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Drum type turbomachine with reaction blading

IP.com Disclosure Number: IPCOM000011388D
Publication Date: 2003-Feb-16
Document File: 3 page(s) / 30K

Publishing Venue

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Abstract

In turbomachines such as turbines and compressors, a leakage flow between vane tips and rotor or between blade tips and casings is typically controlled by labyrinth seals. In case of drum type turbomachines with a reaction type blading losses occur on account of the reconvergence of the leakage low with the main flow whereby the amount of loss is proportional to the size of the angle between the direction of the leakage flow and that of the main flow. In order to minimise such losses, approximately axial borings are directed through blade roots allowing the leakage flow emerging from the labyrinth seal to flow through the boring and reconverging with the main flow at a reduced angle. The flow through the boring is favoured by a greater pressure drop across the boring. The borings can also be applied to the control of the leakage flow between blade tips and housing.

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Reaktionsturbomaschine in Trommelbauart

(Keywords: drum type turbomachine, reaction blading, leakage flow, balancing holes)

(full text)

Bei Turbomaschinen wie Turbinen oder Verdichtern strömt eine Leckageströmung zwischen Leitschaufelspitzen und Nabe sowie zwischen Laufschaufelspitzen und Gehäuse, wobei diese Leckageströmung durch ein Labyrinth in besagtem Bereich begrenzt wird. Bei Turbomaschinen, deren Rotoren in Trommelbauart ausgeführt und die mit einer Reaktionsbeschaufelung bestückt sind, verläuft die Leckageströmung jeweils bei einer radialen Distanz von der Rotorachse, die nur wenig verschieden ist von der radialen Distanz, bei der die Hauptströmung verläuft. Deshalb lässt sich die Leckageströmung nur bedingt von der Hauptströmung trennen. Die Leckageströmung bewirkt primäre Verluste, da sie einerseits die Hauptströmung umgeht und dadurch keine Arbeit auf die Turbine leistet. Anderseits wird eine Bremswirkung durch Reibungskräfte erzeugt. Weiter entstehen Mischungsverluste, die bei der Rückführung der Leckageströmung in die Hauptströmung und aufgrund unterschiedlicher aerodynamischer Parameter, insbesondere der Strömungsrichtungen, der beiden Strömungen entstehen. Die Mischungsverluste sind deshalb umso grösser, je grösser der Winkel zwischen den beiden Strömungsrichtungen ist. Dies ist zum Beispiel bei steilen Neigungen des Maschinenkanals besonders ausgeprägt.

Bei Maschinen mit Reaktionsbeschaufelung wirkt auf den Rotor ein Axialschub, indem durch den Druckunterschied axiale Kräfte auf den Rotor ausgeübt werden. Bei einer einflutig ausgeführten Maschine ist zur Kompensierung dieser Schubkräfte ein Schubkolben notwendig, der für die Maschine insgesamt sekundäre Verluste generiert.

Die erwähnten primären Verluste aufgrund der Leckageströmung und ihrer Interaktion mit der Hauptströmung und die sekundären Verluste aufgrund der schubbedingten Ausgleichsmassnahmen können durch nachfolgend beschriebene Massnahmen reduziert werden.

Der Rotor weist an mehreren Positionen an seinem Umfang Bohrungen auf, durch die eine Leckageströmung an der Hauptströmung vorbeigeführt und ein Druckausgleich erzielt wird. Genauer führen diese Druckausgleichbohrungen durch die Schaufelfüsse der Laufschaufeln, die axial zwischen den Labyrinthen liegen. Andernfalls führen die Bohrungen jeweils auch durch Beilagestücke, die in Umfangsrichtung zwischen den Schaufelfüssen platziert sind. Die Bohrungen sind in der in der Figur dargestellten Meridianebene entweder gänzlich axial orientiert oder auch leicht radial orientiert, sodass sie in leichtem Winkel zur Hauptströmungsrichtung verlaufen. Beim Wiedereintritt der Leckageströmung in die Hauptströmung ergeben sich damit kleinere Winkel...