DE950100C - Zusammengesetzter Trommellaeufer fuer Kreiselmaschinen, insbesondere fuer Gasturbinen mit axialer Durchstroemrichtung - Google Patents
Zusammengesetzter Trommellaeufer fuer Kreiselmaschinen, insbesondere fuer Gasturbinen mit axialer DurchstroemrichtungInfo
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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
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
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Description
Die Erfindung betrifft ©inen Trommelläufer für Kreiseilmaschinen, insbesondere für Gasturbinen
mit axialer Durchströmrichtung, der aus einzelnen, untereinander zentrierten und mit Laufschaufeln
besetzten. Radscheiben zusammengesetzt ist.
Bekannt ist eine Verbindung, bei der an einander gegenüberliegenden Seiten der Tragscheiben axiale
Ringansätze mit Innengewinde angebracht sind, in die als besonderes Verbindungsglied zwischen benachbarten
Scheiben ein Gewindering mit entsprechenden Außengewinden eingeschraubt ist.
Diese Läuferbauart ist insofern vorteilhaft, als bei erforderlichen Instandsetzungen einzelne Tragscheiben
ohne erheblichen Aufwand lediglich durch Lösen der Schraubverbindung ausgewechselt werdlen
können. Bei diesem Läufer ist das Verbindungsglied zwischen den Tragscheiben als einfacher
Gewindering mit Rechteckquerschnitt ausgebildet; die gegenseitige Zentrierung der Scheiben
ist radial außerhalb des Gewinderinges als Ring angeordnet. Dadurch ergeben sich die Nachteile,
daß der Gewindering von außen nicht zugänglich ist, und daß die Verbindung infolge unterschiedlicher
Dehnungen im Betrieb locker werden kann. Zur Vermeidung dieser Mängel wurde schon eine
elastische Schraubverbindung vorgeschlagen, bei welcher in einer besonderen Ausführungsform als
Verbindungsglied zwischen benachbarten Scheiben ein U-förmiger Gewindering in die Ringansätze
zweier benachbarter Scheiben eingeschraubt ist. Für
diese besonders in axialer Richtung recht elastische Verbindung ist jedoch noch ein drittes Gewinde,
das zur Ermöglichung axialer Dehnungen mit großem Spiel ausgeführt wird, erforderlich. Außerdem
Hegt auch bei dieser Schraubverbindung der U-förmig profilierte Gewindering innerhalb der
Zentrierung, so daß er von außen nicht zuverlässig angezogen und nachgezogen werden kann.
Ferner ist ein Trommelläufer bekannt, der aus ίο einzelnen Scheiben zusammengesetzt und von die
Scheiben durchsetzenden, axial wirkenden Spannankern zusammengehalten ist. Zwischen den die
Schaufeln tragenden Scheiben sind sogenannte Abstandhalter mit I-Profil angeordnet. Die am Umfang
oder in der Mitte der Scheiben für die Spannanker vorgesehenen Bohrungen haben wiederum
den Nachteil, daß beim Umlauf an deren Rändern sehr hohe Spannungsspitzen erzeugt werden, die
häufig die Ursache für Dauerbrüche bilden bzw. die Belastbarkeit durch Fliehkräfte beim Umlauf
begrenzen.
Die den bekannten Läuferbauarten anhaftenden Nachteile werden nach vorliegender Erfindung bei
einem Trommelläufer, der aus einzelnen, untereinander zentrierten und mit Laufschaufeln besetzten
Scheiben ohne Bohrungen 'zusammengesetzt
ist, an denen auf einander gegenüberliegenden Seiten axiale Ringansätze mit Innengewinde
angebracht sind, in die als Verbindungsglied zwischen benachbarten Scheiben je ein Gewindering
eingeschraubt ist, dadurch überwunden, daß der Gewindering ein etwa I-Profil aufweist, in
dessen Innenflansch die den Innengewinden der Ringansätze entsprechenden Außengewinde eingearbeitet
sindl, und dessen Außenflansch als Abstandhalter mit seinen Stirnflächen an den Seitenflächen
der Tragscheiben anliegt. Dadurch wird eine hohe Steifigkeit des zusammengesetzten
Baukörpers erreicht. Da längs des Läufers die Temperatur des Arbeitsmittels sich ändert, auch
bei Belastungsänderungen, schnell andere, Verteilungen der Temperatur des Läufers möglich sind,
ist es wesentlich, zu der Biegesteifigkeit mittels axialer Anlage und Verspanniung noch eine gewisse
Elastizität in radialer Richtung hinzuzufügen.
Die Zentrierung der Scheiben untereinander wird dabei zweckmäßigerweise auf einem dem Gewindering-Innendurchmesser
gegenüber kleineren Durchmesser angeordnet.
Bei geringerem Temperaturgefälle zwischen den einzelnen Stufen genügt zwar schon ein mit gewöhnlichem
I-Profil ausgebildeter Gewindering. Für größere Dehnungsunterschiede dagegen kann
man dem Abstandsring ein doppelstegiges Profil
geben, wodurch man zugleich eine elastische Anlenkung der für die Verschraubung nach beiden
Seiten erforderlichen Gewinderingansätze an den äußeren, die Abstandhaltung festlegenden Flansch
erhält. Besonders bei diesem doppelstegigen Profil bleibt dadurch, daß der Innenflansch des Gewinderinges
unter die axialen Ringansätze der Scheiben greift und durch Fliehkrafteinwirkung stets nach
außen gedrückt wird, unter allen Betriebsbedingungen ein guter Formschluß in den Gewindegängen
erhalten. Erforderlichenfalls kann man die Betriebsdehnungen von Gewinderingen und Tragscheiben
noch durch Aufheizung und geeignete Gestaltung einander angleichen. In manchen Fällen
mag es schon genügen, wenn die axialen Ringansätze der einzelnen Radscheiben und die das
zugehörige Außengewinde tragenden Flanschhälften des Innenflansches der Gewinderinge auf
verschiedenen Durchmessern angeordnet sind. Zusätzlich kann man dann noch im äußeren Flansch
der Gewinderinge Durchbrüche, z. B'. Bohrungen oder kleine Kanäle, vorsehen, durch die heißes
Treib- bzw. Fördermittel in die Ringräume neben den Scheiben eindringen kann, und die jeweils von
der Scheibe und dem Steg des Gewinderinges gebildeten Wandungen eines jeden Ringraumes so
aufheizt, daß die eintretenden Wärmedehnungen den Formschluß in der Gewindeverbindung in allen
Betriebszuständen wahren.
Zur Steuerung des Wärmeüberganges auf den Gewindering kann aber auch· dessen Außenflansch
hohl ausgebildet werden, oder es können zusätzlich Dichtungs- bzw. Dämmringe angeordnet werden,
die außerhalb des· Außenflansches eine Wärmedämmzone bilden. Mit diesen Mitteln können zugleich
auch die gewünschten bzw. erforderlichen go Wärmedehnungen zur Einhaltung des Formschlusses
beeinflußt werden.
Die Sicherung der Schraubverbindungen wird in einfachster Weise durch radiale Gewindestifte, die
in der Trennfuge zwischen der Radscheibe und der Stirnseite des Gewinderinges angeordnet sind, vorgenommen.
Man kann aber auch in bekannter Weise den beiden Gewinden eines jeden Gewinderinges
verschiedene Steigungen geben, wobei die beiden Gewinde gleichen oder gegenläufigen Drehsinn
haben können. Dadurch wird zugleich die axiale Spannkraft begünstigt. Gewinderinge mit doppelstegigem
Profil können auch durch gegenseitige Verspannung der Innenflanschhälften mit Hilfe von
Keilstücken unter Verwendung radialer Spannbolzen gesichert werden.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele von Läufern nach der Erfindung erläutert.
Die zugehörigen schematischen Darstellungen zeigen in no
Fig. ι einen zweistufigen Läufer einer Abgasturbine,
deren Schaufeln durch X-Naht-Schweißung mit den Radscheiben verbunden sind,
Fig. 2 die Verbindung zweier Radscheiben mit einem doppelstegigen Gewindering im Axialschnitt,
Fig. 3· das Profil eines vorgefertigten Gewinderinges
für eine Verbindung nach Fig. 2,
Fig. 4a und 4b einen dreistufigen Läufer im Axialschnitt, dessen Schaufeln in axialen Nuten
mit Tannenbaum-Profil gehalten sind und
Fig. 5 die Verbindung zweier Scheiben mit einem Gewindering, dessen Außenflansch hohl ausgebildet
ist.
In Fig. ι sind mit 1 und 2 die beiden Radscheiben
einer zweistufigen Abgasturbine be-
zeichnet, an denen die Schaufelkränze 3, 4 durch X-Naht-Schweißung befestigt sind. In der. Mitte
sind die Scheiben mit Eindrehungen 5, 6 versehen, kl'welche der Paßring 7 eingepaßt ist und so für
die gegenseitige Zentrierung der beiden Scheiben sorgt.
An den einander gegenüberliegenden Seiten der Scheiben 1, 2 sind nahe am Umfang die axialen
Ringansätze 8, 9 angebracht, in die ein Innengewinde
eingeschnitten ist. Das zugehörige Außengewinde ist in dem Innenflansch des I-förmig profilierten
Gewinderinges 10 untergebracht. Der Innenflansch ist mit 11 und der Außenflanseh mit 12
bezeichnet.
Um die zum kräftigen Anziehen des Gewinderinges erforderlichen Werkzeuge ansetzen zu
können, ist 'der äußere Flansch 12 zunächst nach
Art eines Eisenbahnprofils erheblich verstärkt. Die Kontur des überhöhten Flansches ist mit stricbpunktierten
Linien iti Fig. 1 eingetragen. Der überhöhte Teil ist mit 13 bezeichnet. In diesem Teil
des Flansches sind die ebenfalls strichpunktiert eingetragenen Bohrungen 14 zum Ansetzen beispielsweise
eines Hakenschlüssels eingearbeitet. Nachdem der Gewindering 10 fest angezogen ist,
wobei die Stirnflächen des äußeren Flansches 12 dicht an den Seitenflächen der Radscheiben 1, 2 anliegen,
wird1 der überhöhte Teil 13 des Außenflansches
durch Abdrehen beseitigt. Beim Ausfabrungsbeispiel nach Fig. 1 wird die
Schraubverbindung durch in den Fugen zwischen den Stirnseiten des äußeren Flansches 12 und den
Radscheiben 1, 2 radial angeordnete Gewindestifte 15, 16 gesichert, die zweckmäßig am Anfang
und Ende der Laufschaufelkanäle untergebracht werden.
In Fig. 2 sind 21 und 22 zwei Tragscheiben, an denen die Schaufeln 23, 24 in axial gerichteten
sehwalbenschwanzförmigen Nuten befestigt sind. Die gegenseitige Zentrierung der beiden Scheiben
ist in dieser Darstellung nicht gezeigt. 28 und 29 sind wiederum axiale Rinigansätze mit Innengewinden,,
die bei diesem Ausführungsbeispiel auf verschiedenen Durchmessern angeordnet sind, wodurch
sich verschiedene Abstände L zum Innenkreis des Schaufelgitters ergeben.
Der Gewindering hat ein doppelstegiges Profil mit den Stegen 3O0 und 3O0. Ebenso wie die Ringansätze
28, 29 sind auch die mit Außengewinden versehenen Flanschhälften 3I0 und 3i& auf verschiedenen
Durchmessern angeordnet. Der Außenflanseh ist mit 32 bezeichnet. Der überhöhte Teil
33 sowie die Bohrung 34 sind ebenso wie in Fig. 1 mit strichpunktiertem Linienzug eingetragen. 35 ist
ein radial angeordneter Gewindestift zur Sicherung der Schraubverbindung. Auf der der Radscheibe
22 zugewendeten Stirnseite des Außenflansches 32 sind über den Umfang verteilt kleine
Kanäle 37 eingearbeitet, durch die im Betrieb heißes ■60 Treibmittel in den Ringkanal 38 gelangen kann.
Die Fig. 3 dient zur Erläuterung der Herstellung des in Fig. 2 gezeigten Gewinderinges 30. Nachdem
die Außenkontur des Ringes beispielsweise durch Gesenkschmieden oder/und Drehen hergestellt ist,
wird in den starkwandigen Steg eine tiefe Nut 39 eingestochen, so daß die beiden Stege 30/ und 30/
sowie die beiden Flanschhälften 31/ und 3i&' entstehen.
Die beiden Stege 30/ und 30/ werden dann im Warmformgebungsverfahren gegeneinandergepreßt,
bis zwischen ihnen der in Fig. 2 ersichtliche geringe Spalt s von etwa 2 bis 5 mm verbleibt.
Anschließend werden die Flanschhälften 31/
und 3I6' fertigbearbeitet, und es werden die geeigneten
Außengewinde eingeschnitten.
In Fig. 4 a sind 51, 52 und 53 über Gewinderinge
54 und 55 verbundene Tragscheiben eines kleinen Gasturbinenläufers, dessen Schaufeln 56, 57 und 58
in axial gerichteten Nuten mit Tannenbaumprofil an den Radscheiben befestigt sind. 59 und 60 sind
die zum Gewindering 54 gehörigen Ringansätze der Scheiben 51 und 52, in welche die Flanschhälften
6ia und 6i6 eingeschraubt sind. Der Außenflanseh
62 des Gewinderinges 54 ist an seiner Außenfläche mit kleinen Rillen 63 versehen, die im Betrieb durch
Bildung einer stärkeren Grenzschicht den Wärmeübergang auf den Gewindering verringern oder bei
Verwendung von Leitschaufelgittern mit innerem •Deckband eine Dichtwirkung ausüben.
Zur Sicherung der Verbindung nach Fig. 4a sind über den Umfang verteilt angeordnete kleine go
Spannbolzen 64 mit konischem Kopf 65 vorgesehen, die in dem Außenflanseh 62 eingeschraubt sind.
Durch Spannen dieser Spannbolzen 64 werden die beiden Innenflanschhälften 6i„ und 61& gespreizt.
Zugleich können diese Spannbolzen zum Ausgleich von Verformungen während des Zusammenbaues
des Läufers dienen.
In Fig. 4 b sind die Ringansätze mit 69 und 70 bezeichnet, in die die Innenflanschhälften 710
und 71;, des Gewinderinges 55 eingeschraubt sind.
Der Außenflanseh 72 berührt hier nicht unmittelbar die Seitenwände der Scheiben 52 und 53. Es sind
hier vielmehr die Dichtungs- bzw. Dämmringe 73 und 74 zwischengeschaltet, die ein Winkelprofil
aufweisen, von denen je ein Schenkel 73a bzw. 74a
den Außenflanseh unter Belassung eines Zwischenraumes überdeckt, so daß dieser Zwischenraum eine
Wärmedämmzone bildet. Zwischen die beiden Stege 76 und JJ des Gewinderinges 55 sind mit
Hilfe des Schraubenbolzens 78 kleine Klötzchen 79 eingeschraubt, die zur Verformungsbegrenzung der
Verbindung dienen.
In Fig. 5 bezeichnen 81 und 82 zwei miteinander verbundene Radscheiben mit den Schaufelkränzen
83 und 84. Der Gewindering 85 verbindet über den Innenflansch 86 die beiden Radscheiben durch die
Ringansätze 89 und 90. Die Besonderheit dieser Ausführung besteht darin, daß der Außenflanseh 91
des Gewinderinges 85 durch Eindrehung einer tiefen axialen Nut 92 hohl ausgebildet ist. Dadurch wird
auch hier eine Wärmedämmung erreicht. Zugleich bietet die gezeigte Formgebung des Außenflansches
den Vorteil, daß der frei tragende äußere Teil 9a des Flansches 91 unter Fliehkrafteinwirkung
nach außen elastisch verformt wird und dadurch der Spalt zwischen den in Fig. 5 strichpunktiert
eingetragenen Leitschaufeln 93 kleiner wird, so daß die hydraulischen Verluste des Läufers verringert
werden.
Claims (10)
- Patentansprüche:i. Trommelläufer für Kreiselmaschinen mit axialer Durchströmrichtung, insbesondere für Gasturbinen, der aus einzelnen, untereinander zentrierten und mit Laufschaufeln besetzten Scheiben zusammengesetzt ist, an -denen auf einander gegenüberliegenden Seiten axiale Ringansätze mit Innengewinde angebracht sind, in die als Verbindungsglied zwischen benachharten Scheiben ein Gewindering eingeschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindering (10) ein etwa I-förmiges Profil aufweist, in dessen Innenflansch (11) die den Innengewinden der Ringansätze (8,9) entsprechenden Außengewinde eingearbeitet sind, und dessen Außenflansch (12) als Abstandhalter mit den Stirnflächen an den Seitenflächen der Tragscheiben (1, 2) anliegt.
- 2. Trommelläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung (5, 6, 7) der Scheiben auf einem dem Gewindering-Innendurchmesser gegenüber kleineren Durchmesser angeordnet ist.
- 3. Trommelläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindering(30) ein doppelstegiges Profil aufweist.
- 4. Trommelläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Ringansätze (28, 29) der Rad-Π scheiben (21, 22) und dementsprechend die die Außengewinde tragenden Innenflanschhälften (3 ra> 3X&) auf verschiedenen Durchmessern angeordnet sind.
- 5. Trommelläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Flansch (32) mit Durchbrüchen (Kanälen 37) versehen ist, durch die heißes Treib- bzw. Fördermittel in die Ringräume (38) neben den Scheiben gelangen kann, so daß bei geeigneter Bemessung des radialen Abstandes (L) der axialen Ringansätze (28, 29) vom Schaufelgitterinnenkreis und der dadurch sich ergebenden Aufheizflächen der Formschluß in den Gewindeverbindungen in allen Betriebszuständen gewahrt bleibt.
- 6. Trommelläufer nach einem oder mehreren eier Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenflansch (91) hohl ausgebildet ist.
- 7. Trommelläufer nach einem oder mehreren ■der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Dichtungs- bzw. Dämmringe (73> 74) angeordnet sind, durch die außerhalb des Außenflansches (72) eine Wärmedämmzone gebildet ist.
- 8. Trommelläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubverbindung durch radial angeordnete Gewindestifte (15, 16) gesichert ist.
- 9. Trommelläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung der Schraubverbindung durch Gewinde mit verschiedenen Steigungen erfolgt, wobei der Drehsinn der Gewinde eines Gewinderinges gegenläufig oder gleichläufig sein kann.
- 10. Trommelläufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung der Verbindung und zum Ausgleich etwaiger Verformungen Keilstücke mit Spannbolzen (64) vorgesehen sind, welche die beiden Stege des Gewinderinges (54) spreizen.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 509 700/176 3. (609 634 9.56)
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Family Applications (1)
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