DE2643886B1 - Gasturbinenlaeufer in scheibenbauart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasturbinenläufer in Scheibenbauart mit einem Zuganker, wobei der Zuganker an mindestens einer Stelle auf seiner Länge gegen die Kompressor- bzw. Turbinenscheiben durch ringförmige Zwischenglieder abgestützt ist.

Ein derartiger Gasturbinenläufer ist aus der DT-PS 20 34 088 bekannt. Dabei sind zwischen Zuganker und den Läuferscheiben geteilte Büchsen angeordnet, die mit Schrumpfringen zusammengehalten werden. Beim Lauf der Maschine weiten sich diese Büchsen durch die Wirkung der Fliehkraft auf, so daß dadurch ein enger Kontakt zwischen den Läuferscheiben und dem Zuganker erzielt wird. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die Anlage der geteilten Büchsen an den Läuferscheiben nicht eindeutig ist und daß an den Berührungsstellen zwischen Zuganker, Büchsen und Läuferscheiben Materialabtragungen auftreten können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine formschlüssige Abstützung des Zugankers eines Gasturbinenläufers gegen die Läuferscheiben zu schaffen, die bei Betrieb der Maschine einen eindeutigen und sicheren Kontakt gewährleistet und die darüber hinaus einfach einzubauen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Zwischenglieder aus sich angenähert konisch erweiternden Stülpringen bestehen, die mit dem einen Ende größeren Durchmessers in eine umlaufende Scheibennut an der Seitenfläche einer Läuferscheibe eingreifen und sich am anderen Ende mit ihrem Innenumfang auf dem Zuganker abstützen.

Bei Fliehkraftdehnung der Läuferscheiben im Betrieb der Maschine wird somit das eine Ende des Stülpringes aufgeweitet, und der Ring versucht sich umzustülpen, wobei jedoch das andere Ende auf den Zuganker drückt.

Dadurch wird eine feste Verspannung zwischen Läuferscheibe und Zuganker erreicht.

Zweckmäßigerweise weisen dabei die auf einen verstärkten Wellenbund aufgeschobenen Stülpringe einen zylindrischen Ansatz am erweiternden Ende auf, mit dem sie in die umlaufende Scheibennut eingreifen.

Um zu verhindern, daß sich die Stülpringe axial verschieben, kann zwischen dem Stülpring und der nachfolgenden Läuferscheibe ein Haltering eingesetzt werden. Dieser Haltering greift dabei zweckmäßigerweise in einen umlaufenden Absatz auf der konischen Außenseite des Stülpringes ein.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Gasturbinenläufer in teilweise verkürzter Darstellung,

F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 1 im Bereich der Kompressorscheiben,

F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 2 im Bereich eines Stülpringes und

Fig.4a bis 4c die prinzipielle Wirkungsweise des Stülpringes im unbelasteten und im aufgeweiteten Zustand.

Wie aus dem Längsschnitt nach F i g. 1 zu ersehen ist, besteht der Gasturbinenläufer aus einem Verdichterteil 1 und einem Turbinenteil 2, die aus einzelnen Läuferscheiben 3 bzw. 4 zusammengesetzt sind. Zwischen Verdichterteil 1 und Turbinenteil 2 ist eine Hohlwelle 5 eingeschaltet. Alle Teile werden dabei von einem zentralen Zuganker 6 axial zusammengehalten, der in einem vorderen Wellenstumpf 7 und einem hinteren Hohlwellenteil 8 verspannt ist. Die Läuferscheiben 3 und 4 sowie die Hohlwellenabschnitte 5, 7 und 8 sind über Hirthverzahnungen gegeneinander zentriert, die auch das Drehmoment übertragen.

Zur Abstützung des Zugankers 6 gegenüber den Kompressor- und Läuferscheiben 3 bzw. 4 sind nunmehr erfindungsgemäß sogenannte Stülpringe 9 vorgesehen, die zwischen Zuganker 6 und einigen der Läuferscheiben 3 bzw. 4 eingesetzt sind.

Fig.2 zeigt einen Längsschnitt durch den Hochdruckteil des Kompressors 1 mit den Kompressorscheiben 31 bis 37. In den Zwischenräumen zwischen den Scheiben 31 und 32 bzw. 33 und 34 sind nunmehr auf einen verstärkten Wellenbund 10 je ein Stülpring 9 aufgesetzt, die mit ihren konisch erweiterten Enden in die Läuferscheiben 32 bzw. 34 eingreifen und durch Halteringe 15 am axialen Verschieben gehindert werden.

Im einzelnen ist ein derartiger Stülpring 9 und seine genaue Anordnung in Fig.3 gezeigt. Das erweiterte Ende des Stülpringes weist dabei einen zylindrischen Ansatz 11 auf. Dieser zylindrische Ansatz 11 greift in eine umlaufende Scheibennut 12 auf der Seitenfläche 13 der Kompressorscheibe 32 ein. Wenn sich nun während des Betriebes die Läuferscheibe 32 durch die Wirkung der Fliehkraft dehnt, so wirkt auf den zylindrischen Ansatz 11 des Stülpringes 9 eine Kraft P\ und — da der Ring 9 versucht, sich umzustülpen — auf die Berührungsfläche 18 mit dem Zuganker 6 die Kraft P₂. Durch diese gegenseitige Verspannung wird somit bei Betrieb der Maschine eine feste Abstützung des Zugankers gegen die Läuferscheiben geschaffen, die Schwingungen des Zugankers 6 weitgehend dämpfen. Durch geeignete Dimensionierung des Stülpringes 9 sowie der Passungen zwischen dem Ringansatz 11 und der umlaufenden Scheibennut 12 einerseits sowie der

Auflagefläche 18 am Zuganker 6 andererseits können die Kräfte P\ und Pz auf vorgegebene Werte gebracht werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die Kraft Pz erst dann auftritt, wenn der Läufer rotiert, während bei der Montage des Läufers die Kraft Pz noch Null ist und damit beim Spannen des Zugankers 6 am Wellenbund 10 kein Fressen auftreten kann.

Um ein axiales Verschieben des Stülpringes 9 und damit ein Herausrutschen aus der Scheibennut 12 zu verhindern, ist noch ein Haltering 15 vorgesehen, der zwischen dem Stülpring 9 und einer benachbarten Läuferscheibe 31 angeordnet ist. Um einen definierten Abstützpunkt für diesen Haltering 15 am Stülpring 9 zu schaffen ist auf der Außenseite des Stülpringes 9 zweckmäßigerweise ein stufenförmiger Absatz 16 vorgesehen, in den das eine Ende des Halteringes 15 eingreift, und wodurch dieser Haltering 15 zentriert wird.

In den F i g. 4a bis 4c ist noch einmal die prinzipielle Wirkung des Stülpringes 9 dargestellt. Fig.4a zeigt dabei den Stülpring 9 in unverformtem Zustand mit genau zueinander zentrischen Außen- und Innenumfangsflächen 17 und 18. Wenn nun im Betrieb bei Dehnung der Scheibe am zylindrischen Ansatz 11 des Stülpringes 9 — wie in Fig.4b dargestellt — die Dehnung Δ 1 radial nach außen vorgegeben wird, so bewegt sich der rechte Rand bzw. das rechte Ende der Zylinderfläche 18 um den Betrag Δ 2 radial nach innen. Am linken Rand wirkt dabei die Kraft P\. In F i g. 4c ist dann der eigentliche Betriebszustand bei Verformung mit verhinderter Dehnung am Innendurchmesser dargestellt. Da hier der Zuganker 6 die Deformation Δ 2 der Innenumfangsfläche 18 verhindert, entsteht hier somit die Kraft P₂.

Die beschriebene Abstützung des Zugankers gegenüber den Läuferscheiben kann an jeder kritischen Stelle des Kompressorteils als auch des Turbinenteils vorgenommen werden. Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, kann dabei eine Abstützung des Stülpringes 9 im Gasturbinenteil 2 auch gegenüber dem benachbarten Hohlwellenteil 8 erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gasturbinenläufer in Scheibenbauart mit einem Zuganker, wobei der Zuganker an mindestens einer Stelle auf seiner Länge gegen die Kompressor- bzw. Turbinenscheiben durch ringförmige Zwischenglieder abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder aus sich angenähert konisch erweiternden Stülpringen (9) bestehen, die mit dem einen Ende größeren Durchmessers in eine umlaufende Scheibennut (12) an der Seitenfläche (13) einer Läuferscheibe (3,4) eingreifen und sich am anderen Ende mit ihrem Innenumfang (18) auf dem Zuganker (6) abstützen.

2. Gasturbinenläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einem verstärkten Wellenbund (10) aufgeschobenen Stülpringe (9) einen zylindrischen Ansatz (11) am erweiternden Ende aufweisen, mit dem sie in die umlaufende Scheibennut eingreifen.

3. Gasturbinenläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stülpring (9) und der folgenden Läuferscheibe (3') ein Haltering (15) gegen axiales Verschieben des Stülpringes (9) eingesetzt ist.

4. Gasturbinenläufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (15) in einen umlaufenden Absatz (16) auf der konischen Außenseite des Stülpringes (9) eingreift.