DE681479C - Leitschaufel fuer Dampf- oder Gasturbinen, insbesondere fuer den Niederdruckteil solcher Turbinen - Google Patents

Description

• Leitschaufel für Dampf- oder Gasturbinen, insbesondere für den Niederdruckteil solcher Turbinen Infolge der endlichen Dicke der Leitschaufeln von Dampf- oder Gasturbinen entsteht hinter der Austrittskante solcher Schaufeln im Spalt zwischen Leit- und Laufschaufelkranz einer Stufe ein Wirbelgebiet. Dieses hat im Spalt starke Störungenim Strömungsverlauf zurFolge, so daß die Laufschaufeln von den ins Laufrad eintretenden Arbeitsmittelstrahlen nicht so getroffen werden, wie bei der Festlegung der Laufschaufelform angenommen wurde. Es treten daher unerwünschte Verluste ein, die ihrerseits den Stufenwirkungsgrad nachteilig beeinflussen. Um diesen Übelstand zu beheben, ist es üblich, die Leitschaufeln aus Blech am Austrittsende zuzuschärfen. Eine solche Zuschärfung ergibt sich für gewöhnlich zwangsläufig, weil der Austrittswinkel der Leitschaufel verhältnismäßig klein ist und beim Überdrehen der Blechschaufeln das Blech einseitig abgenommen wird. Durch eine solche Zuschärfung der Austrittskante von Leitschaufeln wird das Wirbelgebiet hinter denselben, in der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels betrachtet, verkleinert.
• Es hat sich nun gezeigt, daß die Verkleinerung der Verluste, die man von einer solchen Zuschärfung der Leitschaufelaustrittskante erwartete, aus unbekannten. Gründen nicht immer eintritt.
• Von der Erfinderin durchgeführte neue Versuche an Leitschaufeln und Leitschaufehnodellen haben im Gegensatz zu bisherigen Auffassungen gezeigt, daß nicht nur die geometrische Form der Austrittskante, sondern auch der Strömungszustand für die Größe des Wirbelgebietes hinter den Leitschaufeln und somit für die Verlustgröße der Stufe maßgebend ist. Es ist festgestellt worden, daß je nach dem Zustand (Druck, Temperatur, Geschwindigkeit) des Strömungsmittels sowie den Kanalabmessungen beim gleichen Kanalstück einmal das Wirbelgebiet groß und das andere Mal klein wird trotz Zuschärfung der Austrittskante. Durch eingehende Messungen in der Grenzschicht wurde erkannt, daß dieses verschiedene Verhalten in erster Linie vom Turbulenzzustand des Arbeitsmittels und daher von der sogenannten Reynoldsschen Zahl abhängt. Bei kleiner Reyrioldsscher Zahl ist die Strömung im Spalt selbst hinter einer zugeschärften Austrittskante abgelöst, während sie bei großer Reynoldsscher Zähl anliegt. Die Stufenverluste sind dementsprechend groß oder klein. Nun muß zwangsläufig vor allem, im Niederdruckteil von Dampf- und Gasturbinen mit kleiner Reynoldsscher Zahl gearbeitet werden, weil hier die Zähigkeit v sehr groß ist. Daher sind die Stufenverluste im IViederdrückteil nach vorstehendem groß, und der Wirkungsgrad solcher Stufen ist ein niedriger.
• Es hat sich nun gezeigt, daß man auch im Gebiete kleiner Reynoldsscher Kennzahl ein Anliegen der Strömung an der Zuschärfung der Leitschaufeln erzwingen kann, wenn man gemäß vorliegender Erfindung die Oberfläche der Leitschaufel kurz vor der Zuschärfung ihrer Austrittskante, in der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels betrachtet, rauher ausbildet als im übrigen Teil. Es mag vorerst widersinnig erscheinen, absichtlich einen Teil einer Leitschaufel rauher zu gestalten, jedoch hat es sich einwandfrei gezeigt, daß dadurch der Wirkungsgrad der gesamten Stufe doch erheblieh verbessert wird, indem die in Betracht kommende Leitschaufelverlustzahl beispielsweise von 3°/a auf 2°/0 oder noch weniger verringert werden kann.
• Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes beispielsweise veranschaulicht; und zwar zeigt: Fig. i die Abwicklung eines Schnittes in der Umfangsrichtung durch einen Teil der Leit-und Laufradschaufelung einer Dämpfturbinenstufe und Fig. 2 die Abwicklung eines Schnittes in der Umfangsrichtung durch einen Teil einer abgeänderten Ausführungsform der Leitradschaufelung.
• In Fig: i ist i die Leitrad- und 2 die Laufradschaufelung einer Dampfturbinenstufe. 3 bezeichnet den zwischen diesen zwei Schaufelungen z, 2 vorhandenen Spalt: Die Oberfläche der Leitschaufeln i ist von der Stelle q. an, die, in der Strömungsrichtung des Dampfes betrachtet, kurz vor derZuschärfüng5derAustrittskante dieser Schaufeln x liegt, rauher ausgebildet als der übrige Teil der Schaufeloberfläche: Die Rauheit ist künstlich erzeugt, und zwar dadurch, daß in den Oberflächenteil 6 Rillen eingegraben sind. Durch diesen aufgerauhten Teil 6 wird der in Fig. i eingetragene Verlauf der Stromlinien des Arbeitsmittels erzwungen. Wie gezeigt, liegt die Strömung weitgehend an der Zuschärfung 5 der Leitschaufeln i an, so daß in der auf die Laufschaufeln 2 auftreffenden Strömung keine Wirbelgebiete mehr vorhanden sind. Die Beaufschlagung der Laufschaufeln 2 ist daher eine recht gleichmäßige und der WirkungsgradderLaufschaufelung dementsprechend hoch.
• Sind die Leitschaufeln 7 in der in Fig. 2 gezeigten Weise gegen das Austrittsende so ausgebildet, daß beide Seiten in eine gemeinsame Schneide 8 auslaufen, so empfiehlt es sich; auf beiden Seiten kurz vor dem Beginn der Zuschärfung eine räuhere Strecke g und =o vorzusehen.
• Die Rauheit kann auch dadurch erhalten werden, daß an den rauher auszugestaltenden Oberflächenteilen Erhöhungen, . z. B. in Form von Drähten, angebracht werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: x. Leitschaufel für Dampf- oder Gasturbinen; insbesondere für den Niederdruckteil solcher Turbinen, mit zugeschärfter Austrittskante, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Schaufel kurz vor der Zuschärfüng der Austrittskante, in der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels betrachtet, rauher ist als im übrigen Teil.
2. 2. Leitschaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauheit künstlich erzeugt ist.
3. 3. Leitschaufel nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem rauh zu gestaltenden Teil der Schaufeloberfläche künstlich angebrachte Erhöhungen vorhanden sind.