DE554163C - Dampfturbine mit radial und axial beaufschlagter Beschaufelung - Google Patents

Description

Dampfturbinen sind bekannt, bei welchen der Dampf zur Mitte der Turbine gelangt und zuerst eine Anzahl in Reihen hintereinander gelegener, radial beaufschlagter Schaufelkränze durchströmt, um in einem hinter deren letztem Laufschaufelring befindlichen Raum nach zwei parallelen oder untereinander in Reihe angeordneten, axial beaufschlagten Beschaufelungen oder deren mehreren verteilt zu werden. Wenn der Dampf in diesen Raum hineinströmt, ist er bereits unter Abgabe von Energie einer beträchtlichen Entspannung unterworfen worden und hat auch eine erhebliche Temperatursenkung erfahren, so daß er eine große Menge Feuchtigkeit enthält. Bei Turbinen der Doppelumlaufart hat man vorgeschlagen, diese Feuchtigkeit durch Löcher abzuleiten, die in demjenigen Ring angeordnet sind, welcher das Gehäuse der inneren Teile der Turbine bildet und sich radial außerhalb der radial beaufschlagten Beschaufelung befindet. Diese Abscheidung der Feuchtigkeit sollte dadurch erreicht werden, daß dem Dampf beim Ausströmen aus dem letzten Laufschaufelring der radial beaufschlagten Beschaufelung eine Bewegung in der Umfangsrichtung gegeben wurde, wodurch sich die Feuchtigkeitsteilchen infolge der Fliehkraft wesentlich in den radial äußersten Teilen der Turbine sammeln sollten. Es hat sich aber herausgestellt, daß der Dampf beim Verlassen des letzten Laufschaufelringes der radial beaufschlagten Beschaufelung in der Hauptsache nur eine radiale Richtung hat und daß er eine wirbelnde Bewegung erhält, wenn er nach den Leitschaufeln in der Leitvorrichtung der axial beaufschlagten Beschaufelung abgeleitet wird. Es gelingt somit nicht, in dieser Weise Feuchtigkeitsteilchen oder feuchten Dampf ohne große Energieverluste abzuleiten.

Ferner wird die Geschwindigkeit des Dampfes in dem Raum hinter der radial beaufschlagten Beschaufelung zuerst vermindert und dann wieder erhöht, und da diese Geschwindigkeitsschwankung Verluste mit sich bringt, wird der Gesamtwirkungsgrad der Turbine dadurch beeinträchtigt. Diese Übelstände treten sowohl bei Turbinen mit nur einem Laufschaufelring nebst zugehöriger Leitvorrichtung auf als auch bei Turbinen mit mehreren Laufschaufelringen und meh-

*J Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

AIf Lysholm in Stockholm.

reren Leitschaufelkränzen in der Leitvorrichtung, welche in jeder axial beaufschlagten Beschaufelung angeordnet sind.

Es sind ,Dampfturbinen bekannt, welche mehrere radial beaufschlagte Beschaufelungen und eine axial beaufschlagte Beschaufelung oder deren mehrere aufweisen und bei denen zwischen den beiden Beschaufelungen eine Leitvorrichtung eingesetzt ist. Bei den ίο bekannten Turbinen dieser Art ist jedoch die Leitvorrichtung in Gestalt von verhältnismäßig schmalen Leitschaufeln oder Leisten ausgebildet, die dem ersten axial beaufschlagten Schaufelrad unmittelbar vorgeschaltet sind. Infolge dieser Anordnung der verhältnismäßig schmalen Leitschaufeln unmittelbar vor dem ersten axial beaufschlagten Laufrad bleiben die oben beschriebenen Nachteile der bisherigen Bauweise solcher Turbinen im vollen Umfange bestehen. Denn auch bei dieser Bauart verbleibt zwischen dem letzten Schaufelkranz der radial beaufschlagten Beschaufelung und der Leitvorrichtung der axial- beaufschlagten Beschaufelung ein großer freier Raum zwischen den beiden Beschaufelungen, was eine Wirbelung des Dampfes und Stoßverluste durch anfangs eintretende Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit und darauf wieder erfolgende Vergrößerung dieser Geschwindigkeit veranlaßt. Die Übelstände bestehen also genau so fort, wie bei solchen Turbinen, bei denen eine Leitvorrichtung überhaupt nicht vorgesehen ist.

In Erkenntnis der dem freien Raum zwischen radial und axial beaufschlagter Beschaufelung anhaftenden Mängel besteht die Erfindung darin, daß der einzige oder erste Leitschaufelkranz der Leitvorrichtung der axial beaufschlagten Beschaufelung, gerechnet in der Hauptdurchströmungsrichtung des Dampfes, unmittelbar hinter dem letzten Laufschaufelring der radial beaufschlagten Beschaufelung liegt. Dabei erhalten die Schaufeln in dem ersten oder einzigen Leitschaufelkranz der axial beaufschlagten Beschaufelung in der Hauptsache eine axiale Längsausdehnung, vorzugsweise eine axiale Länge, die geringer ist als die radiale Breite. 5o_o Die Erfindung läßt sich sowohl bei radial beaufschlagten Turbinen anwenden, die nur einen axial beaufschlagten Schaufelkranz aufweisen, als auch bei solchen, welche mehrere, z. B. beiderseits angeordnete, axial beaufschlagte Lauf räder besitzen.· Im letzteren Falle wird der aus der radial beaufschlagten Beschaufelung austretende Dampfstrom in zwei oder mehrere Teilströme zerlegt, die dem axial beaufschlagten Laufrad zugeleitet werden sollen. Da bei Doppelumlaufturbinen mit beiderseits angeordneten, axial beaufschlagten Beschaufelungen die Laufräder entgegengesetzten Drehsinn haben müssen, so ergibt sich hieraus, daß die von der radial beaufschlagten Beschaufelung zu den axial beaufschlagten Beschaufelungen zu führenden Teilströme entgegengesetzte Richtung haben müssen. Um auch für diesen Fall eine sichere und wirbelungsfreie Führung der geteilten Dampfströme zu haben, wird gemäß der Erfindung der Raum zwischen der radial beaufschlagten Beschaufelung und den axial beaufschlagten Beschaufelungen durch eine radial verlaufende Scheidewand in zwei Dampfkammern oder Dampfkanäle unterteilt, in denen die nach entgegengesetzter Richtung verlaufenden Dampfströme geführt werden, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen und Wirbel zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird diese Scheidewand gleichzeitig als Träger der in dem Dampfkanal liegenden Leitschaufelkränze benutzt.

Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

Es zeigen:

Abb. ι einen Querschnitt durch einen Teil einer Turbine der Doppelumlaufart,

Abb. 2 eine Abänderung einer Einzelheit derselben,

Abb. 3 einen Schnitt durch Abb. 2 nach der Linie C-C,

Abb. 4 eine schematische Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform der für die axial beaufschlagte Beschaufelung bestimmten Dampfverteilungsvorrichtung.

In Abb. ι deutet A-A eine Ebene senkrecht zur Drehachse 1 der Turbine an, zu welcher Ebene die Turbine in der Hauptsache symmetrisch ist. Die Turbinenwelle 2 ist in bekannter Weise mit einem inneren Teil 3 vereinigt oder zusammengebaut, welcher Teil seinerseits in einem Teil 4 konzentrisch angeordnet ist. Diese Teile bilden zusammen mit einem äußeren Teil 5 das die verschiedenen Beschaufelungen tragende Turbinenrad. Der _lt>5 äußerste Teil 5 trägt teils Laufschaufelringe 10 und 11 mit axialer Beaufschlagung und teils durch elastische Verbindungen 14 eine radial beaufschlagte Beschaufelung 15 und wird durch zwei auf dem Teil 5 auf- no geschrumpfte Ringe sowie durch einen hohlen Bolzen mit den inneren Teilen 3 und 4 verbunden, welche mittels elastischer Verbindungen 6 und 7 die radial beaufschlagten Beschaufelungen 8 und 9 tragen. Der Dampf gelangt durch den Einlaß 16 nach dem in der Mitte der Turbine befindlichen Raum 17, von wo er radial nach auswärts durch die drei Beschaufelungen 8, 9 und 15 strömt.

Neben dem letzten Laufschaufelring 36 der radial beaufschlagten Beschaufelung 15, in der Hauptdurchströmungsrichtung des Dampfes

gerechnet, ist erfindungsgemäß der einzige oder erste Leitschaufelkranz 28 der Leitvorrichtung der axial beaufschlagten Beschaufelung angebracht. Die Schaufeln dieses Leitschaufelkranzes haben in der Hauptsache eine radiale Ausdehnung und haben dabei eine größere Ausdehnung in der Hauptdurchströmungsrichtung des Dampfes als senkrecht zu dieser Richtung. Bei der auf der Zeichnung veranschaulichten Turbine bedeutet dies somit, daß die Schaufeln eine größere radiale Breite als axiale Länge haben.

