DE1426808B2

DE1426808B2 - Auffangvorrichtung für eine, mit einem Läufer versehene, axial beaufschlagte Turine

Info

Publication number: DE1426808B2
Application number: DE19651426808
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph von; Wright John William; Phoenix; Wheeler Elmer Laquita Tempe; Ariz. Flue (V.St.A.). FOIp 5-02
Original assignee: The Garrett Corp., eine Gesellschaft des Staates Californien, Los Angeles, Calif. (V.St.A.)
Priority date: 1964-01-21
Filing date: 1965-01-20
Publication date: 1970-02-26
Also published as: GB1085329A; US3241813A; DE1426808A1

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auffang- Die Abdeckung besteht zweckmäßig aus einem

Vorrichtung für eine mit einem Läufer versehene, Werkstoff, der gegenüber hohen Temperaturen und

axial beaufschlagte Turbine mit am Läufer vor- Korrosionserscheinungen widerstandsfähig ist, die

gesehenen Sollbruchstellen, die beim Überschreiten vom Arbeitsmittel hervorgerufen werden können,

einer Grenzdrehzahl der Turbine ein Ablösen von 5 Andererseits ist die erwähnte Abdeckung dünn genug,

Teilen des Läufers bewirken, wobei die abgelösten daß die abgelösten Teile des Läufers sie durchdringen

Teile des Läufers gegen einen mit einem festen können. Hierdurch wird ein Teil der den abgelösten

Gehäuseteil durch Reibschluß verbundenen, um den Teilen innewohnenden Energie aufgezehrt, bevor die

Läufer angeordneten Auffangring prallen, der da- Teile mit dem eigentlichen Schutzring in Berührung

durch in rotierende Bewegung versetzt wird. io kommen. Schutzring und Abdeckung werden durch

Aus der USA.-Patentschrift 2 987 296 ist eine Reibung festgehalten, so daß ein Teil der den abderartige Auffangvorrichtung bekannt, bei der am gelösten Teilen des Läufers innewohnenden kine-Läufer Sollbruchstellen vorgesehen sind, an denen tischen Energie schon dadurch aufgezehrt wird, daß die Laufschaufeln im Störungsfalle abreißen. Ferner Schutzring und Abdeckung eine Drehbewegung ausist der Läufer von einem federnd gelagerten, nor- 15 führen müssen. Die Abdeckung hat ferner den Vormalerweise in Ruhe befindlichen Schutzring umgeben, teil, daß die Strömungsverhältnisse in einer Turbine der durch vom Läufer abfliegende Teile in eine nicht beeinträchtigt werden.

Drehbewegung versetzt werden kann, wobei die Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der

mechanische Energie bei der Drehbewegung durch Erfindung besteht die Auffangvorrichtung aus einem

Reibung zwischen diesem Ring und der Ring- 20 kräftigen, festen Schutzring, beispielsweise aus Titan

einfassung in Wärme umgewandelt werden soll. Diese gefertigt, der im Abstand den Läufer der Turbine

Schutzvorrichtung weist jedoch verschiedene Nach- umgibt und mit einem Futterstück aus. weichem

teile auf. Der Schutzring besitzt innen eine glatte Werkstoff, beispielsweise Aluminium, ^ausgekleidet

Oberfläche, so daß ein abfliegendes Teil des Läufers ist. Der weiche Werkstoff des im Schutzring vor-

zwar dagegen prallen kann, aber sogleich wieder 25 gesehenen Futterstückes ist so ausgewählt, daß die

zurückgeworfen wird, wobei diese Rückbewegung abgelösten Teile des Läufers in dem Futterstück

durch das einströmende Arbeitsmittel noch eine aufgefangen bzw. in ihm eingebettet und mit ihm

axiale Komponente erhält. Die abgelösten Teile des verschweißt werden. Die abgelösten Teile des Läufers

Läufers können daher in den Auslaßhohlraum der sind dadurch gehindert, das Turbinengehäuse zu

Turbine gelangen, dort unkontrollierbar umher- 30 verlassen.

wirbeln und Schaden anrichten. Die federnde Lage- Die Flansche des Schutzringes haben zweckrung des Schutzringes erhöht noch die Gefahr des mäßig einen Abstand voneinander, der mindestens Zurückprallens der abgelösten Teile des Läufers und der axialen Länge des umlaufenden Maschinenteils die Gefahr der weiteren Zerstörung der Turbine entspricht, um auch größere abgelöste Teile des durch exzentrisches Ausweichen des Schutzringes 35 Läufers sicher einfangen und festhalten zu können, und darauffolgendes Klemmen an der dem Aufprall Ferner ist es vorteilhaft, das im Schutzring vorgegenüberliegenden Seite. gesehene Futterstück in radialer Richtung so dick

