Läufer für Kreiselmaschinen, insbesondere Gasturbinen. Die. Erfindung bezieht sich auf einen Läufer für Kreiselmaschinen, insbesondere Gasturbinen, welcher quer zur Drehachse unterteilt aus mehreren Stücken zusammen- gesetzt und durch mindestens einen zentralen, mindestens eine Teilzahl der Läuferstücke durchdringenden Zuganker zusammengehal ten ist.
Ein Läufer dieser Art, für manche Krei- yelmasehinenzulässig, erweist sich jedoch ins besondere dann als unzulässig, wenn der Läu fer 'bestimmt ist, den hohen Temperaturen und den starken und wechselnden Wärme strömen ausgesetzt zu werden, wie sie in einer Gasturbine vorkommen.
Die Temperaturdifferenz zwischen den äussern, in axialer Richtung sich aufeinander stützenden Teilen der Läuferstücke und dem innen liegenden Zuganker nimmt hier zeit weilig sehr grosse positive, zeitweilig grosse negative Beträge an. Infolgedessen steigt die Spannung im Zuganker zeitwellig derart an, d'ass er überlastet wird, und zeitweilig sinkt. eine Spannung .derart, dassder Zusammenhalt ,der Läuferstücke gefährdet. ist.
Die Erfindung besteht darin, dass zwecks Verringerung bzw. Beseitigung dieser Gefah ren mindestens an einem Ende des Zugankers Mittel vorgesehen sind, welche die Elastizität der Verbindung über die natürliche Elastizi tät des Zugankers hinaus erhöhen.
In diesem Zweck kann man zusätzliche elastische Zwisehenglie.der anordnen, über welche die Kraft des Zugankers dem Läufer zufliesst. Ausserdem kann man zwecks Er- böhung auch der Elastizität des Zugankers selbst die Querschnitte desselben den in Längsriahtunb von Ort zu Ort sich ändernden Temperaturen derart anpassen,
dass die Si- eherheit gegenüber der Elastizitätagrenze dies Zuganker-Werkstoffes in allen Querschnitten des Zugankers ungefähr gleich ist.
An Hand der Zeichnung werden Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dief Zeichnung zeigt einen Läufer, wel cher quer zur Drehachse unterteilt aus meh reren Stücken, und zwar den Scheibenrädern bis 5 und den Wellenstummeln 1 und 6 zusammengesetzt und durch einen im dar gestellten Beispiel die Gesamtzahl der Läu ferstücke durchdringentden zentralen Zug anker 7 zusammengehalten ist. Die Stücke des Läufers stützen sich mit den ringsum vorge sehenen Rändern 8 aufeinander.
Mindestens an einem Ende des Zugankers sind zusätz liche elastise:he Zwischenglieder angeordnet, über welche die Kraft des Zugankers dem Läufer zufliesst. Diese Zwischenglieder be stehen aus mindestens zwei koaxial, zum Zug anker angeordneten. rohrförmigen Druck- bzw. Zuggliedern 9 bzw. 10, welche die Kraft des Zugankers hin- und herleiten, bevor dieselbe am Ende oder im Innern des Läufers an die sen abgegeben wird.
Ausserdem sind, zwecks Erhöhung der Elastizität des Zugankers selbst, die Querschnitte desselben den in Längsrichtung von Ort zu Ort sich ändernden Temperaturen derart angepasst, dass die Si- cherheit gegenüber der Elastizitätsgrenze des Zuganker-Werkstoffes in allen Querschnitten .des Zugankers ungefähr gleich ist.
Hierzu kann sich sein Querschnitt nach den Enden des Läufers hin, an denen, die 'Temperatur niedriger, die Elastizitätsgrenzedies Zug- anker-Werkstoffes also -höher ist, stetig oder, wie in der Zeichnung dargestellt, absatzweise verringern.
In gleicher Weise können sich, zwecks Erhöhung der Elastizität der rohr- förmigen Zwischenglieder 9 und 10, auch deren Querschnitte nach den Enden dies Läu fers hin stetig oder absatzweise verrinb rn. Eine weitere Verbesserung besteht darin, da3 längs :
des Zugankers Berührungsflächen 11 vorgesehen sind, an welchen ,der Zuganker mit den ihn umgebenden Läuferstücken in wärmeübertragenden Kontakt tritt.
Dieser Kontakt kann ein unmittelbarer sein, er kann auch, wie das in & T Zeichnung dargestellt ist, mittelbar über die rohrförmigen Zwi schenglieder erfolgen. Hiezu sind auch auf diesen Berührungsflächen 12 vorgesehen, an welschen die Zwischenglieder untereinander, mit dem Zuganker und mit den sie umgeben -den Läuferstücken in wärmeleitenden Kon takt treten.
Hierdurch wird erzielt, dass .der Zuganker und die rohrförmigen Zwischen glieder den Temperaturschwankungen der sie umgebenden Läuferstücke schneller folgen und .dass somit auch die Temperaturdifferen zen und die durch sie im Zuganker und in .den rohrförmigen Zwischengliedern entstehenden Zusatzspannungen ausreichend klein aus fallen.
Eine weitere Verbesserung besteht darin, dass die jeweils zusammengehörenden Berüh rungsflächen 12 der rohrförmigen Zwischen glieder derart in Längsrichtung gegenein ander versetzt sind, dass Elastizität -der Be rührung gewahrt bleibt.
Vermöge der radialen Elastizität der rohrförmigen Zwischenglieder können -dann sämtliche Berührungsflächen beider Montage mit einer derart bemessenen radialen; Vorsspannung ineinrandergeschoben werden, ;da3 ihr Kontakt auch im Betrieb des Läufers ausreichend erhalten und selbst dann noch möglichst gut bleibt, wenn die Wärme- belastung,des Läufers ausnahmsweise einmal sehr schroff gesteigert werden sollte.
Die nach der Beschreibung vorzusehen den Mittel sind derart zu dimensionieren, dass die Ränder 8, mit .denen ,die Läuferstücke sich aufeinander stützen, in allen normalen Be- triebsfällen Kontakt halten. Ereignet sioh je doch ein Betriebsunfall, z. B. ein.
Schaufel bruch, und beginnen dabei die Ränder 8 an einer Stelle des Umfanges sich voneinander zu trennen, so nimmt bei .der beschriebenen Bauart des Läufers seine Durchbiegungs- elastizität rasch zu und die Gefahr einer völ ligen Zerstörung des Läufers ist daher beson- ders gross.
Um dieser Gefahr zu begegnen, sind einer- s Bits Sicherheitslager 1'8, vorgesehien, welche ein derartiges Spiel besitzen, dass bei norma lem Betrieb der Läufer nicht berührt wird und welche bei einem Betriebsunfall die Duschbiegung des Läufers begrenzen, ander seits sind die einzelnen Läuferstücke, und zwar jeweils zwei aufeinanderfolgende ausser durch, den zentralen Zuganker noch durch Verbindungsmittel derart zusammengehalten, dass bei einem Betriebsunfall die Duschbie gung des Läufers begrenzt ist.
Diese Verbin- dungsmitte@l -können eine Verschraubung 14 sein. Wird diese bei der Montage fest ange zogen,. so erleichtert sie ;gleichfalils das Ein bauen,des Zugankers. Im Betrieb jedoch wird sie sich infolge der starken und schwanken den Temperatur-Relativdehnungen der Läu ferstücke bald lockern. Sie eignet sich daher nicht als feste Verbindung.
Bei einem Be triebsunfall jedoch, kommt sie an S elfen ihres Umfanges wieder zum Anliegen und, erfüllt .damit ihre Aufgabe, die Duschbiegung des Läufers zu begrenzen.
Eine weitere Verbesserung besteht darin, .dass, mindestens die heissesten Stellendes Zug ankers bzw. der e'lastisc'hen Zwischenglieder einem sie kühlenden Luft- oder Gasstrom ausgesetzt sind. Eine solche Kühlung setzt die Elastizitäts,grenze des Werkstoffes im. Zuganker und in .den Zwischengliedern hin- auf, gestattet also, den Querschnitt d=ieser Teile zu verringern und damit auch den Durchmesser der Bohrungen, in denen diese Teile die Läuferstücke durchdringen.
Insbe sondere für die heissesten der Läuferstücke bedeutet dies einen beträchtlichen Vorteil. Erst die Erfindung ermöglicht es, eine solche Kühlung vorzusehen, ohne dass die Tempera turspannungen im, Zuganker unzulässig hohe Werte annehmen. Diese Kühlluft kann im Innern des Läufers auf einem Weg geführt werden, welcher auf der Zeichnung durch Pfeile bezeichnet ist. Sie kann der Sperrluft- diehtung des Läufers entnommen werden und ihre Menge kann durch eine DTosseddüse 15 begrenzt sein.
Rotors for centrifugal machines, in particular gas turbines. The. The invention relates to a rotor for centrifugal machines, in particular gas turbines, which is composed of several pieces divided transversely to the axis of rotation and held together by at least one central tie rod that penetrates at least a partial number of the rotor pieces.
A runner of this type, which is permissible for some Krei- yelmasehinlich, however, turns out to be particularly inadmissible when the runner is intended to be exposed to the high temperatures and the strong and changing heat flows that occur in a gas turbine.
The temperature difference between the outer parts of the rotor pieces, which are supported on one another in the axial direction, and the inner tie rod takes on here at times very large positive, at times large negative amounts. As a result, the tension in the tie rod increases temporarily so that it is overloaded and temporarily decreases. a tension such that the cohesion of the slider pieces is endangered. is.
The invention consists in that means are provided at least at one end of the tie rod in order to reduce or eliminate these hazards, which increase the elasticity of the connection beyond the natural elasticity of the tie rod.
For this purpose, you can arrange additional elastic Zwisehenglie.der via which the force of the tie rod flows to the runner. In addition, for the purpose of increasing the elasticity of the tie rod itself, the cross sections of the tie rod itself can be adapted to the longitudinally changing temperatures from place to place,
that the security against the elastic limit of this tie rod material is approximately the same in all cross sections of the tie rod.
With reference to the drawing Ausfüh approximately examples of the invention are described. Dief drawing shows a runner, which is divided transversely to the axis of rotation from several pieces, namely the disk wheels up to 5 and the stub shafts 1 and 6 and is held together by an in the example provided the total number of runner pieces penetrating the central tension armature 7. The pieces of the runner are supported by the edges 8 provided all around.
At least at one end of the tie rod there are additional elastic intermediate links via which the force of the tie rod flows to the runner. These intermediate links be available from at least two coaxial, to the train anchors. tubular pressure or tension members 9 and 10, which guide the force of the tie rod back and forth before the same is delivered to the sen at the end or inside the runner.
In addition, in order to increase the elasticity of the tie rod itself, the cross-sections of the tie rod are adapted to the longitudinally changing temperatures from place to place so that the safety against the elastic limit of the tie rod material is approximately the same in all cross sections of the tie rod.
For this purpose, its cross-section can decrease steadily or, as shown in the drawing, intermittently towards the ends of the rotor, at which 'the' temperature is lower, i.e. the elastic limit of the tie rod material is higher.
In the same way, in order to increase the elasticity of the tubular intermediate members 9 and 10, their cross sections can also decrease continuously or intermittently towards the ends of this runner. Another improvement is that along the way:
of the tie rod contact surfaces 11 are provided on which the tie rod comes into heat-transferring contact with the rotor pieces surrounding it.
This contact can be direct, it can also, as shown in the & T drawing, take place indirectly via the tubular inter mediate members. For this purpose 12 are also provided on these contact surfaces, on which the intermediate links with each other, with the tie rod and with the surrounding them -den runner pieces come into contact with heat.
This ensures that .the tie rod and the tubular intermediate links follow the temperature fluctuations of the surrounding rotor pieces more quickly and .that the temperature differences and the additional stresses created by them in the tie rod and in the tubular intermediate links are sufficiently small.
A further improvement consists in the fact that the contact surfaces 12 of the tubular intermediate members that belong together are offset from one another in the longitudinal direction in such a way that the elasticity of the contact is maintained.
By virtue of the radial elasticity of the tubular intermediate members, all contact surfaces during assembly can then be combined with a radial; Preload are pushed into one another, so that their contact is sufficiently maintained even when the rotor is in operation and remains as good as possible even if the thermal load on the rotor should be increased very sharply for once.
The means to be provided according to the description are to be dimensioned in such a way that the edges 8, with which the rotor pieces are supported on one another, maintain contact in all normal operating cases. If sioh but an industrial accident, z. B. a.
If the blade breaks, and the edges 8 begin to separate from one another at one point on the circumference, its flexural elasticity increases rapidly with the described design of the rotor and the risk of complete destruction of the rotor is therefore particularly great.
To counter this danger, one- s bits safety bearings 1'8 are provided, which have such a play that the runner is not touched during normal operation and which limit the shower deflection of the runner in the event of an accident Runner pieces, namely two consecutive pieces apart from the central tie rod, still held together by connecting means in such a way that the runner's shower bend is limited in the event of an industrial accident.
This connecting means can be a screw connection 14. If this is tightened firmly during assembly. This makes it easier; at the same time, building in the tie rod. In operation, however, it will soon loosen due to the strong and fluctuating temperature-relative expansions of the runners. It is therefore not suitable as a permanent connection.
In the event of an accident at work, however, it comes to rest on its circumference and thus fulfills its task of limiting the bend in the shower.
Another improvement is that at least the hottest parts of the tension anchor or the elastic intermediate links are exposed to an air or gas flow that cools them. Such cooling sets the elasticity limit of the material. Tie rods and in .den intermediate links thus allow the cross-section d = of these parts to be reduced and thus also the diameter of the bores in which these parts penetrate the slider pieces.
In particular, this means a considerable advantage for the hottest of the rotor pieces. Only the invention makes it possible to provide such cooling without the temperature tensions in the tie rod assuming inadmissibly high values. This cooling air can be guided inside the rotor on a path which is indicated in the drawing by arrows. It can be taken from the air barrier of the rotor and its amount can be limited by a Dossed nozzle 15.