Gemäß der Erfindung wird auch der Abstand zwischen dem Schaufelring 36 und dem Leitschaufelkranz 28 klein gemacht, d.h. die Einlaßkanten nach dem Leitschaufelkranz 2S werden neben der Auslaßkante des Laufschaufelringes in solchem Abstand angebracht, daß die Auslaßenergie von der Lauf- 7.0 beschaufelung 15 ohne Geschwindigkeitsverminderung im Leitschaufelkranz 28 ausgenutzt werden kann. Desgleichen wird die Anordnung zweckmäßig so ausgeführt, daß der Leitschaufelkranz 28 näher dem Laufschaufelring 36 als dem ersten Laufschaufelring 10 der axial beaufschlagten Beschaufelung liegt.

Zwischen dem Laufschaufelring 36 und dem Leitschaufelkranz 28 wird ein Raum 27 gebildet, welcher gemäß der Erfindung durch eine auch den Schaufelkranz 28 tragende Zwischenwand 35 in zwei Kanäle 29 und 29" eingeteilt wird. Durch diese Wand werden unmittelbar die Dampfmengen, welche die axial beaufschlagten Beschaufelungen io, ir durchströmen sollen, abgeteilt. Der Dampf, der durch die radial beaufschlagte Beschaufelung hindurchgeströmt ist, wird hierdurch nicht derjenigen Entspannung unterzogen, die früher erforderlich war, um den ganzen Raum 27 auszufüllen, und er erfährt somit auch keine Geschwindigkeitsverminderung, welche dann in der Leitvorrichtung der axial beaufschlagten Beschaufelung durch eine neue Beschleunigung wieder aufgehoben werden müßte.

Der Dampf strömt aus der radial beaufschlagten Beschaufelung im wesentlichen in radialer Richtung hinaus und wird unter Zuhilfenahme der Scheidewand 35 und des Leitschaufelkranzes 28 hauptsächlich in der durch die strichpunktierte Linie 37 angedeuteten Richtung fortgeleitet. Nach der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Schaufeln des Leitschaufelkranzes von dem letzten Laufschaufelring 36 bis an den Schaufelring 10. Der Leitschaufelkranz 28 wird somit Raumschaufeln enthalten müssen. Der vom Schaufelring 36 herausströmende Dampf wird somit unmittelbar teils durch die Wand 35 und teils von den Schaufeln des Leitschaufelkranzes 28 geführt, so daß er unmittelbar nach dem Laufschaufelring 10 fortgeleitet wird.

Ferner wird dem Dampf durch die Schaufein der Leitvorrichtung eine Geschwindigkeit in der Umfangsrichtung mitgeteilt, wodurch die im Dampf befindlichen Feuchtigkeitsteilchen durch die Fliehkraft abgetrennt und längs dem Ring 13 radial außerhalb des Laufschaufel ringes 10 und durch die Leitschaufeln 12 sowie radial außerhalb des Schaufelringes 11 nach dem Dampfauslaß 30 hinausgeschleudert werden. Die Schaufeln werden in der Leitvorrichtung 28 zweckmäßig derart angeordnet, daß der von den Leitschaufeln kommende Dampf dieselbe Umfangsgeschwindigkeit erhält, die die Laufschaufeln der entsprechenden axial beaufschlagten Beschaufelung besitzen. Wird daher angenommen, daß die dargestellte Hälfte des Turbinenrades 5 mit den Schaufeln 10 bis n zur Zeichnungsebene hin umläuft, dann zeigen die Schaufeln des Leitschaufelkranzes 28 in der Zeichnung ihre konvexen Flächen, während die konkaven Flächen von der Unterseite der Zeichnungsebene aus sichtbar sein würden. Die Schaufeln des Leitschaufelkranzes 28 tragen noch eine Wand. 40, durch die jeder durch den Leitschaufelkranz führende Kanal für den Dampf in der axialen Richtung der Turbine auf der einen Seite durch die Scheidewand 35 und auf der anderen Seite durch die Wand 40 begrenzt wird.

Bei der in Abb. 2 gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Schaufeln des Leitschaufelkranzes 28, der von der den Raum zwischen dem letzten Laufschaufelring 36 und dem einzigen oder ersten Laufschaufelring~io in zwei Kanäle 29 teilenden Scheidewand 35 getragen wird, nur über einen Teil des Kanals 29, worauf hinter ihren Auslaßkanten der Dampf eine andere Richtung einnimmt, um in axialer Richtung durch die axial beaufschlagten Schaufeln hinauszuströmen. Die Abb. 2 zeigt nur die eine Hälfte des Kanals 29. Die Schaufeln des Leitschaufelkranzes 28 brauchen bei dieser Ausführung nicht als Raumschaufeln ausgebildet zu werden, sondern erhalten nur eine bei Dampfturbinen bekannte Form. Der gabelförmige äußerste Teil des Turbinenrades 5 trägt in dieser Ausführungsform Schaufeln 10 mit Füßen 39 einer radial längeren Art. Diese Füße in ihrer Gesamtheit bilden im ganzen Laufschaufelring einen Kranz, welcher den Dampf verhindert, zwischen den Füßen hindurchzuströmen. In den ringförmigen Teil 13 ist eine Anzahl Löcher 41 gebohrt, durch welche die im Dampf befindliche Feuchtigkeit durch die Fliehkraft hinausgeschleudert wird.

In Abb. 3 wird gezeigt, wie der Dampf nach seinem Durchgang durch den Laufschaufelring 36 mit einer Geschwindigkeit und in einer Richtung ausströmt, welche dem Pfeil 48 entsprechen. Diese Geschwindigkeit und Richtung müssen im Verhältnis zur Umfangsgeschwindigkeit 49 so gewählt werden, daß die relative Auslaßrichtung und Geschwindigkeit des Dampfes dem Pfeil 50 entsprechen, d. h. die relative Ausströmrichtung des Dampfes vom Laufschaufelring 36 muß annähernd radial sein. Wie vorher erwähnt, sind die Schaufeln der von der Wand 35 getragenen Leitschaufelkränze zu beiden Seiten der Wand mit ihren konvexen Seiten nach entgegengesetzten Richtungen verlegt, was aus Abb. 3 hervorgeht, wo die Schaufeln 28 mit vollgezogenen Linien gezeigt sind, während die auf der anderen Seite der Scheidewand 35 gelegenen Leitschaufeln durch strichpunktierte Linien 51 gezeichnet sind. Der vom Schaufelring 36 hauptsächlich in radialer Richtung kommende Dampf paßt daher sowohl für den Leitschaufelkranz der einen Seite als auch für den Leitschaufelkranz der anderen Seite. Die Schaufeln des Leitschaufelkranzes 28 können in gewöhnlicher Weise hergestellt werden, und zwar durch Bearbeitung geeigneten Stahls, durch Fräsen oder Hobeln, können aber auch gegossen werden, entweder massiv oder, wie in Abb. 3 gezeigt, mit einem innerhalb der Schaufel verlaufenden Kanal. Endlich können diese Schaufeln auch aus einem zu der Form der Schaufel gebogenen Blech hergestellt werden, dessen beide Enden zusammengeschweißt werden.

Zweckmäßig muß der Dampf, nachdem er den Leitschaufelkranz der Leitvorrichtung verlassen hat, eine solche Auslaßrichtung und Geschwindigkeit erhalten, daß seine Einlaßrichtung gegen den ersten Laufschaufelring der axial beaufschlagten Beschaufelung durchschnittlich senkrecht zu denjenigen Ebenen wird, in denen dieser Laufschaufelkranz umläuft, oder wenigstens so, daß der relative Einlaß winkel des Dampfes 90 ° beträgt.

In Abb. 4 ist die Scheidewand 35 durch zwei Wände ersetzt, welche um die Symmetrieebene A-A der Turbine symmetrisch angebracht sind. Die Schaufeln 28 und 51 der beiden Leitschaufelkränze haben eine etwas abgeänderte Form, sollen aber wiederum in der früher . beschriebenen Weise dienen. Anstatt zweier Wände kann man auch deren mehrere anordnen, wobei auch diese um die Symmetrieebene der Turbine symmetrisch an_r zubringen sind.

In sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsformen besitzt gemäß den Zeichnungen die Turbine zwei im Verhältnis zueinander und zur Hauptdurchströmungsrichtung des Dampfes parallel angeordnete, axial beaufschlagte Beschaufelungen. Indessen ist eine Mehrzahl von axial beaufschlagten Beschaufelungen denkbar, wobei der Raum zwischen dem letzten Laufschaufelkranz 36 und den einzigen oder ersten Laufschaufelkränzen der axial beaufschlagten Beschaufelungen durch Wände in Kanäle derart eingeteilt wird, daß gleich große Teile des Auslaßteiles der radial beaufschlagten Beschaufelung mit den einzigen oder ersten Laufschaufelringen der axial beaufschlagten Beschaufelung verbunden werden.

Ferner besteht in den obengenannten Abbildungen jede axial beaufschlagte Beschaufelung aus zwei Laufschaufelringen, aber die Erfindung ist nicht auf diese Anzahl beschränkt. Für den Fall, daß diese Beschaufelung nur aus einem einzigen Laufschaufelring besteht, besteht die Leitvorrichtung 28 lediglich aus einem Leitschaufelkranz, welcher neben dem letzten Laufschaufelring 36 angeordnet wird.

Ferner können andere, für Turbinen dieser Art bekannte Bauweisen angewandt werden, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Die radiale Ausdehnung des Leitschaufelkranzes 28 ist naturgemäß auch von der Größe der Turbine abhängig, in welcher derselbe anzuordnen ist.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Dampfturbine mit einer radial beaufschlagten Beschaufelung oder deren mehreren und einer axial beaufschlagten Beschaufelung oder deren mehreren nebst zugehöriger Leitvorrichtung, dadurch ge- too kennzeichnet, daß der einzige oder erste Leitschaufelkranz der Leitvorrichtung der axial beaufschlagten Beschaufelung, in der Hauptdurchströmungsrichtung des Dampfes gerechnet, unmittelbar hinter dem letzten Laufschaufelring der radial beaufschlagten Beschaufelung liegt.

2. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln in dem einzigen oder ersten Leitschaufelkranz der axial beaufschlagten Beschaufelung in der Hauptsache eine axiale Längsausdehnung haben.

3. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln n₅ in dem einzigen oder ersten Leitschaufelkranz der Leitvorrichtung eine axiale Länge haben, die geringer ist als die radiale Breite.

4. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste oder einzige Leitschaufelkranz der Leitvorrich-

tung dem letzten Laufschaufelring der radial beaufschlagten Beschaufelung, in der Hauptdurchströmungsrichtung des Dampfes gerechnet, näher gelegen ist als dem ersten oder einzigen Laufschaufelring der axial beaufschlagten Beschaufelung.

5. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem letzten Laufschaufelring der radial beaufschlagten Beschaufelung und dem Laufschaufelring oder dem ersten Laufschaufelring der axial beaufschlagten Beschaufelung durch eine in oder annähernd in einer radial durch die Turbine sich erstreckenden Symmetrieebene gelegenen Scheidewand (35) in zwei Dampfkammern oder Dampfkanäle unterteilt ist, wobei diese Scheidewand die in den Dampfkanälen liegenden, zu der Leitvorrichtung der axial beaufschlagten Beschaufelung gehörenden Leitschaufelkränze trägt.

6. Dampfturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand durch zwei oder mehrere Wände ersetzt ist, die zur Symmetrieebene symmetrisch liegen.

7. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln in der einzigen oder ersten Leitvorrichtung der axial beaufschlagten Beschaufelung zwischen zwei Wänden (35, 40) befestigt sind, wobei die eine Wand die radial und symmetrisch gestellte Scheidewand (35) bildet, während die andere Wand (40) von den Leitschaufeln getragen wird.

8. Dampfturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal durch den Leitschaufelkranz der Leitvorrichtung, in der axialen Ausdehnung der Turbine gerechnet, auf der einen Seite durch eine zwei Kanälen gemeinsame Scheidewand und auf der anderen Seite durch eine von den Leitschaufeln getragene Wand begrenzt wird.

9. Dampfturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle, in die der Raum zwischen dem letzten Laufschaufelring der radial beaufschlagten Beschaufelung und dem einzigen oder ersten Laufschaufelring der axial beaufschlagten Beschaufelung eingeteilt ist, mit je einer axial beaufschlagten Beschaufelung verbunden sind, wobei die Leitschaufeln des einzigen oder ersten Leitschaufelkranzes jeder axial beaufschlagten Beschaufelung mit ihrer konvexen Seite nach derjenigen Richtung hin liegen, in welcher der einzige oder erste Laufschaufelring der axial beaufschlagten Beschaufelung im Betriebe umläuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen