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Spaltdichtung bei Schaufelrädern von Kreiselmaschinen, insbesondere
Dampfturbinen Spaltverluste bei Kreiselmaschinen sind durch den abwechselnden Fluß
.des Treibmittels durch feststehende und umlaufende Teile bedingt und vor allem
bei übeTdruckturbinen beachtlich, wo auch vor und hinter den Laufrädern Druckunterschiede
auftreten. Sie spielen vornehmlich eine Rolle bei voll beaufschlagten Überdruckturbinen,
ferner bei mehrfacher Beaufschlagung mit verschiedenen Drücken des Treibmittels
an den Stellen der Beaufschlagung.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, diese Spaltverluste
zwar nicht zu beseitigen, aber in bestimmten, den Wirkungsgrad der Kreiselmaschine
hebenden Grenzen zu verringern, indem sie berücksichtigt, .daß rein mechanische
Abdichtungsmaßnahmen zu keinem Erfolge führen können. Eine mechanische Abdichtung
könnte nur dann wirkungsvoll sein, wenn der abdichtende Teil im Spalt so fest gegen
den äußeren Teil des Laufrades gepreßt würde, daß keinerlei Treibmittel durchtreten
könnte. Eine solche feste Pressung ist aber im Hinblick auf die großen Umdrehungsgeschwindigkeiten
des Laufrades sowie auf die hohen Betriebstemperaturen des Treibmittels nicht möglich,
ganz abgesehen davon, daß .eine mechanische Pressung eine den Wirkungsgrad der Kreisielmaschine
in hohem Maße verschlechternde Bremsung ausüben würde.
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Es sind nun, vorzugsweise bei Dampfturbinen mit Trommelläufer, zur
Vermeidung der eben. geschilderten Schwierigkeiten Ausführungen bekannt, die Spaltverluste
dadurch herabzusetzen, daß im Gehäuse der Turbine mit Sperrflüssigkeit gefüllte
Dichtungsrinnen a ngebiracht sind, die radiale Ansätze an den Deckringen der Laufschaufelkränze
umfassen, wodurch ein: Treibmitteldurchtritt in radialer Richtung vermieden wird.
Die Erfindung bedient sich zwar auch einer Sperrflüssigkeit, besichreitet aber neue
Wege, damit einmal die Spaltverluste auch bei Scheibenläufern am Fußende der Schaufel
herabgesetzt werden können und zum anderen eine zusätzliche Belastung des Laufkranzes
durch auf den Deckringen befestigte Teile vermieden wird.
Infolgedessen
schlägt die Erfindung vor, daß unter Druck stehende Flüssigkeit aus Rohren über
den Schaufeldeckring und durch Bohrungen des Laufradkranzes in der Weise zu den
den Rohrbohrungen gegenüberliegenden feststehenden Teilen strömt, daß sie die Schaufelspalte
abschirmt.
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Der Einfachheit halber sei im folgenden die Erfindung für eine Dampfturbine
mit einkränzigem Laufrad beschrieben, ohne daß damit der Erfindungsgedanke hierauf
eingeschränkt werden soll.
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Die Zeichnung bringt in wesenhafter Darstellung ein Ausführungsbeispiel,
und zwar zeigen Abb. i den in Längsrichtung zur Turbinenwelle gelegten Schnitt durch
ein einkränziges Dampfturbinenlaufrad mit dem dazugehörigen Düsen- und Gehäuseteil
gemäß dem Schnitt A-A der Abb.2 in vergrößertem Maßstab, wobei nur der Kranzabschnitt
des Laufrades dargestellt ist, Abb. 2 .einen Schnitt gemäß der Linie B-B der Abb.
i in .einem dieser gegenüber verkleinerten Maßstab, Abb. 3 und 4 Einzelheiten der
Abb. i in vergrößertem Maßstab, Abb.5 eine Darstellung des Geschwindigkeitsverhältnisses
beim Eintritt der Sperrflüssigkeit in den Laufradkranz.
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In dem Gehäuse i befinden sich dieDüsenöffnungen 2, die zu Düsengruppen
in einem Düsenkasten 3 untergebracht sein mögen, dessen Abmessungen durch die gestrichelte
Linie a-b-c-d wiedergegeben sind. 4 ist das Laufrad, das in üblicher Weise in seinem
Kranz 5 die Laufschaufeln 6 trägt, deren Köpfe mit dem Deckring 7 vernietet sind.
Dieser DeckrinZ 7 Weht an seinen Außenseiten in ringförmige Wulste 8 über, die in
ihren Außenflächen parallel zur Schaufellängskante, nach innen zu aber unter Einem
spitzen Winkel in eine Vertiefung mit schaufelförmigem Querschnitt 8' des Deckringes
7 verlaufen, so daß der Querschnitt dieser Wulste 8 ungefähr dreieckig ist. Der
Einfachheit halber seien diese Wulste als Dreieckwulste gekennzeichnet. Das Laufrad
besitzt an seinem Kranz 5 lappenartige Ringwulste 9, in denen zu den. Halbmessern
und der Mittelebene des Laufrades 4 parallel laufende Langlöcher io gebohrt sind.
In dem Gebiete des Düsenkastens, a-b-c-d sind im Gehäuse i Ringstege i i ausgebildet,
in denen Ringaussparungen 12 mit schaufelförmigem Querschnitt ausgedreht sind.
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Über dem Deckring 7 der Schaufeln ist ein Rohr 13 mit Bohrungen 14
angebracht, und unter den Ringwulsten 9 des Laufrades 4 liegen weitere Rohre 15
mit Bohrungen 16. Diese Rohre besitzen Krümmungen, die der des Deckringes 7 bzw.
der des Laufradkranzes 5 entsprechen. Ihre Längen kommen ungefähr der des Düsenkastens
gleich (a,-d bzw. b-c). Die Zuflüsse zu den Rohren 13 und 15 liegen bei 17 bzw.
18. Mit dem Gehäuse i sind ringförmige, bis unter den Schaufelkranz sich
erstreckende Auffangblechie i9 fest verbunden. Die abzudichtenden Spalte zwischen
Schaufeln und Gehäuse sind bei 2o zu erkennen.
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Im Gebiet des Deckringes 7 wird die Abdichtung auf folgende Weise
erreicht (Abb. 3) Aus dem Rohr 13 tritt die Sperrflüssigkeit, vorzugsweise Wasser,
durch die öffnungen 14 aus und trifft auf die mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden
schaufelförmigen Ringvertiefungen 8' der Dreieckwulste 8, wo sie im Sinne der Pfeilrichtung
abgelenkt und über die Dreieckwulste 8 in die schaufelförmigen Aussparungen 12 der
Ringstege i i des Gehäuses i geschleudert -wird. Damit die Sperrflüssigkeit nach
überströmen der Spalte 20 in der Strömungsrichtung nicht auf die Gehäusekanten
e und k aufprallen kann, sind diese, -wie Abb.3 zeigt, gegenüber den Austrittskanten/
bzw. g so versetzt, daß sich der Sperrflüssigkeitsstrahl dem schaufelförmigen Querschnitt
12 der Ringaussparungen anschmiegt. Hier wird die Sperrflüssigkeit über die höchste
Kante der Ringwulste i i übertreten und kann an geeigneter Stelle des Gehäuses i
gesammelt und abgelassen bzw. abgesaugt werden. Die Sperrflüssigkeit nimmt also
den durch die Pfeile angedeuteten Verlauf, so daß zwischen den Stellene-f bzw. g-h
das Treibmittel durch den gebildeten Flüssigkeitsschirm nicht durchtreten kann.
Der Treibmittelverlauf ist in Abb.3 und 4 mit strichpunktierter Pfeillinie angegeben.
-In ähnlicher Weise (Abb.4) wird die Abdichtung am Fußende der Schaufeln bewirkt.
Aus dem Rohr 15 tritt die Sperrflüssigkeit unter den lappenartigen Ringwulst 9 des
Laufradkranzes 5 und wird durch die Bohrungen io in die dem Laufradkranz gegenüberliegende
Ringaussparung 12 mit schaufelförmigem Querschnitt des Ringsteges i i des Gehäuses
i geschleudert, wo sie in der Pfeilrichtung umgelenkt und am Gehäuse i entlang zu
dem Auffangblech i 9 geleket wird, in dem ein Sammeln auf nicht dargestellte Weise
möglich ist. Um ein Zerstreuen der über den Spalt tretenden Sperrflüssigkeit zu:
verhindern, sind in ähnlicher Weise -wie beim Deckringteil die Eintrittskanten bei
h gegenüber den Austrittskanten bei i versetzt.
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Das aus den Laufradschaufeln 6 tretende, durch einen gestrichelten
Pfeil angedeutete Treibmittel trifft bei i, h auf die Sperrflü.;sigkeitswand
und vermag nicht durchzuströmen.
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Die Geschwindigkeitsverhältnisse der Sperr. flüssigkeit im Laufradkranz
sind in Abb.5
dargestellt, die eines der mit länglichem Querschnitt
ausgeführten Löcher io des lappenförmigen Ringwulstes 9 des Laufrades 5 gemäß der
Schnittlinie B-B der Abb. i wesenhaft wiedergibt. Die Sperrflüssigkeit tritt bei
nt ein mit der Geschwindigkeit m-n, wäh-
rend das Laufrad .die bedeutend größere
Umfangsgeschwindigkeit m-o besitzt. Da der Sparrflüssigkeitsstrahl durch Reibung
mit der Wand- des Laufrades im Turbinendrehsinn mitgerissen wird, erhält er die
Richtung und Größe der Resultierenden m-p. Um die vorgesehene Abdichtung mit Hilfe
der vorgeschlagenen Sperrflüssigkeitswand bereits an der Stelle c des Düsenkastens
wirksam werden zu lassen, ist der mit Bohrungen 16 versehene Teil der Rohre 15 gegenüber
dem Düsensegment b-c entgegen dem Drehsinn der Turbine versetzt, wie Abb.2 zeigt.
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Damit die aus dem Rohr 13 durch die Bohrungen 1 4 austretende Sperrflüssigkeit
nicht bremsend auf das Laufrad wirkt, verlaufen die Bohrungen 1q. nicht radial zur
Wellenmitte der Turbine, sondern sind im Drehsinn der Turbine geneigt, wie Abb.
2 zeigt, so daß der Flüssigkeitsstrahl auf den Deckring 7 in schräger Richtung auftrifft.
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Die beschriebene Abdichtung mittels seiner Flüssigkeitswand braucht
nicht auf die Spalte zwischen Gehäuse und Laufrad beschränkt zu bleiben, sie kann,
auch zwischen Laufrad und Zwischenböden verwandt werden.