DE846802C

DE846802C - Turbine fuer gas- oder dampffoermige Druckmittel

Info

Publication number: DE846802C
Application number: DEB463A
Authority: DE
Inventors: Alfred Buechi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1946-05-10
Filing date: 1949-11-01
Publication date: 1952-08-18
Also published as: NL87653C; NL75116C; US2641442A; FR946440A; CH246789A; BE473291A; AT190746B; NL87654C; CH296789A; GB645258A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 18. AUGUST 1952

/,' 463 I a j 46 f

Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf eine Ausbildung für mindestens teilweise in axialer Richtung beaufschlagte Turbinen für gas- oder dampfförmige Druckmittel, insbesondere für heiße Gase. Sie besteht darin, daß mindestens nach einer Laufradschaufelung solcher Turbinen ein aus in Richtung der Strömung des Druckmittels auseinanderstrebeiiden Wanden gebildeter Diffusor angeordnet ist, durch welchen das Druckmittel nach dem Austritt aus der Turbine ■ unter Unterdruck in der Strömungsrichtung aufgenommen und mit abnehmender Geschwindigkeit und zunehmendem Druck gegen den Turbinenaustritt hin geleitet wird.

Die Ausbildung kann ferner so getroffen sein, daß mindestens die eine der beiden inneren bzw. äußeren Wände des Diffusor* mindestens teilweise als Kegelfläche ausgebildet ist. Die Begrenzungswände des Diffusors können in Richtung des Durchflußquerschnitts des Druckmittels erst dann auseinanderstreben, wenn der Eintrittsquerschnitt des Diffusors annähernd senkrecht zur Diffusorlichtung steht, wobei das Druckmittel nach seinem Austritt aus der Laufschaufelung an ihrem Fußende vorerst mindestens eine Strecke weit noch in unveränderter Richtung weitergeführt wird.

Der Erfindungsgegenstand kann ferner so ausgebildet sein, daß mindestens die eine der beiden Diffusorwände mindestens teilweise durch in der Strömungsrichtung der Gase derart geformte Erzeugende gebildet wird, daß eine maximale Umsetzung der Gasgeschwindigkeit in Druck stattfindet. Die Diffusorerweiterung kann. z. H. bei abnehmender Gasgeschwindigkeit, in der Strömungs-

richtung zunehmen. Mindestens die eine der beiden Diffusorwände kann in ihrem Axialschnitt auch vorerst annähernd eine Gerade und anschließend eine gebogene Erzeugende besitzen. Die gebogene Erzeugende kann vorerst einen größeren und sukzessive abnehmenden Krümmungsradius besitzen. Des ferneren kann der Diffusor eine mindestens teilweise radial gerichtete Austrittsöffnung beim Übertritt ins Turbinenaustrittssammelgehäuse ίο oder ins Freie aufweisen. Die Ausbildung kann ferner so getroffen sein, daß das Druckmittel nach seinem Austritt aus der Laufschaufelung vorerst unter annähernder Beibehaltung seiner Austrittsgeschwindigkeit aus der Laufschaufelung in eine mindestens annähernd radiale Richtung nach außen umgelenkt wird und erst nachher die axial- und diffusorartig auseinanderstrebenden Diffusorflächen sich anschließen.

Die Eintrittsfläche des Diffusors kann aber auch ao kleiner bemessen sein, als sie der absoluten. Austrittsgasgeschwindigkeit nach der Laufschaufelung entspricht, um dem Druckmittel während seiner Umlenkung nach der Laufschaufelung und vor seinem Eintritt in den Diffusor zwecks Vermeidung as von Wandablösungen eine Beschleunigung seiner Geschwindigkeit mit Druckabfall zu erteilen. Am Eintritt des Diffusors kann mindestens auf einer Seite eine Strecke mit zur Diffusorachse paralleler Richtung eingebaut sein, um die Wirkung des Dralls vom vorherliegenden gebogenen Führungsteil mindestens teilweise aufzuheben und einen in Richtung der Diffusorachse gerichteten Eintritt des Druckmittels zu erzielen. An den Umlenkungsstellen in den Diffusor können die Umlenkungsverluste verkleinernde Umlenkschaufeln eingebaut sein. Ferner kann die Ausbildung so getroffen sein, daß nach dem Diffusor ein Sammelgehäuse mit derart veränderlichen Durchflußquerschnitt sich anschließt, daß das sukzessive zuströmende Druckmittel mindestens keine wesentliche Druckerhöhung im Sammelgehäuse und keine Druck- und Strömungsrückwirkungen im Diffusor bewirkt.

Der Diffusor kann über seine ganze Länge bzw. nur einen Teil desselben zwecks möglichst rationeller Umsetzung der Geschwindigkeit des Druckmittels in Druck und zur Vermeidung großer Umlenkverluste mit entsprechend ausgebildeten Ablenkungsflächen bzw. Schaufeln versehen sein. Diese Schaufeln können derart schief zu den durch die Turbinenachse gehenden Ebenen stehen, daß dadurch dem Druckmittel eine mindestens teilweise in Richtung der Strömung im Sammelgehäuse gehende Richtung erteilt wird.

Die Ausbildung des Erfindungsgegenstands kann auch so getroffen sein, daß im an das Laufrad anschließenden Diffusor nur eine teilweise Umsetzung der Austrittsgeschwindigkeit aus dem Laufrad in Druck erfolgt und eine weitere Druckumsetzung erst nach dem Durchströmen des Druckmittels durch das Sammelgehäuse mittels mindestens eines weiteren und besonderen Austrittsdiffusors stattfindet. Der Durchflußquerschnitt im spiralförmig ausgebildeten Sammelgehäuse selbst kann auch derart zunehmend bemessen sein, daß auch darin eine mindestens teilweise Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck stattfindet. Der Erfindungsgegenstand kann auch so ausgebildet sein, daß bei Laufrädern, welche sektorweise durch mehrere getrennte Gasströme beaufschlagt werden, auch nach dem Laufrad entsprechende Trennwände bzw. Trennschaufein angeordnet sind, derart, daß hinter dem Laufrad unter sich getrennte Diffusoren entstehen, worin die Geschwindigkeit der einzelnen Gasströme nach dem Laufrad getrennt, mindestens teilweise in Druck umgesetzt wird.

Bei Ausführungen mit nacheinander angeordneten Diffusoren können die Trennschaufeln längs des ganzen oder teilweisen Weges der Gase in die ersten Diffusoren, das Sammelgehäuse und/oder den Austrittsdiffusor eingebaut sein.

Der Erfindungsgegenstand kann ferner so ausgebildet sein, daß der Raum hinter der Turbine mit den unter Unterdruck stehenden Räumen nach dem Turbinenlaufrad verbunden ist. Dabei kann z. B. bei Antrieb von Turbogebläsen Kühlluft der Verbindungswelle zwischen Gebläse und Turbine und der Außenseite des Laufrades entlang eingezogen werden. Die Kühlluft kann auch so geführt werden, daß sie den Zutritt der Gase zu den Räumen zwischen Gebläse und Turbine und/oder nach außen verhindert. Die Kühlluft kann der Atmosphäre oder irgendeiner unter dem Druck des geförderten Druckmittels stehenden Stelle eines angetriebenen Gebläses entnommen werden.

In den Zeichnungen wird der Erfindungsgegenstand an Hand von einigen Ausführungsbeispielen dargestellt. Gleiche Zahlen bezeichnen gleiche bzw. ähnlichen Zwecken dienende Teile und Buchstaben solche für Zustandsgrößen des Druckmittels der Turbine und die Schaufelwinkel der letzteren.

So stellen die Fig. 1 und 2 einen Axialschnitt und einen Radialschnitt durch eine einstufige, in axialradialer Richtung beaufschlagte Gasturbine, welche ein einstufiges Zentrifugalgebläse antreibt, dar, bei welchen eine bestimmte Form des Erfindungsgegenstands zur Anwendung gelangt. Fig. ι ist ein Schnitt entsprechend der Linie I-I von Fig. 2 und Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie Π-ΙΙ von Fig. ι;

Fig. 3 zeigt einen axialen Schnitt durch die Türbinenschaufeln und dem dem Laufrad nachgeschalteten Diffusor, entsprechend dem Linienzug ITI-III von Fig. ι;

Fig. 4 zeigt einen tangentialen Schnitt durch die Leit- und Laufschaufelung sowie die Schaufelung im Diffusor in Abwicklung;

Fig. 4a zeigt die Geschwindigkeitsverhältnisse in einer Schaufelung nach Fig. 4;

Fig. 5 zeigt die Verhältnisse bezüglich der Zustandswerte des Druckmittels beim Durchgang durch die Turbine und den anschließenden Diffusor; Fig. 6 und 7 stellen die Anwendung des Erfindungsgegenstands bei seiner Verwendung bei einer axial beaufschlagten einstufigen Gasturbine dar, welche ein ebenfalls einstufiges Zentrifugalgebläse antreibt;

Fig. (ι ist ein Schnitt entsprechend dem Linienzug IV-IY von Fig. 7 und Fig. 7 ein Schnitt entsprechend dem gebrochenen Linienzug V-V nach Fig. 6. In Fig. 7 ist das Turbinenrad selbst in Ansieht dargestellt mit teilweiser Andeutung seiner Schaufelung;

Fig. 8 ist ein Radialschnitt durch Fig. 7 an einer Stelle, wo erst wenig Druckmittel in das Austrittssammelgehäuse aus der Turbine übergetreten ist; Fig. 9, 10 und 11 zeigen Axialschnitte durch verschieden ausgebildete Diffusoren, und

F"ig. 12, 13, 14. 15 und 16 veranschaulichen beispielsweise Einbauten von Führungsschaufeln iivdie Turbinenaustrittsdiffusoren. Dabei ist Fig. 12 eine Ansicht von Fig. 11 in Richtung des Pfeils VI und Fig. 13 eine Ansicht entsprechend Fig. 11 in Richtung des Pfeils VII;

Fig. 15 ist eine Ansicht von Fig. 14 in Richtung des Pfeils VIII und Fig. 16 eine Ansicht von Fig. 14 in Richtung des Pfeils IX;

Fig. 17 und 18 zeigen einen Axial- und einen Radialschnitt durch eine Turbine mit axialer Beaufschlagung, ähnlich wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Dabei ist Fig. 17 ein Schnitt nach der Linie X-X von Fig. iS und Fig. 18 ein Schnitt nach dem unterbrochenen Linienzug XI-XI von Fig. 17.

Fig. 19 und 20 stellen partielle Axial- bzw. Radialschnitte durch eine Turbine mit axialradialer Beaufschlagung dar. Dabei ist Fig. 19 ein Schnitt nach dem Linienzug XII-XII von Fig. 20 und Fig. 20 ein Schnitt entsprechend dem Linienzug XIII-XlII von Fig. 19.

In den Fig. 1 und 2 ist der Erfindungsgegenstand an einen gasturbinengetriebenen Gebläse veranschaulicht, ι ist das Turbinenlaufrad und 2 das Gebläserad, welche miteinander rotieren. 3 ist das Turbineneintrittsgehäuse mit seinen zwei Gaszuleitungen 4 und 5. Zwecks Trennung der Gasströme sind die Gaszuleitungen 4 und 5 durch Wände 6 voneinander bis und auch im Turbinenleitrad 7 getrennt. S ist das Turbinenaustrittsgehäuse, welches mit Kühlräumen 9 versehen ist. 10 ist das Gebläsegehäuse und 1 1 ein Trennungsstück zwischen dem Turbinenaustrittsgehäuse 8 und dem Gebläsegehäuse 10. Das Trennungsstück 11 ist ebenfalls mit Kühlräumen 12 versehen. Das Gasaustrittsgehäuse hat eine Austrittsöffnung 13.

Erfindungsgemäß schließt sich nun der axialradialen Laufradschaufelung 14 ein diffusorartig sich erweiternder Raum 15 an. Der Diffusor I=; wird durch die zwei kegelförmig sich erweiternden Wände 16 und 17 gebildet und zwar derart, daß die Diffusorwirkung erst bei 15' beginnt und sich dann im kegelförmig sich erweiternden Diffusor bis zum Querschnitt 15" fortsetzt. Nachher schließt sich bis 15"' ein gebogener Diffusorteil an, der durch die gebogenen Wände 18 und 19 gebildet wird. Nachher tritt das Druckmittel in den Sammelraum 20 des Turbinenaustrittsgehäuses 8 über, um schließlich zur Austrittsöffnung 13 zu gelangen. In Fig. ι ist noch dargestellt, wie vom Gebläsegehäuse 10 her z. 15. Luft durch eine Zuleitung 21 in den Raum 22 zwischen die beiden Abdichtungen 23 und 24, welche die Turbinenwelle von der Gasturbine zum Gebläse hin oder umgekehrt abdichten sollen, geführt werden kann. Da beim Erfindungsgegenstand nach dem Turbinenrad 1 mit Unterdruck im Diffusor 15 gearbeitet wird, entsteht dadurch eine Saugwirkung auf den Raum 25 nach dem Turbinenrad und damit auch gegen den Raum 22 hin. Bei der beschriebenen Ausführung wird es deshalb möglich, durch die Leitung 21, den Raum 22 und die Dichtung 24 z. B. Luft vom Gebläse her in den Diffusor, dem Turbinenrad 1 entlang zu saugen. Dies dient zur Kühlung der Turbinenwelle und der Turbinenscheibe und verhindert auch einen übertritt der Gase der Turbine zum Gebläse. Die vom Diffusor 15 angesaugte Gebläseluft kann natürlich auch irgendeiner anderen Stelle des Gebiases, ζ. B. dem Raum 26 nach dem Gebläserad 2, entnommen werden.

Bei einer Ausführung nach den Fig. 1 und 2 hat das Gasaustrittssammelgehäuse 8, wo es der Aufnahme der Gase dient, eine Birnenform. In bezug auf die Achse durch die Austrittsöffnung 13 strömen die Gase nach dem Austritt aus dem Diffusor nach links und nach rechts aus und vereinigen sich dann in der Austrittsöffnung, von wo sie gemeinsam weitergeführt werden, wie dies durch die in F"ig. 2 eingezeichneten Pfeile veranschaulicht wird. Bei einer solchen Form des Austrittsgehäuses 8 ist ein ungefähr radialer Austritt aus dem Laufrad ins Innere des Diffusors vorteilhaft. Man erzielt dann ein gleichmäßiges Abströmen der Gase über den ganzen Umfang des Laufrads und des Diffusors in das Gehäuse 8.

Fig. 3 stellt nun einen Schnitt durch die Turbinenschaufelung und den Diffusor dar, und zwar ist derselbe in Richtung der Gasströmung, d. h. in axialradialer Richtung, entsprechend dem Linienzug III-III von Fig. 1, verlegt. 7 ist das Turbinenleitrad, ι das Turbinenlaufrad mit seiner Schaufelung 14. 15 ist der dem Laufrad nachgeschaltete Diffusor. Seine innere Eintrittswand 27 kann eine in Richtung der unteren Schaufelkante 28 verlaufende Begrenzung besitzen und sich erst vom Querschnitt 15' bis auf den Querschnitt 15" beidseitig kegelförmig erweitern. Die Erweiterung an der inneren Wand des Diffusors kann aber auch, wie dies durch die strichpunktierte Linie 31 dargestellt ist, bereits nahe dem Laufschaufelaustritt beginnen. Nach dem kegelförmigen Diffusor schließt sich vom Querschnitt 15" bis auf den Querschnitt 15" ein gebogener Diffusor mit den Wänden 18, 19 an.

Fig. 4 zeigt nun einen tangentialen Schnitt durch den Turbinenteil entsprechend dem Linienzug III-III von F"ig. 3, der durch die Mitte der Laufradschaufelung 14 geht. 32 sind die feststehenden Leitschaufeln mit ihrem Eintrittswinkel a_x, und 14 sind die Laufschaufeln mit ihrem Eintrittswinkel ßi und ihrem Austrittswinkel ß₂. Neben Fig. 4 sind in F"ig. 4a die entstehenden Gasgeschwindigkeitsdreiecke eingezeichnet. C₀ ist die Eintrittsgeschwindigkeit in die Leitschaufeln 32. M₁ ist die Umfangs-, C₁' die absolute und W₁ die relative Eintrittsge-

schwindigkeit in die Laufschaufeln 14. U₂. W₂, C₂ sind die Umfangsgeschwindigkeit, die relative und die absolute Austrittsgeschwindigkeit der Gase aus dem Laufrad. Weil es sich um eine axialradiale Durchströmung der Gase durch die Turbine handelt, fällt M₂ größer aus als M₁. Bei der gezeichneten Schaufelung treten die Gase ungefähr senkrecht zum Turbinenrad aus. Die Schaufeln können aber auch so ausgebildet sein, daß die Gase schief zur Austrittsradebene austreten.

In der Fig. 4 ist auch noch ein Stück der Trennwand 6 im Turbineneintrittsgehäuse zur Trennung der Eintrittsgasströme eingezeichnet, wie dies bei einer Turbine nach Fig. 1 vorausgesetzt ist. Bei solchen Turbinen kann nun auch nach dem Laufrad ι eine Trennwand 33 eingebaut sein. Dadurch wird z. B. bei zwei getrennten Gaszuleitungen zur Turbine auch der Diffusor in zwei segmentartige, gegeneinander getrennte Räume unterteilt. In diesen beiden Räumen rindet dann, unbeeinflußt voneinander, die Umsetzung der Gasgeschwindigkeit in Druck statt. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Umsetzung verbessert.

Man erkennt aus den Fig. 4 und 4a, daß durch die Unterdruckwirkung des Diffusors bei relativ großem c₂ die Schaufeln keine starke Ablenkung der Gasströme bewirken müssen. Die Schaufelwinkel können groß gewählt werden, so daß die Schaufelhöhen für eine bestimmte Gasmenge verhältnismäßig klein ausfallen.

In der Fig. 5 ist nun, in Funktion des Weges der Gase von vor dem Laufrad bis zum Ende des Diffusors der Verlauf der Gasgeschwindigkeiten, der statischen Drücke und der Temperaturen des Druckmittels aufgezeichnet. Diese Zustandsgrößen sind, entsprechend Fig. 3, auf gleicher Höhe daneben in Fig. 5 aufgezeichnet. Vor dem Eintritt ins Leitrad herrscht die Geschwindigkeit C₀, die dann im Leitrad auf C₁ stark ansteigt. Beim Austritt aus dem Spalt zwischen dem Leit- und Laufrad fällt die Gasgeschwindigkeit etwa auf C₁'. Die Gase durchströmen mit der Geschwindigkeit w die Laufradschaufelung. Bei einer Aktionsschaufelung bleibt diese Geschwindigkeit, abgesehen von den Verlusten, ungefähr gleich. Ist die Schaufelung für Reaktion hergestellt, wie dies nach Fig. 5 angenommen ist. so steigt dieselbe bis zum Laufradaustritt. Xaeh dem Laufrad strömen die Gase bis zum Eintritt 15' des eigentlichen Diffusors annähernd mit jo der absoluten Geschwindigkeit C₂ weiter. Im kegelförmig sich erweiternden Diffusor, d. h. vom Querschnitt 15' bis zum Querschnitt 15". fällt dann die Geschwindigkeit entsprechend dem Linienzug c_dv Im nachfolgenden gebogenen Diffusorteil 15" bis 15'" erfolgt dann eine weitere Verminderung der Gasgeschwindigkeit, entsprechend c^,, und beim Austritt aus dem gebogenen Diffusor herrscht noch die zur weiteren Fortleitung notwendige Geschwindigkeit c_d3. Der Druck ai den verschiedenen Stellen des Gasdurchgangs ν ird durch den Linienzug/» dargestellt. Man erkennt, daß derselbe sowohl im Leit- wie im Laufrad fällt, und zwar beim Austritt aus dem letzteren p_e beträgt, d. h. unter dem Austrittsgegendruck p_b der Turbine liegt. Im Diffusor 15 steigt dann der Druck wieder bis zu seinem Ende, um dann dort noch so weit über dem Austrittsgegendruck zu liegen, daß die Gase dort noch ausströmen. Der theoretische Druck p_th ist in Fig. 5 ebenfalls eingetragen. Er liegt durchweg höher als der sich wirklich einstellende Gasdruck p. t zeigt den Verlauf der Gastemperaturen. Die Temperatur in der Laufschaufelung ist tiefer, als wenn die Turbine ohne nachgeschalteten Diffusor arbeitet. Sie steigt erst nachher gegen das Diffusorende hin wieder bis auf die dem dort herrschenden Gegendruck entsprechende Temperatur an.

In den Fig. 6 und 7 handelt es sich um die Anwendung des Erfindungsgegenstands bei einem Turbinenrad i, welches axial beaufschlagt ist. Der Diffusor 15 hat eine andere Form, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Das kegelförmig sich erweiternde Diffusorstück 15' bis 15" ist radial gerichtet und die aus dem Laufrad 14 austretenden Gase werden durch einen von der axialen in die radiale Richtung gebogenen Ringraum 34 zur Eintrittsfläche 15' des Diffusors geleitet. Von der Querschnittsfläche 15" schließt der gebogene Diffusorteil 15" bis 15'" mit seinen Wänden 18 und 19 an und leitet die Gase mit einer horizontal verlaufenden Geschwindigkeitskomponente in den Sammelraum 20 über. Dieser Sammelraum 20 ist, im Gegensatz zu der Ausführung nach den Fig. 1 und 2, als in der Umfangsrichtung im Querschnitt zunehmendes Gehäuse ausgebildet, durch welches die Gase der Turbine in der gleichen Richtung zur tangential angeordneten Austrittsöffnung 13 des Turbinenaustrittsgehäuses geführt werden. Im Sammelgehäuse 20 erweitert sich der Durchströmquerschnitt entsprechend der aus dem Diffusor zugeführten Gasmenge sukzessive. Dies geschieht nach Fig. 6 durch eine sukzessive axiale Verbreiterung des Sammelgehäuses. Es geschieht dies, um den Durchmesser des Turbinengehäuses 8 nicht vergrößern zu müssen. Man könnte aber auch eine spiralförmige Erweiterung desselben anwenden. Das Innere 20 des Sammelgehäuses 8 kann so bemessen sein, daß man eine konstante Gasgeschwindigkeit darin erhält, oder es können auch die Durchströmquerschnitte in der Richtung der Gasströmung derart zunehmen, um der wegen Reibung und Umlenkung abnehmenden Geschwindigkeit zu entsprechen. Die Erweiterung könnte aber auch so gewählt sein, daß dort eine Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck ebenfalls erreicht wird. Im Diffusor 15 und dem gebogenen Eintrittsraum 34 zu demselben sind an geeigneter Stelle zwei Trennschaufeln 33 eingebaut, um die Trennung der durch die zwei Zuleitungen 4 und 5 getrennt zur Turbine strömenden Gase auch während ihres Durchgangs durch den Diffusor aufrechtzuerhalten. Dies ist in bezug auf die Fig. 3 und 4 bereits dargestellt und beschrieben worden.

Fig. 8 stellt noch einen Axialschnitt durch diejenige Stelle des Diffusors und des Sammelgehäuses 20 dar, wo der Austritt der Gase aus dem Diffusor in den Raum 20 beginnt. Die strichpunk-

tierte innere W'aml 8' des Turbinenaustrittsgehäuses S zeigt die Abgrenzung des Raumes 20 bei einem in Richtuiii; der Gasströmung nach vorwärts verlebten weiteren Axialschnitts. Der Raum 20 hat dann noch eine verhältnismäßig kleine axiale Ausdehnung, die dann liefen den Austritt hin immer mehr zunimmt.

Fig. o, zeigt eine Ausbildung des Diffusors 15. wobei sein Eintritt so verengt ist. daß nach dem Turbinenaustritl eine Beschleunigung der Gasgeschwindigkeit in dem abgebogenen Ringraum 34 stattfindet, um während der Ablenkung von der axialen in die radiale Richtung eine Ablösung der Gasströmung von der Diffusorwand möglichst zu vermeiden und um damit die Umlenkungsverluste zu verringern. Die Verengung des Querschnitts wird durch die punktierte Wand 20, angedeutet. Demgegenüber wird eine Ausführung ohne diese Verengung durch die ausgezogene Abrundung 30 dargestellt.

In Fig. ij öffnet sich der kegelförmig begrenzte Diffusorteil auf beiden Seiten symmetrisch.

Fig. 10 zeigt einen partiellen Axialschnitt durch eine Turbine mit axialradialer Beaufschlagungsrichtung, aber ebenfalls mit Umlenkung der Gasströmung nach dem Laufrad in eine radial nach außen gehende Richtung. Die gezeichnete Ausführungsform ist noch durch die besondere Ausbildung des gebogenen Ringraums 34 und des Diffusors 15 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Räumen 34 und 15 eine Einschnürungsstelle 35 vorhanden ist. welche am Umfang parallele oder ganz schwach bombierte Wände 36 besitzt. Diese Führungsstrecke 35 soll die vom gebogenen Ringraum 34 herrührende Drallwirkung aufhel>en bzw. verhindern, so daß die Gase in Richtung der Achse des Diffusors 15 in denselben einströmen.

In den Fig. 1 1 bis 16 ist der Einbau von besonderen Leitschaufeln 37 in den Diffusor 15 dargestellt.

Dabei ist Fig. 12 eine axiale Ansicht der Schaufeln in Richtung des Pfeils Vl von Fig. 11 und Fig. 13 eine radial von außen in Richtung des I * fei Is Vl i gesehene Abwicklung dieser Schaufeiung.

Entsprechend den Fig. 11.12 und 13 sind solche Führungsschaufeln T₁J nur im gebogenen Diffusorteil 15" bis li'" untergebracht. Sie dienen dazu, die (iase beim ('bertritt in das Austrittssammelgehäuse 20 möglichst in die Strömungsrichtung in diesem Gehäuse umzulenken. Die Schaufeln können, gegenüber der Turbinenachse, eine radiale Richtung an ihrem Austritt aufweisen, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist. Vorteilhafterweise werden sie. mindestens an ihrer Austrittskante 15'", zur Turbinenachse schief gestellt, wie dies durch Fig. 13 dargestellt ist.

Fig. 14. 15, i(> stellen eine Ausführung dar. bei welcher Schaufeln auf der ganzen Diffusorlänge und darüber hinaus noch im gebogenen Ringraum 34 angeordnet sind.

Fig. 15 stellt dabei eine axiale Ansicht in Richtung des !'teils VIII von Fig. 14 dar und Fig. 16 ist eine radiale Ansicht von außen, entsprechend dem Pfeil IX von Fig. 14.

Man erkennt in den drei Figuren deutlich die verhältnismäßig langen Schaufeln 37. Dieselben sind zur Turbinenachse schief gestellt. Des ferneren ist im gebogenen Zutrittsraum zum Diffusor 15 «wie in diesem selbst noch eine Schaufel bzw. Trennung 38 in seine Mitte verlegt. Diese Trennung 38 dient vor dem Eintritt in den Diffusor 15 dem Zweck, die Umlenkung in denselben verlustloser zu gestalten. Im Diffusorteil 15' bis 15" kann dadurch in den beiden getrennten Diffusorkanälen "5"" und 15'"" ein kleinerer Erweiterungswinkel und/oder eine kleinere Diffusorlänge bei gleichen oder günstigeren Geschwindigkeitsumsetzungen erfolgen. Der Einbau der gebogenen Wand 38 im Diffusorteil 15" bis 15'" ergibt wieder eine wirtschaftlicherc Umlenkung, und/oder derKrümmungsradius dieser Diffusorstelle kann kleiner ausgeführt werden, was ebenfalls bauliche Vorteile ergibt.

Die Ausbildung nach den Fig. f7 und 18 bezieht sich wieder auf ein axial beaufschlagtes Turbinenrad ι mit einer Laufschaufelung 14. Die Gase werden, gleich wie nach Fig. 6. durch einen gebogenen Ringraum 34 in radialer Richtung zum Diffusor 15 übergeleitet. Der Hauptunterschied, gegenüber einer Ausführung nach F"ig. 6, bestellt nun aber, darin, go daß im Diffusor 15 nur eine teilweise Umsetzung von Gasgeschwindigkeit in Druck stattfindet und die Gase von dort mit verhältnismäßig noch großer Geschwindigkeit in den entsprechend der zuströmenden Gasmenge sich sukzessive erweiternden Sammelraum 20 strömen. Aus dem Sammelraum 20 gelangen die Gase, bevor sie zu ihrem Austrittsstutzen 13 gelangen, in einen weiteren, vorzugsweise geradachsigen Diffusor 39. In diesem wird die Gasgeschwindigkeit weiter heruntergesetzt, und zwar bis auf seinen F'ortleitungswert bei der Austrittsöffnung 13. Man erreicht durch diese Ausführung einen kleineren Durchmesser und/oder eine kleinere Länge des Gasaustrittsgehäuses und kleinere Durchgangsquerschnitte 20 in diesem Sammelgehäuse.

In der Ausführung nach den Fig. 17 und 18 ist das Sammelgehäuse 8 ohne Kühlvorrichtung ausgebildet. Bei einer Ausführung nach den Fig. 17 und 18 können die Trennwände bzw. Trennschaufeln T₁T₁ im Diffusor, welche die durch 4 und 5 eintretenden Gasströme dort voneinander trennen, auch im Sammelgehäuse 20 und ebenfalls im Austrittsdittusor 39 fortgesetzt sein. Dadurch erreicht man. daß die Gasströme auf ihrem ganzen Weg vom Laufrad weg bis zum Gebläseaustritt 13 voneinander getrennt sind. Der Einbau einer solchen Schaufelfolge 33, 33' und 33" wird in den Fig. 17 und 18 durch strichpunktiert eingezeichnete Linien angedeutet.

Fig. 19 und 20 zeigen noch eine weitere Ausbildung einer axialradial beaufschlagten Turbine i. Bei solcher fällt die Umlenkung der Gase vor Eintritt in den Diffusor 15 kleiner aus als bei rein axialer Beaufschlagung. In Fig. 19 erkennt man auch den Einbau von Schaufeln 37. Diese sind

in die turbinenseitige Wand ii' des Zwischenstücks 11, wie punktiert angedeutet, an ihrem Fußende eingegossen.

Fig. 20 zeigt eine Verbindung des zweiteiligen Zwischenstücks 11, wenn dasselbe in einer axialen Ebene getrennt ist, sowie die Verbindung der Teile 8, 11 und 10.

Der Erfindungsgegenstand kann auch bei anderen Turbinenarten angewandt werden, z. B. solchen mit nicht überhängend angeordneten Laufrädern. Die Turbine kann auch mehrstufig ausgeführt sein, wobei der Erfindungsgegenstand dann vorzugsweise mindestens am Ende der Turbine oder am Ende jeder Laufradgruppe angeordnet sein kann. Die Turbine kann auch von der Antriebsseite aus beaufschlagt werden, wobei dann der dem Laufrad nachgeschaltete Diffusor auf ihre äußere Seite zu liegen kommt. Das angetriebene Gebläse kann auch mehrstufig ausgeführt werden, und es kann auch eine axiale Schaufelung besitzen.

Claims

Patentansprüche:

i. Mindestens teilweise in axialer Richtung l)eaufschlagte Turbine für gas- oder dampfförmige Druckmittel, insbesondere für heiße Gase, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens nach einem Laufschaufel rad einer Turbine ein aus in Richtung der Strömung des Druckmittels auseinanderstrebenden Wänden des Turbinengehäuses gebildeter und scheibenförmiger Diffusor so angeordnet ist, daß die durchströinenden Gase in Richtung gegen den Türbinenaustritt hin geleitet werden, und daß der nach dem Turbinenrad herrschende tiefere Druck als der Druck im Sammelraum vor dem Turbinenaustritt Kühlluft, ζ. B. aus Turbogebläsen oder der Atmosphäre, ansaugt.
2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine der beiden Wände des Diffusors mindestens teilweise als Kegelfläche ausgebildet ist.
3. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auseinanderstrebenden Flächen des Diffusors erst dann beginnen, wenn der Eintrittsquerschnitt des Diffusors mindestens annähernd senkrecht zur Diffusorrichtung steht und das Druckmittel nach seinem Austritt aus der Laufschaufelung mindestens an ihrem Fußende eine Strecke weit noch in unveränderter Richtung weitergeführt wird.
4. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine der beiden Diffusorwände mindestens teilweise durch gebogene Erzeugende gebildet wird.
5. Turbine nach Anspruch 1, dadurch ge-• kennzeichnet, daß mindestens die eine der beiden Erzeugenden der Diffusorwände in ihrem Axialschnitt vorerst annähernd gerade und anschließend gebogen ist.
6. Turbine nach Ansprüchen 1 und 5. dadurch gekennzeichnet, daß der gebogene Diffusorteil vorerst mit größerem und anschließend mit kleinerem Krümmungsradius ausgebildet ist.
7. Turbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor eine mindestens annähernd radial gerichtete Austrittsöffnung beim Übertritt ins Turbinenaustrittssammelgehäuse bzw. ins Freie aufweist.
8. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel nach seinem Austritt aus der Laufschaufelung vorerst in eine mindestens annähernd radiale Richtung nach außen umgelenkt wird und erst nachher die diffusorartig auseinanderstrebenden Diffusorwände sich anschließen.
9. Turbine nach Ansprüchen τ und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine mit einer axialradialen Durchströmrichtung so ausgebildet ist, daß eine kleinere Umlenkung der Gasströmung vor ihrem Eintritt in den Diffusor erfolgt.
10. Turbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß an den Umlenkstellen in den Diffusor Umlenkschaufeln eingebaut sind.
11. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Eintritt des Diffusors mindestens auf einer Seite eine Strecke mit parallel zur Diffusorrichtung liegender Wand so eingebaut ist, daß die Wirkung des Dralls vom vorherliegenden, gebogenen Führungsteil mindestens teilweise aufgehoben und einen in Richtung der Diffusorachse gerichteten Druck-Tnitteleintritt erzielt wird.
12. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsfläche des Diffusors um so viel kleiner ist, als sie der absoluten Austrittsgeschwindigkeit aus der Laufschaufelung entspricht, daß dem Druckmittel während seiner Umlenkung nach der Laufschaufelung und vor seinem Eintritt in den Diffusor zwecks Vermeidung von Wandablösungen eine unter Druckabfall vor sich gehende Beschleunigung erteilt wird.
13. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Diffusor ein Sammelgehäuse mit derart in der Strömungsrichtung veränderlichem Durchflußquerschnitt sich anschließt, daß das sukzessive zuströmende Druckmittel mindestens keine wesentliche Druckerhöhung im Sammelgehäuse bzw. keine Druck- und Geschwindigkeitsrückwirkung im Diffusor erzeugt.
14. Turbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor mindestens an seinem Eintritt zwecks möglichst verlustloser Umsetzung der Gasgeschwindigkeit in Druck mit Leitschaufeln ausgebildet ist
15. Turbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor mindestens an seinem Austritt zwecks möglichst verlustloser Überleitung des Druckmittels aus dem Diffusor in das Satnmelgehäuse und zu seinem minde-

stuns einen Austritt mit entsprechend ausgebildeten Ablenkungsrlächen bzw. Schaufeln versehen ist.
16. Turbine nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, da ti die Schaufeln derart schief

im Diffusor zu den durch die Turbinenachse gehenden Kbenen stehen, daß dadurch dem Druckmitte! eine mindestens teilweise in Richtung der Strömung im Sammelgehäuse gehende ίο Führung erteilt wird.
17. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dall bei Turbinen, welche sektorenweise durch mehrere getrennte Gasströme beaufschlagt werden, auch nach dem Austritt aus dem Laufrad Trennwände bzw. Trennschaufeln derart angeordnet sind, daß hinter dem Laufrad unter sich getrennte Diffusoren ■ entstehen, worin die Austrittsgeschwindigkeit der einzelnen Gasströme nach dem Laufrad getrennt und mindestens teilweise in Druck umgesetzt wird.
ιS. Turbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der an das Laufrad anschließende Diffusor so ausgebildet ist, daß nur eine teilweise Umsetzung der Austrittsgeschwindigkeit des Druckmittels aus dem Laufrad in Druck erfolgt, und daß ein besonderer Austrittsdiffusor so angeordnet ist, daß eine zusätzliche l'msetzung erst nach dem Durchströmen des Druckmittels durch das Sammelgehäuse stattfindet.
](). Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da ti das spiralförmige Sammelgehäuse mit derart zunehmendem Querschnitt ausgeführt ist, daß auch darin eine teilweise Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck stattfindet.
20. Turbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß bei Turbinen, welche sektorenweise durch mehrere getrennte Gasströme beaufschlagt werden, sowohl im Diffusor nach dem Laufrad, im anschließenden Sammelgehäuse und/oder dem nachgeschalteten Austrittsdiffusor Trennwände bzw. Trennschaufeln eingebaut sind, derart, daß die einzelnen Gasströme vom Laufrad bis zum Austritt unter sich getrennt geführt sind.
27. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum hinter der Turbine mit einem der unter Unterdruck stehenden Räume nach dem Turbinenlaufrad verbunden ist.
22. Turbine nach Ansprüchen 1 und 21 mit Turbogebläse, dadurch gekennzeichnet, daß Kanäle zum Ansaugen der Kühlluft entlang der Verbindungswelle zwischen Gebläse und Türbine und der Außenseite des Turbinenlaufrads angeordnet sind.
23. Turbine nach Ansprüchen 1,21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesaugte Kühlluft so geführt wird, daß sie den Austritt der Gase zwischen Turbine und Gebläse und damit nach außen verhindert.
24. Turbine nach Ansprüchen 1, 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft einer unter Druck stehenden Stelle des angetriebenen Gebläses entnommen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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