DE767017C - Schaufelung fuer axial beaufschlagte Turbinen - Google Patents

Schaufelung fuer axial beaufschlagte Turbinen

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DE767017C
DE767017C DEM142347D DEM0142347D DE767017C DE 767017 C DE767017 C DE 767017C DE M142347 D DEM142347 D DE M142347D DE M0142347 D DEM0142347 D DE M0142347D DE 767017 C DE767017 C DE 767017C
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DE
Germany
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outside
guide body
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blades
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Expired
Application number
DEM142347D
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English (en)
Inventor
Emil Dr Soerensen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN AG
Original Assignee
MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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Publication date
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Classifications

    • 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

Landscapes

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

Description

  • Schaufelung für axial beaufschlagte Turbinen Die Erfindung betrifft eine Schaufelung für axial beaufschlagte Turbinen, bei welcher die Verhältnisse der Potentialströmung berücksichtigt sind, um den Vorteil zu erzielen, den Wirkungsgrad über die ganze Schaufellänge gleich und somit die Dampfausnutzung besonders günstig zu halten. Es ist dies wertvoll vor allen Dingen für Stufen mit großen Schaufellängen, also beim Niederdruckteil.
  • Es ist bekannt, daß die Potentialströmung in einem zylinderförmigen Turbinengehäuse gekennzeichnet ist durch folgende Merkmale: 1. dieAxialkomponente der Geschwindigkeit r" ist in jeder beliebigen Ebene senkrecht zur Achse gleich, a. es gilt für die Umfangskomponente der Geschwindigkeit c" das Gesetz: c" - r = kons;t.
  • Bei voller Beaufschlagung und großen Schaufellängen stellt sich die Kreisströmung ein, d. h. die einzelnen Strahlen werden durch die Zylinderform des Gehäuses usw. nach innen abgelenkt. Die in jeder Kreisströmung auftretenden Fliehkräfte haben ein Anwachsen des Druckes nach außen hin zur Folge. Dies ist bereits verschiedentlich durch Druckmessungen im Spalt zwischen Leitkörper und Laufrad festgestellt worden.
  • Die Druckverteilung im Spalt zwischen Leit- und Laufschaufeln bedingt, daß i. das Gefälle im Leitkörper außen kleiner als innen, . das Gefälle im Laufrad dementsprechend außen größer als innen, 3. wirklicher Gleichdruck entweder überhaupt nicht oder nur auf einem Radius vorhanden ist.
  • Der Fall der Potentialströmung wurde für die letzte Stufe einer großen Dampfturbine zahlenmäßig untersucht. Die Stufe wies folgende Verhältnisse auf: Mittlerer Beaufschlagungsdurchmesser .......... 2 m Schaufellänge . . . . . . . . . . . 0,5 m Drehzahl............... 3 000 Ulmin. Druck vor dem Leitkörper 0,I97 ata Druck hinter dem Leitkörper auf dem mittleren Beaufschlagungsdurchmesser .......... o,x ata (x=o,g) Druck hinter den Laufschaufeln . . . . . .. . .. . . . 0,o6 ata.
  • Die Druckverteilung hinter den Leitschaufeln wurde unter der Annahme, daß das Einheitsgewicht des Dampfes gleich ist, für die Bedingung c" - r = konst. berechnet und in Abb. i aufgezeichnet. Als Abszisse ist der Beaufschlagungsradius in Metern und als Ordinate der Druck dargestellt. Man sieht, daß innen ein Druck von 0,o6 ata sich einstellt und außen ein solcher von o,la ata gegenüber o,io ata im mittleren Radius. Kur innen ist also Gleichdruck, während außen über 6o 0!o Reaktion herrscht.
  • Aus den Geschwindigkeitsdreiecken (Abb. 2 bis .I) für dieselbe Turbinenstufe ist die zur Einhaltung der Potentialströmung erforderliche Änderung der Schaufelwinkel von innen nach außen erkennbar, und zwar in Abb. a für den äußeren Radius von 425 m, in Abb. 3 für den mittleren Radius von i,oo m und in Abb..i. für den Innenradius von o,75 m.
  • Der Eintrittswinkel in der Laufschaufel wächst von 6q.° außen über iog° in der Mitte auf 145- innen, wobei der Austrittswinkel in allen Fällen go° ist. Das in dieser Turbinenstufe in Arbeit umgesetzte Gefälle ist über die ganze Schaufellänge gleich und damit auch der Wirkungsgrad. Würde man die Austrittswinkel von Leit- und Laufschaufeln in der bisher üblichen Weise über die ganze Schaufellänge gleichbleibend machen, so ergäbe sich eine Axialkomponente c" der Dampfgeschwindigkeit, die im Leitkörper außen kleiner als innen und im Laufrad umgekehrt, außen größer als innen, ist. In diesem Fall wäre die Strömung nicht mehr wirbelfrei.
  • Weiter geht aus den Geschwindigkeitsdreiecken -hervor, daß die Dampfgeschwindigkeiten bei dem Austritt-aus dem Leitkörper infolge der Druckverteilung von innen nach außen stark abnehmen. Schließlich zeigt der Leitkörper innen weit überkritische Geschwindigkeit, würde also hier Kanäle mit Erweiterung nach Art der Lav aldüsen brauchen.
  • Es ist bekannt, daß man eine der Potentialströmung sehr ähnliche Strömung in Dampfturbinen mittels kreisförmiger, zur `Felle gleichmittiger Leitstücke mit einwärts gekrümmtem Ouerschnitt erzeugen kann oder dadurch, daß die Turbinenschaufeln in Form einer archimedischen Spirale angeordnet sind. Diese Mittel sind aber baulich verwickelt. Die Erfindung bezweckt, auf sehr einfache Weise die Schaufelgestaltung den Bedingungen der Potentialströmung möglichst weitgehend anzupassen, wobei ausgegangen wird von der Grundform der Turbinenschaufeln mit über die ganze Länge gleichbleibenden Ein- und Austrittswinkeln. Erfindungsgemäß erhält der Leitkörper Schaufeln, die auf der Bauchseite einen größeren Austrittswinkel als auf der Rückenseite aufweisen, derart, daß sich am inneren Beaufschlagungsdurchmesser Schaufelkanalerweiterung nach dem Austritt und am äußeren Beaufschlagungsdurchmesser infolge der größeren Teilung der engste Kanalquerschnitt am Austritt ergibt und gleichzeitig der Abströmwinkel (Austrittswinkel des Strahles) außen größer wird als innen.
  • Die Schaufeln des Laufrades «-erden erfindungsgemäß an ihren Eintrittskanten abgefräßt, und zwar beginnt diese Abfräsung an der Stelle, wo reine Gleichdruckverhältnisse aufhören, und nimmt zu nach dem Schaufelende hin. Hierdurch erhalten die abgefrästen Stellen der Schaufeln ein Überdruckprofil mit nach dem Ende zu steigendem Eintrittswinkel.
  • In Zusammenfassung ergibt sich, daß bei Anwendung der billigen, nicht verwundenen Schaufeln, insbesondere der gezogenen Profile, im Leitapparat und Laufrad die Potentialströmung durch die Vereinigung folgender Mittel weitgehend hergestellt wird: a) Leitschaufeln, deren Austrittswinkel auf der Bauchseite größer ist als auf der Rückenseite, b) Anordnung der Leitschaufeln mit solcher Teilung, daß innen eine Lavaldüse und außen eine normale Düse entsteht, c) Abfräsen der Laufschaufeleintrittskante, zunehmend von innen nach außen. Leitschaufeln, deren Austrittswinkel auf der Bauchseite größer ist als auf der Rückenseite (Merkmal a), werden im Dampfturbinenbau schon seit langem angewandt. Dagegen sind die :Merkmale b und c auch einzeln trotz ihrer Einfachheit noch nicht zur Anwendung gekommen. Selbstverständlich kann man die Vereinigung der Merkmale a und b auch anwenden zusammen mit verwundenen Laufschaufeln; der Vorteil, der in diesem Falle durch die noch bessere Anpassung an die Potentialströmung .erreicht wird, isst aber im allgemeinen nicht so groß, daß sich der weit größere Aufwand für die verwundenen Laufschaufeln gegenüber dem einfachen Abfräsen der Laufschaufeleintrittskante lohnt.
  • Die Abb. 5 bis 8 zeigen die geschilderten Maßnahmen in einem Ausführungsbeispiel; Abb. 5 ist ein Schnitt durch einen Leitkörper außen, also durch die infolge des großen Radius, große Teilung; Abb. 6 zeigt einen Schnitt durch denselben Leitkörper in der Höhe des inneren Radius, also bei kleiner Teilung; Abb. 7 stellt die Draufsicht auf eine Laufschaufel dar, und Abb.8 zeigt in vier Schnitten die entsprechenden Laufschaufelquerschnitte.
  • Die bei dem Leitkörper gemäß Abb. 5 und 6 verwendeten Leitschaufeln besitzen auf der Bauchseite einen größeren Austrittswinkel als auf der Rückenseite y. Wie die Abb. 5 erkennen läßt, liegt der engste Querschnitt an der mit a bezeichneten Stelle am Austritt. Schieben sich diese Schaufelquerschnitte enger zusammen, wie dies die Abb. 6 wiedergibt, so ergibt sich am Austritt eine erweiterte Düse b (Lavaldüse).
  • Die in Abb. 7 dargestellte Schaufel ist längs der gestrichelten Linie abgeschnitten, und die zugehörigen Schaufelschnitte haben daher die in Abb. 8 mit c, d, e und f bezeichnete Form. Der dem Schaufelfuß naheliegende. Teil der Schaufel entspricht einer Glechdiruckschaufelung. Von der Schaufel ist entsprechend der Linie k ein Teil abgefräst, so daß die Schaufelschnitte steigend nach dem Ende zu immer stärkere Überdruckprofile erhalten. Die Erfindung ist in gleicher Weise bei Dampfturbinen wie auch bei solchen für Gas oder Luft anzuwenden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Schaufelung für axial beaufschla.gteTürbinen, bei der die Verhältnisse der Potentialströmung berücksichtigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper aus Schaufeln gebildet wird, die am Austritt auf der Bauchseite einen größeren Winkel als auf der Rückenseite aufweisen, derart, daß sich bei enger Teilung (innen) Kanalerweiterung nach dem Austritt und bei weiter Teilung (außen) der engste Kanalquerschnitt am Austritt ergibt und gleichzeitig der Austrittswinkel des Strahles, aus dem Leitkörper außen größer wird als innen, und daß bei den Laufschaufeln durch Abfräsen der Eintrittskanten die von innen nach außen erforderliche Änderung der Eintrittswinkel und der damit zusammenhängende Übergang vom Gleichdruck- zum Überdruckprofil erreicht wird. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: -Deutsche Patentschriften Nx. 457 853, 553 983; S t o d o 1 a, A.: »Dampf- und Gasturbinen«, 5. Aufl., Berlin 1922, S. I32.
DEM142347D 1938-07-24 1938-07-24 Schaufelung fuer axial beaufschlagte Turbinen Expired DE767017C (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE457853C (de) * 1923-03-06 1928-03-24 Erste Bruenner Maschinen Fab Leitvorrichtung fuer axiale Dampf- oder Gasturbinen
DE553983C (de) * 1929-01-04 1932-07-02 Bbc Brown Boveri & Cie Beschaufelung vorwiegend axial beaufschlagter Kreiselmaschinen, wie z. B. Dampfturbinen, Pumpen oder Luefter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE457853C (de) * 1923-03-06 1928-03-24 Erste Bruenner Maschinen Fab Leitvorrichtung fuer axiale Dampf- oder Gasturbinen
DE553983C (de) * 1929-01-04 1932-07-02 Bbc Brown Boveri & Cie Beschaufelung vorwiegend axial beaufschlagter Kreiselmaschinen, wie z. B. Dampfturbinen, Pumpen oder Luefter

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