DE2527313C3 - Gehäuse für axial durchströmte Turbomaschinen - Google Patents
Gehäuse für axial durchströmte TurbomaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für axial durch-
»trömte Turbomaschinen mit Ringscheiben, die an ihrem Innenumfang beidseitig angeordnete axiale Voriprünge
zur Aufnahme der Schaufelfüße von Leitichaufeln aufweisen, und mit über den Umfang
verteilt angeordneten, axial ausgerichteten Abstandshaltern zwischen benachbarten Ringscheiben.
Ein derartiges Gehäuse ist aus der US^PS 2610786
bekannt. Bei seinem Aufbau werden über den fertigen beschaufeiten Rotor nacheinander jeweils abwechselnd
ein aus mindestens zwei Segmenten bestehender, die Leitschaufeln tragender Ring und eine tinge"
teilte Ringscheibe! mit beidseitigen axialen Vorsprünfne
zur Aufnähme der LeitschäUfelringkänteri; Und von axial ausgerichteten Abstandshaltern axial aufgeschobeiii
wobei allerdings die Segmente jedes Leitschaufelringes radial eingeschoben und durch
Flanschschrauben als Ring zusammengehalten werden. Aufeinanderfolgende Ringscheiben sind durch
axiale Bolzen verschraubt, und schließlich sind axiale ϊ Zugstangen vorgesehen, die das ganze Gehäuse
durchsetzen und zusammenhalten. Die notwendigen Flansche in den Trennebenen der geteilten Ringe und ■
die Spannmittel erhöhen erheblich das Gehäusegewicht und beeinträchtigen die thermische Stetigkeit,
ίο Die Herstellung und der Zusammenbau dieses Gehäuses
erfordern zahlreiche aufwendige Bearbeitungsvorgänge, um insbesondere die erforderliche
iConzentrizität von Rotor und Gehäuse und einen möglichst geringen Abstand zwischen Leitschaufeln
Γι und Turbinenschaufeln zu erreichen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein solches Gehäuse so auszubilden, daß es ein möglichst
geringes Gewicht und keine thermischen Unstetigkeiien aufweist, in zusammengebauiem Zustand gut be-
-!o arbeitbar ist und zur Beschaufelung in einem Stück
belassen werden kann, also insgesamt weniger und einfachere Herstellungs- und Bearbeitungsschritte erfordert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem -'> Gehäuse der eingangs angegebenen Art gelöst, daß
das aus den geschlossene Ringe bildenden Ringscheiben und den rippenförmigen Abstandshaltern bestehende
Gehäuse einstückig ausgebildet ist, und daß die radial von außen in das Gehäuse eingebrachten
«ι Schaufelfüße auf den Vorsprüngen der Ringscheiben
mittels einer radial nach innen, direkt auf die Schaufelfüße einwirkenden Spannvorrichtung in Radialrichtung
festgelegt sind.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unter-Ji
ansprüchen gekennzeichnet.
Der erzielte technische Fortschritt besteht vor allem darin, daß die entscheidende gena\,„e Endbearbeitung
der Ausnehmungen, Auflage- und Dichtungsflächen für die Leitschaufeln am zusammengebauten und so-4i)
mit einstückig vorliegenden Gehäuse in einem einzigen Drehvorgang vorgenommen werden kann, wodurch
eine genaue Konzentrizität gewährleistet ist, da diese Bearbeitung des Gehäuses erfolgt, nachdem es
auf die Welle des Rotors aufgekeilt ist. Die Montage 4'. der Leitschaufeln jeder Stufe ist sehr einfach und kann
unabhängig von der Beschaufelung der anderen Stufen erfolgen, wobei sich das axiale Spiel zwischen den
Leitschaufeln und den Rotorschaufeln während des Montagevorgangs bequem messen und sehr gering
Ί» einstellen läßt. Außerdem erfordert eine Untersuchung
des Zustandes einer Stufe der Leitschaufeln oder Rotorschaufeln bei einer Revision nur eine teilweise
Demontage ohne Ausbau des Rotors
Die Zellenbauweise ermöglicht einen besonders
>-, leichten dimensionsstabilen und verwindungssteifen
Aufbau des Gehäuses ohne thermische Unstetigkeit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand der Zeichnung näher erläutert Es /eigt
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Gehäuse für einen 6» Axialkompressor in einem schematischen axialen
Teilschnitt,
Fig. 2 einen Teilschnitt längs A^A der Fig, 1 in
größerem Maßstab,
Fig. 3 einen Teilschnitt längs B'B der Fig. 2 im
e5 gleichen Maßstab wie Fig, 2,
Fig. 4 und 5 eine abgewandelte Ausführung der Leitschaufelbefestigung in zwei zueinander senkrechten
Teilschnitten.
Der in Fig. 1 gezeigte und mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Gehäuse versehene Axialkompressor
weist sechs Stufen auf. Die Nabe 11 und die Laufschaufeln 12 des Rotors 10 dieses Kompressors
sind in Fig. 1 nur sehr schemarisch dargestellt und werden nicht näher beschrieben, da eine nähere Beschreibung
für das Verständnis der Erfindung unnötig ist.
Das Gehäuse 20 des Kompressors besteht aus aufeinanererfolgenden,
ringförmigen Teilabschnitten, nämlich Endabschnitten 31 und Zwischenabschnitten 30, die sämtlich koaxial zueinander angeordnet sind
und zwischen denen ringförmige Zwischenräume für den Durchgang und die Montage der feststehenden
Leitschaufeln 40 vorgesehen sind. Die ringförmigen Zwischenabschnitte 30 sind von kranzförmig ausgebildeten
Ringscheiben 70 und die Endabschnitte 31 von ebenfalls kranzförmigen, als Epdflansche ausgebildeten
Ringscheiben Ti gebildet. Die Ringscheiben
70 und 71 haben sämtlich den gleichen Aubendurchmesser,
und das Gehäuse 20 umschließt als Ganzes einen zylindrischen Raum. Jede Ringscheibe 70 und
71 ist mit den benachbarten Ringscheiben 70 bzw. 71 über eine Mehrzahl von als Radialrippen ausgebildeten
axial ausgerichteten Abstandshaltern 80 verbunden, und das Gehäuse 20 stellt auf diese Weise
eine ringförmige ZylinderstrukTur in Zellenbauweise dar. Das gesamte Gehäuse 20 oder einige seiner Stufen,
beispielsweise die Hochdruckstufen, sind vorzugsweise mit einem äußeren Zylindermantel 94 umgeben,
der eine zusätzliche Abdichtung der gesamten Turbomaschine nach außen hin gewährleistet.
Im folgenden werden der Aufbau des Gehäuses 20 und insbesondere seine Montage und die Befestigung
der feststehenden Leitschaufeln 40 in den Zwischenräumen zwischen den ringförmigen Vorsprüngen 32
der Ringscheiben 70, 71 mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 erläutert.
Die Vorsprünge 32 der Ringscheiben 70 und 71 (Fig. 3) bilden zylindrische Lagerschalen, auf denen
sich die Schultern 51 der Schaufelfüße 50 der feststehenden Leitschaufeln 40 abstützen. Die Schultern 51
weisen eine Kreisbogenform mit gleichem Radius wie der Radius der zylindrischen Vorsprünge 32 auf. Die
Leitschaufel 40 werden von außen eingeführt und an die Vorsprünge 32 durch ein Spannband 92 angedrückt,
das jeweils die Schaufelfüße 50 aller Leitschaufeln 40 dieser Stiue des Kompressors umgibt.
Die Schaufelfüße 50 weisen periphere Abschnitte 52 auf, die im wesentlichen durch die Schultern 51 zu
beiden Seiten der ringförmigen Zwischenräume zwischen den Teilabschnitten 30 und 31 begrenzt sind,
und Ansätze 53, die in diese Zwischenräume einschiebbar sind. Die Höhe der Ansätze 53 ist so festgelegt,
daß ihre Innenseiten, welche die Schaufelblätter 60 der Leitschaufeln 40 tragen, auf gleicher Höhe mit
der durch die Innenbohrungen der Teilabschnitte 30 und 31 begrenzten Wandung zu liegen kommen.
Die Abdichtung der Leitschaufeln 40 wird durch Dichtungen 91 (Fig. 2, 3) gewährleistet, welche die
Ansätze 53 umschließen, wobeisie einerseits zwischen die Schultern 51 und die Vorsprünge 32 und andererseits
zwischen nach einer Seite hin tangential über die Abschnitte 52 hinausstehende Nasen 54 (Fig. 2) und
ebenfalls tangential, jedoch nach entgegengesetzter Richtung über die Ansätze 53 hinäüsstehende Nasen
54 der Schaufeifüße 50 zu liegen kommen.
Die Abstandshalter «fO weisefi einen Y-förmigen
-Ό
Querschnitt auf, dessen Schaft 81 in einer Axialebene liegt und dessen Arme 82 radial nach außen weisen.
Diese Form verleiht der Zellenstruktur des Gehäuses 20 eine ausgezeichnete Torsionssteifigkeit. Die Arme
82 der Rippen 80 besitzen abgeflachte Enden 83, die über den Außenumriß der Ringscheiben 70 und 71
hinausstehen, wodurch es möglich ist, rund um das gesamte Gehäuse 20 oder um dessen Hochdruckstufen
den Zylindermantel 94 anzuordnen, der eine Verbesserung der Abdichtung und nötigenfalls auch der
Schallisolierung ergibt.
In den jeweils den Schaft 81 bildenden Teilen der Abstandshalter 80 sind öffnungen 84 (Fig. 2) vorgesehen,
die eine Einführung der SchaufelfüEe 50 in die ringförmigen Zwischenräume auf der Höhe der
Schäfte 81 ermöglichen.
Die Außenseiten 56 der Schaufelfüße 50 sind gewölbt ausgeführt. Außerdem sind ι· <erseitig stark gewölbte
periphere Nuten 57 (Fig. 3; vi rgesehen, die
als Führung für die Spannbänder 92 dienen, die sich mit Hilfe von in der Zeichnung nicht näher dargestellten
Schrauben zusammenziehen lassen, die eine gegenseiti.3e Annäherung von an den Enden der Spannbänder
92 vorgesehenen Spannflanschen 93 bewirken (Fig. 2). In Fig. 3 ist zur Vereinfachung der Darstellung
lediglich ein einziges Spannband 92 gezeigt.
Die Erfindung ist hinsichtlich der Befestigung der feststehenden Leitschaufeln 40 nicht auf die oben beschriebenen
Hilfsmittel beschränkt. So kann das Spannband 92 als elastisches Band oder als Gliederband
ausgebildet sein, oder es kann anstelle der Spannbänder 92 auch eine andere Spanneinrichtung
wie beispielsweise ein System von Spannkeilen verwendet werden (Fig. 4 und 5).
Bei einer Festlegung der Schaufeln 40 mit Hilfe von Spannkeilen kann jeder derselben so einjesetz' werden,
daß er gleichzeitig mehrere Schaufeln oder aber nur eine einzige Schaufel festlegt. Eine solche Befestigur^sart
ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt, wobei Fig. 4 einen Diametralschnitt und Fig. 5 einen Axialschnitt
längs der Linie C-C der Fig. 4 wiedergibt Bei dieser Befestigungsart wird jeder Schaufelfuß 50 einer
Schaufel 40 durch einen eigenen Spannkeil 95 mit geringer Steigung befestigt, der zwischen den jeweiligen
Schaufelfuß 50 und eine Platte 96 eingezwängt wird, die ihrerseits in zwei Ringnuten 97 eingreift. Die
Platte 96 kann aus nachgiebigem niedrig gekohltem Stahl mit hoher Dehnung bestehen, was eine Verringerung
der erforderlichen Fertigungstoleranzen ermöglicht, da bei der Montage die Elastizitätsgrenze
übersi-hritten werden kann. Bei dem in Fig. 5 gezeigten
Beispiel erfolgt die Montage im Uhrzeigersinn von links nach rechts, wobei jeder Spannkeil 95 jeweils
durch den auf seiner rechten Seite befindlichen Schaufelfuß 50, also den Schaufelfuß der unmittelbar
danach montierten Schaufel 40 festgehalten wird. Die in Fig. S mit 98 ^zeichnete Schaufel wird als letzte
montiert, und für diese Schaufel ist kein Spannkeil 95, sondern ein anderes Spannelement, beispielsweise
ein Schraubenschloß 99 vorgesehen.
Für die Herstellung und die Montage einer Turbomaschine mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse ergibt
sich also folgendes:
Das Gehäuse 20 kann durch Verschraubung von ringförmigen Abschnitten aufgebaut werden, während Montägeebenen beispielsweise durch die diametralen
Mittelebenen der Ringscheiben 70 hindurchgehen, wobei diese Abschnitte selbst durch Guß oder
Schweißarbeit hergestellt werden. Jedoch ist ein Vorteil
des erfindungsgemäß ausgebildeten Gehäuses 20, daß es sich von seiner Struktur her in hohem Maße
für eine Fertigung der einzelnen Abschnitte oder sogar des ganzen Gehäuses aus einem Stück, beispielsweise
durch Guß, Schweißurig öder auch durch Verschweißung
von gegossenen Untereinheiten eignet.
Gleichgültig, weiche der erwähnten Arten des Zu-^
sammenbaus gewählt wird, wird anschließend das zusammengebaute Gehäuse durch Drehen bearbeitet,
wobei in einem einzigen Drehvörgarig der Außenumfang der Ringscheiben 70 und 71, die Innenseite der
ringförmigen Abschnitte 30 und 31 und der zylindrischen Vorsprünge (Lagerschalen) 32 (Fig. 3) sowie
die ebenen Flächen der Abschnitte bearbeitet werden, welche die ringförmigen Durchlässe für die Montage
der Leitschaufeln 40 begrenzen. Die erfindungsgemäße
Ausbildung des Gehäuses 20 ermöglicht daher eine einfache und rasche Bearbeitung.
Bei der Montage des Axialkompressors wird damit begonnen, daß der mit seinen Laufschaufeln 12 versehene
Rotor 10 in das Gehäuse 20 eingeführt wird, sodann werden die mit den Dichtungen 91 versehenen
Leitschaufeln 40 durch die von den Ringscheiben 70 und 71 und den Abstandshaltern 80 begrenzten Zwischenräumen
eingeführt. Die Montage der Leitschaufeln, 40 und ihre Festlegung durch die radial nach innen
wirkende Spannvorrichtung gestaltet sich dank der Zugänglichkeit der Durchlässe zwischen den Vorsprüngen
32 sehr einfach. Als letzter Schritt wird dann der zylindrische Außenmantel 94 aufgebracht und
festgelegt.
Besondere Hervorhebung verdient noch:
- daß die Leitschaufeln 40 in durch Schweißung oder Guß zusammengefügten Gruppen montiert
werden können;
— daß die Leitschaufeln 40 in den verschiedenen
Stufen des Kompressors in beliebiger Reihenfolge montiert werden können;
- daß das Spiel zwischen den Schaufelfüßen 50 in ein Und derselben Stufe leicht verteilt werden
kann;
- daß sich auch die letzte Leitschaufel 40 einer Stufe ohne Schwierigkeit montieren läßt, indem
diese unter Einführung der Führungsnase 55 an ihrem Schaufelfuß 50 unter die Nase 54 des benachharten
AhschniHs 52 eingesr.hnhen nnd anschließend
die Lage dieser Leitschaufel 40 so berichtigt wird, daß die Führungsnase 54 auf die
Fühi-ungsnase 55 der benachbarten Leitschaufel 40 zu liegen kommt;
— daß sich die Dichtigkeit ohne weiteres durch Einstellung der Spannbänder 92 oder der Spannkeile
95 gewährleisten läßt;
— !daß die Überwachung von Leckverlusten und d'ri Feststellung der Lage undichter Stellen in
hohem Maße dadurch vereinfacht wird, daß die Abschnitte 30 und 31 zusammen mit den
Ringscheiben 70 und 71 getrennte Räume bilden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Gehäuse für axial durchströmte Turibomaschinen mit Ringscheiben, die an ihrem Innenumfang
beidseitig angeordnete axiale Vorsprünge zur Aufnahme der Schaufelfüße von Leitschaufeln
aufweisen, und mit über den Umfang erteilt angeordneten, Eixial ausgerichteten Abstandshaltern
zwischen benachbarten Ringscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den geschlossene
Ringe bildenden Ringscheiben (70, 71) und den rippenf örmigen Abstandshaltern (80) bestehende
Gehäuse (20) einstückig ausgebildet ist, und daß die radial von außen in das Grehäuse eingebrachten
Schaufelfüße (50) auf den Vorsprüngen (32) der Ringscheiben (70,71) mittels einer radial nach innen,
direkt cvuf die Schaufelfüße (50) einwirkenden
Spannvoirrichtung (92, 95) in Radialrichiung festgelegt sind.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Ausbildung des Gehäuses
durch Verguß oder Verschweißung oder sonstige zum IBeschauf ein des Gehäuses (20) nicht
lösbare Verbindungen hergestellt ist.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung aus die
Schaufelfüße (50) einer Stufe umgebenden Spannbände η (92) besteht.
4. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung aus einem
Satz von Spannkeilen (95Λ und die Schaufelfüße (50) einer Stufe umgebenden Platten (96)
besteht.
5. Gehäuse: nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den axialen
Vorsprüngen (32) des Gehäuses (20) und der Auflagefläche der Schaufelfüße (50) Dichtungen
(91) eingefügt sind.
6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter
(80) einen Y-förmigen Querschnitt aufweisen, dessen Arme (82) radial nach außen weisen.
7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20)
von einem Zylindermantel (94) umgeben ist.
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