CH622060A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasturbinenläufer in Scheibenbauart mit einem Zuganker, wobei der Zuganker an mindestens einer Stelle auf seiner Länge gegen die Kompressor- bzw. Turbinenscheiben durch ringförmige Zwischenglieder abgestützt ist.

Ein derartiger Gasturbinenläufer ist aus der DE-PS 2 034 088 bekannt. Dabei sind zwischen Zuganker und den Läuferscheiben geteilte Büchsen angeordnet, die mit Schrumpfringen zusammengehalten werden. Beim Lauf der Maschine weiten sich diese Büchsen durch die Wirkung der Fliehkraft auf, so dass dadurch ein enger Kontakt zwischen den Läuferscheiben und dem Zuganker erzielt wird. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass die Anlage der geteilten Büchsen an den Scheiben nicht eindeutig ist und dass an den Berührungsstellen zwischen Zuganker, Büchsen und Scheiben Materialabtragungen auftreten können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine formschlüssige Abstützung des Zugankers eines Gasturbinenläufers gegen die Läuferscheiben zu schaffen, die bei Betrieb der Maschine einen eindeutigen und sicheren Kontakt gewährleistet und die darüber hinaus einfach einzubauen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Zwischenglieder aus sich angenähert konisch erweiternden Stülpringen bestehen, die mit dem einen Ende grösseren Durchmessers in eine umlaufende Nut an der Seitenfläche einer Scheibe eingreifen und sich am anderen Ende mit ihrem Innenumfang auf dem Zuganker abstützen.

Bei Fliehkraftdehnung der Scheiben im Betrieb der Maschine wird somit das eine Ende des Stülpringes aufgeweitet, und der Ring versucht sich umzustülpen, wobei jedoch das andere Ende auf den Zuganker drückt. Dadurch wird eine feste Verspannung zwischen Scheibe und Zuganker erreicht.

Zweckmässigerweise weisen dabei die auf einen verstärkten Wellenbund aufgeschobenen Stülpringe einen zylindrischen Ansatz am erweiternden Ende auf, mit dem sie in die umlaufende Scheibennut eingreifen.

Um zu verhindern, dass sich die Stülpringe axial verschieben, kann zwischen dem Stülpring und der nachfolgenden Läuferscheibe ein Haltering eingesetzt werden. Dieser Haltering greift dabei zweckmässigerweise in einen umlaufenden Absatz auf der konischen Aussenseite des Stülpringes ein.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Gasturbinenläufer in teilweise verkürzter Darstellung;

Fig. 2 einen, vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich der Kompressorscheiben;

Fig. 3 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 2 im Bereich eines Stülpringes und

Fig. 4a bis 4c die prinzipielle Wirkungsweise des Stülpringes im unbelasteten und im aufgeweiteten Zustand.

Wie aus dem Längsschnitt nach Fig. 1 zu ersehen ist, besteht der Gasturbinenläufer aus einem Verdichterteil 1 und einem Turbinenteil 2, die aus einzelnen Scheiben 3 bzw. 4 zusammengesetzt sind. Zwischen Verdichterteil 1 und Turbinenteil 2 ist eine Hohlwelle 5 eingeschaltet. Alle Teile werden dabei von einem zentralen Zuganker 6 axial zusammengehalten, der in einem vorderen Wellenstumpf 7 und einem hinteren Hohlwellenteil 8 verspannt ist. Die Scheiben 3 und 4 sowie die Hohlwellenabschnitte 5,7 und 8 sind über Hirthverzahnungen gegeneinander zentriert, die auch das Drehmoment übertragen.

Zur Abstützung des Zugankers 6 gegenüber den Kompressor- und Läuferscheiben 3 bzw. 4 sind nunmehr erfindungsgemäss sogenannte Stülpringe 9 vorgesehen, die zwischen Zuganker 6 und einigen der Läuferscheiben 3 bzw. 4 eingesetzt sind.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Hochdruckteil des Kompressors 1 mit den Kompressorscheiben 31 bis 37. In den Zwischenräumen zwischen den Scheiben 31 und 32 bzw. 33 und 34 sind nunmehr auf einen verstärkten Wellenbund 10 je ein Stülpring 9 aufgesetzt, die mit ihren konisch erweiterten Enden in die Scheiben 32 bzw. 34 eingreifen und durch Halteringe 15 am axialen Verschieben gehindert werden.

Im einzelnen ist ein derartiger Stülpring 9 und seine genaue Anordnung in Fig. 3 gezeigt. Das erweiterte Ende des Stülpringes weist dabei einen zylindrischen Ansatz 11 auf. Dieser zylindrische Ansatz 11 greift in eine umlaufende Nut 12 auf der Seitenfläche 13 der Kompressorscheibe 32 ein. Wenn sich nun während des Betriebes die Scheibe 32 durch die Wirkung der Fliehkraft dehnt, so wirkt auf das zylindrische Ende 11 des Stülpringes 9 eine Kraft Pi und - da der Ring 9 versucht, sich umzustülpen - auf die Berührungsfläche 18 mit dem Zuganker 6 die Kraft P2. Durch diese gegenseitige Verspannung wird somit bei Betrieb der Maschine eine feste Abstützung des Zugankers gegen die Läuferscheiben geschaffen, die Schwingungen des Zugankers 6 weitgehend dämpfen. Durch geeignete Dimensionierung des Stülpringes 9 sowie der Passungen zwischen dem Ringansatz 11 und der umlaufenden Nut 12 einerseits sowie der Auflagefläche 18 am Zuganker 6 andererseits können die Kräfte Pi und P2 auf vorgegebene Werte gebracht werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung besteht darin, dass die Kraft P2 erst dann auftritt, wenn der Läufer rotiert, während bei der Montage des Läufers die Kraft P2 noch Null ist und damit beim Spannen des Zugankers 6 an der Berührungsstelle 10 kein Fressen auftreten kann.

Um ein axiales Verschieben dgs Stülpringes 9 und damit ein Herausrutschen aus der Nut 12 zu verhindern, ist noch ein Haltering 15 vorgesehen, der zwischen dem Stülpring 9 und einer benachbarten Läuferscheibe 31 angeordnet ist. Um einen definierten Abstützpunkt für diesen Haltering 15 am Stülpring 9 zu schaffen ist auf der Aussenseite des Stülpringes 9 zweckmässigerweise ein stufenförmiger Absatz 16 vorgesehen, in s

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den das eine Ende des Halteringes 15 eingreift, und wodurch dieser Haltering 15 zentriert wird.

In den Fig. 4a bis 4c ist noch einmal die prinzipielle Wirkung des Stülpringes 9 dargestellt. Fig. 4a zeigt dabei den Stülpring 9 in unverformtem Zustand mit genau zueinander zentrischen Aussen- und Innenumfangsflächen 17 und 18. Wenn nun im Betrieb bei Dehnung der Scheibe am zylindrischen Ansatz 11 des Stülpringes 9 - wie in Fig. 4b dargestellt -die Dehnung AI radial nach aussen vorgegeben wird, so bewegt sich der rechte Rand bzw. das rechte Ende der Zylinderfläche 18 um den Betrag A2 radial nach innen. Am linken

Rand wirkt dabei die Kraft Pi. In Fig. 4c ist dann der eigentliche Betriebszustand bei Verformung mit verhinderter Dehnung am Innendurchmesser dargestellt. Da hier der Zuganker 6 die Deformation A2 der Innenumfangsfläche 18 verhindert, s entsteht hier somit die Kraft P2.

Die beschriebene Abstützung des Zugankers gegenüber den Läuferscheiben kann an jeder kritischen Stelle des Kompressorteils als auch des Turbinenteils vorgenommen werden. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, kann dabei eine Abstützung des io Stülpringes 9 im Gasturbinenteil 2 auch gegenüber dem benachbarten Hohlwellenteil 8 erfolgen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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1. Gasturbinenläufer in Scheibenbauart mit einem Zuganker, wobei der Zuganker an mindestens einer Stelle auf seiner Länge gegen die Kompressor- bzw. Turbinenscheiben durch ringförmige Zwischenglieder abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenglieder sich angenähert konisch erweiternde Stülpringe (9) aufweisen, die mit dem einen Ende grösseren Durchmessers in eine umlaufende Nut (12) an der Seitenfläche (13) einer Scheibe (3, 4) eingreifen und sich am anderen Ende mit ihrem Innenumfang (18) auf dem Zuganker (6) abstützen.

2. Gasturbinenläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf einem verstärkten Wellenbund (10) aufgeschobenen Stülpringe (9) einen zylindrischen Ansatz (11) am erweiternden Ende aufweisen, mit dem sie in die umlaufende Scheibennut eingreifen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Gasturbinenläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stülpring (9) und der folgenden Läuferscheibe (3,4) ein Haltering (15) gegen axiales Verschieben des Stülpringes (9) eingesetzt ist.

4. Gasturbinenläufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (15) in einen umlaufenden Absatz (16) auf der konischen Aussenseite des Stülpringes (9) eingreift.