Agialturbine für Arbeitsmittel von hoher Temperatur. Die Erfindung bezieht sich auf eine Axial- turbine für Arbeitsmittel von hoher Tempe ratur. Nach den einen Vorschlägen wurden solche Axialturbinen so bemessen, dass ohne Rücksichtnahme auf ein nachteilhaft grosses Schaufelspiel beim Wärmegleichgewicht des Dauerbetriebszustandes bei schroffem An wärmen kein Streifen der Schaufeln zu be fürchten war.
Nach den andern Vorschlägen wurden die Axialturbinen so bemessen, dass beim. Wärmegleichgewicht des Dauerbetriebs zustandes das Schaufelspiel auf das notwen dige Mindestmass beschränkt blieb; dann musste aber eine lange Anwärmzeit in Kauf genommen werden, um beim Inbetriebsetzen eine gleichmässige Erwärmung der ganzen Maschine zu erreichen und ein Streifen der Schaufeln zu verhüten.
Gemäss der Erfindung werden der Läufer, das Gehäuse und die Schaufeln einer Axial turbine aus solchem Werkstoff hergestellt und so ausgebildet, dass einerseits bei rascher Beaufschlagung mit Arbeitsmittel von hoher Temperatur kein Streifen stattfindet und an derseits beimWärmegleichgewicht des Dauer- betriebszustandes das radiale Schaufelspiel auf das durch die Formungenauigkeiten be dingte Mass beschränkt bleibt.
Zur Erreichung des durch die Erfindung gesteckten Ziels kann zum Beispiel die Tur bine so bemessen sein, dass im kalten Zustand das radiale Schaufelspiel gross genug ist, um bei plötzlicher Beaufschlagung mit Arbeits mittel von hoher Temperatur ein Streifen der sich rasch ausdehnenden. Schaufeln zu ver meiden. Ausserdem muss dann dafür gesorgt sein, dass der Läufer eine grössere spezifische Wärmedehnung besitzt als das Gehäuse, so dass im Dauerbetrieb nur das durch die Form ungenauigkeiten bedingte Schaufelspiel be stehen bleibt.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, erläutert. Fig. 1 zeigt einen Teilaus schnitt aus: einer Turbine; F'ig. 2 stellt einen Ausschnitt zwischen; den Ebenen 1 und 2,der Fig. 1 im kalten Zustand, Fig. 3 bei Inbe triebsetzung und Fig. 4 im Dauerbetriebszu- stand dar. Der Läufer P dreht um die Achse A und ist von einem Gehäuse G umgeben.
Er trägt, die Laufschaufelkränze L, die zwischen den Leitschauufelkränzen D des Gehäuses G an geordnet sind. Die Schaufeln<I>L</I> und<I>D</I> und der Läufer P bestehen aus einem austeniti- schen Chromnickelstahl, dessen Wärmedehn- zahl 19.
10-6/ C beträgt, das Gehäuse C ist aus einem nicht austenitischen Stahl reit. einer Wärmedehnzahl von 12 # 10-6/"C hergestellt.
Der Trommeldurchmesser des Läufers P beträgt 600 mm, die Länge der Schaufel L zwischen den Ebenen 1 und ? 100 mm -Lind der Innendurchmesser des Gehäuses G an der Stelle zwischen den Ebenen 1 und 2 etwas mehr als 800 mm.
Im kalten Zustand (Fig. 2), das heisst bei einer Temperatur von etwa<B>290'</B> C besteht zwischen der Laufschaufel L und dem Ge häuse G ein Spiel S_, das zu 2.1-l mm be messen ist. Der innere Gehäusedurchmesser beträgt also genau 804,28 mm.
Bei raschem Inbetriebsetzen (Fig. 3) der Turbine mit Arbeitsmittel von hoher Tempe ratur werden zunächst nur die Schaufeln er wärmt, sie -wachsen um den Betrag D-,. Das Spiel & des kalten Zustandes vermindert sich dann auf den Betrag @@.:. Wird angenommen. dass das Arbeitsmittel die Schaufel auf eine Temperatur von<B>620'</B> erwärmt, so wächst die Schaufel L um 1,14 mm. ihre Länge beträgt also im erhitzten Zustand 101,14 mm. Für das Spiel S., verbleibt dann noch ein Betrag von 1,0 mm, der reichlich genügt, um ein Streifen der Schaufeln am Gehäuse zu ver hüten.
Nach einiger Zeit wird auch der Län- fer und das Gehäuse mehr und mehr erwärmt. bis schliesslich alle Turbinenteile die Tempe ratur von 620 C annehmen (Fi,.;-. 4). Der Läufer P wächst uni den Betrag- -#l, das Ge häuse um den Betrag B. Im Dauerbetriebs zustand nimmt die Ausdehnung des Läufers den Wert von 3.42 min und diejenige des Cle- häuses den Wert von 2,88 nim an.
Für daS Spiel S, bleibt noch ein Betrag von 0,46 inin übrig, der eben genügt, um ein Streifen der Schaufeln am Gehäuse sicher zu vermeiden. Bei einer Turbine nach den bekannten Vorschlägen sind zum Beispiel höchstens die Schaufeln aus einem austenitischen Stahl mit der Wärmedehnzahl von 19 . 10---l/' C, das Gehäuse und der Läufer aber aus einem nichtaustenitischen Stahl mit einer Wärme dehnzahl von 12 -10---6/' C hergestellt.
Bei einer raschen Inbetriebsetzung könnte wohl das Schaufelspiel auf einem Betrag von 1 mm gehalten -erden. Bei der Erwämung der gan zen Maschine würde aber das Schaufelspiel auf den Betrag von<B>1,72</B> mm anwachsen, was für den Betrieb wesentliche Verluste herbeiführen würde, so dass der Wirkungs grad entsprechend fallen müsste. Würde aber für den Dauerbetriebszustand ein kleineres Spiel vorgesehen, so müsste die Turbine sehr langsam angewärmt werden, um alle Teile gleichmässig zu erwärmen.
Agial turbine for high temperature equipment. The invention relates to an axial turbine for working fluid of high tempe temperature. According to one of the proposals, such axial turbines were dimensioned in such a way that no streaking of the blades was to be feared without taking into account a disadvantageously large blade clearance in the thermal equilibrium of the continuous operating state with abrupt warming on.
According to the other proposals, the axial turbines were dimensioned so that the. Thermal equilibrium of continuous operation, the blade clearance remained limited to the necessary minimum; But then a long warm-up time had to be accepted in order to achieve an even warming of the entire machine when starting up and to prevent the blades from streaking.
According to the invention, the rotor, the housing and the blades of an axial turbine are made of such a material and designed in such a way that, on the one hand, no streaking occurs when the working medium is rapidly exposed to high temperatures and, on the other hand, the radial blade play on the through the dimensional inaccuracies are limited.
To achieve the goal set by the invention, for example, the turbine can be dimensioned so that in the cold state the radial blade clearance is large enough to produce a strip of rapidly expanding when suddenly exposed to high temperature working media. Avoid shovels. In addition, it must then be ensured that the rotor has a greater specific thermal expansion than the housing, so that in continuous operation only the blade clearance caused by the inaccuracy of the shape remains.
The invention is explained below with reference to the drawing, which shows an embodiment. Fig. 1 shows a part of: a turbine; F'ig. 2 shows a section between; levels 1 and 2, FIG. 1 in the cold state, FIG. 3 when it is put into operation and FIG. 4 in the continuous operating state. The rotor P rotates around the axis A and is surrounded by a housing G.
He wears the rotor blade rings L, which are arranged between the guide vane rings D of the housing G to. The blades <I> L </I> and <I> D </I> and the rotor P consist of an austenitic chrome-nickel steel with a thermal expansion coefficient of 19.
10-6 / C, the housing C is made of a non-austenitic steel. with a thermal expansion coefficient of 12 # 10-6 / "C.
The drum diameter of the rotor P is 600 mm, the length of the blade L between levels 1 and? 100 mm -Lind the inside diameter of the housing G at the point between levels 1 and 2 a little more than 800 mm.
In the cold state (FIG. 2), that is to say at a temperature of about 290 ° C, there is a play S_ between the rotor blade L and the housing G, which is to be 2.1-1 mm. The inner case diameter is exactly 804.28 mm.
With rapid start-up (Fig. 3) of the turbine with working fluid of high tempe temperature, only the blades are initially warmed, they grow by the amount D-. The game & of the cold state is then reduced to the amount @@.:. It is assumed. that the working medium heats the blade to a temperature of <B> 620 '</B>, the blade L grows by 1.14 mm. their length is therefore 101.14 mm in the heated state. For the game S., an amount of 1.0 mm remains, which is ample enough to prevent the blades from streaking on the housing.
After a while, the lander and the housing will also heat up more and more. until finally all turbine parts reach the temperature of 620 C (Fi,.; -. 4). The rotor P increases by the amount - # 1, the housing by the amount B. In continuous operation, the expansion of the rotor is 3.42 min and that of the housing is 2.88 nm.
For the clearance S, an amount of 0.46 inin remains, which is just enough to reliably prevent the blades from touching the housing. In the case of a turbine according to the known proposals, for example, at most the blades are made of an austenitic steel with a thermal expansion coefficient of 19. 10 --- 1 / 'C, but the housing and the rotor are made of a non-austenitic steel with a thermal expansion coefficient of 12 -10 --- 6 /' C.
With a quick start-up, the blade clearance could be kept at an amount of 1 mm. When heating the entire machine, however, the blade clearance would increase to an amount of <B> 1.72 </B> mm, which would cause significant losses for operation, so that the degree of efficiency would have to fall accordingly. If, however, a smaller clearance were provided for the continuous operating state, the turbine would have to be heated very slowly in order to heat all parts evenly.