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Diagonale Frontstufe

IP.com Disclosure Number: IPCOM000032261D
Publication Date: 2004-Oct-28
Document File: 2 page(s) / 454K

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Abstract

A steam or air turbine of traditional design and operated at a temperature of 600°C and higher requires rotor parts that are made of high cost ferritic/martensitic materials. A new turbine design intended for operation at higher temperatures comprises a diagonal front stage placed at a larger radius and a transition flow channel to the following stages having a smooth angular diversion. Preferably the diagonal front stage is placed at 45°, and as option adjustable guide vanes are used. The new design allows the use of traditional low cost rotor materials at higher temperatures of the working medium than in traditional designs. The new turbine has same length and achieves higher efficiency.

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Diagonale Frontstufe

Neuzeitliche Dampf- und Luftturbinen werden mit Eintrittstemperaturen von 600/620°C ausgelegt. Dafür müssen- bei traditioneller Bauweise- für einzelne Rotorscheiben die neuentwickelten, teureren ferritisch/ martensitischen Rotorwerkstoffe eingesetzt werden.

In dieser Situation bietet sich folgende neue Bauweise an, welche die Rotor-temperaturen inhärent und rasch senkt und damit –bei gleicher Zuverlässigkeit- den Werkstoffwechsel zu höheren Eintrittstemperaturen verschiebt. Zudem ergibt sich damit - bei gleicher Baulänge- eine Turbine mit höherem Wirkungsgrad und interessanten Entwicklungsperspektiven:

1.      die übliche, radial/axiale bzw. diagonal/axiale Frontstufe (mit einem strömungsungünstig langen Überströmkanal zwischen Leit- und Laufreihe) wird zusammen mit ca. 2 [K1]  Folgestufen durch eine hochbelastete, diagonal/diagonal  Frontstufe auf einem grösseren mittleren Radius und einem sanft umlenkenden Überströmkanal zu den Folgestufen ersetzt.

2.       die diagonal/diagonale Frontstufe wird vorzugsweise unter 45° angeordnet. Die Leitreihe weist- wegen der vorgeschalteten Spirale- eine schwache Umlenkung auf. Der kleine Abstand zwischen Leit- und Laufreihe hilft- in Verbindung mit[K2]  der diagonalen Anordnung, welche den Druckgradienten an dieser Stelle senkt- eine robuste  Nabenströmung  zu erhalten. Die Laufreihe ist stark umlenkend    ( baut damit den Austrittsdrall weitgehend ab) und weist ein Deckband auf, welches den nötigen axialen Dehnungsausgleich zulässt.

3.       der folgende Überströmkanal weist eine meridionale Umlenkung von 45° auf. Er hat, zur Vermeidung von Ablösungen (in Verbindung mit Rotoranregungen) und Zuström-Inhomogenitäten zu den Folgestufen, ein Längen- zu Höhenverhältnis von 4.  Die rotorseitige Wand dient zur Schubreduktion und zur Absenkung der in diesem Bereich[K3]  hohen Rotortemperatur.

4.      die beschriebene Bauweise erlaubt eine Verkürzung oder –bei gleicher Baulänge – eine Wirkungsgradsteigerung der Turbine.

Option 1: Verstellbare Leitschaufeln

Zeitgemässe Dampf- oder Luftturbinen müssen eine maximale und flache Wirkungsgrad- Charakteristik im Massenstrombereich 100% bis 40% aufweisen. Dies kann bestmöglich durch den Einsatz verstellbarer Leitschaufeln bewerkstelligt werden, weil sich hierbei - im Gegensatz zu einem Regelrad mit Teilbeaufschlagung-  das Geschwindigkeitsfeld im Überströmkanal durc...