DE1023051B - Multi-stage constant pressure turbine of axial design (chamber turbine) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Gleichdruckturbine axialer Bauart (Kammerturbine) und insbesondere die bei allen Betriebsbedingungen aufrechtzuerhaltende Zentrierung der Leiträder.The invention relates to a multistage constant pressure turbine of the axial type (chamber turbine) and in particular the centering of the idlers, which must be maintained under all operating conditions.

Bei in Achsebene ungeteiltem Gehäuse hat man die Leiträder bereits in Achsebene geteilt. Dabei wurden die Leiträder in Achsrichtung mittels vom Gehäuse einwärts vorstehender Abschlußringe sowohl gegeneinander als auch gegen das Gehäuse gespannt. In radialer Richtung wurden sie mit Hilfe von Ringschultern sowohl gegeneinander als auch mittels des ersten und/oder des letzten Leitrades am Gehäuse zentriert. Auf diese Weise wurde erreicht, daß zwischen dem Gehäuse und den Leiträdern ein freier Ringraum verblieb.If the housing is undivided in the axis plane, the guide wheels have already been divided in the axis plane. There were the idlers in the axial direction by means of end rings protruding inward from the housing both against each other as well as tensioned against the housing. In the radial direction they were made with the help of ring shoulders both against each other and by means of the first and / or the last stator on the housing centered. In this way it was achieved that a free one between the housing and the idlers Annular space remained.

Bei bekannten Anordnungen hat man an den erwähnten Schultern nur einen Schiebesitz oder einen noch loseren Sitz. Infolgedessen ist die Zentrierung mit einem groben Spiel behaftet. Besonders bei Turbinen mit kleinem Durchsatzvolumen wird der Wirkungsgrad durch die Undichtheitsspalte zwischen dem Läufer und den stillstehenden Teilen, insbesondere der Welle, stark beeinflußt. Man versucht daher/diese so klein wie möglich zu machen. Infolge der ungleichmäßigen Dehnung nicht genau rotationssymmetrischer Gehäuseteile verkleinern sich nun aber diese Spalte im Betrieb an einigen Stellen, so daß man gezwungen ist, verhältnismäßig große Spalte zu wählen, um ein Anstreifen zu vermeiden.In known arrangements one has only one sliding seat or one on the mentioned shoulders even looser fit. As a result, the centering is subject to a rough play. Especially with turbines with a small throughput volume, the efficiency is due to the leakage gap between the Runner and the stationary parts, especially the shaft, strongly influenced. One therefore tries / this to make it as small as possible. As a result of the uneven expansion, it is not exactly more rotationally symmetrical Housing parts are now shrinking this gap in operation in some places, so that you are forced is to choose relatively large gaps to avoid grazing.

Um die Änderungen der Spalte klein zu halten, d. h. um die betriebsmäßige Zentrierung zu sichern, werden nun gemäß der Erfindung die Hälften jedes Leitrades in an sich bekannter Weise durch einen Ring zusammengehalten, wobei jedoch dieser Ring als Schrumpf ring ausgebildet ist; ferner wird der Ringraum zwischen dem Gehäuse und den Leiträdern in an sich bekannter Weise an eine Heizdampfquelle angeschlossen.In order to keep the changes in the column small, i. H. to ensure operational centering, are now according to the invention, the halves of each stator in a known manner by a Ring held together, but this ring is designed as a shrink ring; furthermore, the Annular space between the housing and the idlers in a known manner to a heating steam source connected.

Die Verwendung von Schrumpfringen beseitigt das Spiel, und die Beheizung beseitigt Temperaturspannungen. The use of shrink rings eliminates play and the heating eliminates temperature stresses.

Vorteilhaft sitzen zwischen den einzelnen Leiträdern an sich bekannte Abstandsringe in den Ringschultern der Schrumpfringe. Auch ist es zweckmäßig, zur Zentrierung der Leiträder mindestens drei Paßfedern vorzusehen, die in am Außenumfang angebrachten Nuten sämtlicher Schrumpf ringe und in entsprechenden Paßnuten eines Gehäuseteiles angeordnet sind. Ferner ist es vorteilhaft, Mittel zur Aufnahme axialer Ausdehnuingsdifferenzen vorzusehen. Advantageously, spacer rings known per se sit in the ring shoulders between the individual idlers the shrink rings. It is also useful to center the idlers at least Provide three parallel keys that all shrink rings in grooves attached to the outer circumference and are arranged in corresponding fitting grooves of a housing part. It is also advantageous to use funds to be provided to accommodate axial expansion differences.

In den Fig. 1 und 2 sind die hauptsächlichsten Teile einer erfindungsgemäßen Turbine schematisch dargestellt. In Figs. 1 and 2, the main parts of a turbine according to the invention are shown schematically.

Mehrstufige Gleichdruckturbine
axialer Bauart (Kammerturbine)Multi-stage impulse turbine
axial design (chamber turbine)

Anmelder:Applicant:

Aktiengesellschaft Kühnle,
Kopp & Kausch, Frankenthal (Pfalz)Aktiengesellschaft Kühnle,
Kopp & Kausch, Frankenthal (Palatinate)

Dipl.-Ing. Fritz Bub, Frankenthal (Pfalz),Dipl.-Ing. Fritz Bub, Frankenthal (Palatinate),

Josef Rurik, Oberhausen (Rhld.)-Sterkrade,Josef Rurik, Oberhausen (Rhld.) - Sterkrade,

und Dipl.-Ing. Martin Gründer, Frankenthal (Pfalz),and Dipl.-Ing. Martin founder, Frankenthal (Palatinate),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

Fig. 1 stellt den Schnitt durch eine solche Turbine mit vier Leiträdern dar, währendFig. 1 shows the section through such a turbine with four idlers, while

Fig. 2 verschiedene weitere Ausgestaltungen der Erfindung an einem Teilschnitt der letzten Stufen einer vielstufigen Turbine nach der Erfindung zeigt.Fig. 2 various further embodiments of the invention in a partial section of the last stages shows a multi-stage turbine according to the invention.

In Fig. 1 bedeutet 1 das Gehäuse der Turbine, an dem der eintrittsseitige Gehäuseteil 2 und der abdampfseitige Gehäuseteil 3 durch Rundflansche mit Schraubenverbindungen 4 und 5 befestigt sind. Das Gehäuse 1 besitzt in keiner Achsebene eine Teilfuge, so daß eine genau konzentrische Verformung des Gehäuses unter dem Einfluß der Wärme gewährleistet ist. Die Leiträder 6 bis 9 sind, um sie bei einem ungeteilten Läufer 10 einbauen zu können, je in einer Achsebene geteilt. Die beiden Teile werden jeweils zusammengehalten durch einen Schrumpfring 11, der als Schrumpfring ungeteilt ausgebildet ist und infolgedessen unter dem Einfluß der Wärmedehnung vollkommen rund bleibt. Das Schrumpfmaß dieses Ringes ist so bemessen, daß bei einer beim Anfahren der Maschine etwa auftretenden Temperaturdifferenz zwischen Leitrad und Schrumpf ring ein Lockerwerden nicht eintreten kann. Die Leiträder mit den Schrumpfringen bilden somit eine Einheit. Durch Aneinanderreihen einer entsprechenden Za.hl solcher Einheiten entsteht eine mehrstufige Turbine, ähnlich wie man beispielsweise im Pumpenbau mehrstufige Pumpen durch Aneinanderreihen einstufiger Aggregate zu-In Fig. 1, 1 denotes the housing of the turbine on which the inlet-side housing part 2 and the exhaust-side part Housing part 3 are fastened by round flanges with screw connections 4 and 5. That Housing 1 has no parting line in any axial plane, so that an exactly concentric deformation of the housing is guaranteed under the influence of heat. The idlers 6 to 9 are to make them undivided To be able to install rotor 10, each divided in an axial plane. The two parts are each held together by a shrink ring 11, the is designed as a shrink ring undivided and, as a result, under the influence of thermal expansion remains perfectly round. The shrinkage of this ring is dimensioned so that when starting up any temperature difference that occurs between the stator and the shrink ring will loosen up on the machine cannot occur. The guide wheels with the shrink rings thus form a unit. By stringing them together a corresponding number of such units creates a multi-stage turbine, similar to one For example, in pump construction, multi-stage pumps by lining up single-stage units.

709 850/145709 850/145

sammenbaut. An der Gehäuseeintrittsseite der Turbine ist ein Ring 12 eingebaut, auf dem sich das erste Leitrad axial abstützt und durch eine entsprechende Eindrehung am Schrumpfring zentriert. Das letzte Leitrad wird durch einen .entsprechenden Abschlußring 13 axial angepreßt und durch eine entsprechende Eindrehung am Schrumpfring zentriert. Die einzelnen Stufeneinheiten werden in entsprechender Weise durch Eindrehungen an den Schrumpfringen zentriert. Zweckmäßigerweise wird dabei zwisehen je zwei Leiträdern ein Abstandsring 14 verwendet, der beispielsweise mit seinem Außendurchmesser in Innenzentrierungen der Schrumpfringe zentriert ist. Auf diese Weise wird aus Stufeneinheiten, die normalisiert werden können, durch Aneinanderreihen eine mehrstufige Turbine aufgebaut, die in ihrem Aufbau den Vorteil besitzt, vollkommen rotationssymmetrisch zu sein und bei Wärmedehnungen sich vollkommen rotationssymmetrisch zu verformen.assembled. On the casing inlet side of the turbine a ring 12 is installed on which the first stator is axially supported and by a corresponding Turning centered on the shrink ring. The last idler is by an appropriate locking ring 13 pressed axially and centered by a corresponding recess on the shrink ring. The individual level units are in corresponding Way centered by indentations on the shrink rings. It is expedient to do so each two idlers a spacer ring 14 is used, for example with its outer diameter is centered in the inner centerings of the shrink rings. In this way, step units become the can be normalized by lining up a multi-stage turbine built in their Structure has the advantage of being completely rotationally symmetrical and, in the event of thermal expansion, of being deform completely rotationally symmetrical.

Zwischen den zusammengebauten Einheiten der Leiträder mit den Schrumpf ringen und dem Turbinengehäuse befindet sich ein freier Raum 15, da ja die einzelnen Leiträder gegeneinander zentriert und nach außen am Gehäuse abgestützt sind. Dieser Zwischenraum kann beispielsweise durch eine Bohrung 16 im Ring 12 mit Dampf beheizt werden. In diesem Beispiel wird Dampf aus der Radkammer zur Beheizung verwendet. Es kann natürlich auch in ähnlicher Weise Dampf aus irgendeiner der Stufen oder Abdampf zur Beheizung verwendet werden. Es kann ferner unabhängig von dem Dampfstrom durch die Turbine von außen her der Zwischenraum zwischen den Leiträdern und dem Turbinengehäuse beheizt werden, so daß die Wärmedehnung der Leiträder mit den Schrumpfringen auch größenmäßig der Dehnung des Läufers entsprechend beeinflußt werden kann.Between the assembled units of the stator with the shrink rings and the turbine housing there is a free space 15, since the individual idlers are centered against each other and after are supported on the outside of the housing. This gap can, for example, by a hole 16 in the Ring 12 can be heated with steam. In this example, steam from the wheel chamber is used for heating used. Of course, steam from any of the stages or exhaust steam can also be used in a similar manner Heating can be used. It can also be independent of the steam flow through the turbine the space between the idlers and the turbine housing are heated from the outside, so that the thermal expansion of the guide wheels with the shrink rings also corresponds in size to the expansion of the Runner can be influenced accordingly.

Um der Möglichkeit vorzubeugen, daß durch stärkere Dehnungen der Schrumpfringe 11 gegenüber den Abstandsringen 14 die Zentrierung Spiel bekommt, sind, wie in Fig. 2 ersichtlich, in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Paßfedern 21 vorgesehen, von denen wenigstens drei am Umfang der Schrumpfringe verteilt sind. Diese Paßfedern greifen einerseits in Paßnuten am Außenumfang der Schrumpfringe ein und sind andererseits in einer entsprechenden Nut des Ringes 13 gegenüber dem Turbinengehäuse gehalten. Um eine einwandfreie Passung zu gewährleisten, werden die Nuten in den Schrumpf ringen nach Zusammenbau in einer entsprechenden Vorrichtung für die ganze Turbineneinheit durchgehend gefräst. Die Paßfedern bewirken, daß, wenn sich die Schrumpfringe und damit auch die Leiträder gegeneinander oder gegenüber dem Turbinengehäuse in radialer Richtung dehnen, also Spiel an den Rundzentrierungen auftritt, doch die Zentrierung gegeneinander, gegenüber dem Gehäuse und damit gegenüber dem Läufer genau erhalten bleibt.To prevent the possibility that the shrink rings 11 compared to the greater elongation As can be seen in FIG. 2, spacer rings 14 are given the centering play in a further embodiment of the invention parallel keys 21 are provided, of which at least three on the circumference of the shrink rings are distributed. On the one hand, these feather keys engage in fitting grooves on the outer circumference of the shrink rings and are on the other hand held in a corresponding groove of the ring 13 opposite the turbine housing. To ensure a perfect fit, the grooves in the shrink rings after assembly Milled continuously in a corresponding device for the entire turbine unit. The parallel keys cause that when the shrink rings and thus also the idlers against each other or opposite stretch the turbine housing in the radial direction, so there is play on the round centerings, but the centering against each other, against the housing and thus against the rotor is exactly preserved remain.

Es ist die Regel, daß im Betrieb die aneinandergereihten Leiträder mit den Abstandsringen eine höhere Temperatur und damit auch eine größere Wärmedehnung in axialer Richtung annehmen als das Turbinengehäuse. Es würde dadurch in den Befestigungsschrauben der Verbindungen der Gehäuseteile und des Ringes 13 in Fig. 1 eine sehr große Beanspruchung auftreten. Um eine gewisse Aufnahmefähigkeit für Dehnungen dieser Teile zu schaffen, ist in Fig. 1 die Ausführung der Schrauben 17, mit denen der Ring 13 am Gehäuse 1 angeschraubt ist, als Dehnschraube vorgesehen. Es sind andere Ausführungen denkbar, bei denen nicht die Befestigung dieses Ringes durch eine Reihe von Dehnschrauben erfolgt, sondern an einer anderen Stelle der Verbindungskette eine Reihe von Dehnschrauben dazwischengeschaltet ist. Wesentlich ist, daß mindestens an einer Stelle ein Ausgleich von Wärmedehnungen durch eine Reihe von Dehnschrauben geschaffen ist.It is the rule that the Idlers with the spacer rings have a higher temperature and therefore also a higher one Assume thermal expansion in the axial direction than the turbine housing. This would put it in the mounting screws the connections of the housing parts and the ring 13 in Fig. 1 a very high stress appear. To create a certain capacity for expansion of these parts is In Fig. 1, the design of the screws 17, with which the ring 13 is screwed to the housing 1, as an expansion screw intended. Other designs are conceivable that do not require the attachment of this ring by a number of expansion screws, but at a different point in the connecting chain a series of expansion screws is interposed. It is essential that at least one place Compensation for thermal expansion is created by a series of expansion screws.

In Fig. 2 ist eine andere Möglichkeit des Ausgleiches von Dehnungen in Achsrichtung dargestellt. Die Schrauben 22, die den Ring 13 an dem Gehäuse 1 befestigen, wirken nicht direkt auf den Ring 13, sondern unter Zwischenschaltung von Tellerfedern 23. Es wäre auch die Verwendung anderer Federn denkbar, doch besitzen die Tellerfedern eine besonders zweckmäßige Gestalt für den vorliegenden Zweck.In Fig. 2, another possibility of compensating for expansions in the axial direction is shown. The screws 22 which fasten the ring 13 to the housing 1 do not act directly on the ring 13, but rather with the interposition of disc springs 23. It would also be conceivable to use other springs, however, the disc springs have a particularly expedient shape for the present purpose.

Eine weitere Maßnahme, um einen Ausgleich für Wärmedehnungen zu schaffen, besteht darin, die Abstandsringe 24 (Fig. 2) federnd auszubilden. Dies ist in der gezeichneten Ausführung dadurch erreicht, daß diese Ringe einen U-förmigen Querschnitt besitzen, bei dem die Auflage an den jeweils dazwischenliegenden Leiträdern an den Enden der U-Schenkel erfolgt, so daß sie in Achsrichtung eine wirksame Federung besitzen.Another measure to compensate for thermal expansion is to use the spacer rings 24 (Fig. 2) to be resilient. In the embodiment shown, this is achieved in that these rings have a U-shaped cross-section, in which the support on the respective intermediate Idlers at the ends of the U-legs takes place, so that they have an effective suspension in the axial direction own.

Die beschriebenen Maßnahmen zum Ausgleich der Längendehnungen können natürlich nicht nur einzeln, sondern auch in beliebiger Kombination verwendet werden.The measures described to compensate for the elongation can of course not only be used individually, but can also be used in any combination.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Mehrstufige Gleichdruckturbine axialer Bauart (Kammerturbine), bei der die Leiträder in Achsebene geteilt sind, aber das Gehäuse in Achsebene ungeteilt ist und die Leiträder in Achsrichtung mittels vom Gehäuse einwärts hervorstehender Abschluß ringe gegeneinander und gegen das Gehäuse gespannt und in radialer Richtung mittels Ringschultern aneinander und ihr erstes und/oder letztes am Gehäuse zentriert sind, so daß zwischen dem Gehäuse und den Leiträdern ein freier Ringraum verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälften jedes Leitrades in an sich bekannter Weise durch einen Ring zusammengehalten werden, ferner daß dieser Ring auf die Leitradhälften aufgeschrumpft ist und daß der zwischen dem Gehäuse und den Leiträdern befindliche Ringraum in an sich bekannter Weise an eine Heizdampfquelle angeschlossen ist.1.Multistage constant pressure turbine of axial design (chamber turbine), in which the guide wheels are in Axial plane are divided, but the housing is undivided in the axial plane and the idlers in the axial direction by means of the inwardly protruding termination ring against each other and against the Housing stretched and in the radial direction by means of ring shoulders to each other and their first and / or the latter are centered on the housing, so that a free annular space between the housing and the idlers remains, characterized in that the halves of each stator in per se known Way are held together by a ring, further that this ring on the idler halves is shrunk and that the annular space located between the housing and the idlers in is connected in a known manner to a heating steam source. 2. Gleichdruckturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Leiträdern vorgesehene, an sich bekannte Abstandsringe (14) in den Ringschultern der Schrumpfringe sitzen.2. Constant pressure turbine according to claim 1, characterized in that between the individual stator wheels provided, per se known spacer rings (14) in the annular shoulders of the shrink rings sit. 3. Gleichdruckturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung der Leiträder durch mindestens drei Paßfedern (21) aufrechterhalten wird, die in am Außenumfang angebrachten Nuten der sämtlichen Schrumpfringe und in entsprechenden Paßnuten eines Gehäuseteiles (13) angeordnet sind.3. Constant pressure turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the centering of the Idler wheels by at least three parallel keys (21) are maintained in the outer circumference attached grooves of all the shrink rings and in corresponding grooves of a housing part (13) are arranged. 4. Gleichdruckturbine nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungskette der ringförmigen Gehäuseteile (2, 12, 1, 13) mindestens eine Reihe Dehnschrauben (17) vorgesehen ist.4. Constant pressure turbine according to claim 1 or the following, characterized in that in the connecting chain of the annular housing parts (2, 12, 1, 13) at least one row of expansion screws (17) is provided. 5. Gleichdruckturbine nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbinditngskette der ringförmigen Gehäuseteile (2,5. Constant pressure turbine according to claim 1 or the following, characterized in that in the connection chain the ring-shaped housing parts (2, 12, 1,13) wenigstehs einer Schraubenreihe Federn, insbesondere die Schrauben umfassende Tellerfedern (23), zugeordnet sind.12, 1, 13) are assigned to at least one screw row of springs, in particular disk springs (23) comprising screws. 6. Gleichdruckturbine nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsringe (24) in Achsrichtung federnd ausgebildet sind.6. Constant pressure turbine according to claim 1 or the following, characterized in that the spacer rings (24) are designed to be resilient in the axial direction. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 334 422, 453 281, 077, 520 624;Considered publications: German Patent Specifications Nos. 334 422, 453 281, 077, 520 624; schweizerische Patentschrift Nr. 110 556; Buch »Konstruktionen aus dem Dampfturbinenbau«Swiss Patent No. 110 556; Book "Constructions from Steam Turbine Construction" von Loschge-Schnakig, Verlag Springer/Berlin, 1938, S. 3.von Loschge-Schnakig, Verlag Springer / Berlin, 1938, p. 3. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings