DE764686C - Runner or guide channel for steam or gas turbines - Google Patents

Runner or guide channel for steam or gas turbines

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DE764686C
DE764686C DEA84558D DEA0084558D DE764686C DE 764686 C DE764686 C DE 764686C DE A84558 D DEA84558 D DE A84558D DE A0084558 D DEA0084558 D DE A0084558D DE 764686 C DE764686 C DE 764686C
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DE
Germany
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guide channel
runner
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steam
gas turbines
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Expired
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DEA84558D
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German (de)
Inventor
Otto Dipl-Ing Rosenloecher
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AEG AG
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AEG AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/141Shape, i.e. outer, aerodynamic form

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

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.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Lauf- oder Leitkanal für Dampf-oder Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, däß die Schaufelrückenwand etwa am engsten Querschnitt bei (c), dort wo die Krümmung in den mehr geradlinig begrenzten Austrittsschenkel übergeht, nach dem Führungskanal zurückspringt. z. Lauf- oder Leitkanal nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schaufeln Durchbohrungen (e) oder Schlitze vorgesehen sind, die die durch das Beharrungsvermögen des Treibmittelstrahles entstehenden Wirbel- und Unterdruckgebiete in bekannter Weise mit Kanalstellen, höheren Druckes verbinden. 3. Lauf- oder Leitkanal nach Anspruch i; dadurch gekennzeichnet, daß die den Führungskanal bildenden Schaufeln an ihrer Rückseite vor den Wirbelgebieten mit einem in den Führungskanal hineinragenden Vorsprung (d) versehen sind. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden Deutsche Patentschriften Nr. 179,536, 390 486; VIYI.-Zeitschrift, Bd. 84, Nr. 45, 9. Nov. 1940, S.862; Escher Wyss Mitteilungen Nr. i, Jan.-März 1937, S. 6.PATENT CLAIMS: i. Runner or guide channel for steam or gas turbines, characterized in that the blade back wall springs back to the guide channel approximately at the narrowest cross-section at (c), where the curvature merges into the more rectilinearly delimited outlet leg. z. Runner or guide channel according to claim i, characterized in that through-bores (e) or slots are provided in the blades, which connect the vortex and negative pressure areas created by the inertia of the propellant jet in a known manner with channel points of higher pressure. 3. running or guide channel according to claim i; characterized in that the blades forming the guide channel are provided on their rear side in front of the vortex regions with a projection (d) projecting into the guide channel. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following publications were taken into account in the grant procedure: German patent specifications No. 179,536, 390 486; VIYI.-Zeitschrift, Vol. 84, No. 45, Nov. 9, 1940, p.862; Escher Wyss Mitteilungen No. i, Jan.-March 1937, p. 6.
DEA84558D 1937-10-20 1937-10-20 Runner or guide channel for steam or gas turbines Expired DE764686C (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2962258A (en) * 1958-03-31 1960-11-29 Marquardt Corp Slotted vane turbine governor
DE3325663A1 (en) * 1983-07-15 1985-01-24 MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München AXIAL FLOWED BLADE GRID OF A TURBINE OPERATED WITH GAS OR VAPOR

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE170536C (en) *
DE390486C (en) * 1922-07-14 1924-02-20 Rudolf Wagner Dr Blade, especially for steam and gas turbines

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