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Dampf-oder Gasturbinenbeschaufung iur Unterschallgesehwindigkeiten.
Die Erfindung betrifft eine Dampf-oder Gasturbinenbesehaufelung für Unterschallgeschwindig- keiten und bezweckt, durch möglichst verlustfreie Umlenkung des Arbeitsmittels in den Schaufelkanälen. bewirkt durch sinngemässe Formgebung derselben, einen höchsten Wirkungsgrad hinsichtlich der Aus- nutzung der dem Treibmittel innewohnenden Energie zu erhalten.
Sämtliche Energieverluste in den Schaufelkanälen von Dampf-und Gasturbinen, also unter anderm auch die Reibung-und Wirbelverluste, sind bisher nur summarisch durch einen sogenannten Schaufel- koeffizienten berücksichtigt worden. Das hängt damit zusammen, dass die kleinen Abmessungen der bis heute im Dampf-und Gasturbinenbau vorgesehenen Treibmittelkanäle ein experimentelles Eindringen in die Einzelvorgänge der die Verluste bedingenden Stromungsvorgänge recht schwierig machten, so dass man über diese Vorgänge bis jetzt nur ein lückenhaftes Bild hatte.
Von der Erfinderin durchgeführte
Modellversuch mit unmittelbarer Verlustbestimmung und Druckmessung in den Kanälen haben nun erstmalig zu einem klaren Bild über die Abhängigkeit der Verlustgrösse von den Strömungsverhältnissen, insbesondere von den Drücken an verschiedenen Kanalpunkten, geführt. Im Zusammenhang mit diesen
Modellversuchen ergab sich vor allem, dass den Strömungsverhältnissen auf der Rückenseite der Schaufeln hinsichtlich Verlustbildung wesentliche Bedeutung zukommt ; insbesondere wurde festgestellt, dass die Druckänderungen am Schaufelrücken ein bestimmtes Mass nicht überschreiten dürfen, falls die Energie- verluste in den Schaufelkanälen möglichst klein ausfallen sollen.
Dies stellt eine neue Erkenntnis gegen- über der bisher üblichen Auffassung dar, die dahin ging, dass die Verluste in den Schaufelkanälen in erster Linie vom Umlenkungsgrad und der absoluten Grösse der mittleren Treibmittelgeschwindigkeit in den Kanälen abhängen.
Den neu gewonnenen Erkenntnissen ist nun bei einer Beschaufelung für Dampf-oder Gastur- binen, die mit Unterschallgeschwindigkeit arbeiten, gemäss vorliegender Erfindung durch eine Kom- bination von dimensionsbestimmenden Grössen Rechnung getragen. Bei dieser Beschaufelung ist das Schaufelrückenprofil so geformt, dass die Breite des Durchflussquerschnittes, senkrecht zur mittleren
Strömungsrichtung am Eintritt des Schaufelkanals gemessen, im wesentlichen der grössten Breite des
Kanals in der Schaufelmitte entspricht ;
ferner ist die letztgenannte grösste Breite 1'2-1'6 mal grösser als die Breite des Durchflusspuerschnittes am Austritt des Schaufelkanals, und schliesslich schneidet die Verbindungslinie von Ein-und Austrittskante des Schaufelschnittes die Mittellinie der Schaufelreihe in einem Punkt, dessen Abstand vom Schnittpunkt der Rückenlinie der vorhergehenden Schaufel mit jener Mittellinie kleiner als ein Viertel der auf genannter Mittellinie gemessenen, grössten Schaufelkanal- breite ist. Bei dieser Beschaufelung hat das Schaufelrückenprofil eine solche Form, dass der statische Über-oder Unterdruck gegenüber dem statischen Druck am Austritt an keiner Stelle dieses Profils den
0-3fachen Wert des der mittleren, theoretischen relativen Austrittsgeschwindigkeit entsprechenden
Staudruckes übersteigt.
Sind auch schon Beschaufelungen ähnlicher Form bekannt geworden, so lagen diesen ganz andere
Gesichtspunkte zugrunde als der Beschaufelung nach vorliegender Erfindung. Erstere waren meistens nur das Ergebnis theoretischer Entwurfsberechnungen, wobei in erster Linie den Festigkeitsbean- spruchungen Rechnung getragen wurde. Das führte zur Festlegung eines bestimmten Verhältnisses zwischen der Breite des Durchflussquerschnittes am Austritt des Schaufelkanals und der Schaufelteilung.
Mit keiner dieser bekannten Schaufelungen wurde aber bezweckt, Schaufelprofile und Kanäle von solcher
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Form zu erhalten, dass die Änderungen des statischen Druckes am Schaufel'rücken innerhalb bestimmter
Grenzen liegen, so dass die Energieverluste in den Kanälen von mit Unterschallgeschwindigkeit arbeitenden Dampf-oder Gasturbinen auf ein Minimum herabgedrückt werden. Bei einer solchen Formgebung der
Schaufelung wird erreicht, dass der Druckverlauf am Schaufelrücken derartig stetig ist, dass geringste Ablösung und Wirbelbildung auftritt.
Zweckmässig werden die Durchflussquersehnitte am Ein-und Austritt der Schaufelkanäle so bemessen, dass am Eintritt eines jeden Laufsehaufelkanals ein Überdruck von etwa 2-10% des Gesamtgefälles der betreffenden Stufe herrscht.
Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht. Es zeigt : Fig. 1 die Abwicklung eines Schnittes in der Umfangsrichtung durch zwei Schaufeln einer im übrigen nicht weiter gezeigten Laufschaufelreihe und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie E- - t der Fig. 1.
E bezeichnet die Eintritts-und A die Austrittskante der Laufschaufeln S. Das Profil dieser Schaufeln ist von solcher Form, dass die Breite e des Durchflussquerschnittes, d. h. also des Kanals zwischen zwei Schaufeln S, senkrecht zur mittleren Strömungsrichtung gemessen, am Eintritt bei stossfreiem Betrieb gleich oder nur wenig grösser als die Breite 1n des Kanals in der Schaufelmitte (auf der Mittellinie I-I in der Umfangsrichtung der Schaufelreihe gemessen) ist. Diese grösste Breite in ist 1'4 mal grösser als die Austrittsbreite a des Kanals, d. h. als die Breite des Durchflussquerschnittes senkrecht zur mittleren Strömungsrichtung am Austritt des Sehaufelkanals gemessen.
Die Verbindungslinie E-A von Ein-und Austrittskante des Schaufelschnittes schneidet die Mittellinie II der Schaufelreihe in einem Punkt P, dessen Abstand A vom Schnittpunkt Q der Rückenlinie der vorhergehenden Schaufel mit jener Mittellinie I-I kleiner als ein Viertel der grössten Breite nb ist.
Die grösste Breite w : muss für die Erreichung der mit der Erfindung angestrebten Wirkung 1'2 : bis 1'6 mal grösser sein als a.
Um gewünschtenfalls eine leichte Überdruckwirkung von etwa 2-10% des Gesamtgefälles der jeweiligen Stufe zu erhalten, kann die Neigung vom Boden 7t und Decke o des Kanals (Fig. 2) entsprechend gewählt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Dampf- oder gasturbinenbeschaufelung für Unterschallgeschwindigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrückenprofil so geformt ist, dass die Breite des Durchflussquerschnittes, senkrecht zur mittleren Strömungsrichtung gemessen, am Eintritt jedes Schaufelkanals im wesentlichen der grössten Breite des Kanals in der Sehaufelmitte entspricht, wobei letztere Breite 1'2-1'6 mal grösser als die Breite des Durchflussquerschnittes am Austritt des Schaufelkanals ist, und das die Verbindungslinie von Ein-und Austrittskante eines Schaufelschnittes in der Umfangsrichtung die Mittellinie der Schaufelreihe in einem Punkt schneidet, dessen Abstand vom Schnittpunkt der Rückenlinie der vorhergehenden Schaufel mit jener Mittellinie kleiner als ein Viertel der auf genannter Mittellinie gemessenen,
grössten Schaufelkanalbreite ist, so dass der statische Über-oder Unterdruck gegenüber dem statischen Druck am Schaufelaustritt an keiner Stelle längs des Schaufelrückens den 0'3fachen Wert des der mittleren, theoretischen relativen Austrittsgeschwindigkeit entsprechenden Staudruckes übersteigt.