DE1109310B - Axialverdichter mit zwischen den umlaufenden Laufschaufelkraenzen angeordneten Leitschaufelkraenzen - Google Patents

Description

Für die verschiedensten Zwecke werden Axialverdichter ausgeführt, die bekanntlich die Erzielung sehr hoher Verdichterwirkungsgrade ermöglichen. Derartige Verdichter sind in Verbindung mit Gasturbinen von besonderer Bedeutung, da bei dem überragenden Teil der Verdichterleistung an der Gesamtleistung der Gasturbinenanlage jede Verschlechterung des Verdichterwirkungsgrades mit einem Mehrfachen in den Gesamtwirkungsgrad der Anlage eingeht. Der Bau derartiger Verdichter stellt hohe Ansprüche, insbesondere auch im Hinblick auf die Ausbildung des Leitapparates, der zentrischen Wärmebeweglichkeit des letzteren sowie der inneren Dichtheit. Bei den hohen Verdichtungstemperaturen muß eine ungehinderte Ausdehnung der Leitschaufelkränze möglich sein, ohne daß hierbei das Spiel in den Dichtungen unzulässig beeinträchtigt wird. Gleichzeitig müssen hierbei eine vorteilhafte und genaue Herstellbarkeit bei möglichst kleinen Maschinenabmessungen gewährleistet sein. Erfindungsgemäß wird eine besonders vorteilhafte, den vorstehend angedeuteten Anforderungen entsprechende Ausbildung von Axialverdichtern mit zwischen den Laufschaufelreihen angeordneten Leitschaufelkränzen dadurch erreicht, daß die Leitschaufelkränze aus einem innenliegenden Kopfring großen Querschnitts, darin speichenähnlich eingesetzten Leitschaufeln und einem diese an ihrem freien Ende verbindenden elastischen Fußring von im wesentlichen zylindrischer Form bestehen, der in seinem axial über den angrenzenden Laufschaufelkranz hinausragenden Teil eine elastisch zentrierende Abstützung des Leitschaufelkranzes ermöglicht. Es wird also gewissermaßen der Leitschaufelträger von dem verhältnismäßig kräftigen, innenliegenden Kopfring, ausgehend über die in die Kopfringe Speichenähnlich eingesetzen Leitschaufeln nach dem äußeren Umfang zu, wo die Leitschaufeln lediglich durch verhältnismäßig leichte elastische Ringe von Zylinderform zusammengehalten werden, mit einer nach außen zu größer werdenden Elastizität aufgebaut, die in überaus vorteilhafter Weise eine elastisch zentrierende Abstützung der Leitkränze ermöglicht. Da die den Leitschaufelkränzen im wesentlichen den festen Zusammenhang vermittelnden Kopfringe in der Nähe der Welle liegen und die kleinsten Durchmesser aufweisen, ergibt sich in Verbindung mit der vorher erwähnten Gestaltung der Leitschaufelkränze ein besonders geringer Materialaufwand. Weiter bietet die erfindungsgemäße Ausbildung der Leitschaufelkränze den Vorteil, daß diese in günstiger Weise aus für sich zu bearbeitenden Teilen aufgebaut werden können, wobei es möglich ist, für die verschiedensten Teile Axialverdichter

mit zwischen den umlaufenden

Laufschaufelkränzen angeordneten

Leitschaufelkränzen

Anmelder:
Siernens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

der Leitschaufelkränze das jeweils günstigste Material zu verwenden und unter Umständen in erheblichem Maße wertvollere Baustoffe einzusparen. Die vorgesehene Vereinigung der äußeren Enden der Leitschaufeln durch die gleichzeitig die elastisch zentrierende Abstützung in dem Gehäuse ermöglichenden elastischen Ringteile von Zylinderform bietet dabei weiter die Möglichkeit, die radialen Abmessungen der ganzen Maschine gering zu halten und bei Begrenzung des Spaltes zwischen Laufschaufeln und dem elastischen äußeren zentrierenden Ringkörper des Leitschaufelkranzes günstigste Strömungsverhältnisse beim Übertritt des strömenden Mediums zwischen Leitschaufeln und Laufschaufeln zu erzielen.

An sich ist bei Dampfturbinen bereits der Gedanke, die in einem ringförmigen äußeren Kranz die Leitschaufeln enthaltenden Zwischenböden durch besondere federnde Ringteile od. dgl. zu zentrieren, bekanntgeworden. Hierbei liegen die zur federnden Abstützung dienenden, an den Leitschaufelkranz angesetzten federnden Stützteile in radialer Richtung zwischen den die Leitschaufeln enthaltenden Ringkränzen und dem Gehäuse, wodurch sich zwangläufig eine Vergrößerung des Maschinendurchmessers und ungünstige Strömungsverhältnisse in dem Laufschaufelraum ergeben. Auch sonst sind diese Leitböden, deren außenliegenden, die Leitschaufeln enthaltenden massiven Ringkränze nach innen gezogene Wandteile aufweisen, in vielfacher Beziehung von der erfindungsgemäßen Lösung verschieden.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnung näher erläutert werden.

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Fig. 1 gibt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Axialverdichter wieder, die

Fig. 2 und 3 beziehen sich auf weitere Ausgestaltungen des in Fig. 1 dargestellten Beispiels.

Es ist ein Ausschnitt eines vielstufigen Verdichters dargestellt mit zwei Laufrädern 1 und 2 und drei Leiträdern 3, 4, 5. Wesentlich für die Erfindung ist die Ausbildung der Kopf- und Fußtragringe der Leitschaufeln. Es seien zunächst die im wesentlichen gleich ausgebildeten Leitschaufelkränze 4 und 5 betrachtet. Die Leitschaufeln 4 sind in zwei Ringen gehalten, und zwar in einem starken Kopftragring 6 und einem dünnen elastischen Fußtragring 7. Am Kopf ist die für Laufschaufeln bekannte Schaufelbefestigung gewählt, bei der die Schaufeln in einzelne, im wesentlichen axial gerichtete Nuten eingeschoben und hierin durch eingelegte Drähte 8 gehalten sind. Am Fuß ist die Schaufel4 bei 9 -abgefast und in den dünnen Ring 7 eingeschweißt. Dieser Ring 7 besteht aus dem eigentlichen Fußringteil,.dessen;Länge im wesentlichen der Schaufelbreite entspricht, einem dünnen Steg 10, der die folgende Laufschaufel unter Bildung eines kleinen Dichtungsspaltes übergreift, und einem weiteren verstärkten Teil 11. Der Teil, der über dem Schaufelfuß liegt, hat einen kleineren Durchmesser als die Gehäusebohrung, so daß er sich — da er nur von dem dünnen Ringsteg 10 gehalten ist — radial frei ausdehnen kann.¹ Der Ringteil 11. dagegen hat eine solchen Durchmesser, daß er mit Paßsitz in die Gehäusebohrung eingeschoben werden kann. In dieser Zone liegt also die Verbindung des Leitschaufelkranzes mit dem Gehäuse. Die dargestellte Bauform weist noch insofern eine Besonderheit auf, als die Gehäusebohrung zylindrisch ist, alle Leitschaufelkränze also den gleichen Außendurchmesser haben.

Die Fußringe 12, 7, 13 stoßen einander an, sind jedoch nicht axial gegeneinander verspannt. Um ihre Lage eindeutig festzulegen und das Drehmoment aufzunehmen, sind in der Gehäuseteilfuge Paßbolzen 14,

15 eingesetzt, welche in die verstärkten Ringstege 11,

16 eingreifen und durch Schrauben gesichert sind. Die starken Kopftragringe ermöglichen eine besonders günstige Ausbildung der Stufendichtung, in- dem man durch Eindrehungen 16, 17, 18 dünne Ringstege 19, 20, 21 schafft, die zusammen mit den gegenüberliegenden Dichtungsringen am Läufer Labyrinthdichtungen bilden. Die Zylinder 19, 20, 21 sind deshalb so dünn gemacht, damit sie sich bei einem etwaigen Streifen aufweiten können.

Im Zusammenhang mit der Anwendung des starken Kopftragringes zeigt die Erfindung eine neuartige Lösung der Aufgabe, die erste Leitschaufelreihe gegenüber dem Gehäuse abzudichten. Der Kopftragring 22 dieses Kranzes geht in einen zylindrischen Ansatz 23 über, der mit Passung in eine Gehäusebohrung 24 nur eingeschoben ist. Eine Verschraubung ist nicht vorgesehen, so daß eine axiale Verschiebungsbewegung des Kopftragringes 23 gegenüber dem Gehäuse bei Wärmedehnungen möglich ist. Eine zweite Dichtung wird durch den bereits erwähnten dünnen zylindrischen Ansatz 19 und die Dichtungsspitzen 25 eines auf der Welle sitzenden Ringes 26 gebildet, über den die Verspannungskraft für die Laufscheiben eingeleitet wird.

Eine Weiterbildung dieses Teiles des Verdichters zeigt Fig. 2, die insbesondere für den Hochdruckteil gedacht ist, bei dem vor dem ersten Kranz bereits ein beträchtlicher Überdruck herrscht und die Dichtung daher einen großen Druckunterschied abzudichten hat. Der Kopftragring 27 geht wieder in einen zylindrischen Ansatz 28 über, jedoch ist jetzt die nur durch Passung wirkende Dichtung durch einen eingelegten Ring 29 ergänzt. Außerdem ist das Labyrinth verdoppelt. An den Ansatz 28 sind zwei dünne Zylinder 30 und 31 angeschraubt. Der Zylinder 31 arbeitet wie im Falle der Fig. 1 mit Dichtungsspitzen 33 des auf der Welle sitzenden Ringes 35 zusammen, während die Dichtungsspitzen für den Zylinder 30 auf einem Zylinder 34 sitzen, der in den Ring 35 eingesetzt ist. Auf diese Weise gelingt es. zwei Labyrinthdichtungen hintereinanderzuschalten, d. h. die Zahl der Labyrinthspalte wesentlich zu erhöhen und die Dichtungswirkung entsprechend zu verbessern.

Fig. 3 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens auf die dem letzten Laufrad nachgeschalteten Drallschaufehl, und zwar eine Anordnung, die zur Verringerung der radialen Erstreckung der Kopftragringe geschaffen wurde. Die Drallschaufeln 36, 37 sind wieder in Fußtragringen 38 und 39 und Kopftragringen 40 und 41 gefaßt, zwischen die ein Ring 42 gelegt ist. Jetzt ist aber ein Aufbau gewählt, der sich von den übrigen Leitschaufeln wesentlich unterscheidet, und zwar deshalb, weil die Fußtragringe 38, 39 nicht an der Gehäuseinnenwand anliegen, sondern mit Spiel eingesetzt sind. Dafür sind die Ringe 40, 41, 42 durch Schrauben 43 gegeneinander verspannt und in einer Ringfläche 44 im Gehäuse zentriert. Man ersieht aus einem Vergleich mit der rechts davon liegenden letzten Leitschaufelreihe, daß hierdurch eine wesentliche Verringerung der radialen Erstreckung der Kopftragringe erreicht wurde. Die Dichtung ist dabei von den Kopftragringen getrennt und besonderen Bauteilen zugewiesen, deren Einzelheiten in diesem Zusammenhang nicht interessieren.

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Axialverdichter mit zwischen den umlaufenden Laufschaufelkränzen angeordneten Leitschaufelkränzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufelkränze aus einem innenliegenden Kopfring großen Querschnitts, darin speichenähnlich eingesetzten Leitschaufeln und einem diese an ihrem freien Ende verbindenden elastischen Fußring von im wesentlichen zylindrischer Form bestehen, der in seinem axial über den angrenzenden Laufschaufelkranz hinausragenden Teil eine elastisch zentrierende Abstützung des Leitschaufelkranzes ermöglicht.

2. Axialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Köpfe der Leitschaufeln in im wesentlichen axial gerichtete Einzelnuten des starken Kopftragringes eingeschoben sind.

3. Axialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen elastischen Fußtragringe ohne gegenseitige axiale Verspannung aneinander anliegen.

4. Axialverdichter nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Fußtragringe in das Gehäuse eingeschoben sind und ihre Lage durch Paßbolzen fixiert ist.

5. Axialverdichter nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die starken Kopftragringe der Leitschaufeln dünne Stege zur Bildung von Labyrinthen angefräst sind.

6. Axialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kopftragring des ersten Leitschaufelkranzes ein Ringansatz angearbeitet ist, mit dem er in eine Gehäusebohrung eingepaßt ist.

7. Axialverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgezogene Ringansatz gegenüber der Gehäusebohrung durch einen eingelegten Ring abgedichtet ist.

8. Axialverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgezogene Ring gleichzeitig einen Teil einer Labyrinthdichtung bildet.

9. Axialverdichter nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den vorgezogenen Ring zur Bildung zweier Labyrinthdichtungen zwei dünne Zylinder eingesetzt sind.

10. Axialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln am Kopf abgefast und in entsprechende Aussparungen der dünnen Kopftragringe eingeschweißt sind.

11. Axialverdichter nach Anspruch 1 für Verdichter mit mindestens zwei Drallschaufelkränzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopftragringe der beiden Drallschaufelkränze, gegebenenfalls über einen Zwischenring, gegeneinander verspannt sind.

12. Axialverdichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander verspannten Kopftragringe auf eine Innenfläche des Gehäuses aufgepaßt sind, während die dünnen Fußtragringe mit Spiel in das Gehäuse eingesetzt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 518 107, 538 088, 399;

österreichische Patentschrift Nr. 106 893;

britische Patentschrift Nr. 650 424;

Buch von Loschge—Schnakig, »Konstruktionen aus dem Dampfturbinenbau«, 1938, S. 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 618/395 6.61