DD286016A5

DD286016A5 - Duesenschaufel fuer dampf- oder gasturbinen

Info

Publication number: DD286016A5
Application number: DD33101589A
Authority: DD
Inventors: Eckhard Beyme; Eberhard Mietsch; Karl Speicher
Original assignee: Bergmann Borsig Veb
Priority date: 1989-07-21
Filing date: 1989-07-21
Publication date: 1991-01-10

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Duesenschaufel fuer Dampf- oder Gasturbinen zur Herstellung eines Duesengitters in Duesenkraenzen bzw. Duesendeckeln. Dabei steht das Ziel, eine verlustarme Steuerung des Dampfdurchsatzes zu ermoeglichen. Aufgabe ist es, eine Verstellduesenschaufel zu entwickeln, die eine Veraenderlichkeit in ihrer stetigen Profilquerschnittskontur ermoeglicht, so dasz ein aus solchen Duesenschaufeln gebildetes Duesengitter durch eine Veraenderlichkeit der durchsatzbestimmenden engsten Querschnitte dieser Kanaele gekennzeichnet ist. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dasz ein Kern mit dem Auszen- und Innenring fest verbunden, von einer Saugseitenschale und einer Druckseitenschale, mit ihren Auszenseiten die profilierte Schaufeloberflaeche bildend, umschlossen ist, wobei die Schalenteile mit Spalt zum Kern angeordnet und mit diesem Kern im Bereich der Eintrittsseite der Schaufel fest verbunden und an der Austrittskante dicht aufeinander aufliegend und in ihrem hinteren schwenkbaren Bereich mit Bewegungsspiel gegenueber der aeuszeren und inneren Kanalbegrenzung ausgefuehrt sind.{Duesenschaufel; Duesengitter; Duesenkranz; Duesendeckel; Dampfdurchsatz; Verstellduesenschaufel; Profilquerschnittskontur; Saugseitenschale; Druckseitenschale; Schaufeloberflaeche; Eintrittsseite; Austrittskante; Bewegungsspiel; Kanalbegrenzung}

Description

Das wesentlichste Merkmol der Erfindung besteht darin, daß die Düsenschaufel elastisch verformbar ausgeführt ist. Der Vorteil des vorgeschlagenen Verstellgitters mit elastisch verformbaren Schaufeln gegenüber Drosselschieberkonstruktionen, wie sie gegenwärtig zur Durchsatzsteuerung angewendet werden, besteht in der erheblichen Verminderung der Strömungsverluste und damit eine Erhöhung des Turbinenwirkungsgrades.

Gegenüber Verstelleitflittern mit Drehgelenken innerhalb der Schaufel bietet die vorgeschlagene Lösung den Vorteil, daß die Stetigkeit der Profilkoi r aufrechterhalten wird und die Lagerungs- und Verschleißprobleme umgangen werden.

Ausfuhrungsbelsplel.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Ze'-hnung zeigen

Fig. 1: die erfindungsgemäß ausgebildete Düsenschaufel, Fig. 2: die Funktion des erfindungsgemäßen Verstelldüsengitters im Prinzip, Fig. 3: die Darstellung eines Düsengitters im Schnitt, Fig. 4 bis Fig. 6: weitere Ausführungsvarianten gemäß Fig. 1. Die Düsenschaufel wir ti durch einen Kern 1, eine mit Abstand zum Kern 1 und mit diesem im eintrittsseitigen Bereich verbundene

dünnwandige Saugseitensc^ale 2 und eine mit Spalt zum Kern 1 und mit diesem im eintrittsseitigen Bereich verbundene dünnwandige Druckseitenschale 3 gebildet, wobei die Saugseitenschale 2 und die Druckseitenschale 3 im Bereich der

Schaufelaustrittskante dicht aufeinander liegen, jedoch nicht miteinander verbunden sind. Die elastische Verformung der Düsenschaufel wird erreicht, indem bei festgehaltenem Kern 1 z. B. die Saugseitenschale 2 an der Schaufelaustrittskante durch eine geeignete Krafteinteilung zum Kern 1 hin belastet und elastisch verformt wird. Die Druckseitenschale 3 wird, da sie auf der Saugseitenschale 2 aufliegt, mit verformt, und zwar vom Kern 1 weg. Dabei wird eine

gewisse Gleitbewegung der Schalen gegeneinander auftreten. Die Forderung nach elastischer Verformung der beiden

Schalenteile, der Saugseitenschale 2 und der Druckseitenschale 3, führt möglichst große Biegelängen. Daraus resultiert eine im Eintrittskantenbereich liegende Verbindungsstelle der Saugseitenschale 2 und der Druckseitenschale 3 und des Kerns 1. Außerderm ist die Schalendicke zugunsten einer möglichst großen Elastizität so klein wie möglich zu dimensionieren. Vorteilhaft

ist eine von der ,Einspannquelle" aus abnehmende Dicke, so daß über der gesamten Verformungslänge die zulässige

Biegespannung ausgenutzt werden kann. Bei der Darstellung eines Düsengitters- Fig. 3-wird der Kern 1 mit dem Außenring 4 und dem Innenring 5 (Deckelkörper) fest

verbunden und überträgt zwischen diesen Teilen Kräfte. Für die aufgrund ihrer elastischen Verformbarkeit gegenüber dem

Kern 1 beweglichen Schalenteile ist die Bewegungsfreiheit innerhalb der Struktur des Düsenkranzes dadurch sichergestellt, daß

der bewegliche hintere Teil der Düsenschaufel mit einem dem Schwenkwinkel entsprechenden Spiel 6 gegenüber dem

Außenring 3 und dem Innenring 5 ausgeführt ist. Die Krafteinleitung zum Zwecke der Schaufelverstellung (P) kann je nach

besonderen konstruktiven Gegebenheiten (erforderliche Stellkraft, Düsenschaufellänge, angewendeter Stellmechanismus) durch ein von außen und vorzugsweise am Schaufelende auf die Austrittskante saug- und druckseitig wirkendes Stellglied (Stößel, Nocken, Drehring mit Schrägen u. a.) oder durch einen formschlüssig an einer der Schalen - Saugseitenschale 2 bzw.

Druckseitenschale 3 - angreifenden Stift 7 - siehe Fig. β - erfolgen. Im übrigen entscheiden die konkreten Bedarfsfälle auch darüber, ob als Grundstellung der Schaufel diejenigen Positionen mit

stärkerer Profilkrümmung (Schließstellung) oder die gestrecktere Position (Öffnungsstellung) gewählt wird und In welchem

Maße in der Grundstellung eine Vorspannung in den Schalenteilen vorgesehen wird. Die Funktion des erfindungsgemäßen Verstelldüsengitters ist in der Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführung ist die Steuerung

auf einen Bereich beschränkt, der sich vom vollen Durchsatz (engste Kanalbreite a₍) nur bis zu einem bestimmten

Teildurchsatz (a₂) erstreckt. Bei Sicherstellung einer ausreichenden elastischen Verformbarkeit der Schaufel kann der Steuerbereich bis zum totalen Verschluß des Düsengitters ausgedehnt werden. In den Fig.4 und 5 werden weitere Ausführungsvarianten dargestellt. So die Schweißverbindung 8, wobei die Saugseitenschale 2 und die Druckseitenschale 3 mit dem Kern 1 verbunden sind. " Eine weitere Möglichkeit wird in der Verbindung 9 gesehen, wobei die Saugseitenschale 2 und die Druckseitenschale 3

formschlüssig mit dem Kern 1 verbunden sind.

Claims

-1- 266 016 Patentansprüche:

1. Düsenschaufel für Dampf- oder Gasturbinen zur Herstellung eines Düsengitters in Düsenkränzen bzw. Düsendeckeln, bei denen die Düsenschaufeln einen Beanspr.uchungsverbund zwischen einem Außenring und einem Innenring bzw. Deckelkörper he/stellen, gekennzeichnet dadurch, daß ein Kern (1) mit dem Außen- und Innenring (4; 5) fest verbunden, von einer Saugseitenschale (2) und einer Druckseitenschale (3), mit ihren Außenseiten die profilierte Schaufeloberfläche bildend, umschlossen ist, wobei die Schalenteile mit Spalt zum Kern (1) angeordnet und mit diesem Kern (1) im Bereich der Eintrittsseite der Schaufel fest verbunden und an der Austrittskante dicht aufeinander aufliegend und in ihrem hinteren schwenkbaren Bereich mit Bewegungsspiel gegenüber der äußeren und inneren Kanalbegrenzung ausgeführt sind.
2. Düsenschaufel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Saugseitenschale (2) und die Druckseitenschale (3) durch eine Schweißverbindung (7) mit dem Kern (1) verbunden sind.
3. Düsenschaufel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Saugseitenschale (2) und die Druckseitenschale (3) durch eine formschlüssige Verbindung (8) mit dem Kern (1) verbunden sind.
4. Düsenschaufel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Saugseitenschale (2) und die Druckseitenschale U) aus Blech geformt sind.
5. Düsenschaufel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Bereich der Austrittsseite zwischen der Saugseitenschale (2) und der Druckseitenschale (3), die Schaufelhöhe ganz oder teilweise erfassend, ein Stift (9) angeordnet ist.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erflndui.^

Die Erfindung betrifft eine Düsenschaufel für Dampf- oder Gasturbinen zur Herstellung eines Düsengitters in Düsenkränzen bzw. Düsendeckeln.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Der wirtschaftliche Betrieb von Dampfturbinen erfordert in bestimmten Fällen eine Steuerung des Dampfdurchsatzes von Abschnitten des Durchströmteils, d.h. eine gesteuerte Aufteilung des Dampfstromes. Diese Aufgabe wird in der überwiegenden Mehrzahl der Fälle durch Drosselorgane gelöst. Dabei sind Ventile heute in manchen Fällen durch sogenannte Drehschieber abgelöst worden, die in Verbindung mit dem Leitapparat einer Turbinenstufe eine rotationssymmetrische Dampfführung (axial odor radial) gewährleisten. Durch eine Drehbewegung wird der Zuströmquerschnitt zum Leitapparat der .Regelstufe" mehr oder weniger stark gedrosselt.

Ein Nachteil der genannten Steuerorgane besteht darin, daß die die Durchsatzsteuerung bewirkende Drosselung einen Verlust an nutzbarem Energiegefälle zur Folge hat und somit den Wirkungsgrad der Turbine bei Teillasten beeinträchtigt. Düsengitter werden z. B. auch dargestellt, indem die Düsenschaufeln oder Teile derselben um eine radicle Achse drehbar augeführt werden. Wegen der im allgemeinen problematischen konstruktiven Lösbarkeit solcher Drehmechanismon und ihrer besonders in Dampfturbinen gegebenen Neigung zu Störungen ist es zweckmäßig, Lösungen zu entwickeln, bei denen die Schwenkbewegung mit den ihr innewohnenden Lagerungsproblemen vermieden wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, eine verlustarme Steuerung des Dampfdurchsatzes zu ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstelldüsenschaufel zu entwickeln, die eine Veränderlichkeit in ihrer stetigen Profilquerschnittskontur ermöglicht, so daß ein aus solchen Düsenschaufeln gebildetes Düsengitter durch eine Veränderlichkeit der Düsenkanäle und insbesondere durch eine Veränderlichkeit der durchsatzbestimmenden engsten Querschnitte dieser Kanäle gekennzeichnet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Kern mit dem Außen- und Innenring fest verbunden, von einer saugseitigen Schale und einer druckseitigen Schale, mit ihren Außenseiten die profilierte Schaufeloberfläche bildend, umschlossen ist, wobei die Schalenteile mit Spalt zum Kern angeordnet und mit diesem Kern im Bereich der Eintrittsseite der Schaufel fest verbunden und an der Austrittskante dicht aufeinander aufliegend angeordnet und in ihrem hinteren schwenkbaren Bereich mit Bewegungsspiel gegenüber der äußeren und inneren Kanalbegrenzung ausgeführt sind.