DE2038047A1

DE2038047A1 - Entwässerung der Oberflachen der Leitschaufeln und des Stromungsraumes von Dampfturbinen, insbesondere Satt und Naßdampfturbinen

Info

Publication number: DE2038047A1
Application number: DE19702038047
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Ing 8500 Nurn berg MP Stetter
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1970-07-31
Filing date: 1970-07-31
Publication date: 1972-02-03
Also published as: FR2099389A5

Description

bt/kr

Maschinenfabrik Augeburg-Nürnberg

Aktiengesellschaft Zweigniederlassung Hürnberg

Hürnberg, 30.7.1970

Entwässerung der Oberflächen der Leitechaufeln des Strömungsraumes τοη Dampfturbinen, ins» besondere Satt- und laßdaapfturbinen

Di« Erfindung bezieht sich auf «ine aus Bntwäseerungeöifnungen aufweisenden Hohlraum-Leitschaufeln und einen lsi Gehäuse untergebrachtem Bntwässerungekanal bestehende Daapfturbine, insbesondere Satt- oder !faßdampfturbine. ·

Ue die durch Wassertropfenanschlag an die Oberflächen der Laufschaufeln von Haßdampfturbinen hervorgerufene Brosion der saugseitigen Eintrittskante zu vermindern bzw· ganz zu vermeiden, 1st es notwendig, die verhältnismäßig kleine Wass, ermenge, die sich auf der Oberfläche der vorhergehenden Leitschaufel ansammelt, daran zu hindern, von der Leitschaufel-Sndkante aus wieder in die Dampfetrömung zu gelangen,

Ea iet bekannt, Durchbrüche in Form von zwei eich in Strömungsrichtung des Haßdampfes überdeckenden Reihen von Längs* schlitzen zur Verbindung des Stufenraumes mit dem Hohlraum der Leitschaufel an deren Bauch- und Rückenseite, und swar unmittelbar vor der Abströmkante anzuordnen, um den sich an der Sohaufeloberfläohe niederschlagenden Flussigktitsfilm abzusaugen.

Auch ist es bekannt geworden, zur Entfernung schwerer Tsil-03.8171 109886/1002 _m/m

chen aus einem Luft-, Dampf-, Gas- oder Flüssigkeitsstrom, der durch umlaufende Schaufeln axial hindurchgeführt wird, das Rückenstüok jeder Hohlschaufel mit gerade oder geneigt gerichteten Bohrungen, deren Ansah! nach dem Sohaufelkopf hin »unehmen kann, zu versehen. Einfache Bohrungen dieser Art, d.h. solche Öffnungeformen fülsren aber meist eu vorzeitigem Zersprühen des Wasserfilm*, wodurch die Bntwässsrungswirkung verringert wird. Bei schräg geführten Sohlitzen gelangt zwar das Wasser ablBsungsfrei in die Absaugeöffnung, doch sind derartige öffnungen äußerst schwierig herzustellen.

Außerdem ist eine Entwässerungseinrichtung an der Niederdrucks tufe einer Dampfturbine bekannt, nach welcher sich die Absaugöffnungen in der Austrittskante der Leitschaufel, und «war in Gestalt eines über die gesamte Höhe dieser Xante verlaufenden Spaltes mit schärfen Rändern befinden. Die Fertigung solcher Schaufeln 1st aber ebenfalls sehr aufwendig.

Schließlich wurde auch bereits vorgeschlagen, schräge Schiit· ze mit Überdeckung an den Oberflächen der Leltechaufeln vorzusehen. Bei derartig ausgebildeten Absaugeöffnungen gelangt zwar der Wasserfilm ablttsungsfrei in die öffnungen, doch sind auch derartige Konstruktionen wieder sehr schwer zu verwirklichen.

Die zur Absaugung der kleinen anfallenden Wassermenge erforderlichen Durchetrömungequerechnitte für solche Längsschlitze, für derartige geraden oder geneigten Bohrungen oder für Durchtrittespalte nit scharfen Rändern müssen jedoch äußeret klein gehalten sein, was zur Folge hat, daß deren Verwirklichung fertigungstechnisch auf sehr große Schwierigkeiten stößt. Eine Aceaageöffnung an einer Hohlτ schaufel muß nämlich darüber hinaus auch βtrömungatechnisch so günstig auegebildet sein, daß das Wasser der Um-

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lenkung von nahezu 180° ohne vorzeitigen Zerfall in Tropf·» folgen kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, unter weitgehender Yeriieidung dee sowohl durch die Bohrungen bzw. Schlitze in den Hohl-Leitschaufeln als auch durch die Abscheideöffnungen ±m Gehäueeumfang eintretenden Verlustes an arbeitsfähiges Strömungsmedium eine ausreichende Entwässerung der Oberflächen der yon Naßdampf beaufschlagten Schaufeln und des Gehäuses mit baulich und montag©mäßig einfachsten und billig herzustellenden Mitteln herbeizuführen·

Gemäß dem Brfindungsvorscalag wird dies dadurch erreicht,

daß die öffnungen, d.h. die Bohrungen oder Schlitze zu dem Hohlraum jeder Leitschaufel und/oder der Zugang zu dem la Gehäueeumfang befindlichen Entwässerungskanal durch poröses, flüesigkeitedurchläesiges Material ersetzt sind. Ss erfolgt also die Entwäeserung des Arbeitsraumes der Turbine durch diese poröse Masse hindurch, wobei gleichzeitig in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der bekannte beachtliche Unterschied der freien Oberflächenenergie des Wassers beispielsweise gegenüber metallischen Werkstoffen ausgenutzt wird, um das schädliche Wasser aus der Dampfströmung so weit als irgend möglich zu entfernen.

Poröses Material bietet bekanntlich eine relativ große Oberfläche. Wenn nun beispielsweise im Bereich der Schaufelendkanten gemäß der Erfindung Streifen porösen Werkstoffes angeordnet werden und ein Druckgefälle über diese Streifen vorgesehen wird, so versucht das Wasser die freie Oberfläche des porösen Werkstoffes völlig zu bedecken. Es liegt diesem Vorgang die physikalische Erkenntnis zugrunde, nach welcher die potentielle Energie, hier die Oberflächenenergie, einem Minimum zustrebt. Durch das vorgesehene Druckgefälle wird

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dae poröge Material dauernd teilweise leergesaugt, so daß im stationären Betrieb stete genügend offene Poren vorhanden sind, in die das Wasser hineingezogen wird. E* ist daher mit einem ausreichend dimensionierten Streifen porösen Werkstoffes die Entfernung des schädlichen Wassere von Dampfturbinen-Lei t schaufeln im stationären Betrieb durchführbar. Wegen des geringen freien Strömungsquerschnitte», der im porösen Material zur Verfügung steht, sperrt der Streifen den Hohlraum der Schaufel gegenüber dem Arbeitsraum der Turbine sehr gut ab, so daß kaum, arbeitsfähiges ätrömungemittel verloren geht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, als poröse Masse für den Wasserdurchtritt eine solche aus metallischen Werkstoffen oder deren Legierungen, beispielsweise auf der Basis von Cr-Ni-Stählen zu wählen, die sich leicht mit dem Schaufelwerketoff oder dem Turbinengehäuse durch Löten oder Schweißen verbinden lassen. Da solche Metall-Legierungen leicht zu verarbeiten sind, let auch die Fertigung profilierter und verwundener Schaufeln unter Verwendung solchen porösen Materials einfach durchzuführen.

Solche Einsätze aua porösem Material in die Wandung von Hohlschaufeln werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im Bereich der Schaufelendkante, und zwar entweder auf der SchaufeldruckBeite und/oder auf der Saugseite der Schaufel, vorzugsweise in Streifenform vorgesehen. Es ist auch möglich, im Bereich der Einströmkante einen solchen porösen Einsatz in die Wandung der Saugseite einzufügen, falls dort zusätzliche Absaugung erforderlich werden sollte. Das sich auf der Schaufeloberfläche film- oder strähnenartig bewegende Wasser wird dann unter der Wirkung von Kapillarkräften die -offenen Poren füllen und aua diesen, bei vorhandener ausreichender Druckdifferenz zwischen Strömungsraum und Schaufel-Hohlraum in das Schaufelinnere abgesaugt werden. Beim Wiederaustreten des Wassers aus der porösen,

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Masse muß, wenn deren zum Schaufel-Hohlraum hin liegend· Oberfläche z.B. bei sehr geringer abzusaugender Wassermenge nicht vollständig befeuchtet ist und sich deshalb Über den Porenöffnungen Menisken bilden können, die dadurch auftretende Kapillar-Druokerniedrigung durch eine bestimmte zusätzliche Druckdifferenz überwunden werden. Die Kapillar» Druckerniedrigung hängt vom Druckmesser der Foren ab und steigt mit abnehmendem Forendurchmesser* Die Porosität der zum Einsatz kommenden porösen Masse muß daher zur Erzielung einer optimalen Absaugewirkung an die jeweils gegebenen thermodynamischen und strömungstechnischen Verhältnisse, insbesondere an die verfügbare Druckdifferenz und an die Menge des abzusaugenden Wassers angepaßt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und in sohematischen Darstellungen veranschaulicht, und zwar zeiger

Fig. 1 bis 3 Teil-Querschnitte durch hohle Leitschaufeln, während

Pig. 4 die Gehäuseentwässerung im Ausschnitt zeigt.

Die in den Figuren 1 bis 3 veranschaulichten zusammengesetzten Hohl-Leitechaufein bestehen aus den Sohaufelwänden 1,2 bsw. 3, 4 bzw. 5, 6, die aus normalem Werkstoff gefertigt sind. Für diese AuefUhrungsbeispiele ist der Schaufel-Hohlraum mit jeweils 7 benannt.

Gemäß Figur 1 befindet sich das erfindungsgemäße poröse Material 8 in Streifenform auf der Schaufel-Druckseite 9, und zwar.im Bereich des Abströmrandes, und ist bei 10 mit dem Schaufelmaterial beispielsweise durch Schweißen verbunden.

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BAD

In der abgewandelten Ausführung nach Figur 2 ist die Schaufelendkante, und zwar sowohl die Druckseite 9 als auch die Saugseite 11 der Leitschaufel aus streifenförmigem, poröosr Material 8· und 8'· gemäß dem Erfindungsvorschlag gebildet, wobei mit 12, 13 und 14 wiederum die jeweiligen Schweißnaht : bezeichnet sind. Die dünnen Strömungslinien 15 und 16 veranschaulichen den Verlauf des Wassers und lassen erkennen, daß in vorteilhafter Weise keine Wasserablösung stattfindet.

Die Figur 3 zeigt den Einsatz des streifenförmigen, porösen Materials 8··' auf der Schaufelsaugseite 11, und zwar diesmal im Bereich des Einströmendes der sich aus den Teilen 5 und 6 zusammensetzenden Leitschaufel mit den Schweißstellen 17 und 18. Eine solche Schaufelgestaltung ist zweckmäßig für eine zusätzliche Absaugung, d.h. für diejenigen Fälle, bei denen auch die Saugseite 11 der Schaufel eine beträchtliche Wassermenge auffängt und in den Hohlraum 7 weiterleiten soll.

In Figur 4 ist mit 19 das Turbinengehäuse und mit 20 der Abströmkanal benannt, während bei 21 eine Laufschaufel angedeutet ist. Der Zugang vom Strömungsraum 22 zum Abströmkanal 20 ist nach dem Erfindungsvorschlag mit porösem Material 8¹¹¹¹ ausgefüllt und bei 23 mit dem Turbinengehäuse 19 verschweißt oder verlötet. Durch das Anbringen dea porösen Materials 8!'·· an dieser Stelle soll das Wasser am Wiedereintritt in den Strömungsraum 22 gehindert werden, was bisher nur durch große Druckdifferenz und umständliche Bauart zu erreichen, aber stets mit entsprechendem Dampfverlust verbunden war.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf Turbinenschaufeln, die aus keramischem Werkstoff gefertigt sind. Der Zugang zu den Hohlräumen solcher Schaufeln wird dann an den oben erwähnten Stellen durch das Einsetzen von porösen Keramikteilen hergestellt.

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ΒΑΏ ORIQJNAL

Claims

bt/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Hürnberg

Aktiengesellschaft
Zweigniederlassung Hürnberg

Nürnberg, 30.7.1970

Patentansprüche

{ 1 . kue Bntwäseerungeöffnungen aufweisenden Hohlraum-Leit- ^—" schaufeln und einem im Gehäuse untergebrachten Bntwä·- serungskanal bestehende Dampfturbine, insbesondere Sattoder Naßdampfturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen zu dem Hohlraum (7) jeder Leitschaufel und/oder der Zugang zu dem im Gehäuseumfang befindlichen Entwä·- serungskanal (22) mit porösem, flüsaigkeitsdurchlässigem Material (8 bis 8 "") ausgefüllt sind.
2. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als poröses Material solches aus metallischen Werkstoffen oder deren Legierungen Verwendung findet.
3. Dampfturbine nach Anspruch Ί und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material in Form von Streifen in die Wandungen (1 bis 6) der Hohiraumschaufeln eingefügt bzw. in den Zugang zum Gehäuse-Entwässerungskahal (20) gelegt ist.
4. Dampfturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die Lange der porösen Oberfläche solcher Streifen in Strömungerichtung des Arbeitsmittels der angelegten DruckdifferenE, der Porenweite und der Fläche des porösen Materials angepaßt ist.

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-2-
5. Dampfturbine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material (8 Jais 8"'bzw. 8 '« · ·) mit den Schaufelwänden (1 bis 6) bzw. mit dem Turbinengehäuse (19) durch Schweißen oder Löten verbunden ist.
6. Dampfturbine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Schaufelwand der Druck- und/oder der Saugseite im Bereich des Abströmendes aus porösem Material (8·, 8··) gebildet ist (Fig. 2).
7. Dampfturbine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für eine zusätzliche Absaugung die Wandung (6) der Saugseite des Anströmendes ganz oder teilweise aus porösem Material (8¹··) besteht (Pig. 3).

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