DE1058070B

DE1058070B - Laeufer fuer Hochtemperaturturbinen

Info

Publication number: DE1058070B
Application number: DES57812A
Authority: DE
Inventors: Carl Brennecke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-02-07
Filing date: 1958-04-12
Publication date: 1959-05-27

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Hochtemperaturturbine mit einer Regelstufe und darauffolgenden Überdruckstufen kleineren Durchmessers, bei der ein die Regelstufe tragender Radkörper und eine die folgenden Schaufelreihen der Überdruckstufen tragende zylindrische Büchse zu einem gemeinsamen, mit der Welle nur durch eine Radialbolzenreihe verbundenen Laufradkörper vereinigt ist (nach Patent 967 827).

Zwischen der Welle und der Buchse ist also ein Spiel vorhanden. Dieses soll den Wärmefluß von der Buchse in die Welle dämmen und soll beiden Teilen gestatten, sich unabhängig voneinander bei Temperaturänderungen zu dehnen oder zusammenzuziehen, was besonders dann wichtig ist, wenn die Buchse aus Austenit, die Welle aus Ferrit besteht, wenn also die beiden Teile aus Werkstoffen mit voneinander stark verschiedenen Wärmedehnungskoeffizienten bestehen.

Jenes Spiel bringt aber auch einen Nachteil. Wenn nämlich die Wellenbuchse lang ist, wenn also ihr Ende oder ihre Enden ziemlich weit von der Radialbolzenebene entfernt ist bzw. sind, ergeben diese frei überhängenden Massen leicht einen unruhigen Lauf der Welle.

Diesen Nachteil soll die Erfindung beheben. Sie besteht darin, daß die Wellenbuchse wenigstens auf einer Seite der Radialbolzenreihe zusätzlich an kegeligen Gleitflächen mittels elastisch verformbarer Hülsen wärmebeweglich-zentrisch abgestützt ist.

Die Elastizität der Hülse kann auf zweierlei Art erzielt werden. Die eine besteht darin, daß die zur zusätzlichen Zentrierung vorgesehene Hülse zylindrisch und daß ihre Zylinderwand durch Eindrehungen dünn und elastisch leicht verformbar ist; die elastische Bewegung dieser Hülse ist also wesentlich radial. Die andere besteht darin, daß die Hülse wenigstens in einem Abschnitt etwa wellrohrförmig ausgebildet ist; die elastische Bewegung dieser Hülse ist also wesentlich axial.

Die Erfindung soll näher an Hand der Zeichnung erläutert werden, in welcher ein Ausführungsbeispiel wiedergegeben ist.

1 bedeutet die aus ferritischem Material bestehende Turbinenwelle. Mit Rücksicht auf die hohen Temperaturen ist für die Anordnung der Schaufeln sowie gegebenenfalls von Dichtungsringen die austenitische Wellenbüchse 2 vorhanden. Sie ist in ihrem mittleren Ringkranz 2 α für die Aufnahme der Beschaufelung der Regelstufe, in ihrem Teil 2 b für die Aufnahme der normalen Überdruckschaufelreihen ausgebildet. Auf der rechten Seite des Schaufelkranzes 2 α ist die Wellenbüchse in dem mit 2 c bezeichneten Teil für den Einbau von Dichtungselementen versehen. Zur Verbindung und wärmebeweglichen Zentrierung sind Läufer für Hocatemperaturturbinen

Zusatz zum Patent 967 827

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Carl Brennecke, Mülheim/Ruhr-Saarn,
ist als Erfinder genannt worden

in dem mittleren Bereich der Wellenbüchse in die Bohrungen 2 c? und Id der Wellenbüchse 26 bzw. Welle 1 als Hohlkörper ausgebildete Zentrierbolzen 3 eingelassen, die sowohl zur Befestigung und Drehmomentübertragung dienen, wie auch eine zentrische Wärmebewegung der Wellenbüchse 2 gegenüber der Welle 1 ermöglichen. 4 bedeutet einen Schraubstopfen, der in den Gewindeteil 2 f nach dem Einbringen der Zentrierbolzen 3 eingeschraubt werden kann. Die hohlen Zentrierbolzen 3 weisen an ihrem Kopfteil die mit Gewinde versehene Bohrung 3 α auf, um gegebenenfalls beim Ausbau der Zentrierbolzen durch eine eingeschraubte Öse od. dgl. das Hinausziehen der Zentrierbolzen zu erleichtern. Die Zentrierbolzen 3, die symmetrisch über den Umfang der Welle bzw. Wellenbüchse verteilt sind, liegen mit ihrer Achse in der Wellenschulter 1 g der Welle bzw. 2 g der Wellenbuchse. Abgesehen von den Paß- oder Gleitflächen 1 h, die das Aufbringen der Wellenbüchse auf die Welle erleichtern sollen, ist zwischen Welle und Wellenbüchse ein Spiel vorhanden, durch welches ein direkter Wärmeübergang zwischen der Wellenbüchse und der Welle verhindert wird.

An ihren beiden Enden weist nun die Wellenbüchse 2 erfindungsgemäß kegelige Paßflächen 2 i auf. An diesen kegeligen Paßflächen Ii liegen entsprechend

909 528/70

Q
U

gestaltete Kegelflächen der Hülsen 5, 6 an. Die Hülse 6 ist mittels eines Halteflansches 6 a zentrisch in der Ringnut 1 k des Wellenteiles 1 e geführt. Im übrigen weist die Hülse 6 in ihrem mittleren Teil eine wellrohrförmige Ausbildung auf, an die sich unter Umständen ein zylindrischer Zwischenteil vor dem kegeligen Führungskranz anschließt. Man erkennt, daß durch die Hülse 6 eine elastische Zentrierung des linken freien Endes der Wellenbüchse erreicht wird, die auch bei den betriebsmäßig eintretenden radialen und axialen Wärmedehnungen des links von den Zentrierbolzen liegenden Teiles der Wellenbüchse aufrechterhalten bleibt, da die Kegelfläche der elastisch verformbaren Hülse an der Gegenfläche der Wellenbüchse entlanggleiten kann.

Die auf der rechten Seite der Wellenbüchse 2 angeordnete Hülse 5 weist, abgesehen von dem kegeligen Führungskranz, eine im wesentlichen zylindrische Gestalt auf, wobei durch Verringerung der Hülsenwandstärke die erforderliche elastische Verformbarkeit bewirkt ist.

Die Hülse 5 stützt sich gegen den in eine Nut 1 χ der Welle eingelegten Widerlagerring 7, der in einer Achsebene durchgeschnitten ist und ebenso wie der Fußteil der Hülse 5 durch einen aufgeschrumpften oder aufgepreßten Haltering^ festgehalten wird. Das freie Ende des Wellenbüchsenteiles 2 c wird an der konischen Führungsfläche 2i mittels der Hülse 5 zentrisch abgestützt, wobei sich die Wellenbüchse gegenüber der Hülse 5 radial und axial dehnen kann. Die Hülsen 5 und 6 sind vorteilhafterweise mit Vorspannung eingesetzt.

Man erkennt, daß die erfindungsgemäße Anordnung eine elastische Zentrierung der Wellenbüchse an ihren Enden ermöglicht.

Anstatt radialen Spieles zwischen der Welle 1 und der Wellenbüchse 2 empfiehlt sich unter Umständen Paßsitz oder eine geringfügige Schrumpfung, nämlich zu dem Zweck, beim Einbau der Wellenbüchse eine Führung zu ermöglichen. Bei dieser Maßnahme ist davon ausgegangen, daß diese Führung nur dann vorhanden ist, wenn die Maschinenteile kalt sind. Infolge der betriebsmäßig eintretenden Erwärmung wird die aus warmfestem Material (inbesondere aus austenitischem Stahl) bestehende Wellenbüchse stets eine wesentlich größere Ausdehnung als die Welle erfahren, wobei die Zentrierung durch die Radialbolzen wirksam wird. Selbst bei den betriebsmäßig möglicherweise bei Laständerungen eintretenden Änderungen der Büchsentemperatur auf einen Wert, der etwas unterhalb der Wellentemperatur liegt, wird sich die Wellenbüchse noch von der Welle abheben, so daß das Spiel sowie die Wirkungsweise der Radialbolzen gewährleistet bleibt.

