SE511813C2 - Axialflödesturbin - Google Patents

Description

511 813 placerade mellan drivskovelraderna, varvid statorn är utformad som två halvcirkulära ringelement försedda med ledskenor på sina utsidor. Detta innebär att ledskenorna lätt kan bearbetas fram ur den utvändiga ytan hos ringelementen. Å andra sidan innebär detta tidigare kända ledskenearrangemang att turbinen är ganska komplicerad eftersom den innefattar inte bara separata ringelement för uppbyggnad av statorn utan också separata hylselement för axiell inspänning av ringelementen i huset. Detta innebär också att det uppstår ett mindre fördelaktigt luftflöde genom turbinen, ty ledskenorna har en större radiell utsträckning än drivskovlarna i och för möjliggörande av axiell inspänning av statorns ringelement. Luftflödesbanan är sålunda lokalt utvidgad i statorn, vilket ger upphov till ett icke önskvärt turbulent luftflöde därigenom.

Huvudändamålet med uppfinningen är att àstadkoma en axialflödesturbin uppvisande två eller fler expansions- eller kompressionssteg och som är billig och enkel både att tillverka och att montera och som är lämplig för produktion i små dimensioner.

En föredragen utföringsform av uppfinningen beskrivs nedan i detalj med hänvisning till bifogade ritning.

Ritningsförteckning: Fig 1 visar ett längsgående snitt genom en turbin enligt uppfinningen.

Fig 2 visar ett tvärsnitt längs linjen II-II i Fig 1.

Fig 3 illustrerar en bearbetningsprocess där ledskenorna hos en statorsektion utformas genom fräsning. 96711-980609 511 813 Fig 4 visar i större skala ett avsnitt av det longitudinella snittet i Fig 1.

Turbinen som visas på ritningsfigurerna är en sexstegs pneumatisk motor innefattande en stator 10, en rotor 11 och ett cylindriskt hus 12. Statorn 10 är orörligt förankrad i huset 12, under det att rotorn 11 är roterbart lagrad i huset 12 med hjälp av två rullningslager 13, 14. Rotorn 11 uppvisar dessutom en splineförsedd drivände 15 för anslutning till en reduktionsväxel (icke visad).

Huset 12 innefattar en främre sektion 16 och en bakre sektion 17 vilka är fast hopmonterade medelst en gängförbindning 18. En inloppskanal 19 för tryckluft sträcker sig koaxiellt genom husets bakre sektion 17, och ett antal parallella luftutloppskanaler 20 i den bakre sektionen 17 kommunicerar med en rörformig utloppskammare 21 som bildas mellan innerväggen hos den främre hussektionen 16 och statorn 10. Luftflödet genom turbinen illustreras med pilar i Fig. 1.

Statorn 10 innefattar en rörformig kropp eller hylsa 22 uppbärande inåt riktade ledskenor 23 vilka är anordnade i fem axiellt åtskilda periferiella rader B, D, F, H och J, under det att rotorn 11 är försedd med drivskovlar 24 anordnade i sex axiellt åtskilda periferiella rader A, C, E, G, I och K. Se Fig 1. På ett konventionellt sätt är drivskovlarna 24 och ledskenorna 23 placerade i omväxlande lägen, sett i luftflödesriktningen genom turbinen. Detta innebär att mellan tvâ närliggande rader av drivskovlar 24 finns en rad ledskenor 23 för omlänkning av tryckluftflödet till en optimal riktning före inträdet i nästa rad av drivskovlar 24. 96711-980609 511815 I ritningsfigurerna kombineras referenssiffrorna hos drivskovlarna 24 och ledskenorna 23 med referensbokstäverna hos de periferiella raderna A, C, E, G, I och K respektive B, D, F, H och J i vilka de är anordnade.

För att förenkla denna beskrivning har emellertid dessa referenbokstäver utelämnats i texten vilket innebär att alla drivskovlar refereras till såsom 24 och alla ledskenor refereras till som 23. Bortsett från skillnaden i storlek har alla drivskovlarna 24 samma funktionella egenskaper.

Alla ledskenor 23 har också samma funktionella egenskaper.

Statorn 10 innefattar vidare en främre monteringshylsa 27 vilken bildar ett yttre stöd för hylsan 22, samt en bakre koppformad munstycksenhet 28. Den senare är utformad med ett framåt riktat rörformigt hylsparti 29 för radiellt stöd av hylsan 22, samt en bakre luftinloppsdel 30. Denna del är utformad med en luftinloppsöppning 31 som i sin ena ände kommunicerar med luftinloppskanalen 19 och som i sin andra ände kommunicerar med radiellt riktade luftmatningskanaler 32. Dessa luftmatningskanaler 32 leder drivtryckluft från inloppsdelen 30 till ett antal luftmunstycken 33 i vilka höghastighetsluftflödet genom turbinen genereras.

Munstycksenheten 28 innefattar också ett hylsparti 34 som bildar stöd för det bakre rotorlagret 14.

Vid sin främre ände innefattar statorn 10 också ett ringelement 35 som bildar radiellt såväl som axiellt stöd för monteringshylsan 27. Ringelementet 35 är utformat med ett antal utloppsöppningar 36 som kommunicerar med utloppskammaren 21.

Motorturbinen som illustreras i ritningsfigurerna är avsedd att produceras i små dimensioner, dvs. uppvisande en rotordiameter av ca 30 - 40 mm. Rotorns drivskovlar 24 liksom ledskenorna 23 pà statorhylsan 22 är således av så JIINI 96711-980609 511813 smä dimensioner att det inte är möjligt att tillverka dem som separata detaljer för montering på respektive bärare.

Drivskovlarna 24 och ledskenorna 23 mäste istället bearbetas fram som integrerade delar av rotorn 11 respektive statorhylsan 22. Eftersom drivskovlarna 24 är placerade på ytterytan hos rotorn 11 är det inga problem att utföra den nödvändiga bearbetningen t.ex. medelst en pinnfräs.

För att möjliggöra utformningen av ledskenorna 23 på statorhylsans 22 insida mäste den senare uppdelas i tre separata segment 22a, 22b och 22c. Se Fig 2. Dessa segment är delade längs tre cylindergeneratriser placerade med 120" intervall vilket innebär att varje segment har en periferiell utsräckning av 120”.

Då turbinen är hopmonterad hàlls segmenten 22a, 22b och 22c samman i ett fast radiellt förhållande genom den främre monteringshylsan 27 och det rörformiga hylspartiet 29 hos munstycksenheten 28. Lägena hos segmenten 22a, 22b och 22c är noggrant definierade så att dessa bildar den rörformiga hylskroppen 22. Statorsegmenten 22a, 22b och 22c är fixerade relativt huset 12 genom axiell inspänning mellan en skuldra 38 pà den främre monteringshylsan 27 och en ansats 39 pà munstycksenhetens hylsparti 29. Klämkraften ástadkommes genom gängförbindningen 18 mellan de två hylssektionerna 16 och 17.

Förekommande spridning av måtten hos detaljerna inom produktionstoleranserna kompenseras för genom en brickfjäder 37 av Belleville-typ vilken är placerad i hylspartiet 34 bakom det bakre lagret 14 för att tillförsäkra en korrekt axialbelastning på rotorlagren.

I Fig 3 visas en bearbetningssituation där ett av statorsegmenten 22a är fastspänt mot en delcylindrisk yta 96711-980609 511 813 hos en fixtur 40, och en frässpindel 41 försedd med en pinnfräs 42 befinner sig i läge för bearbetning av en ledskena vid den längsgående kanten hos segmentet.

Segmentet är fastspänt i detta läge medelst skruvar 43, 44 och spännlinjaler 45, 46 uppburna på fixturen. Denna illustrerade bearbetningssituation avser att visa att bearbetning av ledskenorna nära statorsegmentets kanter inte skulle vara möjlig med en 180 graders tvådelad stator.

Varje segment måste ha en periferiell utsträckning som är klart mindre än 180 grader för att skapa àtkomlighet för ett bearbetningsverktyg.

Såsom visas i Fig 4 bildar de yttre fria ändarna hos drivskovlarna 24 och styrskenorna 23 spalttätningar mot cylindriska ytor 50 och 51 i statorna 10 respektive rotorn 11. Drivskovlarna 24 i varje periferiell rad A, C, E, G, I och K samverkar tätande med en motsvarande cylindrisk yta 50 på statorn 10. Det bör observeras att referenssiffrorna i Fig 1 och 4 vad avser drivskovlar och tätningsytor är försedda med tilläggsbokstäver hos motsvarande periferiella rad.

På samma sätt samverkar ledskenornas 23 fria ändar i varje periferiell rad B, D, F, H och J tätande med en cylindrisk yta 51 på rotorn 11. Referenssiffrorna pà ledskenorna och tätningsytorna är i ritningsfigurerna försedda med en tilläggsbokstav hos motsvarande periferiella rad. I Fig 4 visas visserligen endast de tre sista stegen hos turbinen dvs. drivskovelraderna G, I och K och ledskeneraderna F, H och J men spalttätningsarrangemanget hos de cylindriska tätningsytorna 50 och 51 hos statorn 10 respektive rotorn 11 är lika i alla turbinstegen.

Genom att anordna drivskovlarna 24 och ledskenorna 23 så att de bildar spalttätningar tillsammans med cylindriska ytor 50 resp. 51 uppnås fördelen av att man kan tillåta en 96711-980609 511 813 viss axiell justering av rotorn ll relativt statorn 10 utan att spalttätningen påverkas.

Det bör observeras att utföringsformerna av uppfinningen icke är begränsade till det visade och beskrivna exemplet utan kan fritt varieras inom ramen för patentkraven.

Exempelvis behöver inte den periferiella utstràckningen av statorsegmenten vara exakt lika. Det viktiga är att ledskenorna 23 är utformade i ett stycke med och på insidan av en rörformig statorkropp bildad av segment. För att möjliggöra detta måste den rörformiga kroppen 22 delas i tre eller fler sektioner eller segment vart och ett uppvisande en periferiell utsträckning klart understigande 180 grader.

Claims (4)

96711-980609 511815 Batentkrayi

1. Axialflödesturbin för drift med ett elastiskt fluidum, innefattande ett hus (12), en rotor (11) lagrad i huset (12) och försedd med drivskovlar (24) anordnade i två eller fler axiellt åtskilda periferiella rader, varvid rotorn (11) är utformad i ett stycke inklusive drivskovlarna (24), en stator (10) uppburen i nämnda hus (12) och bildad av en rörformig kropp (22) försedd med ledskenor (23) på sin insida, varvid nämnda ledskenor (23) är anordnade i en eller flera periferiella rader vilka var och en är anordnade mellan två intilliggande rader av nämnda drivskovlar (24), k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda rörformiga kropp (22) är uppdelad i minst tre längsgående sektioner (22a, 22b, 22c), att nämnda ledskenor (23) är utformade i ett stycke med nämnda längsgående sektioner (22a, 22b, 22c), samt att nämnda hus (12) uppvisar ett invändigt stödorgan (27, 29) för infästning av nämnda längsgående sektioner (22a, 22b, 22c) i noggrant definierade lägen för bildande av nämnda rörformiga kropp (22).

2. Turbin enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda rörformiga kropp (22) har i huvudsak cylindrisk form och är delad i nämnda längsgående sektioner (22a, 22b, 22c) längs åtminstone tre cylindergeneratriser.

3. Turbin enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda längsgående sektioner (22a, 22b, 22c) är tre till antalet, och att var och en av nämnda sektioner har en 120 graders utsträckning över statorns omkrets.

4. Turbin enligt något av kraven 1-3, Wlfl! 96711-980609 511 813 k ä n n e t e c k n a d a v att drivskovlarnas (24) fria ändar i varje periferiell skovelrad (A, C, E, G, I, K) bildar spalttätningar med en inre cylindrisk yta (50) på statorn (10), och att de fria ändarna hos ledskenorna (23) i Varje periferiell ledskenerad (B, D, F, H, J) bildar spalttätningar med en yttre cylindrisk yta (51) på rotorn (ll).