DE206163C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14 c. GRUPPE

Treibmittel.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. September 1905 ab.

Die meisten bis jetzt bekannt gewordenen mehrstufigen Aktionsdruckstufenturbinen sind in den ersten Stufen partiell, in den letzten voll beaufschlagt. Die an das Aktionsprinzip gebundene Möglichkeit der partiellen Beaufschlagung gewährt den großen Vorteil, daß wegen der peripherischen Beschränkung des Durchflußquerschnittes seiner radialen Abmessung (Schaufelbreite)" eine vorteilhafte Größe

ίο gegeben werden kann. Bei allen diesen partiell beaufschlagten Turbinen nimmt der beaufschlagte Bogen von Stufe zu Stufe bei wesentlich gleichbleibender Schaufelbreite sprungweise zu, bis er bei einer Stufe die Totalität erreicht. Von da an wird das Mittel der Schaufelverbreiterung von Druckstufe zu Druckstufe oder der Vergrößerung des Beaufschlagungsdurchmessers mit Wiederbeginn der partiellen Beaufschlagung angewendet, um die

ao der Expansion des Treibmittels entsprechenden Durchflußquerschnittsvergrößerungen zu bewirken; immer aber entwickelt sich die partielle Beaufschlagung durch sprungweise peripherische Vergrößerungen des Beaufschlagungsbogens von Druckstufe zu Druckstufe bis zur totalen Beaufschlagung. Dabei findet diese peripherische Vergrößerung von Stufe zu Stufe so statt, daß der Eintritt in ein Leitrad um eben diese peripherische Vergrößerung im Sinne der Peripherie länger ist als der Austritt aus dem vorangehenden.

Die Vorteile der partiellen Beaufschlagung werden nun dadurch geschmälert, daß der aus einem Laufrad austretende Treibmittelstrahl, dessen peripherische Ausdehnung gleich derjenigen des Austrittes aus dem vorhergehenden Leitrad ist, sich plötzlich peripherisch ausbreiten muß, daß alle nicht ganz nahe der Strömungsmittelline gelegenen Stromfäden vor ihrem Eintritt in das folgende Leitrad zweimal um einen nahezu oder ganz rechten Winkel abgelenkt werden müssen, ohne daß hierzu geeignete Leitmittel vorhanden sind, daß also die Austrittsgeschwindigkeit des Treibmittelstrahls fast vollständig verloren geht. Dieser Verlust an und für sich kann gemindert werden durch Verringerung der Treibmittelgeschwindigkeit, d. h. des Druckgefälls pro Druckstufe, d. h. durch Vermehrung der Stufenzahl, wenn man die Nachteile größerer Baulänge der Turbine und größerer Radreibungsverluste in den Kauf nehmen will.

Bei der total beaufschlagten Turbine tritt die Treibmittelgeschwindigkeitsvernichtung, wenigstens bei nicht allzu sprungweiser Schaufel-Verbreitung von Stufe zu Stufe nicht auf, weil da die sprungweise peripherische Ausbreitung des Treibmittelstrahls nicht auftritt. Dies hat bis jetzt bei partiell beaufschlagten Aktionsdruckstufenturbinen das Bestreben der Erbauer unterhalten, die Totalität der Beaufschlagung möglichst rasch zu erreichen, also die Sprünge in der Beaufschlagungsbogenlänge möglichst groß zu machen und die Schaufelbreite vor Erreichung der Totalität nicht zu vergrößern, hat aber auch zu Aktionsdruckstufenturbinen geführt, welche von Anfang an total beaufschlagt sind, . wobei die im Hoch-

(2. Auflage, ausgegeben am 14. December 1910J

druckteil der Turbine sich fühlbar machenden großen Nachteile der totalen Beaufschlagung , (kleine Schaufelbreiten, unbequem zu formende Leitapparate, kleine Druckgefälle, große Stufenzahl) den Preis darstellen, welcher für die Erhaltung der Austrittsgeschwindigkeit bezahlt wird. ■

