CS225951B1

CS225951B1 - Vane operable machine rotor

Info

Publication number: CS225951B1
Application number: CS469779A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Ing Mateja; Bohumil Ing Siegel; Ivan Ing Brunovsky; Jiri Drapela
Original assignee: Frantisek Ing Mateja; Bohumil Ing Siegel; Ivan Ing Brunovsky; Jiri Drapela
Priority date: 1979-07-04
Filing date: 1979-07-04
Publication date: 1984-03-19

Description

Vynález se týká rotoru lopatkového stroje, zejména pro parní turbiny, spalovací turbiny, plnicí turbodmychadla a turbokompresory.The invention relates to a rotor of a turbomachine, in particular for steam turbines, combustion turbines, charging turbochargers and turbochargers.

Rotory lopatkových strojů není ve většině případů možno zhotovovat jako celistvé. Zejména větší anebo složitější rotory je nutno z výrobních a montážních důvodů sestavovat z několika dílců. U skládaných rotorů lze ovšem velmi výhodně kombinovat materiály a tím i vlastnosti jejich dílců; o to větší nároky jsou však kladeny na přesnost jejich výroby i montáže, vyvažování i zkoušení. Skládané rotory totiž stejně jako celistvé rotory musí za všech provozních podmínek navenek vykazovat naprosto klidný a tichý chod bez chvění. Musí se tedy také chovat jako kompaktní tělesa s vysokou tvarovou tuhostí, při čemž jejich konstrukční i' technologické zpracování musí 'spolehlivě zachytit a kompenzovat jak nárazovité, tak i stálé tepelné i mechanické dilatace, vyvolané při provozu jak v rotorových dílcích, tak zejména v jejich spojích. Vzhledem ke kombinaci materiálů rotorových dílců s obecně rozdílnými tepelnými roztažnostmi, tepelnými vodivostmi i moduly pružnosti, se tak vlastně všechny dilatace zachycují ve zmíněných spojích a v jejich okoli. Z těchto .důvodů je spojení rotorových dílců pro klidný a spolehlivý provoz lopatkového stroje mimořádně důležité.In most cases, the rotors of the turbomachines cannot be made integral. Especially larger or more complex rotors have to be assembled from several parts for production and assembly reasons. However, in the case of stacked rotors, the materials and hence the properties of their components can be very advantageously combined; however, the greater demands are placed on the accuracy of their manufacture and assembly, balancing and testing. In fact, pleated rotors, as well as solid rotors, must exhibit absolutely quiet and silent operation without vibration under all operating conditions. They must therefore also act as compact bodies with high shape stiffness, while their structural and 'technological processing' must reliably capture and compensate for both the impact and permanent thermal and mechanical dilatations induced during operation both in the rotor parts and in particular in their connections. Due to the combination of rotor component materials with generally different thermal expansion, thermal conductivity and modulus of elasticity, all dilatations are actually trapped in and around these joints. For these reasons, the connection of the rotor parts is extremely important for the smooth and reliable operation of the turbomachine.

U současných skládaných rotorů jsou jejich dílce navzájem spojeny bud mechanicky nebo jaou navzájem svařeny.In presently folded rotors, their components are connected to each other either mechanically or welded together.

U prvního známého typu mechanického spojení je rotorový disk opatřen osovým otvorem, ve kterém je ustaven rotorový hřídel. Naotočné ustavení rotorového hřídele v rotorovém disku je pojištěno zpravidla maticí a deformovatelnou tvarovou podložkou nebo dvěma rozpěrnými maticemi a tvarovou podložkou.In a first known type of mechanical connection, the rotor disk is provided with an axial bore in which the rotor shaft is arranged. The rotary alignment of the rotor shaft in the rotor disk is generally secured by a nut and a deformable form washer or by two spacer nuts and a form washer.

U druhého známého typu mechanického spojení jednotlivých dílců skládaného rotoru je v osovém otvoru rotorového disku ustaven dutý rotorotý hřídel s lícovaným průběžným osovým svorníkem a toto neotočné ustavení je pojištěno maticí a deformovatelnou tvarovou podložkou.In the second known type of mechanical connection of the individual components of the pleated rotor, a hollow rotor shaft with a matching axial bolt is mounted in the axial bore of the rotor disk and this non-rotatable alignment is secured by a nut and a deformable form washer.

U třetího známého typu mechanického spojení jednotlivých dílců skládaného rotoru je rotorový disk opatřen centračním čepem, jímž je ustaven v čělní osové dutině, upravené v přírubovitém konci rotorového hřídele a několika výstředně umístěnými průchozími axiálními otvory s lícovanými upínacími šrouby, jimiž je čelně připevněn k přírubovitému konci rotorového hřídele.In a third known type of mechanical connection of the individual components of the pleated rotor, the rotor disk is provided with a centering pin, which is positioned in the front axial cavity provided in the flange end of the rotor shaft and several eccentrically located through axial holes with fitting clamping screws. rotor shaft.

