Rotor für radial durchströmte Turbomaschinen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für radial durchströmte Turbo maschinen, wie von aussen nach innen durch strömte Turbinen und Zentrifugalkompres- sollen.
Der erfindungsgemässe Rotor mit einer Rotorseheibe und mindestens einem Schaufel träger, welcher an einer Seite der Rotorscheibe angeordnet ist und an der derselben abge- #-ehrten Seite Schaufeln aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Rotorseheibe eine im Vergleich zum Schaufelträger grosse Masse be sitzt und dass zwischen dem Schaufelträger und der Rotorseheibe ein zum Durchfluss eines Kühlmediums bestimmter Zwischenraum vor gesellen ist,
wobei Mittel zur Zuführung und zur Abführung des Kühlmediums aus dem genannten Zwischenraum vorgesehen sind.
Der Rotor kann einen einzigen Schaufel- träger besitzen, welcher auf einer Seite der Rotorscheibe angebracht ist, oder er kann auch zwei Schaufelträger aufweisen, die an der Ro- t:orseheibe je auf einer Seite angebracht sind.
Jeder Schaufelträger kann aus einem rotationsförmigen Plattenteil gebildet sein, der aus Blech angefertigt ist und an seiner einen Seite hohle, aus dem gleichen Blech material gefertigte Schaufeln trägt.
Zwei Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes sind in der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 ist ein axialer Teilschnitt durch den Rotor einer radial einwärts durchströmten ein flutigen Turbine. Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer rotationsförmigen Platte mit einer hohlen, angeschweissten Schaufel und einer weiteren, noch nicht befestigten hohlen Schaufel.
Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie III-III der Fig. 1.
Fig. 4 ist ein Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 2.
Fig. 5 ist ein axialer Schnitt durch den Rotor einer radial einwärts durchströmten doppelflutigen Turbine.
Der in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Rotor für eine radial einwärts durchströmte Tur bine ist innerhalb des Gehäuses 1 drehbar angeordnet. Der Rotor besitzt eine verhält nismässig grosse Masse aufweisende Scheibe 2, welche aus Ferritstahl oder ähnlichem Ma terial gefertigt ist, und hohle Metallschau feln 3, die an einer rotationsförmigen Blech platte 4 angeschweisst sind. Letztere ist ihrer seits auf später beschriebene Weise an der Rotorscheibe 2 befestigt. Das heisse Arbeits fluidum strömt durch die Leitschaufeln 5 ein und fliesst in annähernd radialer Rich tung nach innen durch die von den Schau feln 3 begrenzten Kanäle und wird bei 6 in annähernd axialer Richtung ausgestossen.
Die Schaufeln 3 und die Blechplatte 4, als die von den heissen Gasen hauptsächlich betrof fenen Rotorteile, sind aus austenitischem Stähl hergestellt, welcher gegen hohe Temperaturen sehr widerstandsfähig ist. Die Platte 4 be sitzt ähnliche Form wie die Innenseite der Scheibe 2 und ist an dieser so befestigt, dass ein kleiner Zwischenraum 7, im Minimum un gefähr 3 mm bei einem kleinen Rotor, zwischen Platte und Scheibe verbleibt.
Jede Schaufel 3 ist im Querschnitt U-för- mig (Fig. 3 und 4) und besteht aus zwei ähn lichen Hälften, welche an der Basis des<B>U,</B> entlang der Linie 8, zusammengeschweisst sind. Wie dargestellt, ist die so gebildete, hohle Schaufel am Einlassende durch Zusam- rnenpressen und Verschweissen der Kanten bei 9 geschlossen, während am Auslassende die Schaufel bei 10 offen gelassen ist, obgleich auch dort die Kanten leicht zusammengepresst sind, so dass die Öffnung 10 bloss ein Schlitz ist und enger ist als die liebte Weite der Schaufel an der weitesten Stelle.
Jede so gebildete Schaufel ist an der rotationsförmi gen Platte 4 durch beidseitiges Verschweissen längs der Linie 11 befestigt. Der komplette, hitzebeständige Teil, das heisst Platte 4 und Schaufeln 3, ist an der Rotorscheibe 2 be festigt, indem der Teil an seiner Peripherie an einem Ring 12 angeschweisst ist. Dieser Ring ist seinerseits an der Rotorscheibe 2 befestigt. und besteht aus austenitischem Stahl, da er teilweise in Kontakt mit den heissen Gasen steht.
Am Nabenende ist die Platte 4 bei 13a an einen Ring 13 angeschweisst, welcher mit der Rotorscheibe 2 durch Bolzen verbun den ist. Die Platte 4 ist auch bei 14ca an einen Ring 14 angeschweisst, welcher seinerseits mit. dem Ring 13 verbunden ist. Die Ringe 13 und 14 können aus ferritischem Stahl gefer tigt werden, da sie nicht in Kontakt mit den heissen Gasen sind.
Aus der Beschreibung ergibt sich, dass die Verwendung von teurem, hitzebeständigem austenitischem Stahl auf Metallblechteile be schränkt ist, während die verhältnismässig massive Rotorscheibe 2 aus ferritischem Stahl gefertigt ist und leichter zu schmieden ist, da er keine aus einem Stück mit ihm beste hende Schaufeln besitzt.
Die Platte 4 hat radial verlaufende Rei hen von Löchern 15, welche von den Schau feln 3 überdeckt werden, wenn diese an der Scheibe befestigt sind. Die Löcher stellen eine Verbindung zwischen dem Zwischenraum 7 und dem hohlen Innern einer jeden Schaufel her. Die Reihenfolge der Montage kann auch von der beschriebenen abweichen; es kann z. B. die Platte 4 an der Rotorscheibe 2 angebracht. werden, bevor sie mit den Schaufeln 3 ver sehen ist.
Die Rotorseheibe 2 ist mit einer zentralen Bohrung 16 versehen, welcher ein Kühlluft strom zugeführt wird, der, falls die Turbine einen Teil einer Oasturbinenanlage bildet, vom Kompressor einer solchen Anlage bezogen werden kann, da, wie später ersichtlich, die Kühlluft einen höheren Druck besitzen muss als das zwischen den Rotorschaufeln fliessende Arbeitsfluidum. Eine Anzahl Bohrungen 17 verlaufen radial von der zentralen Bohrung 16 aus und münden in den Zwischenraum 7. Der Ring 18 ist mit einer ringförmig ange ordneten Reihe von Löchern 18 versehen, welche den Raum 7 mit der Rückseite der Rotorseheibe verbinden.
So strömt die Kühl luft, unterstützt durch die Zentrifugalkraft, nach oben durch die Bohrengen 17 und durch den Raum 7, wodurch der Rotor 2 thermisch von der Platte 4 isoliert wird. Ein Teil der Kühlluft strömt durch die Ringreihe von Lö chern 18 aus, und von dieser Luftmenge strömt. etwas Luft um die Kante des Ringes 12 herum und vermischt sich mit dem Arbeitsmedium, während ein anderer Luftteil radial nach innen über die Rückseite der Rotorscheibe gegen die Labvrinthdichtung 19 hin strömt. Etwas Luft gelangt durch die Löcher 15 ins Innere der hohlen Schaufeln 3.
Unter Be triebsverhältnissen strömt diese Luft jedoch durch die Schlitze 10 aus und vereinigt sich mit dem Arbeitsfluidum am Auslass. Der exakte Verlauf der Luftströmung ist nicht völlig voraussehbar, und es kann möglich sein, dass in der Praxis bessere Resultate durch Ver wendung von Schaufeln erzielt werden, welche zum Unterschied von den beschriebenen, in der Stromrichtung gesehen an ihren Auslass- kanten, das heisst an der Stelle 10, Fig. 2, durch Schweissen verschlossen sind, während sie an den Einlasskanten eine schlitzförmige Öffnung aufweisen.
Denn es ist. denkbar, dass die Luftströmung infolge der Zentrifugalwir- kung durch die hohlen Schaufeln radial aus wärts gerichtet ist und sich die Luft mit dem Strom von heissem Arbeitsfluidum bei den Schaufeleintritten 9 vereinigt. Es ist auch rriöglieli, da.ss die Verwendung von hohlen Schaufeln, die am Einlass- und am Auslass- ende verschlossen sind, von Vorteil sein kann.
Fig. 5 stellt einen Rotor für eine doppel- flutige Turbine dar, der auf beiden Seiten der Rotorscheibe 2 Schaufelträger 4 mit Schau feln 3 besitzt. Die Rotorscheibe 2 ist aus zwei Teilen, die bei 20 gegenseitig zentriert. sind, zusammengesetzt, und Bolzen 21 dienen dazu, die zwei Teile der Rotorscheibe zusammenzu ziehen und an dem durch den Ring 11 ge bildeten Wellenteil zu befestigen. An einer Seite der Rotorseheibe stellen axiale Bohrun- gen 22 eine Verbindung mit den radialen Boh rungen 17 her.
Im übrigen ist die Konstruk tion annähernd die gleiche wie in den Fig.1 bis 4. Es sind in Fig. 5 dieselben Bezugszahlen gebraucht für Teile, welche den in Fig. 1 bis 4 gezeigten entsprechen oder ähnlich sind.
Obgleich die Erfindung in Anwendung auf Turbinen beschrieben worden ist, so ist sie auch auf die Konstruktion von Zentrifugal kompressoren anwendbar, falls es wünschens wert ist, heisse Gase zu komprimieren, wie z. B. in chemischen Prozessen.
Rotor for turbomachinery with radial flow. The present invention relates to a rotor for radial flow turbo machines, such as from the outside to the inside through turbines and centrifugal compressors.
The rotor according to the invention with a rotor disk and at least one blade carrier, which is arranged on one side of the rotor disk and has blades on the opposite side, is characterized in that the rotor disk has a large mass compared to the blade carrier and that between the blade carrier and the rotor disk there is an intermediate space intended for the flow of a cooling medium,
wherein means are provided for supplying and removing the cooling medium from said intermediate space.
The rotor can have a single blade carrier which is attached to one side of the rotor disk, or it can also have two blade carriers which are attached to the rotor disk on each side.
Each blade carrier can be formed from a rotationally shaped plate part which is made of sheet metal and carries hollow blades made of the same sheet material on one side.
Two embodiments of the invention are shown in the accompanying drawings.
Fig. 1 is an axial partial section through the rotor of a radially inward flow through a flow turbine. Fig. 2 is a perspective view of a rotationally shaped plate with a hollow, welded-on blade and another, not yet attached, hollow blade.
FIG. 3 is a section along line III-III of FIG. 1.
FIG. 4 is a section along line IV-IV of FIG. 2.
5 is an axial section through the rotor of a double-flow turbine through which the flow radially inward is.
The rotor shown in FIGS. 1 to 4 for a radially inward flow through turbine is rotatably arranged within the housing 1. The rotor has a relatively large mass exhibiting disc 2, which is made of ferrite steel or similar Ma material, and hollow metal blades 3, which are welded to a plate 4 of a rotating sheet metal. The latter is in turn attached to the rotor disk 2 in a manner described later. The hot working fluid flows through the guide vanes 5 and flows in approximately radial direction inward through the channels delimited by the show 3 channels and is expelled at 6 in approximately the axial direction.
The blades 3 and the sheet metal plate 4, as the rotor parts mainly affected by the hot gases, are made of austenitic steel, which is very resistant to high temperatures. The plate 4 is similar in shape to the inside of the disc 2 and is attached to it in such a way that a small gap 7, at least approximately 3 mm in the case of a small rotor, remains between the plate and the disc.