Es liegt die Aufgabe vor, eine die oben aufgeführ- auszubilden, daß auftreffende Teile des Läufers das

ten Nachteile nicht aufweisende, verbesserte Auffang- Futterstück nicht vollständig zu durchdringen ver-

vorrichtung für die abgeschleuderten Teile des 40 mögen. Dadurch wird verhindert, daß abgelöste Teile

Läufers zu schaffen, bei welcher die kinetische des Läufers mit der Innenfläche des Schutzringes

Energie der Teile absorbiert wird und die Bruch- in Berührung kommen, von wo sie zurückprallen

stücke überdies in der Auffangvorrichtung festgehal- und aus dem Gehäuse geschleudert werden könnten,

ten werden, so daß sie nicht andere Maschinenteile Wenn man das Futterstück aus einem Werkstoff

beschädigen können. Dabei soll die Auffangvorrich- 45 ausbildet, der unter der Einwirkung der Reibung

tung so ausgebildet sein, daß die Strömungsverhält- zwischen ihm und einem daran gleitenden abgelösten

nisse in einer Turbine nicht beeinträchtigt werden. Teil des Läufers erweicht und beim Aufhören der

Diese Aufgabe wird bei Auffangvorrichtungen der Gleitbewegung wieder erhärtet, so können die Teile

eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch des Läufers in das Futterstück eintreten und sind

gelöst, daß der Auffangring durch einen Schutzring 50 bei dessen Abkühlung gefangen,

mit U-förmigem Querschnitt gebildet ist, der an Ausführungsformen der Erfindung gehen aus der

seiner nach innen offenen Seite durch eine Abdeckung nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der

geschlossen ist, die durch die aufprallenden abge- Zeichnung hervor. Es zeigt

lösten Teile des Läufers verformt oder teilweise F i g. 1 in axialem Schnitt das Turbinenende einer

durchschlagen wird. 55 rnit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Turbine,

Der hierdurch erzielte technische Fortschritt be- die mit einer Auffangvorrichtung gemäß der Erfin-

steht darin, daß beim Zerbersten des Läufers die dung ausgestattet ist,

abgelösten Teile des Läufers in dem U-förmigen F i g. 2 einen Schnitt durch eine weitere Ausfüh-

Kanal des Schutzringes aufgefangen und in ihm fest- rungsform,

gehalten werden, wobei sich der Schutzring in be- ⁶° F i g. 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausfüh-

grenztem Maße unter der Einwirkung der Rotations- rungsform,

kräfte der abgelösten Teile verdrehen kann und auf F i g. 4 im Querschnitt und im größeren Maßstab

diese Weise die den abgelösten Teilen des Läufers einen Teil einer Auffangvorrichtung während oder

innewohnende Energie durch Reibung aufgezehrt unmittelbar nach dem Zerbersten eines Turbinen-

wird. Dabei ist die Auffangvorrichtung mit einer 65 läufers.

Abdeckung versehen, die den U-förmigen Kanal Das in Fig. 1 veranschaulichte Turbinenende

während des normalen Arbeitsbetriebes der Turbine einer mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Tur-

abschließt. bine weist einen Läufer 10 auf, der auf dem Ende

3 4

einer Welle 11 sitzt. Diese Welle ist in in der Zeich- veranschaulichten Bauart an einem Ende einen nung nicht veranschaulichten Lagern gelagert. Der Flanschrand 34, der zwischen dem Ringabschnitt 24 Läufer besteht aus einem scheibenartigen Hauptteil des Gehäuseteiles 18 und dem Flansch des Schutz-12, der an seinem Umfang einen ringförmigen Rand- ringes 31 angeordnet ist. Die Kräfte, die diesen flansch 13 aufweist, von dem aus Laufschaufeln 14 5 Schutzring festklemmen, halten auch die Hülse durch in radialer Richtung nach außen vorragen. Diese Reibung fest. Da weder durch die Hülse noch durch Schaufeln befinden sich in einem Gaskanal 15, der den Schutzring irgendwelche Befestigungsteile hinim Bereiche des Läufers kreisringförmigen Quer- durchgehen, können diese Teile sich verdrehen, wenn schnitt hat. Der Gaskanal 15 befindet sich in einem eine die Klemmkräfte übersteigende Beanspruchung Gehäuse 16. Bei allen in der Zeichnung dargestellten io auf sie ausgeübt wird. Die Hülse erstreckt sich quer Ausführungsformen der Erfindung besteht das Ge- über die Flansche des Schutzringes und wird von häuse aus mehreren Teilen 17, 18 und 19. Der Ge- ihnen getragen. Hülse und Schutzring werden drehbar häuseteil 17 weist einen rohrförmigen Einlaß 20 für durch die Gehäuseteile 18 und 19 geführt. Wenn der das Arbeitsmittel auf, der sich bei 21 erweitert. Das Läufer zerbirst, durchschlagen die abgelösten Teile Ende dieses erweiterten Abschnittes ist mit einem 15 des Läufers einen Teil der Hülse und treffen erst Flansch 22 versehen. An dem dem rohrförmigen dann auf den Schutzring auf. Ein Teil der den abEinlaß 20 abgewandten Ende weist der Flansch 22 gelösten Teilen innewohnenden Energie wird dadurch innere und äußere Rippen 23 zur Verstärkung auf, aufgezehrt, daß die Hülse durchschlagen wird. Der die gleichzeitig zur Zentrierung dienen. Diese Rippen Rest der noch vorhandenen Energie wird durch den sind bearbeitet und dienen als Anlageschultern für 20 Schutzring absorbiert. In manchen Fällen werden die die Gehäuseteile 18 und 19. Der Teil 18 des Ge- abgelösten Teile des Läufers das Bestreben haben, häuses ist kreisringförmig ausgebildet und weist einen der Hülse oder dem Schutzring oder beiden Teilen Ringabschnitt 24 auf, der innerhalb der Rippe 23 eine Drehbewegung aufzuzwingen. Durch die Klemm-, liegt und von ihr zentriert wird. Außerdem weist der befestigung wird dies ermöglicht und die*'den abge-Ringabschnitt 24 einen mittleren pfannenartigen 25 lösten Teilen des Läufers innewohnende Energie Wandabschnitt 25 auf, der in dem erweiterten Ende aufgezehrt.

des Gehäuseteiles 17 sich befindet. Dieser pfannen- Wie aus F i g. 2 zu erkennen ist, kann der Schutzartige Wandabschnitt steht mit dem Ringabschnitt 24 ring mit einem Futterstück 35 aus geeignetem Werkdurch mehrere Leitdysen26 in Verbindung, die so stoff ausgekleidet werden, noch bevor die Hülse geformt und so ausgerichtet sind, daß sie durch den 30 eingebaut wird. Als ein geeigneter Werkstoff wird Gaskanal 15 hindurchtretendes Gas gegen die Lauf- beispielsweise Aluminium vorgeschlagen. Aluminium schaufeln 14 führen, so daß der Läufer in Umlauf ist weicher als der Werkstoff, aus dem der Schutzring gesetzt wird. Der Abschnitt 25 formt den ringförmi- besteht, und wird daher ein gewisses Eindringen der gen Gaskanal 15 an seinem Einlaßende. Der Ge- abgelösten Teile des Läufers zulassen. Sind diese häuseteil 19 ist zylindrisch und wirkt mit der von der 35 Teile in das Futterstück eingedrungen, so werden äußeren Rippe des Gehäuseteils 17 gebildeten Schul- sie darin festgehalten.

ter zusammen. Der Gehäuseteil 19 hat einen nach Wird die Turbine mit Druckluft oder einem ande-

innen gerichteten ringförmigen Wandabschnitt 27, ren relativ kühlen Gas betrieben, so kann die Hülse

der das Auslaßende 28 des Gaskanals 15 bildet. 33 gegebenenfalls fortgelassen werden, wie dies in

Dieses Auslaßende geht aus axialer Richtung in 40 Fig. 3 dargestellt ist. Bei der in dieser Figur

radiale Richtung über und führt zu einem geeigneten veranschaulichten Turbine ist der Schutzring 31a mit

Gasauslaß. einem Futterstück 35 α versehen, dessen Innenfläche

Zwischen den das Einlaß- und das Auslaßende gewissermaßen als Abdeckung wirkt. Bei dieser Ab-

des Gaskanals 15 bildenden Wandabschnitten 25 und änderungsform hat der Gehäuseteil 18 α einen Flansch

27 liegt der Randflansch 13 des Läufers und bildet 45 36, der teilweise das vordere Ende des Futterstücks

eine bewegliche Innenwandung des Durchtrittkanals. 35 a übergreift und damit eine glatte Führungsfiäche

Die Außenwandung dieses Kanalabschnittes wird des Gaskanals bildet. Der Flansch am rückwärtigen

durch die Auffangvorrichtung gebildet, die allgemein Ende des Schutzringes liegt bündig mit der inneren

mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet ist. Fläche des Futterstücks und bildet damit gleichfalls

Die Auffangvorrichtung 30 weist einen Schutzring 50 einen Teil der Wandung des Gaskanals. Wie bei der 31 auf, der im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist, Ausführungsform nach F i g. 2 ist das Futterstück wobei die offene Seite nach innen weist. Der Schutz- 35 a dick genug, um ein vollständiges Durchdringen ring besteht aus geeignetem Werkstoff, zweckmäßig der abgelösten Teile zu verhindern,
aus einem Metall, das ohne zu brechen den beim F i g. 4 zeigt in schematischer Darstellung und im Auftreffen der abgelösten Teile des Läufers auf- 55 Querschnitt einen Teil der Auffangvorrichtung sowie tretenden Kräften zu widerstehen vermag. Versuche abgelöste Teile des Läufers unmittelbar nach dem haben ergeben, daß aus Titan gebildete Schutzringe Zerbersten. Die Figur zeigt, wie sich die Laufden Anforderungen besonders gut entsprechen. Der schaufeln unter Reibung längs des Futterstücks ent-Schutzring ist zweckmäßig im Querschnitt U-förmig lang bewegen und dessen Außenfläche aufschaben gestaltet, weil die seitlichen Flansche dazu beitragen, 60 bzw. aufreißen. Bewegt sich das abgelöste Teil des die nach dem Bersten des Läufers entstehenden Teile Läufers nach außen, so werden die Laufschaufeln 14 zu führen und sie in der Auffangvorrichtung festzu- durch die dabei auftretenden Kräfte zusammenhalten. Der Schutzring wird durch Reibung in dem gestaucht und zusammengebogen, wobei die BeGehäuse festgehalten, in dem er zwischen den Ge- rührungsfläche zwischen den Laufschaufeln und dem häuseteilen 17, 18 und 19 eingeklemmt wird. Das 65 Futterstück 35 α vergrößert wird. Sobald der Werk-Gehäuse selbst wird durch Bolzen, Schrauben 32 stoff des Futterstücks heiß und weich wird, werden od. dgl. zusammengehalten. die Laufschaufeln eindringen und an ihm anhaften.

Die Hülse 33 hat bei der in den F i g. 1 und 2 Wird der Läufer in bekannter Weise an der Stelle

geschwächt, so wird erreicht, daß verhältnismäßig große abgelöste Teile entstehen, die natürlich entsprechend leichter festgehalten werden.

Claims

Patentansprüche: ,

1. Auffangvorrichtung für eine mit einem Läufer versehene, axial beaufschlagte Turbine mit am Läufer vorgesehenen Sollbruchstellen, die beim Überschreiten einer Grenzdrehzahl der Turbine ein Ablösen von Teilen des Läufers bewirken, wobei die abgelösten Teile des Läufers gegen einen mit einem festen Gehäuseteil durch Reibschluß verbundenen, um den Läufer angeordneten Auffangring prallen, der dadurch in rotierende Bewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf fangring durch einen Schutzring (31, 31 α) mit U-förmigem Querschnitt gebildet ist, der an seiner nach innen offenen Seite durch eine Abdeckung (33, 35 a) geschlossen ist, die durch die aufprallenden abgelösten Teile des Läufers verformt oder teilweise durchschlagen wird.

2. Auffangvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Schutzring (31, 31a) ausfüllendes Futterstück (35, 35 a) vorgesehen ist.

3. Auffangvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung durch έϊηβ Hülse (33) oder durch ein Futterstück (35 a) gebildet ist.

4. Auffangvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzring (31, 31a) und das Futterstück (35,35 α) durch Reibung miteinander verbunden, jedoch bei Überwindung der Reibkräfte gegeneinander verdrehbar sind.

5. Auffangvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (33, 35 a) aus einem gegenüber hohen Temperaturen und Korrosionseinwirkungen durch das Arbeitsmittel widerstandsfähigen Werkstoff besteht.

6. Auffangvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche des Schutzringes (31, 31 α) einen Abstand voneinander haben, der mindestens der axialen Länge des umlaufenden Maschinenteils entspricht.

7. Auffangvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Futterstück (35,35 α) aus einem Werkstoff besteht, der weicher ist und einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als der Werkstoff des Schutzringes.

8. Auffangvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Futterstück (35, 35 a) aus Aluminium besteht.

9. Auffangvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet;" daß das Futterstück (35, 35 a) in radialer «Richtung so ( dick ist, daß auftreffende abgelöste Teile des Läufers das Futterstück nicht vollständig zu durchdringen vermögen.

10. Auffangvorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Futterstück (35, 35 a) aus einem Werkstoff besteht, der unter der Einwirkung der Reibung zwischen ihm und einem daran entlanggleitenden Teil des Läufers erweicht und beim Aufhören dieser Gleitbewegung wieder erhärtet.

11. Auffangvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzring (31, 31a) aus Titan besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen