DE2630525A1

DE2630525A1 - Duesenplatte mit gegossenen duesenbloecken und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE2630525A1
Application number: DE19762630525
Authority: DE
Inventors: William W Browning; Donald J Legacy
Original assignee: Turbodyne Corp
Current assignee: Turbodyne Corp
Priority date: 1975-11-14
Filing date: 1976-07-07
Publication date: 1977-05-26
Also published as: JPS5727961B2; IT1073005B; BR7603219A; GB1555351A; FR2331678B1; FR2331678A1; CA1036496A; US4092768A; US4025229A; JPS5261604A; GB1555352A

Description

I¹URBUDYImL CORPOKATIOU, Wellsville, New York 14895/USA

!."lonplatte r^it aerrossenen DlisenLlocken und Verfahren zur Ilerstelluna derselben

Die Krfindung betrifft eine r-eue und verbesserte Turbinencüsenplattenanordnung und ein Verfahrer zur Herstellung derselben und einen neuen und verbesserter, büsenblock und ein Verfahren zur Ferstellung desselben zurr Cebrauch in der DüsenOlattenanordnunrr.

Obwohl sehr viele verschiedene Turbinendüsenplattenanordnunaen und Düsenbloche und entsprechende Verfahren zur I.erstellunc derselben natürlich zurr Stand der Technik gehören uiid bekannt sind, v/irc nan verstehen, daß sich dieselben in vielen Fällen dadurch als unangemessen kompliziert erv/eisen, daP die Ausführunct von c-roßen Zahlen verh^ltnisFsaCig komplexer, zeitraubender und teurer Kerstellungsschritte in Forr von genauer und schv/ieriner EearLeiten rit der Lrgebnis unan-

BAUK: DRESDNER BANK, HAMBURG, 4 030

7 0 9 8 2 1/0227

BAD ORIGINAL

gemessen hoher Kosten für Düsenplattenanordnung und Düsenblökke erforderlich ist. Der Fachmann auf diesem Gebiete dürfte auch wissen/ daß die Wirkungsweise vieler der Dusenplattenanordnungen des Standes der Technik im wesentlichen ein Kompromiß ist/ in dem dieselben das Antriebsfluid nicht wirkungsvoll unter optimalen L·intrittswinkeln im ganzen Bereich der radialen Erstreckung der eingeschlossenen Düsenschaufeln der Düsenplatte richten, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Turbine verkleinert wird/ und man wird verstellen, daß diese Unzulänglichkeit besonders in den Fällen, in denen stranggepreßte Düsenschaufeln benutzt werden, aufgrund der gut bekannten Beschränktheit der Wirkungsweise der letzteren beim Leiten ües Antriebsfluids vorherrscht.

Ls ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte Düsenplattenanordnung und ein Verfahren zur Herstellung derselben zu schaffen, die weniger verwickelt und teuer als die des Standes der Technik sind.

Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines neuen und verbesserten Düsenblocks zum Gebrauch in der Düsenplattenanordnung der Erfindung und eines Verfahrens zur Herstellung derselben, die weniger verwickelt und teuer als die des Standes der Technik sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Düsenplattenanordnung wie oben, die wegen der Anordnung des enthaltenen Düsenblocks der Erfindung so arbeitet/ daß sie das Antriebsfluid im gesamten Bereich der radialen Erstreckung der enthaltenen Düsenschaufeln der Düsenplatte unter optimalen Eintrittswinkeln zur benachbarten Rotorstufe richtet, wobei der Wirkungsgrad der Turbine inaximalisiert wird.

Erfindungsgemäß umfaßt die Turbinendüsenplattenanordnung eine Nabe und einen in einem Abstand davon angeordneten Haltering, zwischen denen eine bogenförmige Reihe von präzisionsgegossenen Düsenblöcken mit ineinander-passenden ümmantelungssegmenten angeordnet ist, wobei die Ausgangskanten der Düsenschaufeln im

709821/0227

wesentlichen radial angeordnet sind und die Durchflußkanäle in ihrer gesamten radialen Ausdehnung völlig gleichförmige Eintrittsöffnungen (throat) haben, um den Wirkungsgrad der Turbine zu laaximalisieren. Die Herstellung wird dadurch bewirkt, daß die Vorderseite einer Platte mit einer bogenförmigen Kut versehen wird, die gekrümmte Dusenblockreihe in der Nut angeordnet und darin befestigt wird und der Steg oder die Aussteifung von der anderen Seite der Platte entfernt wird, um die Durchflußkanäle zu öffnen.

Es wird eine neue und verbesserte Turbinendüsenplattenanordnung geschaffen, die eine mittige Nabe und einen in einem Abstand angeordneten und dieselbe umgebenden Haltering umfaßt, um einen gekrümmten Kanal zum Einbau der Düsenblöcke zu schaffen. Die Nabe und der Haltering sind durch einen Spalt entlang einer gemeinsamen diametralen Ebene getrennt. Eine gekrümmte Reihe von prazisxonsgegossenen einschaufeligen Düsenblöcken ist in dem genannten Kanal angeordnet, wobei die entsprechenden Ummantelungssegmente der Düsenblöcke ineinander—passen, um Durchflußkanäle zwischen benachbarten Düsenschaufeln zu schaffen. Die Ausgangskanten der Düsenschaufeln sind im wesentlichen radial in bezug auf die Nabe angeordnet, und jeder der Durchflußkanäle zeigt eine gleichförmig gleichmäßige positive Eintrittsöffnung durch den wesentlichen radialen ErStreckungsbereich derselben, um für optimale Wirkungsweise der Düsenplatte zu sorgen und um den Wirkungsgrad der Turbine zu maximalisieren. Die Düsenplattenanordnung wird dadurch hergestellt, daß eine gekrümmte Nut in der Vorderfläche einer im allgemeinen zylindrischen Platte hergestellt wird, um eine Nut zur Befestigung der Düsenblöcke zu bilden und einen die Nabe und den Haltering verbindenden Steg übrig zu lassen, daß die Düsenblöcke durch Präzisionsformguß so hergestellt werden, daß ihre entsprechenden ineinanderpassenden Ummantelungssegmente genau in die Montagenut hineinpassen, daß die Düsenblöcke in der Montagenut unter Benutzung einer ringähnlichen Haltevorrichtung, die gegen die Einlaßkanten der Düsenschaufeln drückt und an der Platte angeklammert ist, fest und genau angeordnet werden, daß die Düsenkörper in der Montagenut verbunden werden und daß der Steg entfernt wird, um die Durchflußkanäle, die zwischen den benachbarten Düsenschaufeln gebildet wer-

709821/0227 ,

den, zu öffnen. Gesonderte Übergangsdüsenblöcke v/erden auf jeder Seite des Spalts benutzt, um denselben teilweise zu überkreuzen und so zu wirken, daß sie genaue Querausrichtung der Naben- und Halteringhälften sicherstellen. Das Präzisionsformgießen der Düsenblöcke bewirkt, daß dieselben zur unmittelbaren Anordnung im Düsenplattenaufbau geeignet sind, wobei die Düsenblöcke überhaupt nicht bearbeitet werden.

Die obigen und andere Einzelheiten und bedeutende Vorteile der Erfindung sollten sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichungen ergeben. Es zeigen:

Fig. 1 in in der Flußrichtung des Antriebsmittels genommener Stirnansicht einen neuen und verbesserten Düsenplattenaufbau, der in Übereinstimmung mit der Lehre der Erfindung konstruiert und benutzbar ist;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1; Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 1;

Fig. 5 in Vorderflächenansicht einen neuen und verbesserten Düsenplatten-Düsenblock, der in Übereinstimmung mit der Lehre der Erfindung hergestellt und ausgebildet ist;

Fig. 6 einen Querschnitt allgemein entlang der Linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 einen Querschnitt allgemein entlang dem Bogen 7-7 am kreisförmigen Teilkreisdurchmesser in Fig. 5 (Fig. 7 schließt die Darstellung eines angrenzenden Düsenblocks ein, um das Ineinanderpassen der Düsenblöcke zu zeigen);

709821/0227

Fia. 8 einen typischen Querschnitt durch die Düsenschaufeln benachbarter Eüscnblöcke;

Fig. S ü. 10 einen erfindungsgeräßen Übergangsdüsenblock in Ansicht von oben bzw. von vorne, wobei ein weggelassener Teil zum Zwecke der Illustration andeutungsweise gezeigt ist;

Fig. 11 u. 12 einen anderen Ülergangsdüsenblock der Erfindung in Ansichten von oben bzw. von vorne;

Fig. 13 in Stirnansicht den Düsenplattenaufbau der Erfindung in einer anfänglichen Eaustufe;

Fig. 14 tu 15 Querschnittsansichten entlang der Linie 14-14 bzw. 15-15 in Fig. 13;

Fig. 16 ein Bruchstück des Düsenplattenaufbaus bei einem

nachfolgenden Konstruktionsschritt in Stirnansicht, wobei die Übergangsdüsenblöcke weggebrochen sind.

Fig. 17 Eine Querschnittsansicht entlang der Linie 17-17 in Fig. 16;

Fig. 18-21 perspektivische Ansichten, die das Instellungbringen und Verbinden der Düsenblöcke im Düsenplattenaufbau zeigen; und

Fig. 22 eine vertikale Querschnittsansicht durch den Düsenplattenaufbau, uir. einen Bearbeitungszwischenschritt beim Bau desselben zu zeigen.

1. Struktur des Düsenplattenaufbaus.

Es wird nun auf die Fig. 1 u.2 Bezug genommen. Ein neuer und verbesserter Düsenplattenaufbau, der in Übereinstimirung mit der Lehre

ο. · 6

709821/0227

ΒΑΠ ORIGINAL

der Erfindung konstruiert ist und arbeitet, ist allgemein mit bezeichnet und soll z.B. in einer rechts herum drehenden Dampfturbine benutzt werden, um den Dampf zu einer angrenzenden, in Strömungsrichtung unten liegenden Rotorstufe unter im ganzen Bereich der radialen Ausdehnung der Düsenplatten-Düsenschaufeln optimalen Dampfeintrittswinkeln zu leiten, um so den Wirkungsgrad der Turbine zu maximalisieren.

Der Düsenplattenaufbau 2o ist von der Stirnseite in der Richtung aes Dampfflusses in Fig. 1 gezeigt und umfaßt einen im allgemeinen zylindrischen mittigen Abschnitt oder eine Nabe 22, die wie gezeigt durch zusammenpassende obere und untere Hälften 24 und 26 gebildet wird, und einen Abstand habenden konzentrischen Düsenblockhaltering 28, der wie gezeigt durch zusammenpassende obere und untere Halteringhälften 3o und 32 gebildet ist, und die die Nabe 22 umgeben, um eine ringförmige allgemein V-förmige Düsenblock-Montagenut 3 4 dazwischen zu schaffen.

Eine gekrümmte Reihe von ineinanderpassenden Düsenblöcken 36, von denen jeder eine einzelne Düsenschaufel 37 umfaßt, die sich zwischen einem gekrümmten inneren Ummantelungssegment 39 und einem gekrümmten äußeren Ummantelungssegment 41 erstreckt, und von denen jeder in Übereinstimmung mit der Lehre der Erfindung, wie dies im einzelnen hiernach beschrieben wird, konstruiert und ausgebildet ist, ist wie gezeigt in der Düsenblock-Montagenut 34 angeordnet. Die Düsenblöcke 36 werden in der Düsenblock-Montagenut 34 durch Verschweißung der inneren UmmantelungsSegmente der Düsenblöcke mit den entsprechenden anstoßenden Oberflächen der oberen und unteren Nabenhälften 24 und 26 und durch Verschweißen der äußeren Ummantelungssegrnente der Düsenblöcke mit den entsprechenden angrenzenden Überflächen der oberen und unteren Düsenblock-Iialteringhälften 3o und 32 festgehalten, und zwar in beiden Fällen auf die weiter unten in Einzelheiten beschriebene Weise. Dieses Düsenblockverschweißen führt zur Bildung von einheitlichen unteren und oberen Düsenpiattenhälftenanordnungen, was klar sein sollte. Die oberen und unteren Düsenplattenhälften-

709821/0227

anordnungen sind wie gezeigt entlang einer gemeinsamen diametralen Ebene oder einem Spalt 38 anliegend angeordnet (der in Fig. 1 horizontal ist), und werden in longitudinal ausgerichteter, leicht trennbarer Beziehung miteinander durch einen Vorsprung 4o auf den oberen Haltering- und Nabenhälften 3o und 24 gehalten, der sich in eine Nut 42 in den unteren Haltering- und Nabenhälften 32 und 26 auf eine Weise erstreckt, die am besten in Fig. 2 ersichtlich ist. Querausrichtung der oberen und unteren Düsenplattenhälftenanordnungen wird durch besondere ineinanderpassende Übergangsdüsenblöcke 44 und 46 bewirkt, die sich unmittelbar benachbart zu der gemeinsamen horizontalen Ebene oder dem Spalt 38 befinden und so ausgestaltet sind und so wirken, wie dies im einzelnen hiernach unter Bezug auf die Fig. 9 bis 12 und 17 beschrieben wird.

Line Turbinenrotorwellen- und Dichtungsbohrung 48 wird wie gezeigt mittig in der Nabe 22 durch ausgerichtete im allgemeinen halbkreisförmige gestufte Ausschnitte 5o und 52 in den oberen und unteren Nabenhälften 24 und 26 gebildet.

Einstellmittel zum genauen Feststellen der Düsenplattenanordnung im Turbinengehäuse sind in Fig. 1 allgemein mit 54 bezeichnet und umfassen halbkreisförmige Zugangsaussparungen 56 und 58, die wie in Fig. 4 gezeigt in den entsprechenden Endabschnitten der oberen Halteringhälfte 3o direkt neben der gemeinsamen horizontalen Ebene 38 gebildet sind. Mit Gewinde versehene Halbbohrungen 6o und 62 sind wie in Fig. 3 gezeigt gebildet, um sich in die entsprechenden Endabschnitte der unteren Halteringhälfte 32 unter Ausrichtung mit den Sugangsaussparungen 56 und 58 zu erstrecken, wobei zu verstellen ist, daß Feststellschrauben, die z.B. die Form von Kopfschrauben ofine Kopf haben, durch die genannten Aussparungen eingeführt werden können, um sich in die Halbbohrungen und in passende Halbbohrungen (nicht gezeigt) im Turbinengehäuse zu erstrecken, um die Düsenplattenanordnung 2o im Turbinengehäuse festzuhalten.

Ein besonders bedeutendes und vorteilhaftes Merkmal der Düsenplattenanordnung 2o der Erfindung, das auch im größeren Detail weiter unten bei der Beschreibung der Bauart und Anordnung der Düsenblöcke 36 diskutiert wird, ist es, daß die Ausgangskanten 64 der Düsenschaufeln 37 alle im wesentlichen radial angeordnet

709821/0227 ...8

sind, wie dies durch die weggebrochenen Abschnitte für einige der Düsenblöcke in Fig. 1 gezeigt ist;-der Fachmann auf diesem Gebiet wird leicht einsehen, daß diese im wesentlichen radiale Anordnung der Ausgangskanten der Düsenschaufeln wesentlich dazu beiträgt, daß der Dampf durch die Düsenplatte 20 unter optimalen Eintrittswinkeln über die gesamte radiale Ausdehnung der Düsenschaufeln zur angrenzenden Turbinenrotorstufe gerichtet wird, um so den Wirkungsgrad der Turbine zu maximalisieren.

2β Konstruktion und Anordnung der Düsenblöcke.

Alle Düsenblöcke 36 und die Übergangsdüsenblöcke 44 und 46 (Fig. 9 bis 12) werden durch gewöhnliche Präzisionsformgußverfahren hergestellt, ohne daß sie vor Zusammensetzen der Düsenplatte bearbeitet werden, wobei erhöhte Stellen, wenn solche vorhanden sind, anschließend durch Abziehen oder Bandschleifen entfernt werden. Es wird nun auf die Fig. 5 und 7 Bezug genommen. Man kann sehen, daß jedes der inneren und äußeren Ummantelungssegmente 39 und 41 eines Düsenblocks 36 einen einstückigen allgemein dreieckigen Vorsprung wie bei 100 bzw. 102 angedeutet umfaßt, der sich bis weit über die Ausgangskante 64 der Düsenschaufel 37 in der Richtung der Turbinendrehung erstreckt. Jeder Vorsprung der Ummantelungssegmente umfaßt eine sich allgemein radial erstreckende Oberfläche zum Festlegen, die so ausgebildet ist, daß sie an die Ausgangskante 64 der betreffenden Düsenschaufel angrenzt, und in einer allgemein sich radial erstreckenden Anliegeoberflache 106 endet. Fig_o 7, die die oberen Ummantelungssegmente eines Paares benachbarter Düsenblöcke 36 zeigt, verdeutlich, daß dieselben genau mit dem Vorsprung einer Anliegeoberfläche 106 eines Ummantelungssegmeηtsvorsprungs gegen die Anliegeoberfläche 104 eines benachbarten Ummantelungssegmentsvorsprungs zusammenpaßt, wobei der Vorsprung 102 des zuerst genannten Uimnante lungs segments sich mit der Düsenschaufel 37 des benachbarten Ummantelengssegments wie gezeigt zusammen so erstreckt, daß er genau mit dem benachbarten Ummantelungssegment in Eingriff steht und die Ummantelung der genannten Düsenschaufel vervollständigt. Das genaue Eingreifen des Ummantelungssegments erfordert natürlich ein genaues Zusammenpassen zwischen der hinten liegenden Oberfläche jedes UmmantelungsSegmentes und der vorne liegenden Oberfläche des benachbarten Ummantelungssegmentes, die bei 110 bzw, 108 für die aneinanderstoßenden oberen

709821/0227 ...g

limmantelungssegmente 41 wie in Fig. 7 gezeigt angedeutet sind. Zusätzlich erfordert ein genaues Linpassen der Düsenblöcke 36 in die allgemein V-förmige Düsenblock-Montagenut 34 ein genaues Susaiaiaenpassen der Neigungen eier äußeren Oberflächen 112 und 114 uer oberen unu unteren biomantelungssegnente 39 und 41 und der v°^r~ Sprünge 1o2 und 1oo_f wie aus Fig. 6 ersichtlich, mit den entsprechenden Oberflächen uer Montagenut, und man kann verstehen, uaß z.B. negative und positive Neigungen von ungefähr 15° relativ zur longitudinalen Achse der Düsenplattenanordnung 2o für die Ummantelungssegment- und Vorsprungoberflächen 112 und 114 vorgesehen werden können.

Jeder Düsenblock 36 ist im Präzisionsformgußverfahren hergestellt, so daß aie Ausgangskante 64 der enthaltenen Düsenschaufel 37 im wesentlichen radial ist, wenn der Block in die Düsenplattenanordnung 2o eingesetzt ist, und so daß die Lingangskante 116 der enthaltenen Düsenschaufel 37 auf solche faeise in Stellung gebracht ist, aaß der Radius Re der Lingangskante eine konstant gleichmäßige positive Beziehung in bezug auf die Ausgangskante 64 der benachbarten Düsenschaufel hat, wie dies in Fig. δ dargestellt ist. Dies führt zu einem Düsenschaufelquerschnitt mit einer Profilsehne bzw. Tiefe, axe von uer.inneren Durchmesseroberfläche zur äußeren Durchmesseroberfläche in Übereinstimmung mit dem Anwachsen von L anwächst. Auf diese Weise wird eine konstant gleichmäßige positive Lintrittsöffnung durch die volle Höhe des Düsenschaufelkanals 118, der sich zwischen benachbarten Düsenschaufeln 37 erstreckt, geschaffen, und der Fachmann auf diesem Gebiet kann sofort einsehen, aaß dies bei Benutzung von extrudierten Düsenschaufeln nicht möglich ist, in denen die Tiefe der Schaufel natürlich entlang der Ausdehnung der Schaufel einen festen Wert hat und in denen radiale Anordnung der Düsenschaufelausgangskanten anstelle von einer Anordnung, die parallel zur radialen Anordnung ist, praktisch nicht erreicht werden kann. Es sollte daher klar sein,daß ein Leiten des Dampfes zu einer benachbarten Rotorstufe unter optimalen Eintrittswinkeln innerhalb der gesamten Höhe der Düsenschaufeln,wie dies durch die Düsenblöcke 36 der Erfindung erreicht wird,bei Benutzung der extrudierten Düsenschaufeln des Standes der Technik unmöglich sein würde.Obwohl die Ausbildung der Düsenblöcke 36 der Erfindung möglicherweise auch durch spanabhebende Bearbeitung erreicht v/erden konnte,sollte es dem Fachmann auf diesem Gebiet klar sein,daß die

709321/0227 ...10

extreme Schwierigkeit und die hohen Kosten eines solchen Verfahrens dies ausschließen würden, da sie dieses unter einem kommerziellen Gesichtspunkt unausführbar machen würden.

Dadurch, daß die Düsenblöcke 36 wie beschrieben im Präzisionsformgußverfahren hergestellt werden, so daß sie nur eine einzelne Düsenschaufel 37 enthalten, entsteht der Vorteil, daß die Toleranzen beim Präzisionsformgießen leichter eingehalten werden, so daß dadurch die Notwendigkeit völlig beseitigt wird, die Düsenblöcke vor dem Aufbau der Düsenplattenanordnung spanabhebend zu bearbeiten, und es wird eine äußerst genaue Kontrolle des Teilkreisdurchmessers und des Abstandes zwischen den einzelnen Düsenschaufeln ermöglicht. Ls wird nun auf die Fig. 9 und 1o für die Beschreibung des übergangsdüsenblocks 44 (Fig. 1) bezug genommen, der am Spalt 38 benutzt wird. Ls kann sofort gesehen werden, daß dieser sich von den Düsenblöcken 37 der Fig. 5 bis 8 nur dadurch unterscheiaet, daß die Ommantelungssegmentvorsprünge 1oo und 1o2 entfernt sind, wie dies in den Fig. 9 und 1o angedeutet ist, mit uem Ergebnis, daß der Düsenblock 44 im wesentlichen an der Ausgangskante der enthaltenen Düsenschaufel endet.

Fig. 11 und 12 zeigen den übergangsdüsenblock 46, der mit dem Übergangsdüsenblock 44 in jedem Falle am Spalt 38 zusammenpaßt, und es kann leicht gesehen werden, daß der Düsenblock 46 sich von den Düsenblöcken 36 nur dadurch unterscheidet, daß zusätzliche ümmantelungssegraent-Vorsprungsabschnitte 12o, die natürlich im wesentlichen identisch mit den ümmantelungssegmentvorSprüngen sind, die von dem Übergangsdüsenblock 44 entfernt sind, im übergangsdüsenblock 46 einstückig enthalten sind, um sich wie gezeigt von den ümmantelungssegmentoberflächen 1o8, die der vorderen Fläche der Düsenschaufel 37 benachbart sind, zu erstrecken und zusätzliche Anliegeflächen 121 zu schaffen. Es kann daher leicht verstanden werden, daß der Übergangsdüsenblock 44 genau mit dem Übergangsdüsenblock 46 zusammenpaßt.

3. Verfahren zur Herstellung der Düsenplattenanordnung

Die Herstellung der Düsenplattenanordnung 2o in Übereinstimmung mit der Lehre der Erfindung wird durch Auswahl einer flachen zylindrischen Platte von passendem Durchmesser und passender Dicke,

709821/0227

die in den Fig. 13 und 14 allgemein mit 7o bezeichnet ist/ begonnen, wobei Durchmesser und Dicke natürlich von den besonderen DampfStromerfordernissen und Abmessungen der Turbine, in denen die Düsenplattenanordnung benutzt v/erden soll, abhängen. Eine gestufte gekrümmte Nut mit allgemein geraden Seiten - die bei weiterer Bearbeitung der Platte 7o, wie dies im Detail hiernach beschrieben wird, die allgemein mit 34 bezeichnete, mit allgemein geneigten Seitenflächen versehene Nut zur Montage der Düsenblöcke wird - wird in die Dampfeintrittsfläche 72 der Platte eingearbeitet; anschließend wird die Platte 7o in der Mitte entlang einer gemeinsamen horizontalen Ebene oder einem Spalt 38 entzwei geschnitten, um die oberen und unteren Nabenhälften 24 und 26 zu bilden. Danach werden die Hälften getrennt, die Spaltoberflächen einer passenden Endbearbeitung unterzogen, und die Dampfeintritts- und Dampfaustrittsflächen 72 und 74 werden durch Bearbeitung zu einer gleichförmigen Oberfläche gemacht. Die Eintrittsfläche wird dann gestampft oder gepreßt, und die Feder 4o bzw. die Nut in den Spaltoberflächen der oberen Habenhälfte·; 24 und der unteren Nabenliälfte 26 hergestellt, und es ist wichtig, daß die räumliche Beziehung der Nut 42 zur Eintrittsfläche 72 wie in Fig. 15 gezeigt geschaffen wird.

Nach dem Herstellen der Feder 4o und der Nut 42 werden die Nabenhälften 24 und 26 auf naheliegende Weise zusammengesetzt und einer Heftschweißung am äußeren Durchmesser des Spaltes und entlang dem Spalt lediglich auf der Austrittsfläche 74, wie dies bei 76 in Fig. 14 gezeigt ist, unterzogen, um wiederum eine strukturell einstückige Platte 7o zu bilden.

Anschließend wird eine mittige Öffnung 78 in die Platte 7o zum Halten derselben gebohrt, wonach die Seitenoberflächen 8o, 82, 84 und 86 der allgemein V-förmigen Nut 34 zur Montage der Düsenblöcke eingearbeitet werden, um die dargestellten Neigungen zu schaffen. Das ist insbesondere so zu verstehen, daß die Seitenoberflächen 8o und 82 der Nut zur Montage der Düsenblöcke durch die Bearbeitung so geneigt werden, daß sie mit den Neigungen der Umman£elüng§segmente 41 und 39 der Düsenblöcke 36, die darin wie hiernach beschrieben angeordnet werden sollen, verträglich sind. Andererseits wird den Seitenoberflächen 84 und 86 der Hut zur Montage der Düsenblöcke durch die Bearbeitung eine Neigung gegeben,

709821/0227 ...₁₂

die passende J-Kuten oder ringförmige Räume 88 und 9o zum Einschweißen der Düsenblöcke an die oberen und unteren Nabenhälften schaffen, was auch im Detail hiernach beschrieben wird. Eine typische Konstruktion der Düsenplattenanordnung 2o der Erfindung wird z.B. positive und negative Neigungen der Nutenseiten 80 und 82 von ungefähr 15 relativ zur longitudinalen Achse der Platte und positive und negative Neigungen der Nutseiten 84 und 86 von ungefähr 3o in bezug auf diese longitudinale Achse erfordern.

der beschriebenen spanabhebenden Bearbeitung der Nut 34 zur Montage der üüsenblöcke wird die Platte 7o auf geeignete Weise entfettet; es sollte klar sein/ daß ein ringförmiger Steg 92, der die vorgesehenen Flußkanäle der Düsen abschließt, bei diesem Iierstellungsschritt der Düsenplattenanordnung 2o der Erfindung übrig bleibt, um in fehlerfreier relativer Lage das festzuhalten, was die oberen und unteren Halteringhälften 3o und 32 von Fig. 1 bei Entfernung dieses Steges werden wird.

Die so bearbeitete Platte 7o wird dann horizontal in einer entsprechenden Haltevorrichtung angeordnet und die gekrümmte Reihe von Düsenblöcken 36 und Übergangsdüsenblöcken 44 und 46 in der Nut zur Montage der Düsenblöcke so angeordnet, daß sie genau dort hineinpassen und jeder Block genau mit dem Nachbarblock zusammenpaßt. Genaues Instellungbringen des Übergangsdüsenblocks 46, um den Spalt 38 zu kreuzen und auf diese Weise alle Düsenblöcke in Umfangsrichtung genau in Stellung zu bringen, wird, wie dies in Fig. 16 und 17 für die rechte Seite der Platte 7o gezeigt ist, durch Einführen eines zylindrischen Einstellzapfens 122 durch eine passende Bohrung erreicht, die durch den Steg 92 in der Rückfläche 74 (Fig. 14) der Platte 7o gebohrt ist, um an dem zusätzlichen ümmantelungssegmentvorsprung 12o des Übergangsdüsenblocks 46 anzuliegen. Es kann also eingesehen werden, daß der Übergangsdüsenblock 46 als ein genauer Quereinstellkeil wirken wird, um die Düsenplattenaufbauhälften genau zu zentrieren und eine genaue Ausrichtung an der Rotorwellen- und Dichtungsbohrung 48 (Fig. 1) beim Zusammensetzen der Düsenplattenaufbauhälften am Spalt 38 sicherzustellen. Eine ausreichende Stärke für diese Einstellfunktion des Übergangsdüsenblocks 46 wird dadurch sichergestellt, daß nur der starke vordere Abschnitt des Düsenblocks zum Kreuzen der Spalte 38 benutzt wird.

70S321/0227 ...13

Nachdem alle Düsenblöcke in der Nut 34 zur Montage der Düsenblöcke wie in Fig. 18 dargestellt in Stellung gebracht worden sind, werden dieselben genau und fest durch eine Haltevorrichtung 124, die sich ganz um 360 herum erstreckt, und Klammern 126 festgeklammert, die, wie in Fig. 19 dargestellt, die Haltevorrichtung fest gegen die Eintrittskanten 116 der Düsenschaufeln 37 drücken, um die geneigten äußeren Oberflächen 112 und 114 (Fig. 6) der oberen und unteren ümmantelungssegmente der Düsenblöcke zum genauen Zusammenpassen mit den entsprechend geneigten Oberflächen 80 und 82 (Fig. 14) der Nut 34 zur Montage der Düsenblöcke zu drücken.

Nachdem die Düsenblöcke wie beschrieben in der Nut 34 zur Montage der Düsenblöcke festgeklammert sind, werden Mittel 128 zum Schweißen mit verdecktem Lichtbogen benutzt, wie dies in Fig. angedeutet ist, um die inneren ümmantelungssegmente 39 der Düsenblöcke mit der inneren Oberfläche 82 der Nut zur Montage der Düsenblöcke durch Bogenschweißen zu verbinden. Danach werden die Klammerungsmittel 126 entfernt und die Mittel 128 zum Schweißen mit verdecktem Lichtbogen werden wie in Fig. 21 dargestellt benutzt, um die inneren Ümmantelungssegmente 39 der Düsenblöcke mit der Oberfläche 82 der Nut zur Montage der Düsenblöcke durch Bogenschweißen zu verbinden. Dieses Schweißen mit verdecktem Lichtbogen wird bei einer vorgegebenen Entfernung X (Fig. 17) oberhalb und unterhalb des horizontalen Spalts in jedem Falle begonnen und beendet, um sicher zu stellen, daß die Düsenplattenhälften nicht miteinander bogenverschweißt werden.

Nach dem beschriebenen Schweißen mit verdecktem Lichtbogen wird eine Spannungsentlastung der resultierenden Platte und Düsenblockanordnung durchgeführt, um jegliche Spannungen daraus zu entfernen, die durch das Schweißen und/oder die vorhergegangenen Plattenbearbeitungsschritte hineingebracht sein könnten.

Anschließend wird die Bearbeitung der Austrittsfläche 74 der Platte 70 in die in Fig. 22 gezeigte Konfiguration durchgeführt, und es wird bemerkt, daß diese Bearbeitung ausgeführt wird, indem man so nahe wie möglich an die Austrittsflächen der Düsenblöcke 36 herankommt, wobei von diesen so wenig Material wie möglich abgetragen wird, falls überhaupt Material davon abgetragen wird.

709021/U227

...14

Diese Bearbeitung hat natürlich die Wirkung, den Steg 92 (Fig. 14) zu beseitigen, um so die Strömungskanäle der Düsenblöcke zu öffnen und die Halteringhälften 3o und 32 und die Nabenhälften und 26 zu bilden.

Die jetzt fast vollständige Düsenplattenanordnung wird nun entfettet, und anschließend wird eine Elektronenstrahlschweißung in den allgemein «T-förmigen Nuten 88 und 9o durchgeführt, um die Schweißraupen 13o und 132 zu bilden, um die besonders feste Verbindung der Düsenblöcke mit den Naben- und Halteringhälften und in jedem Fall die besonders feste Verbindung jeder der Düsenblöcke mit den Düsenblöcken, die auf jeder Seite derselben anstoßen, zu vervollständigen. Auch dieses Schweißen wird in jedem Falle in einer vorgewählten Entfernung oberhalb und unterhalb des · Spaltes 38 begonnen und beendet, um sicherzustellen, daß die Düsenplattenhälftenanordnungen nicht miteinander elektronenstrahlverschweißt werden.

Anschließend wird die Endbearbeitung der Düsenplattenanordnung ausgeführt, um die fertige Konfiguration, die in Fig. 1 und abgebildet ist, zu schaffen, und es sollte klar sein, daß diese Endbearbeitung die Vergrößerung der Halterungsbohrung 78 (Fig. 13) einschließt, um die Rotorwellen- und Dichtungsbohrung 48 von Fig. 1 zu bilden. Lösung der Heftschweißungen 76 (Fig. 14) an üer Äustrittsflache 74 der Platte 7o bewirkt dann die Möglichkeit, die Düsenplattenhälftenanordnungen zu trennen, und man kann verstehen, daß weitere Spannungsentlastung nach der Endbearbeitung nicht notwendig ist.

Durch das oben Gesagte sollte klargemacht Bein, daß die Lehre der Erfindung die Schaffung einer besonders starken und strukturell stabilen Düsenplattenanordnung bewirkt, die für langdauernden zufriedenstellenden Gebrauch trotz der extremen Temperatur- und Vibrationsbelastungen, denen diese natürlich ausgesetzt sein wird, gut geeignet ist.

...15

709321/0227

Claims

Patentansprüche

1.J Turbinenciüsenplattenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine allgemein zylindrische Nabe (22) , einen lialtering (28), der die Nabe (22) umgibt und in einen Abstand davon angeordnet ist, so daß eine gekrümmte Hut (34) dazwischen gebildet wird, eine gekrümmte Reihe von einstückigen präzisionsfornigegossenen Düsenblöcken (36) umfaßt, die in Seite-an-Seite-Beziehung in der gekrümmten Nut (34) angeordnet und mit der Nabe (22) und dem Haltering (28) verbunden ist, wobei jeder Düsenblock (36) eine Düsenschaufel (37) umfaßt, die sich zwischen inneren (39) und äußeren (41) Ummantelungssegmenten erstreckt, die mit den inneren und äußeren ummantelungssegmenten (39, 41) des anderen Düsenblocks (36) ineinanderpassen, wobei aie Ummantelungssegmente (39, 41) so ineinandergepaßt sind, daß sie Fluidströmungskanäle in Verbindung mit angrenzenden Düsenschaufeln (37) bilden, wobei jede Düsenschaufel (37) eine Austrittskante besitzt, die im wesentlichen in bezug auf die Nabe (22) radial angeordnet ist.

2. Düsenplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (22) und der Haltering (28) im wesentlichen in zwei Hälften entlang einer gemeinsamen, allgemein diametralen Ebene unter Bildung eines Spalts (38) geteilt sind und daß sich zwei Düsenblöcke teilweise über den Spalt (38) an entgegengesetzten Seiten desselben in eine ineinanderpassende Beziehung mit einem angrenzenden Düsenblock der anderen Naben- und halteringhälfte in jedem Augenblick erstrecken, so daß sie diese Hälften in der Querrichtung starr ausrichten.

3. Düsenplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Düsenblock-Uminantelungssegmente (39, 41) Vorsprünge (1oo, 1o2) einschließen, die sich von

709821/0227 ...₁₆

diesen in der Richtung der Strömung des Antriebsfluids durch die Ströraungskanäle so erstrecken, daß sie mit den ümmantelungssegmenten (39, 41) eines angrenzenden Düsenblocks (36) in der I-jähe der Austrittskante (64) einer Düsenschaufel (37) des letzteren ineinanderpassen.

4. Düsenplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, uaß die inneren und äußeren Oberflächen (So, 82) eier gekrümmten i<iut relativ zu der longitudinalen Achse der tiabe (22) geneigt sinü und cxaß die inneren und äußeren überflächen (112, 114) der Düsenblock-Ummantelungssegmente (39, 41) entsprechend so geneigt sind, daß sie mit den überflächen (8o, 82) bei Einbringung der Düsenblöcke (36) in die gekrümmte Nut (34) genau zusammenpassen.

5. Düsenplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Düsenschaufeln (37) eine variierende Profilsehne bzw. Tiefe hat, die vom inneren (39) zura äußeren liinmantelungssegment (41) anwächst, so daß eine konstant gleichmäßige positive Eintrittsöffnung (throat) für jeden der Strömungskanäle im wesentlichen über die volle radiale Ausdehnung derselben geschaffen wird, wobei die Leitung des Antriebsfluids durch die Ströraungskanäle zu einer angrenzenden Rotorstufe der Turbine bei optimalen Lintrittswinkeln im wesentlichen über die volle radiale Ausdehnung eier Strömungskanäle so bewirkt wird, daß der Wirkungsgrad aer Turbine maximalisiert wird.

6. Düsenplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Düsenblöcke (36) nur eine einzige Düsenschaufel (37) umfaßt.

7. Verfahren zur Herstellung einer Turbinendüsenplattenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine gekrümmte liut (34) in der Vorder fläche (72) eine: allgemein zylindrischen Platte (7o) gebildet wird, daß eine Mehrzahl von Düsenblöcken (36) präzisionsformgegossen wird, von denen jeder

.. .17

709821/0227

eine Düsenschaufel (37) umfaßt, die sich zwischen einstückigen inneren und äußeren Ummantelungssegmenten (39/ 41) erstreckt, uie i.iit den inneren und äußeren Ummantelungssegiuenten (39, 41) der anderen Düsenblöcke (36) zusammenfassen, eine gekrümmte Reihe dieser Düsenblocke (36) in der liut (34) in ineinandergepaßter Seite-an-Seite-Beziehung auf solche V/eise angeordnet wird, daß die Austrittskanten (64) der Düsenschaufeln (37) relativ zu der allgemein zylindrischen Platte (7o) ira wesentlichen radial angeordnet sind, daß die UmmantelungsSegmente (39, 41) mit entsprechenden inneren und äußeren Oberflächen (So, 82) der Nut (34) verbunden v/erden, und daß Material (92) von der rückseitigen Fläche der Platte (7o) unter Ausrichtung mit der iMut (34) entfernt wird, so daß Strömungskanäle, die durch ciie UmmantelungsSegmente (39, 41) und die Düsenschaufeln (37) definiert werden, durch die Platte (7o) geöffnet weraen und dabei ciie Düsenplattenanordnung (2o) gebildet wird.

L. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (7o) entlang einer allgemein diametralen Ebene zur Bildung eines Spalts (38) geteilt wird, der die Platte (7o) vor der Linfügung der Düsenblöcke (36) in die l*ut (34) trennt, daß diese Plattenhälften während des Anordnens der Düsenblöcke (36) in der IJut (34) und während des Verbindens derselben mit diesen zeitweilig verbunden werden, und daß ciie zeitweilige Verbindung nach Fertigstellung der obigen Schritte aufgetrennt wird, so daß Düsenplattenhälftenanordnungen gebildet v/erden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wut (34) so ausgebildet wird, daß sie Oberflächen (8o, 82) einschließt, die relativ zu der longitudinalen Achse der Platte (7o) geneigt sind, und daß Düsenblöcke (3 6) präzisionsforiitgegossen werden, so daß Ummantelungs Segmente (39, 41)

.. .18

709°. 71/0227

so ausgebildet werden, daß sie innere und äußere Oberflächen (112/ 114) enthalten, die im entsprechenden Maße geneigt sind, wobei die Düsenblöcke (36) in der Wut (34) genau in Stellung gebracht werden können, indem die entsprechend geneigten Oberflächen aufeinandergepaßt v/erden.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Präzisionsformgießen der Düsenblöcke (36) die Düsenblöcke (3 6) so gegossen v/erden, daß sie nur eine einzige Düsenschaufel (37) enthalten.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Präzisionsformgießen der Düsenblöcke (36) die Schritte umfaßt, die Düsenblöcke (36) so zu gießen, daß sie Düsenschaufeln (37) enthalten, die eine variierende Profilsehne bzw. Tiefe haben, die von dem inneren ümmantelungssegment (39) zum äußeren Ummantelungssegment (41) so anwächst, daß sie eine konstant gleichmäßige positive Eintrittsöffnung für jeden der Strömungskanäle über im wesentlichen die volle radiale Ausdehnung derselben schafft, wobei die Leitung des Antriebsfluids durch die Strömungskanäle zu einer angrenzenden Rotorstufe der Turbine unter optimalen Eintrittswinkeln im wesentlichen über die ganze radiale Erstreckung der Strömungskanäle so bewirkt wird, daß der Wirkungsgrad der Turbine maximalisiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenblöcke (3 6) vor dem Verbinden durch Anbringen eines Ringes (124) von passendem Durchmesser in festem Oberflächenkontakt mit den Eintrittskanten (116) der Düsenblockdüsenschaufeln (37) in feste Oberflächenberührung mit der Hut (34) gezwungen werden und daß der Ring (124) an der Platte (7o) festgeklammert wird.

. .

709821/0227

13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer üer Düsenblöcke auf jeder Seite des Spalts (38) so angeordnet wird/ daß er sich teilweise über denselben in ineinanderpassender Beziehung mit einem angrenzenden Düsenblock der anderen Plattenhälfte in jedem Falle so erstreckt/ daß die Hälften in der Querrichtung starr ausgerichtet werden.

14. Düsenblock zum Gebrauch in einer Turbinendüsenplattenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Präzisionsgußformling umfaßt, der ein äußeres (41)/ ein inneres ümmantelungssegment (39) und wenigstens eine Düsenschaufel (37) einschließt, die sich dazwischen erstreckt und einstückig damit gebildet ist, wobei die Düsenschaufel (37) im Verhältnis zu den inneren und äußeren Ummantelungssegmenten (39, 41) so angeordnet ist, daß die Ausgangskante (64) der Düsenschaufel (37) bei arbeitsmäßiger Anordnung des Düsenblocks (36) in der Dusenplattenanordnung (2o) relativ zu der letzteren im wesentlichen radial angeordnet ist.

15. Düsenblock nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich nur eine Düsenschaufel (37) zwischen den inneren und äußeren Urnmante lungs Segmenten (39, 41) erstreckt.

16. Düsenblock nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenblöcke (36) zum Anordnen in einer Seite-an-Seite-Beziehung in einer Dusenplattenanordnung (2o) eingerichtet sind, so daß sie Fluidströmungskanäle zwischen aneinandergrenzenden Düsenschaufeln (37) definieren, und daß jede Düsenschaufel (37) eine variierende Tiefe hat, die vom inneren (39) zum äußeren Ummantelungssegment (41) so anwächst, daß eine konstant gleichmäßige positive Eintrittsöffnung (throat) für jeden der Strömungskanäle im wesentlichen über die gesamte radiale Ausdehnung derselben geschaffen wird, wobei die Leitung des Antriebsfluids durch die Strömungskanäle zu einer angrenzenden Rotorstufe der Turbine unter optimalen Eintrittswinkeln über ±m wesentlichen die volle radiale Erstreckung der Strömungskanäle so bewirkt wird, daß der Wirkungsgrad der Turbine maximalisiert wird.

709821 /0227

. . .2o

17. Düsenblock nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet/ daß die inneren und äußeren Umnantelungssegmente (39, 41) so eingerichtet sind, daß sie mit ähnlichen Ummantelungssegmenten (39, 41) von anderen Düsenblöcken (36) zusammenpassen, wenn sie an diese angrenzend angeordnet sind, und daß die inneren und äußeren Umraan te lungs segmente (39, 41) Vorsprünge (1oo, 1o2) umfassen , die sich von diesen in der Richtung der Strömung des Turbinenantriebsfluids so erstrecken, daß sie mit Ummantelungssegmenten (39, 41) eines angrenzenden Düsenblocks (36) ineinanderpassen und unmittelbar am Austrittsende (64) einer Düsenschaufel (37) des angrenzenden Düsenblocks (36) enden.

18. Verfahren zur Herstellung eines Düsenblocks zum Gebrauch in einer Turbinendüsenplattenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein inneres (39), ein äußeres ümmantelungssegment (41) und wenigstens eine Düsenschaufel (37), die sich dazwischen erstreckt und mit diesen aus einem Stück besteht, durch Präzisionsformgießen hergestellt werden, wobei die Düsenschaufel (37) relativ zu den inneren und äußeren Ummantelungssegmenten (39, 41) so angeordnet ist, daß die Ausgangskante (64) der Düsenschaufel (37) bei arbeitsmäßiger Anordnung des Düsenblocks in der Düsenplattenanordnung (2o) relativ zu der letzteren im wesentlichen radial angeordnet ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Präzisionsformgießen von wenigstens einer Düsenschaufel (37) aus Präzisionsformgießen von nur einer einzigen Düsenschaufel (37) besteht.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenschaufel (37) so gegossen wird, daß sie eine variierende Tiefe hat, die über aie gesamte radiale Ausdehnung der Schaufel (37) vom inneren Ümmantelungssegment (39) zum äußeren üinmantelungssegment (41) anwächst.

709821 /0227