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine partiell beaufschlagte Aktionsdruckstufenturbine, bei welcher die Vernichtung der Austrittsgeschwindigkeit vermieden wird, ohne daß die Vorteile der partiellen Beaufschlagung geschmälert werden, bei welcher also mit größeren Austrittsgeschwindigkeiten, also auch mit größeren Geschwindigkeiten überhaupt, d. h. mit größerem Druckgefälle pro Stufe, mit weniger Stufen, mit geringerer Baulänge und mit weniger Konstruktionsteilen gearbeitet wird. In vielen Fällen der Anwendung, z. B. bei großen Turbinen, findet die Erhaltung der Austrittsgeschwindigkeit innerhalb einer Gruppe von Druckstufen statt, während sie beim Übergang von einer Gruppe zur nächstfolgenden verloren geht. Dabei tritt aber die bei den bisher bekannt gewordenen partiell beaufschlagten Aktionsdruckstufenturbinen bei jeder der zahlreichen Stufen auftretende Vernichtung der Austrittsgeschwindigkeit nur einmal oder höchstens zwei- bis dreimal — je beim Übergang von einer Gruppe zur nächstfolgenden — auf.

Die Erfindung gestattet also bei einer partiell beaufschlagten Aktionsdruckstufenturbine (für dampf- oder gasförmige Treibmittel), bei welcher mehrere Druckstufen zu Gruppen angeordnet sind, daß die Austrittsgeschwindigkeit am Ende jeder Druckstufe in der nächstfolgenden dieser Gruppe ausgenutzt wird. Dies wird dadurch bewirkt, daß dem Dampf bei der Expansion durch eine Druckstufengruppe nirgends Gelegenheit zu einer plötzlichen (sprungweise) Querschnittserweiterung geboten wird. Letztere ist eine allmähliche und erfolgt bei konstanter Beaufschlagungslänge nur in radialer Richtung und kann auf Lauf- und Leitradzellen beliebig verteilt sein. In jeder .Druckstufengruppe ist also bei wesentlich gleichem Beaufschlagungsdurchmesser die Beaufschlagungslänge konstant. Die Schaufelbreite nimmt von Stufe zu Stufe bis zu einem praktisch zulässigen Höchstmaße zu, hierauf beginnt eine neue Druckstufengruppe mit denselben Eigenschaften wie die vorhergehende. Bei Übergang von der ersten zur zweiten Gruppe nimmt die Beaufschlagungslänge mit einem großen Schritte zu, die Schaufelbreite mit einem großen Schritte ab, letztere um in der zweiten Druckstufengruppe bei konstanter Beaufschlagungslänge wieder zuzunehmen, bis zum praktisch zulässigen Höchstmaße. Hierauf beginnt wieder eine Druckstufengruppe usw.

Das praktisch zulässige Höchstmaß ist von mehreren Faktoren abhängig; von bestimmendem Einfluß auf dasselbe sind: die Größe der Turbineneinheit, die Tourenzahl, der Druck und die zulässige Beanspruchung des Materials. Es ist Sache des Konstrukteurs, bei jeder Druckstufengruppe dieses Höchstmaß festzusetzen und wie weit er unter demselben bleiben will.

Die Zeichnungen veranschaulichen beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes.

In Fig. ι ist ein Achsialschnitt durch eine solche Turbine dargestellt. Beispielsweise haben hier die beiden ersten Gruppen gleichen Durchmesser der Beaufschlagung, eine dritte Gruppe hat einen größeren. Das Treibmittel, z. B. Dampf, tritt bei e in den Einströmungsraum, expandiert in den'Leitzellen der ersten Druckstufengruppe, wobei die der Expansion entsprechende Querschnittserweiterung nur in radialer Richtung erfolgt. Die Beaufschlagungslänge ist konstant (Fig. 2), ^₁ und v_% sind die Verschiebungen der Beaufschlagungen gegeneinander; sie ergeben sich durch die Schaufelung und die Geschwindigkeiten entsprechend Fig. la, welche einen Teil der Abwicklung der Beaufschlagungsebene bildet. Der Ausströmungsraum f der ersten Druck-Stufengruppe ist zugleich der Einströmungsraum der folgenden; letztere beginnt mit einer kleineren Leitzellenbreite; die beaufschlagte Länge ist aber größer und bleibt für die Druckstufengruppe konstant (Fig. 3). Der Ausströmungsraum g (Fig. 1) der zweiten Gruppe ist der Einströmungsraum der folgenden. Fig. 4 zeigt die konstante Beaufschlagungslänge dieser Gruppe usw. Der Dampf durchströmt so sämtliche Druckstufengruppen und tritt bei h in den Ausströmungsraum der Turbine.

In Fig. ι findet eine allmähliche radiale Erweiterung in den Leitzellen statt. Die Breite der Leitzelle ist an ihrem Austritt größer als an ihrem Eintritt. Die Laufradzellen zeigen konstante Schaufelbreite vom Eintritt bis zum Austritt, entsprechend der Breite der beiden benachbarten Leitzellen; Fig. 5 unterscheidet sich von Fig. 1 nur dadurch, daß die radiale Erweiterung nicht mehr in die Leitzellen 1 (Fig. 2 bis 4) verlegt ist, sondern in die Laufradzellen. Letztere schaffen einen allmählichen Übergang von einer Leitzellenbreite zu der folgenden. In Fig. 6 ist die radiale Erweiterung auf Leit- und Laufradzellen verteilt.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung des Expansionsvorganges.

Die Vorteile dieser Erfindung gegenüber der bis jetzt bekannt gewordenen partiell beaufschlagten, mehrstufigen Aktionsdruckstufenturbine sind folgende: Die Austrittsgeschwin-

digkeit wird innerhalb einer Gruppe nirgends vernichtet; dieselbe geht nur am Ende einer Gruppe verloren. Bei gleicher Stufenzahl, wird also ein besserer Wirkungsgrad erreicht. Bei den bis jetzt bekannt gewordenen Turbinen dieser Gattung muß zwischen Laufrad der einen Stufe und Leitrad der folgenden ein großer Zwischenraum gelassen werden, damit sich der Dampf in demselben verbreiten kann.

ίο Dieser große Zwischenraum bedingt an und für sich schon eine Vernichtung der Austrittsgeschwindigkeit. Bei Turbinen nach vorliegender Erfindung kann dieser Raum auf ein nur durch Herstellungsrücksichten bestimmtes Maß reduziert werden, wodurch auch die Baulänge kürzer wird. Zufolge Ausnutzung der Austrittsgeschwindigkeit kann bei gleichem Wirkungsgrad die Stufenzahl erheblich vermindert werden, sowohl weil der Wirkungsgrad jeder Stufe erhöht wird, als auch weil mit größeren Treibmittelgeschwindigkeiten ohne Verlust eines großen Teiles derselben gearbeitet werden darf.

Gegenüber den voll beaufschlagten Aktionsdruckstufenturbinen besitzt die Turbine nach vorliegender Erfindung alle Vorteile der partiellen Beaufschlagung, nämlich geringe Stufenzahl, daher kleinere Baukosten, kleinere Leerlaufsarbeit, besseren Wirkungsgrad.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Partiell beaufschlagte mehrstufige Aktionsturbine für dampf- oder gasförmige Treibmittel, bestehend aus einer oder mehreren Gruppen, dadurch gekennzeichnet, daß jede aus mehreren Druckstufen mit wesentlich gleichem Beaufschlagungsdurchmesser bestehende Gruppe eine konstante peripherische Ausdehnung der Beaufschlagung und eine Zunahme der Durchflußquerschnitte durch auf Leit- und Laufradzellen beliebig verteilte radiale Erweiterung besitzt.

2. Ausführungsform nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die radiale Erweiterung in einer Gruppe ein praktisch zulässiges Höchstmaß erreicht, worauf bei gleichbleibendem Beaufschlagungsdurchmesser unter plötzlicher peripherischer Erweiterung und plötzlicher radialer Verengung die radiale Erweiterung in der folgenden Druckstufengruppe wieder beginnt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.