DE2402151A1 - Turbinenrotor - Google Patents

Description

Patentanwälte ^ 3 5 O

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TUEBIKEfTROTOR

Die Erfindung betrifft einen Turbinenrotor, insbesondere für eine Dampfturbine und vor allen Dingen einen geschweissten Rotor, der aus einer Folge von axial angeordneten aneinandergeschweissten Elementen besteht und zwei massive Endscheiben sowie mehrere zwischen diesen massiven Endscheiben angeordnete Ringe umfasst.

Das Verschweissen von einen Rotor bildenden Elementen ist von mehr oder weniger grossen Verformungen begleitet, je nachdem, welches Schweissverfahren verwendet und wie es angewendet wird. Bei sehr grossen Verformungen kann es sein, dass der Rotor als Ausschuss betrachtet werden muss? auf jeden Fall'

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erfordern sie eine teure X^Tachbe arbeitung des Rotors, wenn sie nicht in engen Grenzen gehalten werden.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen Rotor, der elektronenstrahlverschweisst wird oder mit Hilfe eines Laserstrahls geschweisat wird, Yiena. mit diesem letzteren Verfahren ausreichende Energien erreicht werden; er wird also mit Schweissverfahren bearbeitet, mit denen die Verformungen der Elemente nach ihrem Zusammenbau.ihn voraus bestimmt werden können. Darüber hinaus ergeben solche Verfahren eine geringe Streuung in den Verformungen.

Die Erfindung befasst sich mit einem Turbinenrotor der geschweissten oben genannten Bauart, bei dem weitgehend die axialen Verformungen beim Zusammenschweissen der Bestandteile vermieden werden. Dies trifft insbesondere zu, wenn das angewandte Sohweissverfahren ein Elektronenstrahlschweissverfahren ist. Der erfindungsgemässe Rotor ist dadurch gekennzeichnet, dass jede der massiven Endscheiben eine axiale Ausstülpung aufweist, die jeweils der anderen Scheibe gegenüberliegt, und dadurch, dass die Ringe auf einer Hohlwelle sitzen, deren Enden auf die axialen Ausstülpungen aufgeschäftet sind.

Diese Hohlwelle ermöglicht eine starre Montage der Ringe und eine vollkommene Führung der zusammenzuschweissenden Elemente. Mit ihr kann der Rotor während der Fertigung gehandhabt werden (übergang von einer senkrechten in eine waagerechte Stellung oder umgekehrt), ohne zu Verformungen am Rotor zu führen. Die Hohlwelle bietet den sich aus dem Rotorgewicht er-

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gebenden Biegemomenten beim Anhalten und beim Kotieren"mit geringer Geschwindigkeit bei den Schweissarbeiten einen guten Widerstand.

Die Länge der Hohlwelle wird unter Berücksichtigung der Summe der mittleren axialen. Schrumpfung bestimmt, die für alle Schweissnähte zusammen vorgesehen werden muss.

Vorzugsweise ist der Innendurchmesser der Hohlwelle konstant, während der Aussendurchmesser an jedem Abschnitt dem Innendurchmesser des entsprechenden, an diesem Abschnitt montierten Rings angepasst ist. Die Innendurchmesser der Ringe nehmen im allgemeinen in Strömungsrichtung des Antriebsmediums der Turbine ab. Wenn die Aussendurchmesser der Hohlwelle auf diese Weise durch die Innendurchmesser der Ringe bestimmt sind,, wird der Innendurchmesser der Welle so gewählt, dass die Stärke der Hohlwelle an jeder Stelle genügend gross ist, um zu gewährleisten, dass die Welle aufgrund ihres Eigengewichts bei Stillstand und bei geringer Rotationsgeschwindigkeit während einer bestimmten Anzahl von Zjrkien (abwechselnde Biegebeanspruchung), vor allen Dingen an den Wellenabschnitten, die auf die axialen Ausstülpungen aufgeschäftet sind, keinen über die Toleranzen hinausgehenden Verformungen ausgesetzt ist.

Die länge der axialen Ausstülpungen muss ausreichend für ein einfaches, spielfreies oder leicht gespanntes Aufschäften sein, das den an dieser Stelle unter dem Gesamtgewicht des Rotors oder bei der abwechselnden Biegebeanspruchung bei

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geringer Drehgeschwindigkeit auftretenden Biegemomenten widersteht. Es wurde festgestellt, dass diese Bedingung erfüllt wird, wenn die axialen Ausstülpungen zylindrische Form aufweisen und ihre Länge mindestens einem Viertel des Durchmessers entspricht.

Als vorteilhafte Stärke e des Hohlwellenendes wurde ein Wert herausgefunden, der funktional mit dem Aussendurchmesser ψ dieser Hohlwelle an diesem 7?nde, der dem Innendurchmesser des letzten Ringes entspricht, gemäss der folgenden Gleichung zusammenhängt :

f 4 _ _(f _ _{2 e)} 4 _{= (fJ} _ _{2 e)}4

So ist die Eigentragheit der axialen Ausstülpung gleich der Trägheit der Hohlwelle _s und es ergibt sich in diesem Bereich der Aufschaltung kein schwacher Punkt.

Um eine Sicht- oder Böntgenprüfung der Schweisstellen zwischen den Fingen vorzunehmen, können an den diesen Schweissstellen gegenüberliegenden Stellen löcher in die Hohlwelle gebohrt v/erden. So verfügt man über mindestens zwei mit 18O° zueinander liegende Löcher.

Die Prüfung der Schweisstellen zwischen einer massiven Endscheibe und dem angrenzenden Bing kann nicht auf liese Weise durchgeführt werden, da die Unterseite dieser Schweissstellen nicht zugänglich ist. Bei dieser Verbindimgsart und um eine zu starke oder zu schwache Durchdringung des Elektronenstrahls zu vermeiden, kann an den unteren Stellen der miteinander zu verschweissenden Teile eine Wulst vorgesehen werden,

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beispielsweise der Art; wie sie in der französischen Patentanmeldung Wr. 71 30 605 vom 23.8.1971 beschrieben ist und eine Zone ohne mechanische Spannungen darstellt. Diese Wulstform hat gleichzeitig den Vorteil, eine Ultraschallprüfung zu ermöglichen .

Unter Bezug auf die beigefügte Figur wird nachfolgend ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemässen Rotors beschrieben,

Diese Figur stellt einen axialen Schnitt durch einen Doppelstromdampfturbinenrotor dar, ohne dass die Turbinenschaufeln eingezeichnet sind.

Gemäss dor Figur trifft der Doppeldampfstrom Jn der Mitte des Rotors an der Stelle 1 ein. Ein erster Strom durchläuft den Rotor, indem er nacheinander auf die nicht dargestellten Schaufeln der Ringe 2, 3 und 4 sowie eine massive Endscheibe 5, die von einem Wellenabschnitt 6 getragen wird, einwirkt. Auf die gleiche Weise durchläuft der zweite Dampfstrom den Rotor, indem er nacheinander auf die nicht dargestellten Schaufeln der Ringe 7, 8 und 9 sowie eine massive Endscheibe 10 einwirkt; die auf einem Wellenabschnitt 11 sitzt.

Die Ringe 2, 3? 4, 7, 8 und 9 sind mit geringer Spannung auf eine Hohlwelle 12 aufgebracht, die mit ihren Enden auf zylindrische Ausstülpungen 13 und 14 aufgeschäftet ist, die jeweils zu der Scheibe 5 bzw. der Scheibe 10 gehören. Die Hohlwelle 12 hat einen konstanten Innendurchmesser und einen Aussendurchmesser, der an seinen verschiedenen axialen -Abschnitten dem

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Innendurchmesser des entsprechend on Bings angepasst ist. Die Binge und die Endscheiben sind miteinander durch Schweissverbindungen 15, 16, 17, 18, 1?, 20 und 21 verbunden.

Bei der Fotorfertigung wird die Hohlwelle 12 zunächst in eine horizontale Stellung gebracht, und die Binge 2 und 7, die den grössten Innendurchmesser besitzen, werden als erste montiert, danach die Bmge 3 und 8 und schlxesslich die Binge 4 und 9. Die Binge werden miteinander durch mit Hilfe de3 Elektronenstrahlenschweissveriahrens hergestellte Schweissnahte 16, 17, 18, 19 und-20 miteinander verbunden. Die Löcher 22, 23, 24, 25, 26, die jeweils in der Ebene der Schweissnähte 16, 17, 18, 19, 20 liegen, ermöglichen die Sicht- oder Böntgenkontrolle dieser Schweisstellen.

Die Hohlwelle 12 wird anschliessend in senkrechte Stellung gebracht und auf eine der Ausstülpungen 13 bzw. 14 aufgeschäftet; danach wird die diese Ausstülpung tragende Scheibe mit dem benachbarten Bing durch Elektronenschweissverfahren verbunden; anschliessend wird das gleiche Verfahren auf die andere Endscheita angewendet.

Bei dem erfindungsgemässen Botor ist vorgesehen, dass die Bestandteile des Botors zuvor so bearbeitet werden, dass sie ihre endgültigen Formen und Abmessungen haben und dann zum Botor zusammengebaut werden, ohne dass sie praktisch nach d&m Zusammenbau noch irgendeiner Fachbearbeitung bedürfen.

-Patentansprüche-409831/0328

Claims (6)

1. 2402ffi

   PATENTANSPRÜCHE

   Λ Turbinenrotor, der aus einer axialen Folge von miteinander verschweissten Elementen besteht, die als,zwei massive Endscheiben und mehreren zwischen diesen Endscheiben angeordnete Ringe ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede der massiven Endscheiben (5, 1Ö) eine axiale Ausstülpung (13, 14) aufweist, die der anderen Scheibe jeweils gegenüberliegt, und dadurch, dass die Ringe (2, 3, 4, 7, 8, 9) auf eine Hohlwelle (12) montiert werden, deren Enden auf diese axialen Ausstülpungen aufgeschäftet werden.
2. 2. Turbinenrotor gemäss Anspruch 1, da dur ch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (12) einen konstanten Innendurchmesser aufweist, während der Aussendurchtnesser in jedem Abschnitt dem Innendurchmesser des diesem Abschnitt jeweils entsprechenden Ringes angepasst ist.
3. 3· Turbinenrotor gemäss Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, dass die Länge der axialen Ausstülpung der Endscheiben mindestens gleich einem Viertel des Durchmessers ist.
4. 4. Turbinenrotor gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser ψ und die Stärke e der Hohlwelle an ihren aufgeschäfteten Enden miteinander über folgende Gleichung miteinander in Beziehung stehen: y ¹^ - (f - 2 e) ⁴ = (f - 2 e)⁴.

   409831/0328 ·/.
5. 5. Turbinenrotor gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (12) mit den Schweissteilen (16, 17, 18, 19, 20) zwischen den einzelnen Ringen gegenüberliegenden Löchern (22, 23, 24, 25, 26) versehen werden kann, durch die die Schweisstellen einer Sicht- oder Röntgenprüfung unterzogen werden können.
6. 6. Herstellungsverfahren für einen Turbinenrotor gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elemente zuvor in der Weise fertig bearbeitet werden, dass sie ihre endgültigen Formen und Abmessungen erhalten und anschliessend zum Rotor zusammengebaut werden, ohne dass sie nach dem Zusammenbau einer weiteren Bearbeitung unterzogen werden müssten.

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