 Linde Ag Improvements in or relating to Turbine Nozzle Rings.
DE1950388A1 (de) * 1969-10-06 1971-04-15 Linde Ag Duesenring fuer Turbinen,insbesondere fuer Entspannungsturbinen in der Tief- bzw. Tiefsttemperaturtechnik
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1179205A (en) * 1967-10-04 1970-01-28 Linde Ag Improvements in or relating to Turbine Nozzle Rings.
DE1950388A1 (de) * 1969-10-06 1971-04-15 Linde Ag Duesenring fuer Turbinen,insbesondere fuer Entspannungsturbinen in der Tief- bzw. Tiefsttemperaturtechnik
DE102012222479A1 (de) 2012-12-06 2014-06-12 Robert Bosch Gmbh Einrichtung zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine mit einer Dampfturbine

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