DE2247970A1

DE2247970A1 - Einrichtung zur halterung von laufschaufeln

Info

Publication number: DE2247970A1
Application number: DE19722247970
Authority: DE
Inventors: Paul D Saunders
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-10-05
Filing date: 1972-09-29
Publication date: 1973-04-12
Also published as: GB1339100A; JPS538004B2; JPS4844606A; US3746468A; SE382341B; IT968595B

Description

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Augsburg, den 2.8. September 1972

Westinghouse Electric Corporation, West'inghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15 222, V,St,A.

Einrichtung zur Halterung von Laufschaufeln

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Halterung von Laufschaufeln an mindestens einen Schaufelkranz aufweisenden Turbinenläufern«

Bei mehrstufigen Turbinen v/eisen die einzelnen Stufen eine unterschiedliche Anzahl von Schaufeln auf,

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so daß es teuer ist, die Pußteile der Schaufeln für jede Stufe gesondert zu bearbeiten. Wenn zur Befestigung jeder Schaufel an dem Läufer nur ein einzelner Fußteil zur Verfügung steht, steigt außerdem die Wahrscheinlichkeit eines Schaufelfußbruches, wenn ein Bruch an bzw* in der Nähe der Schaufeloberfläche eine Spannungskonsentration hervorruft, welche zu Ermüdungsrissen führen kann, die sich schnell über den gesaraten Fußteil fortpflanzen und schließlich ermöglichen, daß die Schaufel von dem Läufer wegfliegt. Ein solcher Schaufelbruch führt zu großen Schäden an der Turbine und gefährdet das Bedienungspersonal,

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Schaufelfußteile von Laufschaufeln an Turbinenläufern derart mit einer billig herstellbaren Einrichtung zur Halterung zu versehen, daß die Wahrscheinlichkeit eines Schaufelschadens verrindert wird.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Einrichtung zur Halterung von Laufschaufeln an mindestens einen Schaufelkranz aufweisenden Turbinenläufern, welche gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schaufeln und der Läufer jeweils zusammenwirkende axiale Nuten mib jeweils sich verengenden

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radialen öffnungen, aufweisen und daß eine Vielzahl von axial in diesen Nuten angeordneten Zapfen'im Querschnitt derart ausgebildet ist, daß sie die Schaufeln fest an dem Läufer haltern.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig« 1 - in perspektivischer Darstellung

einen Teil eines mittels der Einrichtung nach der Erfindung an einem Läufer befestigten Laufschaufelkranzes,

Fig. 2 eine weitere bevorzugte Aus

führ ungs form der in Fig© I dargestellten Einrichtung nach der

Erfindung,

Fig. 3 noch eine weitere bevorzugte

Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung, nach der Erfindungj

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Fig. k nochmals eine weitere bevorzugte

Ausführungsform der in Fig, I dargestellten Einrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 5 einen Schnitt auf der Linie V-V

in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Kranzes von Laufschaufeln 1, welche auf einem Rotor 3 einer Dampfturbine bzw» einer anderen Strömungsmaschine angeordnet sind· Die Schaufeln 1 weisen jeweils einen Fußteil 5 auf, welche jeweils Segmente eines den Läufer 3 fest umschließenden Ringes bilden. Die Fußteile 5 sind mit einer Vielzahl axial angeordneter Nuten 7 versehen, welche auf ebenfalls axial angeordnete Nuten 9 in dem Läufer ausgerichtet sind« Die Nuten bzw. 9 erweitern sich in radialer Richtung in die Schaufeln bzw» den Rotor hinein und sie sind so geformt, daß sie eine Vielzahl von Zapfen 11 aufnehmen, deren Querschnitt die Form eines eingebuchteten Ovals hat. Die Nuten 7 9 und die Zapfen 11 sind jeweils abgerundet und weisen keine scharfen übergänge auf, so daß dann, wenn die zusammenwirkenden Flächen derselben aneinanderliegen, keine Spannungskonzentrationen auftreten, welche an scharfen

übergängen eines beanspruchten Teiles sonst normalerweise vorhanden sind. Die abgerundeten Nuten bilden außerdem vorteilhafterweise eine Vielzahl von Endflächen für Ermüdungsbrüche, welche sich in dem Fußteil der Schaufeln bzw. in dem Läufer ausbilden können. Dadurch, daß in jedem Pußteil bzw. in dem Läufer eine Vielzahl von Nuten angeordnet ist, können sich Ermüdungsbrüche entwickeln und über ein Segment des Pußteiles der Schaufel bzw. über den Läufer fortpflanzen, ohne daß die Schaufel von dem Rotor wegfliegen kann, da die Nuten 7 und wie Bohrungen wirken, welche am Ende des Bruches angebracht worden sind, um dessen Portpflanzen über den übrigen Teil der Schaufel bzw. des Läufers zu stoppen.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 kann eine Vielzahl kurzer Zapfen 11' verwendet werden, um einen noch größeren Schutz gegen das Wegfliegen einer Schaufel von dem Läufer zu gewährleisten. Da die kurzen Zapfen 11» jeweils gesonderte Teile sind, kann ein sich von einem Zapfen aus entwickelnder Ermüdungsbruch sich nicht in benachbarte Zapfen hinein fortpflanzen und es müssen sich erst Ermüdungsbrüche in mehreren Zapfen bilden und zu deren Versagen führen, bevor eine Schaufel von dem Läufer wegfliegen kann.

In Fig. 3 ist eine Anordnung dargestellt, bei welcher die Fußteile 5 der Schaufeln 1 aneinanderstoßende Seiben-

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flächen 13 aufweisen, welche derart zusammenwirken» daß eine Nut 7^f gebildet wird, welche zur Aufnahme des Zapfens auf die Nut 9 in dem Läufer ausgerichtet ist« Di? Nuten 7^f an den Seitenflächen bzw, Rändern 13 der Fußteile 5 sind billig herstellbar» Außerdem ermöglichen sie zusätzliche Variationsmöglichkeiten der gesamten Turbinenkonstruktion, da die gleiche Anzahl von NuUen in dem Läufer mit einer unterschiedlichen Anzahl von

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Schaufeln verwendet werden kann.

In den Figuren 4 und 5 sind die aneinanderstoßenden Seitenflächen 13' der Pußteile 5* entsprechend der gekrümmten Form des Schaufelquerschnitts gekrümmt ausgeführt, so daß sie sich über eine größere Anzahl von Zapfen 11 erstrecken und dadurch für eine gleichmäßigere Verteilung von Spannungen sorgen, da sie die Schaufelfüße jeweils von ihrer Vorderkante bis zu ihrer Hinterkante haltern.

Die oben im einzelnen beschriebenen Schaufelbefestigungen führen vorteilhafterweise zu einem Schaufelfußteil mit einem großen Trägheitsmoment und Widerstandsmoment» welches Schwingungsbeanspruchungen standhält» außerdem zu einem steifen Pußaufbau, durch welchen die Drehzahl bei welcher die Schaufel festsitzt, vergrößert werden kann; außerdem können die Nuten in einer genormten Größe ausge-

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führt und dadurch die Bearbeitungskosten herabgesetzt und schließlich kann zur Herstellung der Zapfen 11 hochfestes Material verwendet werden. Durch die Verwendung von Zapfen 11 aus· hochfestem Material verrringert sich die Größe der Nuten und damit die Menge desjenigen Materials,, welches zur Herstellung der Nuten entfernt werden muß» Durch die Verwendung einer Vielzahl von Zapfen wird ein , großes Widerstandsmoment aufrechterhalten.⁰ Die Zapfen sind derart angeordnet, daß sich die Spannungen im wesentlichen nur als Zugspannungen äußern, welche gleichmäßig über den Zapfen verteilt sind und die Schaufelfußteile von Biegungsbeanspruchungen freihalten, welche sich durch starke zyklische Außenflächenspannungen äußern, die zu Ermüdungs- brüchen an der Oberfläche führen, welche sich, wenn sie erst einmal begonnen haben, schnell durch den gesamten Aufbau fortpflanzen.

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Claims

■ ■' . · Patentansprüche:

(1.^Einrichtung zur Halterung von Laufschaufeln an

mindestens einen Schaufelkranz aufweisenden Turbinenläufern, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (1) und der Läufer (3) jeweils zusammenwirkende axiale Nuten (7, 9) mit jeweils sich verengenden radialen öffnungen aufweisen und daß eine Vielzahl von axial in diesen Nuten angeordneten Zapfen (11 bzw. 11') im Querschnitt derart ausgebildet ist, daß sie die Schaufeln fest an dem Läufer haltern.

2. Einrictung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Nuten (7, 9) des Läufers (3) und der Schaufeln (1) kongruent sind.

3· Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Zapfen (11 bzw, 11*}

jeweils i. e. die Form von radial angeordneten, ausgebuchteten Ovalen aufweisen und daß die Nuten (7, 9) der Schaufeln (1) und des Läufers (3) derart geformt und zueinander angeordnet sind, daß sie die Zapfen ohne Spiel aufnehmen. *

¹I. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (1) jeweils

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einen, ein Ringsegment bildenden Fußteil (5)· aufweisen, welche zusammen den.Laufer 0) fest umschließen, unddaß diese Pußteile jeweils mindestens zwei axiale Nuten (7) aufweisen, welche auf gleiche Nuten (9)in dem Läufer ausgerichtet sind und in welchen die Zapfen (11 bzw. II¹) angeordnet sind,

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,, daß mindestens einige der Zapfen (11) in Nuten (7 bzw. 7') angeordnet sind, welche sich mindestens über zwei benachbarte Schaufelfußteile (5 bzw. 5^r) erstrecken (Pig. "3 bzw. Fig. 4).

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