Der Zusammenbau von Wellenbüchse und Welle ist in verhältnismäßig einfacher Weise möglich. Nachdem die Kegelflächen und Zentrierdurchmesser der Wellenbüchse sowie der Hülsen gedreht sind, werden die Kegelflächen unter Verwendung von Führungsbüchsen (vgl. Fig. 2 und 3) eingepaßt. Hiernach werden zweckmäßigerweise die aneinanderliegenden Kegelflächen hart verchromt. Gegebenenfalls zur Führung an den Führungsbüchsen dienende Zentrierränder (in der Zeichnung nicht dargestellt) können anschließend weggedreht werden. Vor dem Einsetzen der Hülse 6 in die Wellennut 1 k wird das Stichmaß A, nämlich der Abstand zwischen der Zentrierebene und der äußeren Flanke des Halteflansches 6a der Hülse 6, genommen. Anschließend wird die Wellennut 1 k auf das Stichmaß A mit einem gewissen Mindermaß ausgestochen und die Nut für den geteilten Widerlagerring 7 gedreht. Nunmehr wird zunächst die Hülse 6 auf die Welle aufgeschoben, danach wird die Wellenbüchse 2 auf die Welle aufgebracht, die Zentrierbolzen 3 eingesetzt und die Schraubstopfen 4 zum Abschluß der Bohrungen eingeschraubt. Wesentlich ist, daß die Wellenbüchse fest an die Anlegeschulter 1 g der Welle angepreßt ist. Anschließend wird die auf der rechten Seite der Zeichnung angedeutete Hülse 5, wie Fig. 4 zeigt, eingebaut. Um diese unter Spannung zu halten, kann mit Vorteil die aus den Teilen 10, 11, sowie den Spannbolzen 13 gebildete Spannvorrichtung angewendet werden. Hierbei legt sich der Teil 10, wie aus Fig. 4 hervorgeht, mit seiner rechten Flanke gegen einen in Hälften unterteilten Ringkörper 14 an, der in sägezahnförmigen Nuten 15 an dem Ende der Wellenbüchse 2 c gehalten ist. Durch Anziehen der Spannschrauben wird der Teil 11 mit seinem ringförmigen Kranz 11a an den kegeligen Kranz der Hülse 5 angepreßt, so daß die Hülse gegen die Konusfläche der Wellenbuchse gespannt wird. Dann wird das Maß B zwischen der Wellennut und der vorgespannten Hülse 5 genommen. Anschließend wird der unterteilte Widerlagerring 7 nach dem Stichmaß B fertiggedreht und eingebaut, worauf der Haltering 8 durch Aufschrumpfen aufgesetzt wird. Anschließend kann die Spannvorrichtung (Teil 10 bis 13) gelöst und wieder abgebaut werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Hochtemperaturturbine mit einer Regelstufe und darauffolgenden Überdruckstufen kleineren Durchmessers, bei der ein die Regelstufe tragender Radkörper und eine die folgenden Schaufelreihen der Überdruckstufen tragende zylindrische Büchse zu einem gemeinsamen, mit der Welle nur durch eine Radialbolzenreihe verbundenen Laufradkörper vereinigt ist (nach Patent 967 827), dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenbuchse wenigstens auf einer Seite der Radialbolzenreihe zusätzlich an kegeligen Gleitflächen mittels elastisch verformbarer Hülsen (5, 6) wärmebeweglich-zentrisch abgestützt ist.

2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur zusätzlichen Zentrierung vorgesehene Hülse (5) zylindrisch und daß ihre Zylinderwand durch Eindrehungen dünn und elastisch leicht verformbar ist.

3. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) wenigstens in einem Abschnitt etwa wellrohrförmig ausgebildet ist.

4. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) durch einen Widerlagerring (7) abgestützt ist, der in eine Nut der Welle eingesetzt ist und aus zwei halbkreisförmigen Segmenten besteht, die durch einen aufgeschrumpften Ring (8) zusammengehalten werden.

5. Turbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeschrumpfte Ring (8) zum Halten des Fußteiles der Hülsen dient.

6. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelflächen sowohl der Wellenbüchse wie der Hülse gehärtet, z. B. verchromt sind.

7. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenbüchse in ihrem mittleren

Teil in der Nähe der Zentrierbolzenzone mit Paßsitz auf der Welle aufsitzt, im übrigen aber die Welle mit wärmeisolierendem Spalt umgibt.

8. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die insbesondere einen Wellrohrteil aufweisende Hülse (16) auf der einen Seite der Wellenbüchse mit einem Ringflansch (16 a) in einer Nut einer Wellenschulter zentriert und gehalten ist, während auf der anderen Seite die zur Aufnahme von Labyrinthdichtungen verlängerte Wellenbüchse an einer zylindrischen Hülse (5) abgestützt ist, die durch einen in eine Wellennut eingesetzten, in Hälften unterteilten Widerlagerring (7) gehalten ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen