CH174420A - Beschauflung für radial beaufschlagte Kreiselmaschinen. - Google Patents

Beschauflung für radial beaufschlagte Kreiselmaschinen.

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CH174420A
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Ulrich Dr Meininghaus
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Ulrich Dr Meininghaus
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      Beschauflung    für radial     beaufsehlagte        Kreiselmaschinen.       Bei der Anordnung radial durchströmter       Beschauflungen    für radial     beaufschlagta     Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder  Gasturbinen, hat es sich als ganz     besonders     vorteilhaft erwiesen, die Schaufeln an beiden  Enden durch in sich geschlossene Tragringe  zu halten. Von diesen Ringen überträgt dann  der eine - Fussring genannt - das von     der.     Schaufeln ausgeübte Drehmoment auf die  anzutreibende Welle oder das Gehäuse und  hält auch die Schaufeln in zentrischer Lage  fest.

   Der andere Tragring - Kopfring ge  nannt - hält ebenfalls infolge seiner in     sich     geschlossenen Form die Schaufeln gegen die  auftretenden Kräfte, insbesondere Flieh  kräfte, zusammen, muss aber von den Schau  feln selbst getragen werden. Durch eine der  artige Anordnung entsteht der grosse Vorteil,  dass jeder Ring nur die halben Schaufel  kräfte aufzunehmen braucht,

   dass     weiterhin     durch die bei den umlaufenden Schaufeln       auftretenden    Fliehkräfte die in den Ringen       befestigten    und hierdurch     geschwächten       Schaufelenden praktisch nur auf     Sclierung     und nicht auf Biegung beansprucht werden  und dass schliesslich das durch die Umfangs  kräfte .der Schaufeln an deren Enden er  zeugte     Biegungsmoment    sich auf zwei Schau  felenden verteilt, also pro Schaufelende nur  halb so gross ist. Es ist infolgedessen mög  lich, mit sehr billigen, durch     Schiweissen    und  Einwalzen     bewirkten        Schaufelbefestigungen     auszukommen.  



  Sobald jedoch grössere Leistungen von  einer Schaufel übertragen werden müssen,  wird die     Biegungsbeanspruchung    der Schau  felenden durch das durch die     Umfangskräfte     erzeugte     Biegungsmoment    selbst bei Vertei  lung auf beide Schaufelenden grösser, als den  durch die billige Befestigungsart geschwäch  ten     Schaufelenden        zugemutet    werden darf.

    Es müssen dann gefräste Schaufelprofile und  Schaufelenden zur Verwendung gelangen,  deren     Herstellungskosten    ein Vielfaches der  für schwächere     Belastungen        zulässigen    ein  fachen Herstellung aus gewalzten Profilen,      welche verschweisst und     eingewalzt    werden,  betragen.  



  Um die Schaufelenden von dem     Biegungs-          moment    in     Umfangsrichtung,    welches durch  die Leistungsabgabe entsteht, zu entlasten  und so die billige     Beschauflungsweise    auch  für hochbelastete Schaufeln brauchbar zu  machen, ist bereits vorgeschlagen worden,  Kopf- und Fussring durch Anordnung zu  sätzlicher, schräg zur     Mittelachse    der Ma  schine in Umfangsrichtung geneigten     Stützen     zu verspannen.

   Hierdurch entstehen in be  kannter Weise     Verspannungsdreiecke,    durch  welche die     Biegungsbeanspruchungen    in     Zug-          und    Druckspannungen umgesetzt werden.  Diese Lösung hat aber infolge praktischer  Unausführbarkeit keine Bedeutung erlangt.  Die zusätzlichen Stützen müssen, da sie  schräg zu den Schaufeln angeordnet sind,  eine grössere Länge als diese haben. Sie wer  den also bei umlaufenden Schaufeln durch  die Fliehkraft, welche in der Mitte die  höchste     Biegungsbeanspruchung    erzeugt, noch  höher beansprucht als die Schaufeln selbst.,  das heisst ihre radiale Dicke muss     mindestens     so gross bemessen werden, wie die der Schau  feln.

   Da sich die Schaufelringe ganz dicht  umlagern müssen, wenn eine ausreichende  Schaufelzahl untergebracht werden soll, so  ist naturgemäss kein Platz vorhanden zwi  schen den einzelnen Schaufelringen, um  Stützen von gleicher Höhe wie die Schaufeln  selbst unterzubringen. Theoretisch möglich  wäre die Anordnung nur beider letzten, das  heisst äussersten Schaufelreihe. Hier sind  jedoch die umlaufenden     Schaufeln    selbst in  den     meisten    Fällen bereits durch die Flieh  kraft in ihrem     Mittelquerschnitt    auf das  äusserst     zulässige    Mass beansprucht.

   Auf noch  etwas grösserem Durchmesser, das heisst bei  noch grösserer Fliehkraft längere Stützen an  zuordnen als die Schaufeln, scheitert deshalb  daran, dass die Stützen nicht mehr fest genug  gegen die Fliehkraft     ausgeführt    werden  können.  



  Hier setzt die vorliegende Erfindung ein.  Sie bezweckt, den Schaufeln eine auch für       grösse    Belastungen bei grossen Schaufellängen    ausreichende Festigkeit gegenüber den Um  fangskräften in     tangentialer    Richtung zu  geben, ohne die billige Schweiss- und Ein  walzbefestigung verlassen zu müssen. Die  Erfindung besteht darin, dass die einzelnen  Schaufeln in Umfangsrichtung der     Be-          sehauflung    eine zur Mittelachse der Ma  schine sich fortlaufend ändernde Neigung be  sitzen.

   Es wird hierdurch erreicht, dass die  gewollte Form von     Verspannungsdreiecken     auftritt, ohne     da.ss    die     Strömungsverhältnisse     in .den Schaufeln nachteilig beeinflusst wer  den. Es wird vermieden, dass die Schaufel  kanäle sich einseitig zu stark verengen oder  erweitern und dass sich hierdurch entweder  die Führung des     Antriebsmediums    ver  schlechtert oder die Wandreibung unzulässig  erhöht. Die     Biegungskräfte    werden durch  Zug- und Druckkräfte in den Schaufeln  selbst aufgenommen, ohne dass die Schaufeln       biegungsfest    zu sein brauchen.  



  Die     Fig.    1 und 2 zeigen schematisch den  abgewickelten Umfang von nach der Erfin  dung beispielsweise ausgebildeten Schaufel  ringen in der Draufsicht; die       Fig.    3 gibt ein einzelnes Schaufelsegment  in der Ansicht von oben wieder;       Fig.    4 stellt eine Seitenansicht dar in der  Richtung des Pfeils A der     Fig.    3, wobei sich  das Schaufelsegment noch in     urgebogenem     Zustande befindet;

         Fig.    5 ist eine Seitenansicht auf das Ende  des Schaufelsegmentes der     Fig.4;          Fig.    6 stellt die gleiche Seitenansicht dar  wie     Fig.4,    mit dem einzigen Unterschied,  dass das Schaufelsegment bereits entsprechend  dem     mittleren    Schaufeldurchmesser gebogen  worden ist;       Fig.    7 schliesslich veranschaulicht das  Einwalzen des Schaufelsegmentes in zwei  Tragringe, welche längs der Mittelachse des  Schaufelringes     geschnitten        siäd.     



  In     Fig.    1 stellen die geraden Linien 1-8  die Seitenleisten von Schaufelsegmenten dar,  mit denen die ebenfalls mit geraden Linien  angedeuteten Schaufeln 9 verschweisst oder       sonstwie    verbunden sind. Die     Leisten    1-8  werden in bekannter Weise in die Kopf- und      Fussringe     eirige -alzt,    um den betriebsfähigen  Schaufelring herzustellen. Gemäss     Fig.    1 be  steht der gesamte Umfang aus den vier  Schaufelsegmenten, deren Leisten mit 1-2,  3-4, 5-6 und 7-8 bezeichnet sind. Es  können natürlich auch beliebig mehr Seg  inente angeordnet sein.

   Gemäss     Fig.    1 ist zum  Beispiel die Teilung der Leisten 1, 4, 5 und  8 die gleiche und kleiner als die Teilung der  Leisten 2. 3, 6 und 7, welche wiederum für  diese Leisten die gleiche ist. Es kommen also  nur zwei verschiedene Teilungen und Sorten  von Leisten zur Anwendung, so     da.ss    die Her  stellung einfach und billig ist. Beim Schau  felsegment mit den Leisten 1-2 steht die  erste Schaufel ganz oben senkrecht zu den  Leisten. Dadurch, dass die Teilung der Leiste  2 grösser ist als die Teilung der Leiste 1,  neigen, sich die Schaufeln mehr und mehr       b#::    zu einer maximalen     Schrägung    am untern  Ende des Segmentes.

   Da der Teilungsunter  schied nur gering ist, so wird die Form des  Schaufelkanals praktisch nicht     ungünstig        be-          einflusst.     



  Diese vorteilhafte Wirkung entsteht da  durch, dass die Teilung an den Leisten 1,  1, 5, 8, welche das eine Schaufelende einer  Vielzahl von Schaufeln halten, einen fort  laufend verteilten Unterschied gegenüber der  Teilung der das andere Schaufelende halten  den     Leisten    2, 3, 6, 7 aufweist. Eine beson  ders gleichmässig fortschreitende Neigungs  änderung der Schaufeln wird am einfachsten  erreicht. wenn für sämtliche Schaufeln die  Teilungen der beiden Schaufelenden vonein  ander abweichen, wie es in den     F'ig.    1 und 2  durch Verwendung von Leisten durchweg  verschiedener Teilung an beiden Enden der  Schaufeln erreicht ist.

   Dabei sind, über den  Umfang der     Beschauflung    verteilt, verschie  dene Schaufelteilungen angewendet, zum Bei  spiel sind links in     Fig.    1 die Teilungen der  Leisten 1 und 5 verschieden von denjenigen  der     Leisten    3 und 7, damit eine mehrfache  Rückkehr zu der zur Mittelachse des Schau  felringes parallelen Lage stattfindet.

   Die  Verwendung von mehreren entlang einer  Schaufelgruppe konstanten, aber für ver-         schiedene    Gruppen     voneinander    abweichenden  Teilungen - zweckmässig nur zwei - ergibt  besonders günstige Verhältnisse bezüglich  Herstellungskosten und     Schaufelkanalform,     ohne dass dies ein Erfordernis für die erfin  dungsgemässe     Konstruktion    bildet.

   Da die  Schaufeln aus Herstellungsgründen meist zu  Gruppen von 10 bis 30 Schaufeln in Form  von einbaufertigen     Segmenten    vereinigt wer  den, so ist die     Herstellung    besonders einfach,  wenn innerhalb jedes Segmentes die Neigung  der Schaufeln gegenüber der Mittelachse der  Maschine in Umfangsrichtung von Null auf  ein gewolltes Maximum ansteigt, indem die  Teilung auf einer     Seite    grösser als auf der  andern Seite gewählt wird, oder umgekehrt.  Hierbei kann die Neigung stets nach der glei  chen Seite verlaufen oder noch besser ab  wechselnd nach der einen und andern Seite.

    Vorteilhaft wird die Anordnung derart ge  troffen, dass die Schaufeln auf dem     ganzen     Umfang der     Beschauflung    bei einseitiger  Neigung in ihrer Aufeinanderfolge minde  stens zweimal, bei zweiseitiger Neigung min  destens     viermal    in die parallele Lage     zur     Mittelachse der Maschine zurückkehren. Das  Segment mit den Leisten 3-4 beginnt zum       Beispiel    mit der     maximalen    Schrägstellung  der Schaufeln. Da aber die Teilung der  Leiste 3 grösser ist als die Teilung der andern  Leiste 4, so nähern sich die Schaufeln mehr  und mehr wieder der Lage senkrecht zu den  Leisten, welche am untern Ende erreicht  wird.

   Das Segment mit den     Leisten    5-6 ist  im Schaufelring genau     symmetrisch    angeord  net zum Segment mit den Leisten 1-2, das  Segment mit den Leisten 7-8 symmetrisch  zum Segment mit den Leisten     3-4.    Besteht  der ganze Umfang aus diesen vier Segmen  ten, so wird durch die symmetrische An  ordnung erreicht, dass der Kopfring seine  parallele Lage zum Fussring auch unter den       V"arschiebungskräften    beibehält.

   Sind zum  Beispiel die Leisten 1, 3, 5 und 7 im Kopf  ring befestigt, die Leisten 2, 4, 6 und 8 im  Fussring, so dass sie sich gegeneinander nicht  verschieben können, so treten alle Kräfte,  welche die Ringe voneinander     entfernen              bezw.    einander nähern wollen, immer genau  diametral gegenüberliegend auf. Ein Kippen  des Kopfringes aus der parallelen Lage zum  Fussring kann also nicht auftreten. Von  dieser genauen Symmetrie kann natürlich in       bewissen    Grenzen unbedenklich abgewichen  werden. Je mehr Segmente zur Verwendung  gelangen, das heisst je häufiger die Schaufeln  von der maximalen Schräge zur Senkrechten  auf dem Umfang wechseln, desto weniger  braucht auf Symmetrie Wert gelegt zu wer  den.  



       Fig.    2 zeigt eine entsprechende Ausfüh  rung, wenn die Neigung der Schaufeln nach  beiden Richtungen sich ausdehnt. Hier haben  die     Leisten    10, 13, 15 und 16 die gleiche  Teilung, welche kleiner ist als die ebenfalls  unter sich gleiche Teilung der Leisten 11,  12, 14 und 17.  



  Die Wirkung ist genau die gleiche wie  diejenige der in     Fig.    1 gezeigten. Die zur  Erreichung völliger Symmetrie erforderliche  Mindestzahl von Segmenten oder Neigungs  wechseln beträgt hier B. Bei einer grösseren  Anzahl braucht auf genaue Symmetrie auch  hier weniger geachtet zu werden.  



  Die     Fig.    3 bis 7 dienen nur zur Erleich  terung der körperlichen     Vorstellung    und ver  anschaulichen ein einzelnes Schaufelsegment,  bei dem von Profilstahl geschnittene Schau  felstücke 9 mit Leisten 1 und 2 verschweisst  sind. Es gelten die Bezugsziffern der     Fig.    1  und 2, nur in     Fig.    7 sind die Tragringe 18  und 19, in welche die Schaufelsegmente ein  gewalzt werden, neu hinzugekommen. Das  Einwalzen geschieht .durch Anpressen des       -Materials    an den Stellen 20 und 21.

   Vor dem  Einführender Leisten 1 und 2 der Schaufel  segmente (und der übrigen Leisten 3-17)  in die Tragringe 18 und 19 werden die  Schaufelsegmente von Hand oder durch ent  sprechende Vorrichtungen auf den Durch  messer der Tragringe gebogen,     wie    es in der       Fig.6    gegenüber der noch geraden Form der       Fig.    4     angedeutet    ist.  



  Aus den Figuren geht hervor, dass     Ver-          spannungsdreiecke    entstehen, welche eine       gegenseitige    Verdrehung von Kopf- und Fuss-    ring verhindern, ohne dass die Schaufelenden       Biegungsmomenten    widerstehen müssen. In  bekannter Weise treten nur Zug- und Druck  kräfte hierbei auf. Die     Verspannungsdreiecke     sind derart gebildet, dass . unzulässige Er  weiterungen oder Verengungen der Schaufel  teilung nicht auftreten, obwohl keine andern       Stützstreben    als die Schaufeln selbst ver  wendet werden.

   Mit dieser Anordnung kön  nen deshalb bei Verwendung billigster Schau  felbefestigung grosse Umfangskräfte über  tragen werden, ohne dass andere,     praktisch     fühlbar werdende Nachteile auftreten.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Beschauflung für radial beaufschlagte Kreiselmaschinen, vorzugsweise Gas- oder Dampfturbinen, bei der beide Enden der Schaufeln durch in sich geschlossene Ringe gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schaufeln in Umfangs richtung der Beschauflung eine zur Mittel achse der Maschine sich fortlaufend ändernde Neigung besitzen. UNTERANSPRÜCHE: 1. Beschauflung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Teilung einer Vielzahl von Schaufeln an einem Schaufelende einen fortlaufend verteilten Unterschied gegenüber der Teilung am andern Schaufelende aufweist.
    ?. Beschauflung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für sämtliche Schaufeln die Teilungen der beiden Schaufelenden voneinander ab weichen. 3. Beschauflung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass über den Umfang der Beschauflung verteilt verschiedene Schau felteilungen angewendet sind. 4. Beschauflung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass mehrere entlang einer Schaufelgruppe konstante, aber für ver schiedene Gruppen voneinander verschie dene Teilungen angewendet sind.
    <B><I>5</I></B>. Beschaulung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die verschiedenen Tei lungen an beiden Schaufelenden ab schnittsweise abwechseln. (i. Beschauflung naeh Patentanspruch und U nteransprüehen 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schaufeln auf dem ganzen Umfang der Beschauflung bei ein seitiger Neigung in ihrer Aufeinander folge mindestens zweimal in die parallele Lage zur Mittelachse der Maschine zurück kehren.
    7. Beschauflung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schaufeln auf dem ganzen Umfang der Beschauflung bei zweiseitiger Neigung in ihrer Aufein anderfolge mindestens viermal in die parallele Lage zur Mittelachse der Ma schine zurückkehren.
CH174420D 1932-09-10 1933-09-01 Beschauflung für radial beaufschlagte Kreiselmaschinen. CH174420A (de)

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