Lauf-,oder Leitkanal für Dampf- oder Gasturbinen Beim Durchströmen
der Führungskanäle von Dampf- oder Gasturbinen findet infolge des Beharrungsvermögens
des Treibmittelstrahls bei Richtungsänderungen ein. Ablösen desselben von. der Kanalwandung
statt, was zur Bildung von Wirbel- und. Unterdruckgebieten an der Schaufelrückenseite
führt.Runway or guide channel for steam or gas turbines when flowing through
the guide channels of steam or gas turbines takes place as a result of the inertia
of the propellant jet when changing direction. Detaching the same from. the canal wall
instead of what leads to the formation of vertebrae and. Low pressure areas on the blade rear side
leads.
Die Hauptströmung des Treibmittelstrahles erfährt nun durch dieses
Wirbelgebiet eine Querschnittseinschränkung, so daß die Geschwindigkeit des Strahles
an dieser.Stelle unter gleichzeitiger Druckminderung höhere Werte annimmt als die
dem Kanalquerschnitt und dem zur Verfügung stehenden Wärmegefälle entsprechenden:.
Es. ergibt sich daher bei Verwendung von Schaufeln üblicher Form der Nachteil, daB
in den. der Einschnürung folgenden Stellen des Führungskanals eine unbestimmte Erweiterung
entsteht, weil sich gewissermaßen eine erweiterte Düse mit flüssiger Wandung bildet,
deren eine Begrenzungswand das Wirbelgebiet selbst ist.The main flow of the propellant jet now experiences through this
Vortex area a cross-section restriction, so that the speed of the jet
at this point, with simultaneous pressure reduction, assumes higher values than the
corresponding to the duct cross-section and the available heat gradient :.
It. When using blades of the usual shape there is therefore the disadvantage that
in the. The points of the guide channel following the constriction have an indefinite widening
arises because, to a certain extent, an enlarged nozzle with a liquid wall is formed,
whose one boundary wall is the vortex area itself.
Der Gedanke, die Querschnittsform des Schaufelkanals von Dampf- oder
Gasturbinen dem Strahlverlaüf des Treibmittels, der sich aus der Wirbelbildung infolge
Strahlablösung ergibt, anzupassen, ist bei Freistrahlturbinen an sich nicht mehr
neu. Durch die dort
vorgeschlagene Querschnittsveren gung in der
Mitte des Schaufelkanals mit allmählicher Erweiterung nach dem Austritt zu, läßt
sich aber die Aufgabe nicht lösen, weil die Grenzschichtrcibung in. Verbindung mit
der Richtungsänderung der Schaufelrückenwand dem strömenden Mittel stets so viel
Energie entzieht, daß Rückströmungen und damit Strahlablösungen unvermeidbar sind.The thought, the cross-sectional shape of the vane channel of steam or
Gas turbines the jet flow of the propellant, which results from the vortex formation
Beam separation results, to adapt, is no longer per se in free-jet turbines
New. By there
proposed cross-sectional constriction in the
Middle of the blade channel with gradual widening after the outlet allows
but the problem cannot be solved because the boundary layer friction is in connection with
the change in direction of the blade back wall is always as much as the flowing medium
Energy is withdrawn so that backflows and thus jet detachments are unavoidable.
Um nun hinter der Einschnürung eine geregelte Führung des Treibmittelstrahles
zu gewährleisten, wird gemäß der Erfindung die Schaufelrückenwand etwa am engsten
Querschnitt, dort wo die Krümmung in den mehr geradlinig begrenzten Austrittsschenkel
übergeht, so ausgeführt, daß durch Zurückspringen der Rückenwand eine der Größe
des Wirbelgebietes entsprechende allmähliche oder scharfkantige Verengung des Kanalquerschnitts
sich ergibt. Die unerwünschte Querschnittserweiterung des Strahles hinter seinem
wirklichen engsten Ouerschnitt wird dadurch unterbunden und somit auch das Auftreten
einer Diffusorwirkung vermieden. Die Strahlgeschwindigkeit kann demnach nicht mehr
über denjenigen Wert wachsen, der dem im Schaufelkranz verarbeiteten Wärmegefälle
entspricht. Eine Strahlablenkung, durch die der Ouerschnitt des Treibmittelstrahles
vergrößert und eine schädliche 'Erweiterung herbeigeführt wird, wird nebst der damit
verbundenen Druckumsetzung ebenfalls vermieden, da sich der Strahl gemäß den schon
vor Jahren gemachten Beobachtungen an die Rückenfläche des Schaufelaustrittsschenkels
anlegt. Dem Auftreten von Überschallgeschwindigkeit hinter der Strahleinschnürung
und der damit verbundenen Verdichtungsstöße wird dadurch wirksam begegnet.In order to now control the propellant jet behind the constriction
To ensure, according to the invention, the blade back wall is about the narrowest
Cross-section where the curvature in the more straight-lined exit leg
goes over, executed so that by jumping back the back wall one of the size
Gradual or sharp-edged narrowing of the canal cross-section corresponding to the vortex area
results. The unwanted widening of the cross section of the beam behind his
Real narrowest cross-section is thereby prevented and thus also the occurrence
a diffuser effect avoided. The jet speed can therefore no longer
grow above the value of the heat gradient processed in the blade ring
is equivalent to. A jet deflection through which the cross section of the propellant jet
is enlarged and a harmful 'enlargement is brought about, along with the
associated pressure conversion also avoided, since the jet according to the already
Observations made years ago on the back surface of the blade outlet leg
applies. The occurrence of supersonic speeds behind the constriction of the jet
and the associated compression shocks are effectively countered.
Diese erwähnten nachteiligen Wirkungen der durch Strahlablösung hervorgerufenen
Strahleinschnürung treten in besonders starkem Maße bei Turbinen mit hohem Anfangsdruck
auf, weil dort die Trägheitskräfte wie allgemein bei hohen Reynoldschen Zahlen die
Zähigkeitskräfte weit übersteigen und daher das Auftreten von Ablösungserscheinungen
begünstigen. Die durch Richtungsänderungen des f reibmittelstrahles hervorgerufenen
Ablösungserscheinungen können aber auch von vornherein stark eingeschränkt werden,
wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung an der Schaufelrückenseite vor der
Ablösungsstelle noch ein in den Führungskanal hineinragender Vorsprung vorgesehen
ist, da hierdurch der Grenzschicht des Treibmittels neue Energie zugeführt wird.These mentioned adverse effects of those caused by beam separation
Jet constrictions are particularly pronounced in turbines with high initial pressure
because there the inertial forces, as is generally the case with high Reynolds numbers
Toughness forces far exceed and therefore the occurrence of separation phenomena
favor. Those caused by changes in the direction of the friction medium jet
However, signs of detachment can also be severely restricted from the outset,
if in a further embodiment of the invention on the blade back side in front of the
Separation point a projection protruding into the guide channel is also provided
is because this supplies new energy to the boundary layer of the propellant.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, durch am Ende der Schaufeln angebrachte
kleine Hindernisse an dieser Stelle eine künstliche Turbulenzverstärkung hervorzurufen,
um den durch die endliche Materialstärke des Düsen-Bleches etwa herbeigeführten
Ablösungserscheinungen zu begegnen. Diese kleinen Hindernisse am Ende der Schaufeln
haben aller einen anderen Zweck. Sie sollen der Grenzschicht nur so viel Energie
mitteilen. daß der durch die Düsenblechstärke am Ende der Schaufeln etwa bewirkte
Druckanstieg überwunden «-erden kann. .-#ußerdetn liegen diese kleinen Hindernisse
vor der Stelle, an der die Ablösung der Strömung stattfinden kann.It has already been suggested by being attached to the end of the paddles
small obstacles at this point to create an artificial increase in turbulence,
around that brought about by the finite material thickness of the nozzle plate
To counteract separation phenomena. Those little obstacles at the end of the shovels
each have a different purpose. You are supposed to give the boundary layer just as much energy
communicate. that caused by the nozzle plate thickness at the end of the blades about
Pressure rise can be overcome. .- # There are also these little obstacles
in front of the point at which the flow separation can take place.
Im Gegensatz hierzu soll gemäß der Erfindung die Form des Schaufelkanals
hinter der Ablösungsstelle dem Strahlquerschnitt dadurch angepaßt werden, daß das
entstandene Wirbelgebiet durch Rückspringen der Kanalwand an der Vergrößerung bis
zur Schaufelaustrittskante gehindert wird. Der Rücksprung ist alsokein Hindernis,
sondern schafft im Gegenteil günstigere Strömungsverhältnisse für den Strahl, da
dieser wieder an einer festen Wand mit geringen Verlusten geführt wird. Der das
Wesen der Erfindung bildende Rücksprung soll außerdem nicht an der Schaufelaustrittskante,
sondern in der -Nähe des engsten Querschnittes liegen, und zwar °twa am Ende der
Krümmung kurz vor dem Beginn des ungefähr geradlinig begrenzten Austrittsschenkels
der Leitschaufeln oder Düsen. Ein weiteres Mittel, um die Ablösungen des Treibmittelstrahles
in den Führungskanälen und das Auftreten von Wirbelungs-und Unterdruckgebieten zu
mildern, besteht darin, daß in den Schaufeln Durchbohrungen bzw. Schlitze vorgesehen
sind, die diese Gebiete zwecks Druckausgleichs mit Stellen höheren Druckes der Führungskanäle
verbinden.In contrast to this, according to the invention, the shape of the blade channel is intended
be adapted to the beam cross-section behind the separation point in that the
vortex area created by the receding of the canal wall at the enlargement up to
is prevented to the blade trailing edge. The return is therefore not an obstacle,
on the contrary, it creates more favorable flow conditions for the jet because
this is again guided on a solid wall with low losses. The that
The essence of the invention forming recess should also not be at the blade trailing edge,
but in the vicinity of the narrowest cross-section, namely ° twa at the end of the
Curvature shortly before the beginning of the approximately straight-line limited outlet leg
the guide vanes or nozzles. Another means of detaching the jet of propellant
in the guide channels and the occurrence of turbulence and negative pressure areas
mitigate, is that provided in the blades through holes or slots
are that these areas for the purpose of pressure equalization with places of higher pressure of the guide channels
associate.
Es ist zwar schon bei Schaufeln für Dampf-und Gasturbinen bekanntgeworden,
Wirbelgebiete durch Unterteilung der Schaufeln mit Orten höheren Druckes zu verbinden.
Die zusätzliche Anwendung dieser bekannten Maßnahme in Verbindung mit der Anpassung
der Schaufelform an den Strahlverlauf am Kanalaustritt bringt aber in baulicher
und werkstattechnischer Hinsicht den Vorteil, daß der Vorsprung der Schaufelrückenwand
dann kleiner gemacht werden kann, weil durch die bekannte Verbindung des Wirbelgebietes
mit einem Ort höheren Druckes die Strahlablösung zwar nicht ganz vermieden, aber
doch wesentlich herabgesetzt wird.It has already become known for blades for steam and gas turbines,
To connect vortex areas by subdividing the blades with places of higher pressure.
The additional application of this known measure in connection with the adaptation
the blade shape brings the beam path at the channel outlet but more structurally
and in terms of workshop technology, the advantage that the projection of the blade rear wall
can then be made smaller because of the well-known connection of the vortex area
with a place of higher pressure, the jet detachment is not entirely avoided, but
but is significantly reduced.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es bezeichnen
a Leitschaufeln bzw. Laufschaufeln einer Dampf-oder Gasturbine, die einen Führungskanal
b für das von links einströmende Druckmittel zwischen sich einschließen. Die Schaufelrückenseite
springt an der Stelle c hinter dem
Ablösungsgebiet des durch den
Kanal hin, durchtretenden Strahles nach dem Ahrungskanal b zu zurück und bildet
dadurch eine allmähliche oder scharfkantige Verengung des Kanalquerschnittes. Vor
der Ablösungsstelle des durchtretenden Treibmittelstrahle.s kann an der Schaufelrückenseite
noch ein in den Führungskanal b hineinragender Vorsprung d vorgesehen sein, um durch
Wirbelbildung der Grenzschicht des Treibmittels erneute Energie zuzuführen und dadurch
dessen Ablösung von der Schaufelrückenseite zu mildern. Des weiteren können Durchbohrungen
e bz,w. Schlitze vorgesehen sein, die die durch Richtungsänderung des Treibmittelstrahles
hervorgerufenen Unterdruck- und Wirbelgebiete des Führungskanals mit Stellen höheren
Druckes h bzw. i an der Schaufelvorder- oder -rückenseite verbinden,
wodurch infolge Druckausgleichs ebenfalls einer starken Ablösung des Treibmittelstrahles
von der Schaufelrückenseite. vorgebeugt wird.The drawing shows an embodiment of the invention. It denotes a guide vanes or rotor blades of a steam or gas turbine which enclose between them a guide channel b for the pressure medium flowing in from the left. The blade rear side jumps back at the point c behind the separation area of the jet passing through the channel towards the ear canal b and thereby forms a gradual or sharp-edged narrowing of the channel cross-section. In front of the separation point of the propellant jet that passes through, a projection d protruding into the guide channel b can also be provided on the blade rear side, in order to supply renewed energy to the boundary layer of the propellant through vortex formation and thereby mitigate its separation from the blade rear side. Furthermore, through holes e or w. Slits can be provided which connect the negative pressure and vortex areas of the guide channel caused by the change in direction of the propellant jet with points of higher pressure h and i on the front or rear side of the blade, which also results in a strong separation of the propellant jet from the rear side of the blade due to pressure equalization. is prevented.