Each blade 3 is U-shaped in cross-section (FIGS. 3 and 4) and consists of two similar halves which are welded together at the base of the U along the line 8. As shown, the hollow vane formed in this way is closed at the inlet end by pressing together and welding the edges at 9, while at the outlet end the vane is left open at 10, although the edges are also slightly compressed there, so that the opening 10 is only is a slot and is narrower than the beloved width of the shovel at the widest point.
Each blade formed in this way is attached to the rotationsförmi gene plate 4 by welding along the line 11 on both sides. The complete, heat-resistant part, that is to say plate 4 and blades 3, is fastened to the rotor disk 2 by being welded to a ring 12 at its periphery. This ring is in turn attached to the rotor disk 2. and consists of austenitic steel because it is partially in contact with the hot gases.
At the end of the hub, the plate 4 is welded at 13a to a ring 13 which is verbun with the rotor disk 2 by bolts. The plate 4 is also welded to a ring 14 at 14ca, which in turn comes with. the ring 13 is connected. The rings 13 and 14 can be made of ferritic steel because they are not in contact with the hot gases.
From the description it follows that the use of expensive, heat-resistant austenitic steel is limited to sheet metal parts, while the relatively massive rotor disk 2 is made of ferritic steel and is easier to forge because it has no existing blades with it .
The plate 4 has radially extending Rei hen of holes 15 which are covered by the blades 3 when they are attached to the disc. The holes establish a connection between the space 7 and the hollow interior of each blade. The order of assembly can also differ from that described; it can e.g. B. the plate 4 is attached to the rotor disk 2. before it is seen with the blades 3 ver.
The rotor disk 2 is provided with a central bore 16, which is supplied with a flow of cooling air which, if the turbine forms part of an Oasturbinenanlage, can be obtained from the compressor of such a system, since, as will be seen later, the cooling air have a higher pressure must as the working fluid flowing between the rotor blades. A number of bores 17 extend radially from the central bore 16 and open into the space 7. The ring 18 is provided with an annularly arranged series of holes 18 which connect the space 7 with the rear of the rotor disk.
The cooling air, supported by the centrifugal force, flows upward through the drilling holes 17 and through the space 7, whereby the rotor 2 is thermally isolated from the plate 4. Part of the cooling air flows through the ring row of holes 18, and flows from this amount of air. some air around the edge of the ring 12 and mixes with the working medium, while another part of the air flows radially inward over the rear of the rotor disk against the labvrinth seal 19. Some air gets into the interior of the hollow blades 3 through the holes 15.
Under operating conditions, however, this air flows out through the slots 10 and combines with the working fluid at the outlet. The exact course of the air flow cannot be completely foreseen, and it may be possible that better results are achieved in practice by using blades which, in contrast to the described blades, are at their outlet edges when viewed in the direction of flow, that is to say at the point 10, Fig. 2, are closed by welding, while they have a slot-shaped opening at the inlet edges.
Because it is. It is conceivable that the air flow is directed radially outwards through the hollow blades as a result of the centrifugal effect and the air combines with the flow of hot working fluid at the blade inlets 9. It is also possible that the use of hollow vanes closed at the inlet and outlet ends can be beneficial.
5 shows a rotor for a double-flow turbine which has 2 blade carriers 4 with blades 3 on both sides of the rotor disk. The rotor disk 2 is made up of two parts which are mutually centered at 20. are assembled, and bolts 21 are used to pull the two parts of the rotor disk together and to attach to the shaft part formed by the ring 11 GE. On one side of the rotor disk, axial bores 22 establish a connection with the radial bores 17.
Otherwise, the construction is approximately the same as in FIGS. 1 to 4. The same reference numbers are used in FIG. 5 for parts which correspond to or are similar to those shown in FIGS. 1 to 4.
Although the invention has been described in application to turbines, it is also applicable to the construction of centrifugal compressors, if it is desirable to compress hot gases, such as. B. in chemical processes.