DE1958469A1

DE1958469A1 - Einrichtung zum stirnseitigen Verspannen der Naben von zwei Sektionen eines Gasturbinenrades

Info

Publication number: DE1958469A1
Application number: DE19691958469
Authority: DE
Inventors: Andvig Tore A
Original assignee: Kongsberg Vapenfabrikk AS
Current assignee: Kongsberg Gruppen ASA
Priority date: 1968-11-25
Filing date: 1969-11-21
Publication date: 1970-06-11
Also published as: DE1958469C3; NO121183B; US3628886A; GB1292858A; DE1958469B2

Description

Die Priorität der norwegischen Patentanmeldung Nr. 4692/68 vom 25. November 1968 wird beansprucht.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum stirnseitigen Verspannen der Naben von zwei Sektionen eines Gasturbinenrades, bei der ein von der Stirnfläche der einen Nabe vorstehendes Befestigungsglied sich durch eine mittige Bohrung der anderen Nabe erstreckt und eine axiale Spannkraft an dieselbe überträgt.

Schaufelräder für Radialgasturbinen werden aus herstellungstechnischen Gründen öfters in zwei Sektionen ausgeführt, die stirnseitig verspannt werden. Das Verspannen kann beispielsweise mittels eines Befestigungsbolzens erfolgen, der von der Stirnfläche der einen Nabe vorsteht und sich durch eine mittige Bohrung der anderen Habe hindurch erstreckt. Die axiale Spannkraft auf die mit. Bohrung versehene Nabe kann mittels einer

00982A/U5 2

Mutter oder eines Bolzenkopfes herbeigebracht werden, die bzw. der an der äußeren Stirnfläche dieser Nabe anliegt.

Wenn die Gasturbine in Betrieb genommen wird, werden die Naben erwärmt, so daß sie sich in Axialrichtung dehnen. Wenn das Schaufelrad eine Weile in Betrieb gewesen und durchgehend erwärmt ist, wird auch-der Befestigungsbolzen angenähert die gleiche Temperatur als die Nabe haben und dadurch eine entsprechende Dehnung aufweisen. Während einer Übergangsphase der Erwärmung wird aber die Nabe wärmer als das Befestigungsglied sein, was zu einer Beanspruchung, des letzteren über die Elastizitätsgrenze hinaus und damit zu einer dauernden Verlängerung des Befestigungsgliedes führen kann, so daß, wenn die Nabe und der Bolzen wieder die gleiche Temperatur und Wärmedehnung erhalten, die Verspannung sich lockert.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist eine Befestigungseinrichtung der eingangs erwähnten Art zu' verschaffen, bei der das mittige Befestigungsglied bei transienten Temperaturbedingungen nicht so hohen Spannungen ausgesetzt wird, dass das Befestigungsglied dauernde Dehnungen erfährt, die eine Lockerung der Verbindung bewirken können.

Gemäß der Erfindung ist dies dadurch erzielt, daß die Spannkraft zwischen dem Befestigungsglied und der mit der mittigen Bohrung versehenen Nabe über eine das Befestigungsglied umgebende Druckhülse übertragen wird. Während die Nabe selbst einen so großen' Werkstoffquerschnitt aufweist, daß sie nicht wesentlich von den Druckkräften zusammengedrückt, wird, wird eine in der Bohrung angeordnete Druckhülse, die natürlich wesentlich kleineren Querschnitt als die Nabe aufweist, zusammengedrückt werden, so daß die Dehnung und dadurch die Spannungserhöhung im. Befestigungsglied wesentlich verkleinert wird.

00982 A / U 5 2

Die Druckhülse kann mit Vorteil im Inneren der Bohrung und mit ihrem inneren Ende an einer Schulter der NaI)enbohrung anliegend angeordnet werden. Weiter kann die Hülse so ausgeführt werden, daß zwischen der Hülse und der Wandung der Bohrung der Nabe ein bedeutendes Spiel vorhanden ist, während zwischen der Druckhülse und dem Befestigungsglied ^; vorzugsweise ein geringes Spiel vorliegt. Dadurch wird die Druckhülse wesentlich langsamer als die Nabe erwärmt, und ihre Temperatur wird stark an diejenige des Befestigungsgliedes angenähert sein. Die Wärmedehnung, welche das Befestigungsglied aufnehmen muß, wenn der Temperaturunterschied zwischen Nabe und Befestigungsglied seinen Höchstwert hat, wird auf diese Weise wesentlich verkleinert, indem nur ein kleiner Teil der Wärmedehnung der Nabe auf das Befestigungsgliöd übertragen wird, Ohne daß es notwendig ist, dasselbe entsprechend kurzer zu machen.

Es wird einleuchten, daß die Elastizität der Verspannung erhöht werden kann durch die Anwendung von mehreren aneinandergereihten koaxialen Hülsen, die stirnseitig aneinander anliegen, z, B. einer inneren und einer äußeren Druckhülse mit einer dazwischenliegenden Zughülse, wobei die Hülsen jeweils vorzugsweise ein geringes Spiel gegeneinander haben, während das Spiel zwischen der äußeren. Druckhülse und der Wandung der Bohrung der Nabe verhältnismäßig groß ist.

Gemäß der Erfindung besteht das Befestigungsglied weiter aus einer mit der genannten einen Nabe verbundenen Zughülse und einem Spannglied, das mittels Gewinde mit der Zughülse in Eingriff gebracht und an das Ende der Druckhülse zum Anliegen kommen kann. Infolge der hülsenförmigen Ausbildung des Befestigungsgliedes wird der größere Teil des Werkstoffes im Befestigungsglied näher an. der Druckhülse zu liegen kommen, wodurch bei transienten Temperaturbedingungen die Temperaturen von Befestigungsglied bzw. Druckhülse einander näher gehalten

00982 A/U5 2.

werden können. Die Ausführung ergibt auch Vorteile in Bezug auf Festigkeit und Herstellung. So ist eine Hülse, die beispielsweise mittels Gewinde mit einem vorstehenden Zapfen an der Stirnfläche der einen Habe verbunden ist, aus Festigkeitsgründen vorzuziehen gegenüber einem Bolzen, der in diese Nabe eingeschraubt ist. Ein kurzer vorstehender Zapfen an der einen Nabe kommt natürlich wesentlich billiger in Herstellung als ein langer bolzenförmiger Zapfen, der eine genügende Länge hat, um sich durch die Bohrung der anderen Nabe hindurch zu erstrecken und selbst als Befestigungsglied zu dienen.

Das Spannglied kann von einer mit einem Außengewinde der Zughülse in Eingriff stehenden Mutter oder aus einem mit einem Innengewinde der Hülse in Eingriff stehenden Kopfbolzen ausgemacht sein.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung wird jetzt an Hand der Zeichnung beschrieben werden.

In der Zeichnung ist ein Ausschnitt eines Turbinenschaufel-^ rades für eine Radialturbine dargestellt. Das Schaufelrad setzt sich aus zwei Teilen 1 und 2 zusammen, die je eine Nabe 3 bzw. 4 und Schaufeln 5 bzw. 6 aufweisen. Die Naben und 4 liegen stirnseitig aneinander an und sind mittels einer bekannten Zahnkupplung 7 gegeneinander zentriert. Die Nabe W hat einen mittig vorstehenden Gewindezapfen 8, auf den eine Gewindehülse 9 aufgeschraubt ist. Die Schraubenverbindung zwischen dem Zapfen 8 und der Hülse 9 soll normalerweise nicht gelöst werden, und die Hülse 9 kann daher auch auf andere Art als mittels der dargestellten Gewindeverbindung · mit der Nabe 3 verbunden sein.

Die Hülse 9 liegt in einer mittigen Bohrung 10 der Nabe An dem der Nabe 3 zugekehrten Ende der Nabe 4 ist die Bohrung

0 0982 A/U52

ORIGINAL INSPECTED

10 verengt, wie "bei 11 dargestellt, um eine ringförmige Schulter 12 zu bilden. Eine Druckhülse 13 ist in der Bohrung 10 mit ihrem inneren Ende gegen die Schulter 12 anliegend und mit ihrem äußeren Ende in der Nähe des anderen Endes der Bohrung angeordnet. Ein Kopfbolzen 14 kann in die Zughülse 9 eingeschraubt und mit einem festen oder losen Plansch 15 gegen das äußere Ende der Druckhülse 15 zur Anlage kommen.

Wenn infolge der an den Schaufeln 6 vorbeistreichenden heißen Gase die Nabe 4 erwärmt wird, wird die axiale Länge der Nabe 4 zunehmen. Solange die Zughülse 9 wesentlich kalter als die Nabe 4 ist, wird eine solche Längenvergrößerung, insoweit sie auf die ZughüLse 9 übertragen wird, eine sehr hohe Spannung in derselben verursachen. Dadurch, daß der Abstand zwischen dem Plansch 15 und der Berührungsstelle 7 der beiden Naben 3 und 4 zum größten Teil von der Druckhülse überbrückt wird, die angenähert die gleiche Temperatur als die Befestigungshülse 9 hat, wird diejenige Wärmedehnung, die auf die Hülse 9 übertragen wird, während diese noch wesentlich kalter als die Nabe 4 ist, wesentlich kleiner werden als im lalle, daß der Flansch 15 an die äußere Stirnfläche der Nabe 4 anliegen würde. Hinzu kommt noch, daß die Druckhülse 13 etwas zusammengedrückt wird, so daß sie die infolge transienter Temperaturunterschiede entstehenden Spannungen im Befestigungsglied 9 noch weiter herabsetzen wird. Auf diese Weise wird es möglich, die Spannungen im Befestigungsglied 9 so niedrig zu halten, daß keine bleibenden Verformungen auftreten, die eine Lockerung der Verbindung verursachen könnten.

00 982 4/1-4 5

Claims

Patent an ep rue Ii e

( Λ .J Einrichtung zum stirnseitigen Verspannen der Naben zweier Sektionen (1, 2) eines Gasturbinenrades, bei der ein von der Stirnfläche der einen Nabe vorstehendes Befestigungsglied (9, 14) sich durch eine mittige Bohrung (10) der anderen Nabe (4) erstreckt und eine axiale Spannkraft auf diese überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkraft über eine das Befestigungsglied (9, 14) umgebende Druckhülse (13) übertragen wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dru-ckhülse (13) im Inneren der Bohrung (10) liegt und mit ihrem inneren Ende, an einer Schulter der anderen Nabe (4) anliegt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hülse (13) und der Wandung der Bohrung (10) der anderen Nabe (4) eini bedeutendes Spiel vorhanden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hülse (13) und dem Befestigungsglied (9, 14) wenig Spiel vorhanden ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsglied aus einer mit der genannten einen Nabe (3) verbundenen Zughülse (9) und einem Spannglied (14) besteht, das mittels Gewinde mit der Zughülse (9) in Eingriff gebracht und an das Ende der Druokhülse (13) zum Anliegen kommen kann.

0 0 9 8 2-A / U 5 2