DE2217085A1 - Gegliederte huelse fuer turbinenlaschung - Google Patents

Description

Gegliederte Hülse für Turbinenlaschung

Die Erfindung betrifft allgemein die Konstruktion von Turbomaschinen wie beispielsweise. Dampfturbinen, Gasturbinen, axiale und zentrifugale Strömungsmittelverdichter und Propeller. Insbesondere betrifft die Erfindung Laschungen für die Laufschaufeln in einer Turbomaschine.

Turbomaschinen können allgemein in zwei Arten unterteilt werden. Ein Typ einer Turbomaschine wird angetrieben durch ein strömendes Arbeitsmittel, welches durch einen Laufschaufelweg hindurchgeht und bewirkt, daß sich die Turbinenlaufschaufeln drehen und dadurch auch die Turbinenwelle gedreht wird. Bei dem anderen Typ

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von Turbomaschinen dreht sich die Welle und bewirkt eine Drehung der Laufschaufeln und dies erzeugt eine Bewegung des Strömungsmittels durch die Turbomaschine hindurch. Bei beiden Arten von Turbomaschinen werden Bewegungs- oder Antriebskräfte von der Welle auf das Strömungsmittel und umgekehrt übertragen und zwar jeweils über die Turbinenlaufschaufeln.

Turbinenlaufschaufeln sind manchmal lange, dünne Teile, die in stärkstem Maße beeinflußt werden durch die verschiedensten Kräfte, die in den Umgebungsverhältnissen der Turbomaschine wirken. Diese Kräfte verursachen Belastungen in den Turbinenlaufschaufeln und diese können bezeichnet werden als Wärmebelastungen, Zentrifugalbelastungen, Biegebelastungen und Verwindungsbelastungen, oder Torsionskräfte. Die physikalischen Faktoren, welche diese Belastungen verursachen können, können beispielsweise die Drehung der Turbinenwelle mit einer hohen Drehzahl, an der die Laufschaufeln befestigt sind, sein, oder die Reaktionskräfte, welche auf die Laufschaufeln beim Kontakt des mit hoher Geschwindigkeit bewegten Strömungsmittels oder bei der Bewegung des Strömungsmittels auf eine hohe Geschwindigkeit durch die Laufschaufeln auftreten. Diese Belastungen können gemeinsam oder einzeln eine starke Vibration oder Biegung oder Pehlausrichtung oder sogar einen Defekt von Laufschaufeln verursachen. Das Endergebnis dieser Schwierigkeiten ist ein Verlust des Wirkungsgrades, ein Defektwerden der Turbine und sogar eine Beschädigung zugeordneter Turbinenteile.

Eine bekannte Methode zur Verminderung der Vibration von Turbinenlaufschaufeln besteht darin, alle Laufschaufeln eines Turbinenrades mit Hilfe eines einzigen Bandes oder Drahtes zusammenzulaschen. Dies ist manchmal nicht wirksam, da die Laufschaufeln dazu neigen, in radialer Richtung und quer zueinander zu vibrieren und dadurch eine Formänderung oder einen Bruch des Bandes bewirken. Eine weitere Methode zur Verminderung der Vibration

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von Turbinenlaufschaufeln besteht darin, jede Turbinenlaufschaufel mit der benachbarten Turbinenlaufschaufel zusammenzulaschen mittels eines starren Verbindungsteils. Diese Art von Laschung versagt oft wegen der hohen Belastungskonzentrationen am Punkt der Verbindung mit den Turbinenlaufschaufeln.

Die beiden oben genannten Laschungen sind auch dann nicht zufriedenstellend, wenn siejintakt bleiben, da auch in diesem Falle hohe Torsionsbelastungen auf die LaufSchaufelverbindungsteile wegen der wechselnden Verwindung von Laufschaufeln ausgeübt werden. Außerdem erfordert die Verwendung eines Laschungsdrahtes eine Bohrung in der Laufschaufel und dies.e kann sich in einem Bereich hoher Belastung befinden.

Bei anderen vorbekannten Vorschlägen wurden nicht-starre Verbindungen zwischen den Laufschaufeln vorgesehen, aber diese verhinderten das Verwinden der Laufschaufeln und das Zurückgehen aus dem verwundenen Zustand. Daher können in einer transversalen Ebene diese nicht-starren Verbindungen ebensogut als starr angesehen werden wegen der Biegemoment-Belastungen, die in den Verbindungsteilen erzeugt werden.

Schließlich wurde bei mindestens einem vorbekannten Verbindungsteil der Versuch unternommen, die Verwindung und Entwindung der Laufschaufel zu berücksichtigen. Die Konstruktion war jedoch relativ kompliziert und erforderte die Anwendung von Schwenkzapfen und Schwenkgliedern.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Laschurgseinr.ichtung für Turbinenlaufschaufeln zu schaffen, die unter gewchnlichen Betriebsbedingungen frei von transversalen Belastungen ist.

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lauf der normalen Verwendung und Entwindung von Turbinenlaufschaufeln gestattet.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Laschungseinrichtung für eine Turbinenlaufschaufel zu erhalten, welche eine extreme und außergewöhnliche different-! eile Lauf Schaufelbewegung verhindert .

Es ist ein weiteres Zi'el der Erfindung, eine Laufschaufel- Laschungseinrichtung zu schaffen, die eine minimale Querschnittsfläche zur Verbindung der Turbinenlaufschaufeln untereinander erfordert und eine relativ einfache Konstruktion besitzt.

Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind ersichtlich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Fig. 1 ist eine Ansicht eines Teils eines Turbinenrades und zeigt eine Anwendung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Draufsicht des Schnittes II - II eines Paars untereinander verbundener Turbinenlaufschaufeln während des Stillstandes des Turbinenrades unter Verwendung der gegenwärtigen Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht des Schnittes II - II eines Paars untereinander verbundener Turbinenlaufschaufeln während der Laufdrehzahl des Turbinenrades.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht des miteinander verbundenen Bolzens und Hülse.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Laschung für Turbinenlaufschaufeln für ein Turbinenrad mit einer Vielzahl von in ra-

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dialer Richtung verlaufenden Laufschaufeln vorgesehen. Auf jeder Laufschaufeloberfläche wird ein Ansatz oder Bolzen ausgebildet und gegenüberstehende Bolzen sind scharniermSßig durch eine Hülse miteinander verbunden. Diese Hülse ist mit Spiel und zweckmäßig gestalteten Aussparungen ausgestattet, um eine beschränkte Entwindung von Laufschaufeln zuzulassen, ohne dabei die Ausübung von Ouerbelastungen auf die Hülse und die Bolzen zu verursachen.

In den Abbildungen ist ein Turbinenrad dagestellt und mit der Bezugsziffer 11 bezeichnet und besteht aus einer, Vielzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden Laufschaufeln 13, die mit Hilfe einer Schwalbenschwanzverbindung 15 am Rotor 17 einer Turbomaschine befestigt sind. Die Art und Weise der Befestigung der Laufschaufeln 13 am Rotor 17 ist nur beispielhaft dargestellt und es kann in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung jedes der an sich bekannten Befestigungsverfahren verwendet werden.

Jede Laufschaufelfläche 19 ist mit einem Ansatz 21 und einem Bolzen 22 ausgestattet gemäß den Darstellungen in Fig. 2 und 3· Der Ansatz 21 und der Bolzen 22 können nach irgendwelchen bekannten Verfahren hergestellt werden. Sie werden vorzugsweise an einem Punkt in dem Bereich zwischen der Hälfte und zwei Drittel der radialen Entfernung vom Außenrand der Turbinenlaufschaufel angeordnet. Zwischen gegenüberstehenden Bolzen 22 ist eine Hülse 23 beweglich befestigt und verbindet dadurch die Turbinenlaufschaufeln untereinander. Die Bolzen 22 werden allgemein durch spanabhebende Bearbeitung aus einem Teil des Ansatzes 21 herausgearbeitet, der durch einen Schmiedevorgang oder auf andere Weise an der Fläche der Laufschaufeln 13 befestigt wird. An den Bolzen

22 ist ein Radius 24 ausgebildet und unterstützt diejßewegungsmöglichkeit der Hülse 23 gemäß der nachstehenden Beschreibung.

V/ie aus Fig. *J ersichtlich, besitzen der Bolzen 22 und die Hülse

23 etwa ähnlichen Querschnitt. Vorzugsweise sind die Querschnitte der Hülse 23 und des Bolzens 22 stromlinienförmig gestaltet, um

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einen besseren Strömungsweg für das Strömungsmittel zu besitzen. Ein nicht-kreisförmiger Querschnitt vermindert die Rotation der Hülse 23 um den Bolzen 22, welche sonst bei gewissen Strömungszuständen des Strömungsmittels auftreten und dabei eine vorzeitige Abnutzung der Einrichtung bewirken könnte.

Die Hülse 23 ist mit zwei seitlichen Abschnitten ausgestattet, wobei jeder Abschnitt oder weggenommene Teil (cut) an jedem Ende des Hülsenteils 23 angebracht und ein Abschnitt diagonal entgegengesetzt und parallel zu dem anderen Abschnitt ist bei der Betrachtung gemäß Fig. 2 und 3. Die Abschnitte 25 erstrecken sich jeweils von einer der beiden Seiten der Hülse 23 zu einem Punkt etwa mitten zwischen den beiden Seiten der Hülse. Die.se Abschnitte 25 in der Hülse 23 gestatten eine Verwindung und Entwindung der Laufschaufeln 13 zu einem begrenzten Maße, ohne dabei Querbelastungen auf die Bolzen 22 zu entwickeln, welche gewöhnlich sehr beträchtlich sein können.

Gemäß der Ansicht nach Fig. ¹J sind freie Zwischenräume 27 und 29 zwischen dem Bolzen 22 und dem inneren Umfang der Hülse 23 vorhanden. Der Zwischenraum 27 wirkt dabei zusammen mit dem Radius 24 an dem Bolzen 22 und gestattet eine geringe Bewegung in der Querrichtung während der Verwindung und Entwindung der Laufschaufeln. Der Spielraum 29 1st stärker- ausgeprägt, wenn die Maschine ihre volle Drehzahl erreicht hat, da hierdurch die Hülse 23 radial nach außen verschoben wird, und dies gestattet eine Bewegung-smöglichkeit in der radialen Richtung zwischen aneinandergrenzenden Laufschaufeln 13. Weiterhin gestatten zusätzliche Spielräume 31 zwischen jedem Ende der Hülse 23 und dem Bolzen 22 auf der Oberfläche der Laufschaufel 13 eine weitere Bewegungsmöglichkeit für die Laufschaufel 13.

Die Abbildungen zeigen die Laufschaufeln 13 in einer verwundenen Lage während des Stillstandes. Dies ist die bevorzugte Konstruktion, da sie eine Entwindung der Laufschaufeln 13 bei der vollen

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Drehzahl der Maschine gestattet. Es ist jedoch auch möglich, die Laufschaufeln 13 im Stillstand In einer entwundenen Weise auszurichten, so daß sie sich dann bei der Drehung verwinden.

Die Laschungseinrichtung arbeitet wie folgt. Mit dem Auflaufen einer Turbomaschine auf die volle Drehzahl besitzen die an dem Rotor 17 befestigten Laufschaufeln I3 eine Neigung dazu,- sich je nach Befestigung der Laufschaufeln auf dem Rotor entweder zu verwinden oder zu entwinden. Wie in den Sequenzdarstellungen der Fig. 2 und 3 gezeigt, werden die Aussparungen 25 (cuts) auf der Hülse 23, die freien Spielräume auf der Hülse 27, 29, 3I der Radius 2k auf dem Bolzen 22 und die zugeordneten inneren Spielräume gestatten, daß sich die Laufschaufeln I3 um einen zulässigen Betrag relativ zueinander bewegen, ohne dabei eine Querbelastung auf die Bolzen 22 und die Hülse 23 auszuüben. In ihrer Auswirkung gestattet daher die Erfindung, daß im Inneren der Laufschaufellaschung eine veränderungsfähige Beziehung besteht anstelle der Einführung von Querbelastungen in die Lasehung.

Da die Hülse 23 durch den Bolzen 22 getragen Ist, besteht ein funktioneller Dämpfungseffekt zwischen benachbarten Laufschaufeln 13, der beim Lauf der Maschine die Vibrationsbelastungen vermindert

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Laufschaufellaschung für einen Turbinen-Maschinenrotor mit einer Vielzahl von radial verlaufenden Rotorlaufschaufeln, die am Umkreis des Turbinenrotors befestigt sind und wobei jede Rotorlaufschaufel so benachbart zu einer anderen Rotörlaufschaufel befestigt ist, daß eng benachbarte gegenüberstehende Laufschaufelflächen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen in jeder Laufτ schaufelfläche ausgebildeten Ansatzteil (21, 22)enthält und eine mindestens zwischen zwei gegenüberstehenden Ansätzen (21, 22) eingefügte Hülse (23), wobei jeder Ansatzteil (21,22) teilweise sich in die Hülse (23) hinein erstreckt, ein Spielraum (31) zwischen jedem Ende der Hülse (23) und der entsprechenden Laufschaufelfläche vorhanden und die Hülse frei bewegbar ist bei der gewöhnlichen Verwindung und Entwindung der Turbinenlaufschaufeln.

2. Laufschaufellaschung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Spielräume (31) durch ein Paar im wesentlichen paralleler und diagonal gegenüberstehender radial verlaufender seitlicher Abschnitte (25) an jedem Ende der Hülse (23) gebildet sind.

3. Laufschaufellaschung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt (25) sich von jeweils einer Seite der Hülse (23) etwa bis zur Mitte der Hülse erstreckt.

h. Laufschaufellaschung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ansatz (21) mit einem Radius (2¹I) ausgebildet ist.

5. Laufschaufellaschung nach einem der Ansprüche 1 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß freie Spiel-

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räume (27, 29) zwischen dem Ansatz (21) und der inneren Umfangsflache der Hülse (23) vorhanden sind.

6. Laufschaufellaschung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatzteil (21, 22) und die Hülse (23) einen nicht-kreisförmigen Querschnitt besitzen,

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