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Einrichtung an Dampf- oder Gasturbinenbeschaufelungen Die Erfindung
betrifft eine Ausgestaltung vom Dampf- oder Gasturbinenbeschaufelungen und beschäftigt
sich mit der Maßnahme, die Energidverluste, die :durch einen quer zur Strömung Ües
Arbeitsmittels durch den Schaufelkanal in Längsrichtung .der Schaufeln gerichteten
zweiten Strom entstehen, zu verringern.
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Dieser zweite Strom entsteht in jedem Schaaufelkamal, in dem das Arbeitsmittel
;gezwungen wird, entlang einer Kurvenbahn zu fließen. Er ist verantwortlich für
Energieverluste, die :durch Wirbelbildungen an den Kanalenden entstehen. Diese Wirbelbildungen
zerstören einen Teil der kinetischen Energie des Längsstromes des Arbeitsmittels.
Der Energieverlust wird in Wärnne umgesetzt. Es ist vorteilhaft, die Schaufelbl,ä;tter
,am Einlaß gut abzurunden, nicht weil dies allgemein für den Fall notwendig wäre,
um: einen ebenso guten loder besseren Wirkungsgrad gegenüber Schaufeln mit scharfen
Einlaßkanten zu erreichen, sondern !um mit besserem Wirkungsgrad über leinen relativ
größeren Bereich des Gieschwindigkeitsverh,ältnsses zu arbeiten. Bei :der Schaufel
mit Tragfl.ügelprofil sind die Profilverluste kleiner als bei der Schaufel mit scharfen
Einla!ßkanten; der Sekundärverlust durch den zweiten Strom kann aber relativ groß
sein. Einre Verbesserung nach dem Gesichtspunkt der Herabminderung der Sekundärverluste
wird von entscheidender Bedeutung auf den Gesamtwirkungsgriad der endlichen Schgufell,änge
sein.
Der Zweitstrom, der in jedem gebogenen Kanal entsteht, durch
den eine Strömung fließt, wird durch die Druckdifferenz erzeugt, die zwischen der
konkaven und konvexen Schaufelfläche durch die Wirkung .der Zentrifugalkraft :auf
das Masseteilchen der Strömung entsteht.
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Um die Verluste, die durch den Zweitstrom in der Beschaufelung ,entstehen,
zu verringern, sieht die Erfindung Beine Einrichtung ian Turbinenbeschaufelungen
vor, bei der durch Bohrungen im Deckblatt dies Schaufelkopfes und in den Biefestigungstei:en
des Schaufelfußes oder in einem dieser Teile ,allein der im Schaufelkanal der Beschaufelung
sich bildende Zweitstrom, der quer zum Strom dies Arbeitsmittels gerichtet ist wind
an den Schaufelenden Wirbelbildungen erzeugt, vor dem Erreichen der Schiaufelenden
abgeleitet wird.
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Was unter .dem Begriff des Zweitflusses zu verstehen. ist, kann aus
:der Betrachtung !der Fig. i bis 4 entnommen werden. Sie stellen Ausführungsbeispiele
der Erfindung dar.
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Fig. i zeigt eine Ansicht von zwei Turbinenschaufeln mit diagrammatischer
Darstellung des Zweitfiussies im Verhälltnis zum Haupt- oder Profilfloß des Schaufelkanals;
Fig. z zeigt Beinen Teilschnitt seines. Paares :angeströmter Schaufelreihen mit
einer Einrichtung zur Verrinigerung der Wirkung des Zweitflusses; Fig.3 zeigt einen
Teilschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2; Fig. stellt einen Teilschnitt
einer Einrichtung dax, bei der eine Abzweigung des Zweitflusses gezeigt ist.
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Im Fig. i biss 3 sind -io die :angeströmten Schaufeln mit ihren Schaufelkanälen
i i, durch die der Hauptstrom (Profilfloß F) des Arbleitsmittels in Längsrichtung
durchfließt. Der Profilfloß wird beim Durchströmen dies S.chaufellcanials gezwungen,
jentlang der Kurveinbahn der Schaufeln zu strömen. Die Zentrifugalkraft ruft dabei
einen höheren Druckpl in den konkaven Schaufelflächen 12 hervor als der Druck p2,
der auf die konvexe Schaufelfläche 13 wirkt. Folglich ist pp der mittlere Druck
in dem SChaufel!1zvanal, wenn die Differenz von p1 Lind gegenüber pp einen großen
Prozentsatz von diesem ausmacht. Der Sekundärverlust ist groß und nimmt mit Abnahme
dieses Prozentsatzes ab. Daher werden die Sekundärverluste gemessen durch eine
Ab-
weichung der Flächendrücke pi und p2 von dem Mitteldruck pp.
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Die erwähnte Diruckrichtuing dies Zweitflussies setzt sich zusammen
aus einer einwärts und auswärts gerichteten Strömung entlang der konkaven Schaufelfläche,
beidseitig nach dem Ende des Schaufelkanals zu.. Dann strömt der Fluß ;gegen Idas
Schaufeldeckhand 15 und um die Füße und Spialtteile 16 herum, die die 'Enden des
Schaufelkanals bilden. Der Zweitfloß. ist diagrammatisch dargestellt durch eine
Linie in Fig. i. Der flauptenergieverlust tritt in der Gegend x-x ein, ,an den Enden
des Schaufielkanals und ;gegen die konvexe Schaufelseite hin, wo der Zweitflußsteine
Richtung umkehrt im d im rechten Winkel ,gegen den Profilflluß Wirbelbildjungen
an den Scbaufeleuden hervorruft. Diese Wirbelbildung verschluckteinen Teil dm kinetischen
Energie des Längsstromes des Arbeitsmittels. Der Energieverlust wird in Wärme rumgesetzt.
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Währeuld es unmöglich ist, die Bildung des Differenzdruckes für die
Entstehung des Zweitflusses zu verhüten, ist -es möglich, die Energieverluste weitgehiend
herabzumindern. Das beste Mittel, das Rückströmendes Flusses .an den Schaufelenden
gegen die konvexen Schaufelflächen hin zu verringern, besteht gemäß Fig. 2 und 3
darin, die Schaufeldeckhänder 15 und Schaufelfüße 16 mit Bohrungen 17 und 18 zu
versehen, ,also durch Beip:ässeeinen Teil des Zweitflusses abzuleiten, bevor :er
in die rückläufige Bewegung zum Profilfluß gegen die konvexen Schaufelflächen hin
reintreten, kann.
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Wie in Fig.2 gezeigt ist, strömt der Zweitfliuß durch Blohrunggen.
der vorhergehenden Schaufelreihe in Bohrunigen der darauffolgenden Schiaufelreihe.
Diese Bohrungen sind fortlaufend und abwechsielnd in aden. Schaufeldeckb,änd@ern
Lind Schaufelfüßen angeordnet. Insbesondere sind diese Bohrungen auch abwechselnd
in den Leitschaufel- und Laufschaufelreihen vorgesehen.
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In Fig.4 ist ein solcher Beipaß i9 in dem Schaufelfußteil einer Leitschaufel
vorgesehen und steht in Verbindung mit der Bohrung 2o in dem Gehäuse z 1 der Turbine,
die an einen Raum gleichen oder ,geringeren Druckes angesichlossen sein kann. Diese
Bührunlgen sollen den Zweitfluß hindern, den Strom des Arbeitsmittels zu stören
und den Arbeitsprozeß zu beeinträchtigen.
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Wenn die Schaufeln ian ihren Enden nicht mit einem Deckhand versehen
sind; würden die Zweitstromverluste dort etwas vermindert sein; sie würden aber
;gleichwohl nio,ch in den Schaufelfußteilen der Beschäufelung auftreten. Die Erfindung
ist daher für mehrere Fälle ianwmdbiar. .
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ia) Für Schaufeln mit Deckband sind Bohrungen an beeiden Enden des
Schaufelkanals vorgesehen, sowohl an den Leit- als auch an den Laufschaufeln, oder
auch nur an eeinem Ende einer solchen, Schia@ufel für Axialrourbinen, b) Für Schaufeln
ohne Deckband sind Bohrungen für -de Fußenden der Beschaufelung vorgesehen. Die
vorliegende Erfindung ist zum Teil auch vorteilhaft zur Verbesserung des Wirkungsgrades
der Schajufelung mit Tragflügelprofilen -und gut abgerundeten Einlaßkanten, weil
eine relativ größere Teilung bei dieser Schaufelaxt angewendet wird. Durch die ;größere
Schaufelteilung werden aber ganz .allgemein die Energieverluste .durch den Zweitfloß
vermehrt. Daher ist. ,auch für diesien Fall die Anwendung der Erfindung vorteilhaft.
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Die vorstehenden Erläuterungen über .das Wesen der Erfindung- und
über Ausführungsformen, von B-eschaufelungen, die den Gegenstand der Erfindung ,aufweisen,
lassen den Unterschied gegenüber 1VIaßnahm@en verkennen, die man gelegentlich bei
Verdichtern anwendet und die unter der Bezeichnung »Absia'tygungder Grenzschicht«
bekanntgeworden sind. In einer Verdichterbeschaufelung wird Bewegungsenergie in
Druckenergie umgewandelt. Hierbei
bildet sich an der
[email protected],-jerfl:ä,ch,e
eine ruhende Schicht aus, die sio,#enannte Grenzschicht, deren Größe dias j.e Stufe
umsietzb,are Druckgefälle bestimmt. Um dieses Gefälle zu erhöhen, kann man durch
Erzeugung eines künstlichen Unterdruckes erreichen, daß an der Schaufeloberfläche
eine Strömun;g erhalten bleibt, die das Entstehen dieser Grenzschicht verhindert.
Man geht alsto zunächst vorn einer ruhenden Schicht ;aus, .die durch Erzeugung einfies
künstlichen Unterdruckes m eine strömende, Schicht umgewandelt wird. Bei der Erf
ndun;g .dagegen handelt es sich um eine von vornherein gegebiene Strömung, deren
Einwirkung ,auf den Haauptarheitsstrom durch Ableitiung unschädlich gemacht wird.