DE2318059C3 - Mehifach-Laufschaufel für axial durchströmte Dampfturbinen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrfach-Laufschaufel mit über Stifte am Läuferkranz befestigtem Steckfuß für axial durchströmte Dampfturbinen, insbesondere für Regelstufen von Dampfturbinen, bestehend aus mehreren Laufschaufeln mit integrierten Deckplatten, die vor dem Einbau der Laufschaufeln in den Läufer der Dampfturbine durch Verschweißen der Stoßstellen der Deckplatten zur Mehrfach-Laufschaufel verbunden sind, wobei die Kerbwirkung der Schweißnähte durch Bearbeitung der Schweißwurzeln herabgesetzt ist.

Eine derartige Mehrfach-Laufschaufel ist aus der Zeitschrift»Konstruktion« l958,Seiten 180/181,bekannt. Die bekannte Mehrfach-Laufschaufel besteht aus drei getrennten Laufschaufeln mit integrierten Deckplatten und Fußansätzen. Sie sind untereinander sowohl an den Stoßstellen der Deckplatten als auch an den Stoßstellen der Fußansätze verschweißt, um die Mehrfach-Laufschaufel zu bilden. Außerdem ist an die Fußansätze noch ein für die Mehrfach-Laufschaufel gemeinsamer zweigabliger Steckfuß angeschweißt. Dies bedeutet also, daß für die Herstellung der bekannten Mehrfach-Laufschaufel insgesamt sechs Schweißdrähte erforderlich sind. Die Schweißnähte an den Stoßstellen können wegen ihrer ungünstigen Anordnung jeweils nur auf der außenliegenden Oberfläche bearbeitet werden. An der nicht zugänglichen Wurzelseite der Schweißnähte ist eine Abbohrung der Schweißwurzel vorgenommen, wodurch zwar die Kerbwirkung herabgesetzt ist, aber eine völlige Kerbfreiheit ist auf diese Weise nicht zu erreichen. Dadurch verhält sich die bekannte Mehrfach-Laufschaufel festigkeitsmäßig nicht wie ein einteiliges Stück.

Zur Befestigung der bekannten Mehrfach-Laufschaufeln dienen Tragbolzen, die auf den Fußteilungen sitzen. Praktisch muß also ein Tragbolzen die gesamten Belastungen der Mehrfach-Laufschaufel übernehmen, insbesondere die gesamte Wärmedehnung in Umfangsrichtung über mehrere Einzelschaufelteilungen. Dadurch ergibt sich für diese Tragbolze η eine Dicke, die wesentlich größer ist als für entsprechende Tragbolzen zur Befestigung von Einzel-Laufschaufeln. Infolge dieses größeren Querschnitts sind die Tragbolzen entsprechend weniger biegeelastisch.

Ein gemeinsamer, sich über die gesamte Länge der Mehrfach-Laufschaufel erstreckender Steckfuß hat somit den Nachteil, daß er Relativdehnungen zwischen Radkopf und Beschaufelung nur über die Bettungselas'izität sehr biegesieifer Stifte aufnimmt. Die Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischen Wechselbepnspruchungen sinkt damit beträchtlich.

Das gleiche gilt für eine vorbenutzte Mehrfach-Laufschaufel,bei welcher jeweils sechseinzelne Laufschaufeln

ίο mit integrierten Deckplatter, an Stoßsiellen der Deckplatten und an den Stoßstellen der Fußansätze untereinander verschweißt sind und an die außerdem noch die beiden Gabeln eines Steckfußes, der sich über die gesamte Länge der Mehrfach-Laufschaufel erstreckt.

angeschweißt wurden. Auch hier sind die Wurzeln der Schweißnähte in den Fußansätzen und in den Deckplatten für eine spätere kerbfreie Bearbeitung nicht mehr zugänglich, die Relptivdehnung zwischen Radkopf und Beschaufelung wird innerhalb des gemeinsamen Fußes aufgenommen und die Bettungselastizität ist, obwohl sie mit sechs Stiften erreicht wird (ein Stiftpaar für zwei Schaufeln), verhältnismäßig gering. Eine derartige Mehrfach-Laufschaufel hat also keine gute Wärmeelastizitäl und keine gute Festigkeit gegenüber thermischen Wechselbeanspruchungen.

Ferner sind bei einer aus dem Buch »Konstruktionen aus dem Dampfturbinenbau« von Dr.-1 ng. A. Loschge, Springer-Verlag 1955, Seite 7, Abb. 35a, bekannten Mehrfach-Laufschaufel die zunächst mit getrennten Schaufelfüßen versehenen einzelnen Laufschaufeln sowohl an den Deckplatten als auch an den Füßen zusammengeschweißt, so daß sich ein gemeinsamer, sich über die gesamte Länge der Mehrfach-Laufschaufel erstreckender Steckfuß ergibt. Als Befestigung dienen wiederum nur in der Fußieilung liegende relativ dicke Bolzen. Die bekannte Mehrfach-Laufschaufel ist starr und ihre Wärmeelastizität sehr gering. Bei der an der gleichen Stelle in Abb. 34 dargestellten Zwillings-Laufschaufel handelt es sich um direkt auf den Läuferkörper aufgeschweißte Laufschaufeln, die vorher auch an den Deckplatten zusammengeschweißt sind. Dadurch ergeben sich völlig abweichende Einspannverhältnisse ohne jegliche Elastizität im Fußbereich.
Weiterhin ist in der US-PS 23 08 426 beschrieben, daß bei axial durchströmten Dampfturbinen aus Gründen der statischen Festigkeit, insbesondere gegenüber den Fliehkraft- und Wärmebeanspruchungen, die einteiligen Laufschaufeln mit Schaufelfuß und integrierten Deckplatten jeweils gruppenweise an den Deckplatten miteinander verschweißt sind. Hs handelt sich dabei Lim verhältnismäßig lange Laufschaufeln, die einerseits eine hohe Biegeelastizitäl haben, und andererseits an ihrer Befestigung in dem Radkranz in einer Umfangsnut festgelegt sind. Da während des Betriebes der Dampfttirbinc nicht nur statische, sondern auch dynamische Wechselbeanspruchungcn, gegeben durch Dampfdruck und Temperaturdifferenzen, an den Laufschaufeln auftreten, ist gerade bei Laufschaufeln mit hoher Biegeelastizität die Verbindung zwischen den Deckplatten besonders gefährdet. Infolge der Umfangsiiiit wird auch bei der bekannten Anordnung die Vcrschweißung /wischen den einzelnen Deckplatten erst nach dem Einbau der I.aufschaufeln in den Radkranz vorgenommen, da sich jeweils nur eine Laufschaufel durch die tiinfüllöffnung in die Umfangsnut einführen läßt. Dies hat den Nachteil, daß die Schweißstelle nur von oben her leicht zugänglich ist und daß durch die Vcrschweißung der Deckplatten leicht Verunreinigungen in den Turbinen-

läufer gelangen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine betriebssichere und wärmeelaslischc Mehrfacb-Laufschaufel zu schaffen, die sich einfach herstellen läßt und auch dynamische Wechselbcanspnichungeii aufnehmen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Mehrfach-Laufschaufel gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß jede Laufschaufel einen getrennten Steckfuß aufweist, daß die Stifte zur Befestigung der Steckfüße lang und dünn sind und daß die Schweißnähte an den Stoßstellen der Deckplatten die einzige Verbindung der einzelnen Laufschaufeln untereinander zur Mehrfach-Laufschaufel bilden und allseitig kerbfrei bearbeitet sind.

Bei dieser erfindungsgemäßen Mehrfach-Laufschaufel sind also getrennte Einzelschaufel-Steckfüße vorhanden, von denen jeder über lange, dünne Stifte am Läuferradkranz befestigt ist. Dadurch ergibt sich eine elastische Bettung der Stifte und eine hohe Gesamtelastizität über eine Einzelschaufelteilung infolge des Verbundes Stiftbettung/Stiftbiegung/Fußbiegung/Blattbiegung/Dekkenplattenbiegung/Blattbiegung/Fußbiegung/Stiftbiegung/Stiftbettung. Außerdem ist jeder Stift nur mit dei Wärmerelativdehnung entsprechend dem geringen Abstand zum nächsten Stift beaufschlagt, d. h. wie bei det Befestigung von Einzel-Lauf schaufeln. Es ergibt sich dadurch eine gute Wärmeelaslizität. d.h. die Mehrfach-Laufschaufel ist sehr widerstandsfähig gegen niederfrequente thermische Wechselbeanspruchungen.

Da die Verschweißung der Stoßstellen der Eckplatten durch die Formgebung nicht nur an der äußeren, sondi rn auch an der inneren Oberfläche für eine kerbfreie Bearbeitung zugänglich ist, erzielt man eine Wechsclfestigke it, die der des Grundwerkstoffes entspricht. Trotz der getrennten einfachen Herstellung der einzelnen Laufschaufeln wirkt die Mehrfach-Laufschaufel festigkeitsmäßig an den Deckplatten wie ein einteiliges Stück und man erzielt ein Höchstmaß an Widerstandsfähigkeit gegen hochfrequente Wechselbeanspruchungen aus der Dampfanregung, insbesondere gegen die Ein- und Auslaufstöße der Regelstufe.

Weiterhin hat die Verwendung von gemäß der Erfindung ausgebildeten Mchrfachsehauleln den Vorteil, daß in den Radkränzen eine lückenlose Beschaufelung vorgesehen werden kann.

Hs ist vorteilhaft, daß die Verschweißung der Deckplatten arteigen Linier Schul/gas durchgeführt wird. Dadurch erhält die Schweißnaht die gleiche Wechselfe-Migkeil wie der Turbinenschaufclwcrkstolf.

Bei den außerhalb der Turbine hergestellten Mehrfachschaul'ein sind die Schweißnähte /wischen den Deckplatten allseitig zugänglich und bearbeitbar. Es empfiehlt sich daher, die Schweißnähte vor dem Einsetzen der Mehrfachschaurdn in die Radkränze allseitig kerblrei /u bearbeiten. Infolge der gegebenen arteigenen Verschweißung über den vollen Matenalquerschnitt und der Vermeidung jeglicher Kerbwirkungen hat dann die Verbindung der Deckplatten der Mehrfachschaufel die gleiche Gestaltfestigkeit wie ein einteiliges Werkstück.

Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel der Erlindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Ls zeigt

I" i g. I eine Ansicht auf eine radial ausgelichtete Stirnfläche einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Mehrfachst haufel.

Γ i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 11-11 in I i g. I und

E i g. J cine Aufsicht auf die Mehrfachschaufel nach Herstellung der Schweißnähte.

} iir den Einsät/ in Regolslufcn einer Dampluirbmc verwendet man gemäß der Erfindung ausgebildete Mehrfachschaufeln I. die sich jeweils aus drei I.aulschaufeln 2. 3 und 4 ähnlichen Aufbaus zusammensetzen. Jede Laufschaufel 2. 3 oder 4 ist einteilig mit einer Deckplatte 5 und einem Steckfuß 6 ausgebildet. Die Deckplallen 5 sind untereinander durch Schweißnähte 7 verbunden. Die Schweißnähte 7 verlaufen in der Regel abgeknickt, dem Blattprofil der Laufschaufeln 2. 3 oder 4 angepaßt. Sie sind daher einfach in Vorrichtungen herstellbar, derart, daß eine Verschwcil.Umg über den vollen Materialquerschnitt unter optimalen Schweißbedingungen erzielt wird. Nach einer entsprechenden Wärmebehandlung werden dann die Oberflächen 8 bzw. 9 der Schweißnähte 7 kerbin.·' bearbeitet. Dadurch erreicht man, daß die Gesialifesiigkeit der Verbindung der Deckplatten 5 untereinander der eines einteiligen Werkstücks entspricht. Da die Oberflächen 8 bzw. 9 der Schweißnähte 7 allseilig zugänglich sind, bietet deren saubere Bearbeitung keinerlei Schwierigkeiten.

/.wischen den ein/einen Steckfüßcn 6 der /u der Mehrfachschaufel I zusammengefaßten Laufschaufeln 2. 3 und 4 verbleibt jeweils ein Spalt 10. der genügend groß und bleibend vorhanden ist. um gleichbleibende Elastizilälsverhähnisse und eine definierte Schwingungsabstimmiing der Mehrlachschaulcln I /u erhallen. Auf diese Weiso ist die Mehrfachschaufel I geeignet, die während des Betriebes der Dampfturbinen auftretenden hohen Wechselbeanspruchungeii sowohl durch die Dampfkräfte als auch durch die unterschiedlichen Temperalurverleilungen /wischen Schaufel und Läufer ohne übermäßige Malerialbeanspruchung aufzunehmen. Bei gleicher Materialausnui/ung ist eine merkliche Reduzierung des Bauaufwandes möglich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mehrfach-Laufschaufel mit über Stifte am Läuferkranz befestigtem Steckfuß für axial durchströmte Dampfturbinen, insbesondere für Regelstufen von Dampfturbinen, bestehend aus mehreren Laufschaufeln mit integrierten Deckplatten, die vor dem Einbau der Laufschaufeln in den Läufer der Dampfturbine durch Verschweißen der Stoßstellen der Deckplatten zur Mehrfach-Laufschaufel verbunden sind, wobei die Kerbwirkung der Schweißnähte durch Bearbeitung der Schweißwurzeln herabgesetzt ist, dadurchgeker. nzeichnet.daß jede Laufschaufel (2,3,4) einen getrennten Steckfuß (6) aufweist, daß die Stifte zur Befestigung der Steckfüße lang und dünn sind und daß die Schweißnähte (7) an den Stoßstellen der Deckplatten (S) die einzige Verbindung der einzelnen Laufschaufeln (2, 3, 4) untereinander zur Mehrfach-Laufschaufel (1) bilden und allseitig kerbfrei bearbeitet sind.

2. Laufschaufel mich Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißung arteigen unter Schutzgas durchgeführt ist.