WO2012032105A1 - Drallbrecher in einer leckageströmung einer strömungsmaschine - Google Patents

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swirl
housing
rotor
swirl breaker
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Andreas Biesen
Johan Flegler
Michael Kleinhaus
Joachim Schettel
Armin De Lazzer
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Definitions

  • the invention relates to a fluid machine with an rotatable about an axis of rotation mounted rotor and, arranged around the rotor housing, wherein the housing has a relative to the rotor in a circumferential direction formed housing inner ⁇ surface, wherein at least one gap is formed between the rotor and the housing inner surface, wherein a number of radially extending vanes, each having a Leitschaufelfuß are attached to the housing and in the region of the housing inner surface a swirl breaker for reducing a twist of a leakage flow is arranged. It further relates to a power plant with such a turbomachine.
  • Turbomachines in the context of this invention are, for example, steam turbines, gas turbines or compressors, the invention preferably referring to steam turbines.
  • Strö ⁇ flow machines are characterized by a flow medium. Water turbines, steam and gas turbines, windmills, centrifugal pumps and centrifugal compressors and propellers are under the collective term "Turbomachinery" summarized. All these machines have in common is that they serve the purpose to withdraw a fluid energy, in order to drive or another Ma ⁇ machine conversely, to supply energy to a fluid to increase its pressure, in fluid machinery the energy conversion is indirect and preferably takes the path over the kinetic energy of the fluid, for example, such turbomachines are used in power generation in power plants.
  • turbomachines such. B. in steam turbines
  • a flow medium in a main flow direction, which corresponds substantially to the direction of the axis of rotation.
  • the flow medium should ideally only flow through a so-called flow channel, the so-called ⁇ having vanes and blades.
  • the flow channel is formed of different successively arranged guide and moving blades, wherein the guide vanes are fixed to a Leitschaufelfuß to a housing of the flow ⁇ machine, while the blades are fi ⁇ xiert on the rotor.
  • the flow medium flows through the flow ⁇ channel on the guide and moving blades over, wherein the kinetic energy of the fluid is converted into rotational energy, resulting in a rotation of the rotor.
  • gaps between the housing inner surface and the rotor before ⁇ hands which should be executed as small as possible.
  • gaps can not be avoided, resulting in undesirable flow through the gaps.
  • the undesirable flow results from the main flow, with a part branching off from the main flow and flowing through the gap.
  • This gap flow can be referred to as a leakage flow, it being the aim in any design of a flowm ⁇ tion machine to keep the leakage flow as low as possible. Therefore, there are different approaches to the
  • a first approach is to arrange so-called sealing lips between the rotating and fixed components.
  • the sealing lips are arranged rotationally symmetrically on the rotor and stator and act as a barrier to the leakage flow.
  • a leakage flow flowing substantially parallel to the main flow is decelerated.
  • the leakage flow leads in turbomachinery to a further effect, which is undesirable.
  • the leakage flow through the gaps ⁇ can amplify in operation existing rotor ⁇ vibrations or dampen, which occurs depending on the prevailing conditions to light.
  • This effect is referred to in fluid mechanics as Spalterregulation.
  • steam expansion Especially in steam turbine construction, this effect is referred to as steam expansion.
  • the branching off in the direction of the gap Flow medium portion having different directional components in addition to the main direction component, which leads along the main flow channel also direction components present ⁇ directed, which are directed in the circumferential direction.
  • This leakage flow component directed in the circumferential direction is also referred to as a twist.
  • the gap excitation or vaporization depends on the direction and magnitude of this twist of the leakage flow entering the gap.
  • Le ⁇ ckageströmung has the effect that rather takes place anfa ⁇ -reaching effect instead of a steaming for turbines.
  • swirl breakers are understood as meaning components which form a barrier to the leakage flow flowing in the circumferential direction, which is referred to as a swirl.
  • a brake fluid can be injected in such a way in the Lecka ⁇ geströmung that characterized the swirl is minimized or prevented.
  • the swirl breakers are usually formed of individual components and incorporated in a suitable manner in the circumferential direction individually in the housing. This can require a high production cost, which leads to an increased manufacturing ⁇ time.
  • the object of the invention is therefore to provide a turbomachine of the type mentioned above, which can be made quickly and at the same time is technically particularly simple ⁇ designed.
  • the invention is based on the consideration that a particularly simple and rapid production of a turbomachine would be possible if the individual swirl breaker in a simple Way could be used without special effort in the construction of Strö ⁇ tion machine.
  • welding operations or similar complex procedure when a ⁇ bring the individual swirl breaker should be eliminated.
  • This can be achieved by the swirl breaker positively fixed ⁇ to.
  • the simplest possible structures should be used to fix the swirl crushers. This can be achieved by the blade roots Benach ⁇ barter vanes are suitable to the housing inner wall modifi ⁇ ed such. B. by introducing appropriate Vertie ⁇ tests, and the swirl breaker clamped between two adjacent Leitschaufel Stahl dich 22, ie positively fixed ⁇ who.
  • swirl crushers can now be distributed over the entire circumference, ie advantageously, one swirl crusher is positively fixed in each case in a plurality of interspaces formed from two adjoining vanes feet. This can be achieved in a simple manner in the entire circumferential direction sufficient Un ⁇ suppression of the peripheral components of the leakage flow.
  • the respective intermediate space is formed by recesses which are introduced into the respectively adjacent guide blade feet.
  • the guide blade feet thus have recesses which serve as a fit for the swirl breaker to be introduced.
  • the respective swirl breaker is advantageously designed as a component extending substantially in the radial-axial plane.
  • the respective swirl breaker is designed as a sheet metal. This allows a particularly simp ⁇ che and cost-effective design.
  • the respective swirl crusher can advantageously be made in one piece of material, that is, in one piece or sheet metal piece. Such a swirl crusher can optionally be used as a standard component in all gaps between the rotor and housing ⁇ inner wall. This also simplifies Her ⁇ position and assembly.
  • the guide vane feet After installation, the guide vane feet produce a positive fit for the respective swirl crushers in the circumferential direction.
  • the swirl breaker advantageously a extending in the radial direction section which is fixed positively in a groove of the housing.
  • the respective swirl crusher has a bead, so that it elastically deforms during installation of the guide vanes. He is then secured in the circumferential direction against tilting. A profiling of the sheet by means of a bead can also serve to achieve a stiffening against the attacking flow forces.
  • the leakage flow partially has various cakesskom ⁇ components, it strongly depends on the boundary conditions, which is suitable shape of the swirl breaker.
  • a swirl breaker wall conceivable that has rounded corners, having a triangular shape, or having other shapes.
  • the swirl breaker is advantageously bent at a shallow angle in the circumferential direction.
  • the orientation of the swirl ⁇ breaker is then ⁇ inde pendent of the orientation of the blade roots.
  • such a Strö ⁇ tion machine is used in a power plant.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that a particularly simple and cost-effective installation of the swirl crusher in a turbomachine is made possible by a swirl crusher, which is positively fixed between two vanes feet.
  • the swirl breaker is a standard component that can be used in the same way on all gaps between the rotor and the housing of a turbine.
  • the standard component can be easily gebil ⁇ det from a metal sheet, which is placed in a mating recess on the side of a blade root.
  • nachträgli ⁇ cher exchange is particularly simple and inexpensive possible.
  • At the same time be ⁇ Sonder high efficiency of the turbo engine is achieved through effective swirl oppression.
  • FIG. 1 shows a steam turbine as an exemplary embodiment of a
  • the steam turbine comprises an outer housing 2, which is designed as a pot housing.
  • the pot construction is only ⁇ play, the invention can also be used in turbines of other designs.
  • a lid 3 is arranged with fastening means.
  • an inner housing 4 is arranged within the outer housing 2.
  • the inner ⁇ housing 4 has vanes 5.
  • the steam turbine 1 has an inflow opening 6 through which steam flows as a flow medium during operation. The flow medium flows through a flow channel 7 past the guide vanes 5.
  • a rotor 8 is rotatably mounted about a rotation axis 9.
  • the rotor 8 comprises on the rotor surface disposed blades 10.
  • the rotor 8 further comprises a thrust balance piston 11, which is commonly used in high pressure turbine parts with a usual for this type blading.
  • the steam flowing through the steam turbine 1 releases its energy to the rotor 8, which leads to a rotation of the rotor 8.
  • the rotation of the rotor 8 is used, for example, to drive generators or pumps.
  • FIG 2 a section of a turbomachine is shown.
  • FIG. 2 shows part of a rotor blade 10.
  • the rotor blade 10 has a shroud 12.
  • housing inner surface 14 of part of the In ⁇ nengepuruses 4 is shown.
  • the inner housing 4 has Dichtlip ⁇ pen 16, which are arranged rotationally symmetrical in the circumferential direction.
  • a flow of the flow medium through the ⁇ sen gap 18 represents a loss that should be prevented or minimized.
  • Main flow essentially along the axis of rotation 9.
  • the main flow direction is not necessarily exactly along the axes of rotation 9.
  • a comparatively small proportion of the main flow 16 branches off in the radial direction to the gap 18 out.
  • the LE ckageströmung has in addition to a radial flow component but also a flow component which he ⁇ follows in the circumferential direction, ie in FIG 2 of the image plane in or out.
  • a swirl breaker 20 is mounted in the region of the housing inner surface 14.
  • the swirl breaker 20 is formed as an integral standard ⁇ component of sheet metal, the felgla CE between two guide vanes 22 of two vanes 5 is positively fixed. For this purpose, corresponding recesses or depressions are introduced into the guide blade feet 22, which serve as a fit for the swirl breakers 20.
  • FIG. 2 only one swirl breaker 20 is shown, but these are distributed in a rotationally symmetrical manner over the entire circumference of the turbomachine 1. In this case, the swirl breaker 20 extends in its surface substantially in the radial-axial plane.
  • the swirl breaker 20 has a radially extending Section 26, which engages in the Leitschaufelnut 28.
  • the dimensions of the swirl breaker 20 are chosen for ei ⁇ ne clearance fit.
  • the swirl crusher furthermore has a be ⁇ cut edge 29 facing the shroud 12 in the installed state. This is to prevent that in the case of a touch not the entire side surface of the swirl breaker 20 touches the shroud 12 and damages excessively.
  • FIG. 3 shows a view of the swirl breaker 20 in the circumferential direction.
  • the swirl breaker 20 has a bead 30 that extends initially in the radial direction over the radial section 26, and then over the remaining axial section. This serves on the one hand to stiffen the component, on the other hand, the swirl crusher 20 can be elastically deformed during installation so that it is secured against tilting.
  • 4 shows a corresponding view of the swirl breaker 20 in the axial direction.
  • 5 shows the swirl breaker 20 from the radial direction, wherein a bend of the swirl breaker 20 at the base of the radial portion 26 can be seen.
  • the swirl breaker 20 is bent at a flat angle about a bending axis 32 running in the radial direction.
  • the twist crusher proposed here is a standard component which enables a particularly simple and cost-effective construction of a turbomachine 1.

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Abstract

Eine Strömungsmaschine mit einem um eine Rotationsachse (9) drehbar gelagerten Rotor (8) und einem um den Rotor (8) angeordneten Gehäuse (4, 2), wobei das Gehäuse (4, 2) eine gegenüber dem Rotor (8) in einer Umfangsrichtung ausgebildete Gehäuseinnenoberfläche (14) aufweist, wobei zwischen dem Rotor (8) und der Gehäuseinnenoberfläche (14) mindestens ein Spalt (18) ausgebildet ist, wobei eine Anzahl von sich radial erstreckenden Leitschaufeln (24) mit jeweils einem Leitschaufelfuß (22) am Gehäuse befestigt sind und im Bereich der Gehäuseinnenoberfläche (14) ein Drallbrecher (20) zum Vermindern eines Dralls einer Leckageströmung angeordnet ist, soll schnell hergestellt werden können und gleichzeitig technisch besonders einfach ausgestaltet sein. Dazu ist der Drallbrecher (20) als formschlüssig in einem von zwei benachbarten Leitschaufelfüßen (22) gebildeten Zwischenraum fixiertes Bauteil ausgebildet.

Description

Beschreibung
DRALLBRECHER IN EINER LECKAGESTRÖMUNG EINER STRÖMUNGSMASCHINE
Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einem um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor und einem um den Rotor angeordneten Gehäuse, wobei das Gehäuse eine gegenüber dem Rotor in einer Umfangsrichtung ausgebildete Gehäuseinnen¬ oberfläche aufweist, wobei zwischen dem Rotor und der Gehäuseinnenoberfläche mindestens ein Spalt ausgebildet ist, wobei eine Anzahl von sich radial erstreckenden Leitschaufeln mit jeweils einem Leitschaufelfuß am Gehäuse befestigt sind und im Bereich der Gehäuseinnenoberfläche ein Drallbrecher zum Vermindern eines Dralls einer Leckageströmung angeordnet ist. Sie betrifft weiter eine Kraftwerksanlage mit einer derartigen Strömungsmaschine.
Strömungsmaschinen im Sinne dieser Erfindung sind beispielsweise Dampfturbinen, Gasturbinen oder Verdichter, wobei sich die Erfindung vorzugsweise auf Dampfturbinen bezieht. Strö¬ mungsmaschinen zeichnen sich durch ein Strömungsmedium aus. Unter der Sammelbezeichnung „Strömungsmaschinen" werden Wasserturbinen, Dampf- und Gasturbinen, Windräder, Kreiselpumpen und Kreiselverdichter sowie Propeller zusammengefasst . Allen diesen Maschinen ist gemeinsam, dass sie dem Zweck dienen, einem Fluid Energie zu entziehen, um damit eine andere Ma¬ schine anzutreiben oder umgekehrt, einem Fluid Energie zuzuführen, um dessen Druck zu erhöhen. In Strömungsmaschinen ist die Energieumsetzung indirekt und nimmt vorzugsweise den Weg über die kinetische Energie des Fluids. Derartige Strömungsmaschinen kommen beispielsweise bei der Stromerzeugung in Kraftwerksanlagen zum Einsatz.
In Strömungsmaschinen, wie z. B. bei Dampfturbinen, strömt im Betrieb ein Strömungsmedium in einer Hauptströmungsrichtung, die im Wesentlichen der Richtung der Rotationsachse entspricht. Das Strömungsmedium soll idealer Weise lediglich durch einen so genannten Strömungskanal strömen, der so ge¬ nannte Leit- und Laufschaufeln aufweist. Üblicherweise wird der Strömungskanal aus verschiedenen hintereinander angeordneten Leit- und Laufschaufeln gebildet, wobei die Leitschaufeln an einem Leitschaufelfuß an einem Gehäuse der Strömungs¬ maschine fixiert sind, während die Laufschaufeln am Rotor fi¬ xiert sind. Das Strömungsmedium strömt durch den Strömungs¬ kanal an den Leit- und Laufschaufeln vorbei, wobei die kinetische Energie des Fluids in Rotationsenergie umgewandelt wird, was zu einer Rotation des Rotors führt.
Da eine Bewegung des Rotors in dem Gehäuse stattfindet, sind Spalte zwischen der Gehäuseinnenoberfläche und dem Rotor vor¬ handen, die so gering wie möglich ausgeführt werden sollten. Dennoch können Spalte nicht vermieden werden, was zu einer unerwünschten Strömung durch die Spalte führt. Die unerwünschte Strömung ergibt sich aus der Hauptströmung, wobei ein Teil aus der Hauptströmung abzweigt und durch den Spalt strömt. Diese Spaltströmung kann als Leckageströmung bezeichnet werden, wobei es Ziel bei jeder Auslegung einer Strö¬ mungsmaschine ist, die Leckageströmung so gering wie möglich zu halten. Daher existieren verschiedene Ansätze um die
Leckageströmung zu minimieren. Ein erster Ansatz besteht darin, so genannte Dichtlippen zwischen den rotierenden und den fest stehenden Komponenten anzuordnen. Die Dichtlippen sind dabei rotationssymmetrisch an Rotor und Stator angeordnet und wirken als Barriere für die Leckageströmung. Somit wird eine im Wesentlichen parallel zur Hauptströmung strömende Leckageströmung abgebremst.
Die Leckageströmung führt allerdings im Strömungsmaschinenbau zu einem weiteren Effekt, der unerwünscht ist. Die Leckage¬ strömung durch die Spalte kann im Betrieb vorhandene Rotor¬ schwingungen verstärken oder abdämpfen, was je nach vorherrschenden Randbedingungen zum Vorschein tritt. Dieser Effekt wird im Strömungsmaschinenbau als Spalterregung bezeichnet. Speziell im Dampfturbinenbau wird dieser Effekt als Dampfan- fachung bezeichnet. Da der in Richtung Spalt abzweigende Strömungsmediumanteil verschiedene Richtungskomponenten aufweist, sind neben der Hauptrichtungskomponente, die entlang des Hauptströmungskanals führt auch Richtungskomponenten vor¬ handen, die in Umfangsrichtung gerichtet sind. Diese in Um- fangsrichtung gerichtete Leckageströmungskomponente wird auch als Drall bezeichnet. Die Spalterregung bzw. Dampfanfachung ist abhängig von Richtung und Größe dieses Dralls der Leckageströmung beim Eintritt in den Spalt. Generell hat die Le¬ ckageströmung bei Turbinen den Effekt, dass eher eine anfa¬ chende Wirkung statt einer dämpfenden erfolgt.
Diese anfachende Wirkung ist störend und es sind Bestrebungen vorhanden, diese Störung zu verhindern. Dabei ist es bekannt Drallbrecher in unterschiedlichen Bauformen einzusetzen. Unter Drallbrechern werden hierbei Komponenten verstanden, die eine Barriere bilden für die in Umfangsrichtung strömende Leckageströmung, die als Drall bezeichnet wird. Alternativ dazu oder zusätzlich kann ein Bremsfluid derart in die Lecka¬ geströmung eingeblasen werden, dass dadurch der Drall minimiert bzw. verhindert wird.
Die Drallbrecher werden üblicherweise aus einzelnen Komponenten ausgebildet und in geeigneter Weise in Umfangsrichtung einzeln in das Gehäuse eingearbeitet. Dies kann einen hohen Fertigungsaufwand bedingen, was zu einer erhöhten Fertigungs¬ zeit führt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Strömungsmaschine der oben genannten Art anzugeben, die schnell hergestellt werden kann und gleichzeitig technisch besonders einfach aus¬ gestaltet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
Strömungsmaschine gemäß Anspruch 1.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine besonders einfache und schnelle Herstellung einer Strömungsmaschine möglich wäre, wenn die einzelnen Drallbrecher in einfacher Weise ohne gesonderten Aufwand bei der Konstruktion der Strö¬ mungsmaschine eingesetzt werde könnten. Insbesondere sollten Schweißvorgänge oder ähnlich aufwändige Verfahren beim Ein¬ bringen der einzelnen Drallbrecher entfallen. Dies ist erreichbar, indem die Drallbrecher formschlüssig fixiert wer¬ den. Dabei sollten zur einfachen Ausgestaltung möglichst vorhandene Strukturen zur Fixierung der Drallbrecher genutzt werden. Dies ist erreichbar, indem die Schaufelfüße benach¬ barter Leitschaufeln an der Gehäuseinnenwand geeignet modifi¬ ziert werden, z. B. durch Einbringen entsprechender Vertie¬ fungen, und die Drallbrecher zwischen zwei benachbarten Leitschaufelfüßen eingeklemmt, d. h. formschlüssig fixiert wer¬ den .
Durch eine derartige Anordnung können nun über den gesamten Umfang Drallbrecher verteilt werden, d. h. vorteilhafterweise ist jeweils ein Drallbrecher in einer Mehrzahl von aus jeweils zwei benachbarten Leitschaufelfüßen gebildeten Zwischenräumen formschlüssig fixiert. Dadurch kann auf einfache Weise in der gesamten Umfangsrichtung eine ausreichende Un¬ terdrückung der Umfangskomponenten der Leckageströmung erreicht werden.
Vorteilhafterweise ist der jeweilige Zwischenraum dabei durch Ausnehmungen gebildet, die in die jeweils benachbarten Leitschaufelfüße eingebracht sind. Die Leitschaufelfüße weisen also Vertiefungen auf, die als Passform für die einzubringenden Drallbrecher dienen.
Zur Unterdrückung der Umfangskomponenten sollte der Drallbrecher eine Barriere in im Wesentlichen radial-axialer Ebene der Strömungsmaschine errichten. Da auch die Zwischenräume zwischen den Leitschaufelfüßen in dieser Ebene erstreckt sind, ergibt sich eine besonders einfache, flache Bauweise, indem der jeweilige Drallbrecher vorteilhafterweise als sich im Wesentlichen in radial-axialer Ebene erstreckendes Bauteil ausgestaltet ist. In vorteilhafter Ausgestaltung ist der jeweilige Drallbrecher als Blech ausgestaltet. Dies ermöglicht eine besonders einfa¬ che und kostengünstige Ausführung. Zusätzlich oder alternativ kann der jeweilige Drallbrecher vorteilhafterweise material- einstückig, d. h. aus einem Stück bzw. Blechstück gefertigt werden. Ein derartiger Drallbrecher kann als Standardbauteil gegebenenfalls in alle Spalten zwischen Rotor und Gehäuse¬ innenwand eingesetzt werden. Auch dies vereinfacht die Her¬ stellung und Montage.
Die Leitschaufelfüße stellen nach dem Einbau einen Form- schluss für die jeweiligen Drallbrecher in Umfangsrichtung her. Um auch einen Formschluss in axialer Richtung zu gewähr¬ leisten, weist der Drallbrecher vorteilhafterweise einen sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt auf, der in einer Nut des Gehäuses formschlüssig fixiert ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist dabei der jeweilige Drallbrecher mit einer Spielpassung fixiert, d. h. das Nennmaß des Drallbrechers ist etwas geringer als das des Zwischenraumes zwischen den Leitschaufelfüßen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Kraftfluss über die Seiten der Leitschaufelfüße geht . In weiterer oder alternativer Ausgestaltung weist der jeweilige Drallbrecher eine Sicke auf, so dass er sich beim Einbau der Leitschaufeln elastisch verformt. Er ist dann in Umfangsrichtung gegen Verkippen gesichert. Eine Profilierung des Bleches mittels einer Sicke kann dabei auch dazu dienen, eine Versteifung gegen die angreifenden Strömungskräfte zu erreichen .
Da die Leckageströmung teilweise verschiedenste Richtungskom¬ ponenten aufweist, hängt es stark von den Randbedingungen ab, welche Form des Drallbrechers geeignet ist. So ist beispiels¬ weise eine Drallbrecherwand denkbar, die abgerundete Ecken aufweist, eine dreieckige Form aufweist oder weitere geometrische Formen aufweist. Für eine besonders einfache Beein- flussung der Strömung kann der frei in der Strömung stehende Teil des Drallbrechers gegenüber dem zwischen zwei Schaufelfüßen verklemmten Bereich mit einem Winkel angeordnet werden, d. h., der Drallbrecher ist vorteilhafterweise in flachem Winkel in Umfangsrichtung gebogen. Die Ausrichtung des Drall¬ brechers ist dann von der Orientierung der Schaufelfüße unab¬ hängig.
In vorteilhafter Ausgestaltung kommt eine derartige Strö¬ mungsmaschine in einer Kraftwerksanlage zum Einsatz.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch einen Drallbrecher, der formschlüssig zwischen zwei Leitschaufelfüßen fixiert ist, eine besonders einfache und kostengünstige Installation des Drallbrechers in einer Strömungsmaschine ermöglicht wird. Der Drallbrecher ist ein Standardbauteil, das in gleicher Weise an allen Spalten zwischen Rotor und Gehäuse einer Turbine eingesetzt werden kann. Das Standardbauteil kann einfach aus einem Blech gebil¬ det werden, das in eine passende Vertiefung an der Seite eines Schaufelfußes gelegt wird. Damit ist auch ein nachträgli¬ cher Austausch besonders einfach und kostengünstig möglich. Gleichzeitig wird durch effektive Drallunterdrückung ein be¬ sonders hoher Wirkungsgrad der Strömungsmaschine erreicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 eine Dampfturbine als Ausführungsbeispiel für eine
Strömungsmaschine,
FIG 2 einen Ausschnitt aus einer Strömungsmaschine,
FIG 3 eine Ansicht eines Drallbrechers in Umfangsrich- tung,
FIG 4 eine Ansicht des Drallbrechers in axialer Richtung, und FIG 5 eine Ansicht des Drallbrechers in radialer Rich¬ tung .
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Bezeichnungen radial, axial und Umfangs- richtung beziehen sich auch im Folgenden jeweils auf das Sys¬ tem der Strömungsmaschine, wobei sich die Richtungsbezeichnung „axial" auf die Rotationsachse bezieht.
Die FIG 1 zeigt eine Strömungsmaschine 1, hier als Ausfüh¬ rungsform eine Dampfturbine. Weitere Beispiele für eine Strö¬ mungsmaschine sind eine Gasturbine oder ein Verdichter. Die Dampfturbine umfasst ein Außengehäuse 2, das als Topfgehäuse ausgebildet ist. Die Topfbauweise ist dabei lediglich bei¬ spielhaft, die Erfindung kann auch in Turbinen anderer Bauformen zur Anwendung kommen. Zum Außengehäuse 2 wird ein Deckel 3 mit Befestigungsmitteln angeordnet. Innerhalb des Außengehäuses 2 ist ein Innengehäuse 4 angeordnet. Das Innen¬ gehäuse 4 weist Leitschaufeln 5 auf. Der Übersichtlichkeit wegen ist in der FIG 1 lediglich eine Leitschaufel mit dem Bezugszeichen 5 versehen. Des Weiteren weist die Dampfturbine 1 eine Einströmöffnung 6 auf, durch die im Betrieb Dampf als Strömungsmedium strömt. Das Strömungsmedium strömt durch einen Strömungskanal 7 an den Leitschaufeln 5 vorbei. Innerhalb des Innengehäuses 4 ist ein Rotor 8 um eine Rotationsachse 9 drehbar gelagert. Der Rotor 8 umfasst auf der Rotoroberfläche angeordnete Laufschaufeln 10. Der Übersichtlichkeit wegen ist in der FIG 1 lediglich eine Laufschaufel mit dem Bezugszei¬ chen 10 versehen.
Der Rotor 8 weist des Weiteren einen Schubausgleichskolben 11 auf, der üblicherweise in Hochdruckteilturbinen mit einer für diesen Typ üblichen Beschaufelung verwendet wird. Der durch die Dampfturbine 1 strömende Dampf gibt seine Energie an den Rotor 8 ab, was zu einer Rotation des Rotors 8 führt. Die Rotation des Rotors 8 wird beispielsweise dazu verwendet, um Generatoren oder Pumpen anzutreiben. In der FIG 2 ist ein Ausschnitt einer Strömungsmaschine dargestellt. Die FIG 2 zeigt einen Teil einer Laufschaufel 10. Die Laufschaufei 10 weist ein Deckband 12 auf. Gegenüber dem Deckband 12 ist Gehäuseinnenoberfläche 14 eines Teils des In¬ nengehäuses 4 dargestellt. Das Innengehäuse 4 weist Dichtlip¬ pen 16 auf, die in Umfangsrichtung rotationssymmetrisch angeordnet sind. Zwischen der Gehäuseinnenoberfläche 14 und einer Oberfläche des Deckbands 12 der Laufschaufel 10 ist ein Spalt 18 ausgebildet. Eine Strömung des Strömungsmediums durch die¬ sen Spalt 18 stellt einen Verlust dar, der verhindert bzw. minimiert werden soll.
Der größte Teil des Strömungsmediums strömt entlang der
Hauptströmung, im Wesentlichen entlang der Rotationsachse 9. Bei konusförmigen Strömungskanälen verläuft die Hauptströmungsrichtung nicht zwingend exakt entlang der Rotationsachsen 9. Ein vergleichsweise geringer Anteil der Hauptströmung 16 zweigt in radialer Richtung zum Spalt 18 hin ab. Die Le- ckageströmung weist neben einer radialen Strömungskomponente auch eine Strömungskomponente auf, die in Umfangsrichtung er¬ folgt, d. h. in FIG 2 aus der Bildebene heraus oder hinein. Zur Minimierung dieser in Umfangsrichtung ausgebildeten Strömungskomponente der Leckageströmung wird ein Drallbrecher 20 im Bereich der Gehäuseinnenoberfläche 14 angebracht.
Für eine besonders einfache Konstruktion der Strömungsmaschine 1 ist der Drallbrecher 20 dabei als einstückiges Standard¬ bauteil aus Blech ausgebildet, das zwischen zwei Leitschau- felfüßen 22 zweier Leitschaufeln 5 formschlüssig fixiert ist. Dazu sind in die Leitschaufelfüße 22 jeweils entsprechende Ausnehmungen oder Vertiefungen eingebracht, die als Passform für die Drallbrecher 20 dienen. In FIG 2 ist lediglich ein Drallbrecher 20 gezeigt, diese sind jedoch rotationssymmet- risch über den gesamten Umfang der Strömungsmaschine 1 verteilt. Dabei erstreckt sich der Drallbrecher 20 in seiner Fläche im Wesentlichen in radial-axialer Ebene. Der Drallbrecher 20 weist einen sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt 26 auf, der in die Leitschaufelnut 28 eingreift. Somit ist sowohl in Umfangsrichtung durch die Leitschaufeln 5 als auch in axialer Richtung durch die Leitschaufelnut 28 ein Formschluss und somit sicherer Halt des Drallbrechers 20 ge- währleistet. Die Maße des Drallbrechers 20 sind dabei für ei¬ ne Spielpassung gewählt. Der Drallbrecher weist weiterhin eine im eingebauten Zustand dem Deckband 12 zugewandte ange¬ schliffene Kante 29 auf. Diese soll verhindern, dass im Falle einer Berührung nicht die gesamte Seitenfläche des Drallbre- chers 20 das Deckband 12 berührt und übermäßig schädigt.
In der FIG 3 ist eine Ansicht des Drallbrechers 20 in Um- fangsrichtung dargestellt. Der Drallbrecher 20 weist eine sich zunächst in radialer Richtung über den radialen Ab- schnitt 26, und dann über den axialen übrigen Abschnitt erstreckende Sicke 30 auf. Diese dient einerseits zur Versteifung des Bauteils, andererseits kann der Drallbrecher 20 beim Einbau so elastisch verformt werden, dass er gegen Verkippen gesichert ist. FIG 4 zeigt eine entsprechende Ansicht des Drallbrechers 20 in axialer Richtung. FIG 5 zeigt den Drallbrecher 20 aus radialer Richtung, wobei eine Biegung des Drallbrechers 20 am Ansatz des radialen Abschnitts 26 erkennbar ist. Hier ist der Drallbrecher 20 um eine in radialer Richtung verlaufende Biegeachse 32 in flachem Winkel gebogen. So kann die Ausrichtung des in den Spalt 18 ragenden Teils des Drallbrechers 20 unabhängig von der Einbausituation der Leitschaufeln 5 an die jeweiligen Strömungsverhältnisse ange¬ bracht werden. Der hier vorgeschlagene Drallbrecher, ist ein Standardbauteil, welches eine besonders einfache und kosten- günstige Konstruktion einer Strömungsmaschine 1 ermöglicht.

Claims

Patentansprüche
1. Strömungsmaschine mit einem um eine Rotationsachse (9) drehbar gelagerten Rotor (8) und einem um den Rotor (8) angeordneten Gehäuse (4, 2),
wobei das Gehäuse (4, 2) eine gegenüber dem Rotor (8) in einer Umfangsrichtung ausgebildete Gehäuseinnenoberfläche (14) aufweist,
wobei zwischen dem Rotor (8) und der Gehäuseinnenoberfläche (14) mindestens ein Spalt (18) ausgebildet ist,
wobei eine Anzahl von sich radial erstreckenden Leitschaufeln (24) mit jeweils einem Leitschaufelfuß (22) am Gehäuse befestigt sind und im Bereich der Gehäuseinnenoberfläche (14) ein Drallbrecher (20) zum Vermindern eines in
Umfangsrichtung gerichteten Dralls einer durch den Spalt (18) strömenden Leckageströmung angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Drallbrecher (20) als ein formschlüssig fixiertes, sich im Wesentlichen in radial-axialer Ebene erstreckendes
Bauteil ausgebildet ist, das in einem von zwei in
Umfangsrichtung benachbarten Leitschaufelfüßen (22) gebildeten Zwischenraum fixiert ist, wobei in jeweils zwei benachbarten Leitschaufelfüßen (22) Ausnehmungen
eingebracht sind und der jeweilige Zwischenraum im
Wesentlichen durch die Ausnehmungen gebildet ist, und der Drallbecher (20) einen sich in radialer Richtung
erstreckenden Abschnitt (26) aufweist, der in einer Nut (28) des Gehäuses (4, 2) formschlüssig fixiert ist.
2. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 1,
wobei jeweils ein Drallbrecher (20) in einer Mehrzahl von aus jeweils zwei benachbarten Leitschaufelfüßen (22) gebildeten Zwischenräumen formschlüssig fixiert ist.
3. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in die jeweils zwei benachbarten Leitschaufelfüße (22) Ausnehmungen eingebracht sind und der jeweilige Zwi¬ schenraum im Wesentlichen durch die Ausnehmungen gebildet ist .
4. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der jeweilige Drallbrecher (20) als sich im Wesentli¬ chen in radial-axialer Ebene erstreckendes Bauteil ausge¬ staltet ist.
5. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der jeweilige Drallbrecher (20) als Blech ausgestaltet ist.
6. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der jeweilige Drallbrecher (20) materialeinstückig ist .
7. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der jeweilige Drallbrecher (20) einen sich in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt aufweist, der in einer Nut (28) des Gehäuses (4, 2) formschlüssig fixiert ist.
8. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der jeweilige Drallbrecher (20) mit Spielpassung fixiert ist.
9. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der jeweilige Drallbrecher (20) eine Sicke (30) aufweist.
10. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der jeweilige Drallbrecher (20) in flachem Winkel in Umfangsrichtung gebogen ist.
11. Kraftwerksanlage mit einer Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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