Společnou nevýhodou uvedených mechanických spojů je jejich složitost, náročnost na přesnou výrobu, pracnost a poněkud nižší spolehlivost. Osový otvor i výstředné otvory v rotorovém disku působí jako koncentrátory napětí. Způsobují zejména vzrůst tangenciálního napětí až na hodnoty, srovnatelné s velikostí meze kluzu materiálu rotorového disku. Mechanické spoje nejsou výhodné zvláště pro lité rotorové disky s malou tažností, což je ovšem velmi značný nedostatek, nebol výroba rotorových disků včetně'lopatkového věnce litím je technicky i ekonomicky velmi výhodná.The common disadvantage of these mechanical joints is their complexity, exacting production demands, laboriousness and somewhat lower reliability. Both the axial hole and the eccentric holes in the rotor disk act as voltage concentrators. In particular, they cause an increase in tangential stress up to values comparable to the yield strength of the rotor disk material. Mechanical joints are not particularly advantageous for cast rotor discs with low elongation, which is, however, a very significant drawback, since the manufacture of rotor discs including the bead ring by casting is technically and economically very advantageous.

U prvního známého typu svarového spojení dílců skládaného rotoru je rotorový disk svým osovým čepem ustaven v čelní dutině rotorového hřídele, při čemž koutový svarový spoj je vytvořen po obvodu mezikruhové styčné plochy rotorového disku a rotorového hřídele. Koutové umístění svarového spoje na malém průměru je velmi nevýhodné z hlediska koncentrace napětí. Proto u druhého známého typu svarového spojení jsou na rotorových discích vytvořeny osové čepy, k nimž jsou natupo, zpravidla třeaími evéry připojeny rotorové hřídele. Svarové spoje u druhého známého provedení jsou v provozu značně namáhány a hodí se proto jen pro malé rotory. Použití těchto svárových spojů je také omezeno současnými technologickými možnostmi třecího dvařování.In the first known type of welded connection of the pleated rotor components, the rotor disc is axially pinned in the front cavity of the rotor shaft, wherein the fillet weld joint is formed around the circumferential interface of the rotor disc and the rotor shaft. Corner positioning of the weld joint on a small diameter is very disadvantageous in terms of stress concentration. Therefore, in a second known type of weld connection, axial pins are formed on the rotor disks, to which the rotor shafts are generally attached by butt joints, usually three. The weld joints of the second known embodiment are very stressed during operation and are therefore suitable only for small rotors. The use of these weld joints is also limited by the current technological possibilities of friction door opening.

Značnou společnou nevýhodou všech současných skládaných rotorů je také poměrně velký přenos tepla mezi rotorovým diskem a rotorovým hřídelem. Tento velký přenos tepla má nepříznivý vliv zejména na přilehlé ložisko lopatkového stroje.A considerable common disadvantage of all current stacked rotors is also the relatively high heat transfer between the rotor disk and the rotor shaft. This high heat transfer has a particularly adverse effect on the adjacent bearing of the turbomachine.

Velkou část výše uvedených nevýhod současných skládaných rotorů odstraňuje rotor lopatkového stroje podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že rotorový disk, letmo koncentricky upevněný na jednom konci hřídele, opatřeného koncentrickou kompenzátorovou přírubou, má na svém Čele, přivráceném k hřídeli, vytvořen jednak středící čep, jímž je ustaven na vnitřní středící ploše čelní osové dutiny v hřídeli a jednak koncentrický přírubový nákružek pro obvodový spoj mezi kompenzátorovou přírubou a diskem, kde kompenzátorova příruba je na svých čelech střídavě odlehčena kořenovým zápichem a ložiskovým zápichem, takže má v podstatě radiálně vlnovcový tvar, při čemž koženový zápich je vytvořen na jednom jejím čele proti přírubovému nákružku a ložiskový zápich je vytvořen na druhém jejím čele, Orientovaném ke druhému konci hřídele.A large part of the above-mentioned disadvantages of the present folded rotors is eliminated by the rotor of the turbomachine according to the invention, which is characterized in that the rotor disk, hinged concentrically mounted at one end of the shaft provided with concentric compensating flange, has a centering on its face facing the shaft. a pin which is positioned on the inner centering surface of the axial cavity in the shaft and a concentric flange collar for the circumferential connection between the compensator flange and the disc, where the compensator flange is alternately relieved by a root groove and a bearing groove. wherein the leather recess is formed on one face thereof against the flange collar and the bearing recess is formed on the other face thereof facing the other end of the shaft.

Rotor podle vynálezu umožňuje maximálně využít všechny vlastnosti, zejména pak mechanické vlastnosti materiálů obou dílců. Ns rozdíl od stávajících skládaných rotorů není rotorový disk u rotoru podle vynálezu ve středové části zeslaben, jeho tvarové stálost není ovlivněna tečením spojovacích elementů.The rotor according to the invention makes it possible to make full use of all the properties, in particular the mechanical properties of the materials of the two parts. In contrast to existing stacked rotors, the rotor disk of the rotor according to the invention is not weakened in the central part, its shape stability is not affected by the flow of the connecting elements.

Příklad provedení rotoru lopatkového stroje podle vynálezu je znázorněn na přiloženém výíťese, na němž je skládaný turbinový rotor nakreslen v osovém řezu.An exemplary embodiment of a rotor of a turbomachine according to the invention is shown on the enclosed boom on which the pleated turbine rotor is drawn in axial section.

Ve znázorněném provedení je skládaný turbinový rotor otočně uložen v ložiskové pánvi 16, Upravené ve skříni 18 turbiny. Proti úniku mazacího oleje je tento turbinový rotor utěsněn ucpávkou 17. V uvedeném příkladu provedení tento skládaný turbinový rotor sestává z hřídele 1 s kompenzátorovou přírubou 4, k níž je čelně koncentricky obvodovým spojem 12 pevně připojen, např. přivařením disk 10, který je na svém obvodu opatřen lopatkami 11 ^:a jehož středové čá3t je oboustranně zesílena osovými nálitky se středícími důlky. Osový nálitek, přivrácený k hřídeli 1, je na svém konci opracován do váldovitého středícího čepu 7, jenž je axiálně vsunut do osazené osové dutiny 2 a je v ní radiálně ustaven ve vnitřní válcové středící ploše 6. Zaoblený kořen tohoto osového .nálitku pozvolna přechází do čelní prstencové dutiny g, jež je po obvode obehnána přírubovým nákružkem 1^, na jehož vnitřním obvodu je koncentricky vytvořen kořenový nákružek g pro svarový obvodový 'spoj 12. Kolmost ustaveni disku 10 na hřídeli 1 je pak zaručena obvodovým dotykem mezikruhové lícní stykové plochy kompenzátorové příruby 4 a čelní dosedací plochou 8 přírubového nákružku ljl. S ohledem na zmenšení tepelného prostupu a s ohledem na zvýšení radiální poddajnosti je kompenzátorové příruba 4 na svých čelech střídavě odlehčena kořenovým zápichem 1£ a ložiskovým zápichem lg, při čemž kořenový zápich 14 o větším průměru je s výhodou upraven na přivráceném čele kompenzátorové příruby 4 pro volné uložení kořenového nákružku 9 a ložiskový zápich 15 s menším průměrem pak na jejím odvráceném čele při ložiskové ploše 2 hřídele 1. Takto vlnovcovitě vytvarovaná kompenzátorové příruba 4 mé při vysoké tvarové stálosti výhodný poměr axiální a radiální tuhosti.In the illustrated embodiment, the pleated turbine rotor is rotatably mounted in a bearing shell 16 provided in a turbine housing 18. The turbine rotor is sealed against the leakage of lubricating oil. In the present embodiment, the pleated turbine rotor consists of a shaft 1 with a compensating flange 4, to which it is fixed concentrically by a peripheral connection 12, for example by welding a disc 10 on its blades 11 peripherally ^provided: a central čá3t which is mutually reinforced by axial centering bosses with dimples. The axial boss facing the shaft 1 is machined at its end into a cylindrical centering pin 7 which is axially inserted into the shoulder axial cavity 2 and is radially positioned therein in the inner cylindrical centering surface 6. The rounded root of this axial boss gradually passes into The annular cavity g, which is circumferentially surrounded by a flange collar 10, on the inner circumference of which is a concentric root collar g for the weld circumferential connection 12. The perpendicular alignment of the disc 10 on the shaft 1 is then ensured by circumferential contact of the annular face 4 and the end face 8 of the flange collar 11. In order to reduce heat transmission and to increase radial compliance, the compensator flange 4 is alternately relieved by a root groove 16 and a bearing groove 18 on its ends, the root groove 14 of larger diameter preferably being provided on the facing face of the compensator flange 4 for free The bearing bead 9 and the bearing groove 15 with a smaller diameter then on its opposite face at the bearing surface 2 of the shaft 1. Such a bellows-shaped compensator flange 4 has an advantageous ratio of axial and radial stiffness with high dimensional stability.

Osový nálitek na disku 10, odvrácený od hřídele 1, má na svém konci upraveny dvě neznázorněné plošky pro maticový klíč.The axial boss on the disc 10 facing away from the shaft 1 has at its end provided two nuts (not shown) for the nut wrench.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

The rotor of a turbomachine, in particular for steam turbines, combustion turbines, charge turbochargers and tunbokompresoey, consisting of at least two separate, glued, brazed or welded parts, one of which is a rotor disk, characterized in that the rotor disk (10) is overhung. concentrically mounted at one end of the shaft (1) provided with a concentric compensating flange (4), on its face facing the shaft (1), a centering pin (7) is formed on the front centering surface (6) cavities (2) in the shaft (1) and on the other hand concentric flange collar (13) for circumferential connection (12) between compensator flange (4) and disc (10), where compensator flange (4) is alternately relieved by root groove (14) and a bearing recess (15) so that it is substantially radially bellows-shaped, the root recess (14) being formed on one of its ele against the flange collar (13) and the bearing recess (15) formed on the other face thereof oriented towards dnuhému terminal position of the shaft (1).