-
-
Aus Einzel.schmi.e.de.stücken .z.usammeng.es.chweißt.er Turbinen-
-
rotor Die Erfindung bezieht sich auf einen aus Einzelschmiedestücken
zusammengeschweißten Turbinenrotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Ein derartiger Turbinenrotor ist aus dem Buch von W Traupel "Thermische
Elrbomaschinen", 2. Band, Springer-Verlag, 1968, Seiten 297 bis 305, bekannt. Dabei
sind die durchgehende Welle des Turbinenrotors und die Scheiben als Einzelschmiedestücke
ausgebildet. Die Scheiben werden mit leichter Schrumpfspannung auf die Welle aufgezogen
und dann durch Schweißung mit dieser verbunden. Die Schweißung ist als sogenannte
Lippenschweißung ausgeführt, wobei ein ringförmiger Ansatz der Scheibe mit einem
ähnlichen hinterdrehten Ansatz der Welle verbunden ist. Diese Lippenschweißung hat
gegenüber einfachen Schrumpfverbindlmgen den Vorteil, daß im Betrieb eine einwandfreie
Zentrierung gesichert ist, auch wen die Schrumpfspannung verschwindet. Andererseits
dürfte die Festigkeit einer derartigen Verbindung jedoch relativ gering sein. Außerdem
führen die für die Lippenschweißung erforderlichen Ansätze von Welle und Scheiben
zu einer Vergrößerung des Scheiben standes und damit zu einer größeren Baulänge.
-
Aus der eingangs genannten Literaturstelle ist es auch bekannt, einen
Turbinenrotor aus mehreren in axialer Richtung aneinandergereihten Einzelschmiedestücken
aufzubauen und die Verbindungen durch entsprechende Schweißnähte herzustellen. Bei
dieser Bauart muß å jedoch auf die günstigen Festigkeitseigenschaften einer durchgehenden
Welle verzichtet werden.
-
Aus der eingangs genannten Literaturstelle ist es ferner bekannt,
einen Turbinenrotor einteilig auszubilden, wobei die Scheiben aus dem Vollen herausgearbeitet
werden, so daß Scheiben und Welle ein Schmiedestück bilden. Diese Bauform besitzt
wegen der Einheit von Welle und Scheiben besonders günstige Festigkeitseigenschaften.
Außerdem ergibt sich bei dieser einteiligen Bauform ein geringer Abstand zwischen
den Scheiben, wodurch kleinere Baulängen und eine Verkürzung des Lagerabstandes
ermöglicht werden.
-
Die einteilige Bauform stellt jedoch bei großen Abmessungen sehr hohe
Anforderungen an die Schmiedetechnik.
-
Insbesondere sind die erforderlichen Werkstoffkontrollen wesentlich
schwieriger als bei kleineren Schmiedestücken.
-
Außerdem erfordert das Herausarbeiten der Scheiben aus dem Vollen
einen erheblichen Aufwand.
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen arbinenrotor
zu schaffen, welcher aus einfach herstellbaren Einzelschmiedestücken zusammengebaut
werden kann und ähnliche Festigkeitseigenschaften aufweist wie ein einteiliger Turbinenrotor.
-
Bei einem aus Einzelschmiedestücken zusammengeschweißten Turbinenrotor
der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Turbinenrotor werden dle Fußteile der Scheiben
aus dem Vollen herausgearbeitet, so daß die Fußteile und die Welle ein Schmiedestück
bilden und in dem für die Festigkeitseigenschaften kritischen Ubergangsbereich zwischen
Welle und-Scheiben die gleichen Bedingungen vorliegen wie bei einem einteiligen
<«rbinenrotor. Die übrigen ringförmigen Scheibenteile werden dann als separate
Schmiedestücke ausgebildet, wobei sämtliche Einzelsehmiedestücke gut durchgeschmiedet
werten können. Im Vergleich zu vollständig aus dem Vollen heraus-
gearbeiteten
Läuferscheiben erfordert das Herausarbeiten der Fußteile nur einen geringen Aufwand.
Durch das Zerauso arbeiten der Fußteile aus dem Vollen können die zur Verbindung
der Fußteile mit den übrigen ringförmigen Scher ben vorgesehenen Schweißnähte in
einen Bereich gelegt werden, in welchem keine Biegewechselspannungen zu erwarten
sind und in welchem eine gute Zugänglichkeit für das Anbringen der Schweißnähte
gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Turbinenrotors ist,
daß insbesondere-im Hinblick auf die Baulänge und den Scheibenabstand die gleichen
Abmessungen realisiert werden können, wie bei einem einteiligen Turbinenrotor Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turbinenrotors ist vorgesehen,
daß die Schweißnähte sich über die gesamte Breite der Scheibe an den Verbindungsstellen
erstrecken. Der gesamte Turbinenrotor verhält sich dann wie ein einteiliges Werkstück.
-
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Welle angeschmiedete Kupplljngsflansche besitzt, deren Außendurchmesser Jeweils
geringer ist als die Innendurchmesser der zugeordneten ringförmigen Scheibenteile.
Bei einer entsprechenden Bemessung der ringförmigen Scheibenteile braucht also auf
die günstigen Eigenschaften angeschmiedeter Kupplungsflansche nicht erzichtet zu
werden.
-
Zur Erleichterung der gegenseitigen Ausrichtung der einzelnen Schmiedestücke
beim Zusammenbau des Turbinenrotors können die Fußteile und die ringförmigen Scheibenteile
einander zugeordnete Zentrierbunde besitzen. Dann können auch die Nahtwurzeln der
Schweißnähte-in die außerhalb der Scheibenkontur liegenden Bereiche der Zentrierbunde
gelegt werden. Eine derartige Ausbildung der Schweißnähte hat den Vorteil, daß nach
dem Schweißen die Zentrierbunde tris zur Scheibenkontur abgedreht werden können
und
hierdurch ein Anreißen der damit ebenfalls entfernten Nahtwurzeln
ausgeschlossen werden kann.
-
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert.
-
Dabei zeigt: Fig. 1 in stark vereinfachter schematischer Darstellung
einen teilweisen Längsschnitt durch einen Dampfturbinenrotor, Fig. 2 einen teilweisen
Längsschnitt durch den Turbinenrotor einer doppelflutigen Dampfturbine und Fig.
3 eine Scheibe des in Fig. 2 dargestellten Turbinenrotors in der Umgebung einer
noch nicht angebrachten Schweißnaht.
-
In dem in Fig. 1 dargestellten Teil eines DampSturbinenrotors sind
eine Welle 1, ein an die Welle 1 angeschmiedeter Kupplungsflansch 2 und mehrere
in Abstand zueinander angeordnete Scheiben zu erkennen. Auf die Darstellung eines
zweiten Kupplungsflansches und der von den Scheiben zu tragenden Beschaufelung wurde
verzichtet. Die Scheiben 3 bestehen dabei jeweils aus einem Fußteil 31 und einem
sich in radialer Richtung nach außen daran anschließenden ringförmigen Scheibenteil
32. Die Verbindung eines Fußteils 31 und des zugeordneten ringförmigen Scheibenteils
32 ist dabei jeweils durch eine in Umfangsrichtung verlaufende und sich über die
gesamte Breite der Scheibe 3 erstreckende Schweißnaht 33 hergestellt. Die Fußteile
3 der Scheiben 3 sind aus dem Vollen herausgearbeitet, so daß die Welle 1, die Kupplungsflansche
2 und die Fußteile 31 ein Schmiedestück bilden. Die ringförmigen Scheiben teile
32 sind jeweils als separate Schmiedestücke asbildet. Insgesamt gesehen werden also
nur verhältnismäßig leichte Schmiedestücke für den Aufbau des Durbinenrotors
benötigt,
was die Werkstoffkontrolle erleichtert und die Ausschußgefahr herabsetzt.
-
Bei dem-dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Scheiben 3 als
Scheiben gleicher Dicke ausgebildet, die lediglich im Ubergangsbereich zu der Welle
1 verbreitert sind.
-
Es ist aber ersichtlich, daß die Scheiben 3 auch mit Fußverstärkungen
ausgeführt werden könnten, wodurch der Span abfall beim Herausarbeiten der Fußteile
31 reduziert w'?1rde. Damit die ringförmigen Scheibenteile 32 beim Zusammenbau des
Turbinenrotors über die Kupplungsflansche 2 geschoben werden können, ist der Innendurchmesser
Di der ringförmigen Scheibenteile 33 stets etwas größer zu bemessen, als der Außendurchmesser
Da der Kupplungsflansche 2.
-
Der I.nnendurchmLesser D. der ringförmigen Scheibenteile 32 sollte
jedoch nicht zu groß bemessen werden, da sonst die Abmessungen des inneren Schmiedestückes
vergrößert wirden md auch beim Herausdrehen der Kontur zwischen den vU13-teilen
3< der Aufwand Mid der Spananfall gesteigert würden.
-
In dem in Fig. 2 dargestellten Teil des Durbinenrotors einer doppelflutigen
Dampfturbine sind eine Welle 4 und im Abstand zueinander angeordnete Scheiben 5,
6, 7 und 8 zu erkennen. Die übrigen in der Zeichnung nicht dargestellten Scheiben
des Turbinenrotors sind bezüglich der mit M bezeichneten Mittenebene genau spiegelbildlich
zu den Scheiben 5 bis 8 angeordnet. Die Scheibe 5 besteht aus einem mit der Welle
4 einstückig verbundenen Fußteil 51 und einem sich in radialer Richtung nach außen
daran anschließenden ringförmigen Scheibenteil 52, wobei die Verbindung durch eine
in Unifangsrichtung verlaufende Schweißnaht 53 hergestellt ist. In entsprechender
Weise bestehen die Scheiben 6, 7 und 8 aus Fußteilen 61 bzw. 71 bzw.- 8i und ringförmigen
Scheibenteilen 62 bzw, 72 bzw
82, wobei die Verbindungen durch Schweißnähte
63 bzw. 73 bzw. 83 hergestellt sind. Die Kontur der Fußteile 51, 61, 71 und 81 wird
aus dem Vollen herausgedreht und kann daher hinsichtlich der Fußverstärkung der
Einstechtiefe auf die an der jeweiligen Stelle vorhandenen Erfordernisse abgestellt
werden. Die Kontur der ringförmigen Scheibenteile 52, 62, 72 und 82 wird ebenfalls
vor dem Zusammenbau des Turbinenrotors weitgehend fertiggestellt, so daß sie nach
dem Verschweißen nur noch geringfügig überarbeitet werden muß. Die Innendurchmesser
der ringförmigen Scheibenteile 52, 62, 72 und 82 können ebenfalls den jeweiligen
Erfordernissen angepaßt werden, wobei jedoch im Hinblick auf den Zusammenbau diese
Innendurchmesser von außen her zur Mittenebene M hin ansteigen sollten. Außerdem
sollte bei der Festlegung der Abmessungen und der Einstechtiefen auf die gute Zugänglichkeit
für die Anbringung der Schweißnähte 53, 63, 73 und 83 geachtet werden1 d. h. die
Fußteile 51, 61, 71 und 81 sollten deutlich aus der Welle 4 hervorstehen.
-
Am Beispiel der Scheibe 7 ist in Fig. 3 dargestellt, wie der Zusammenbau
des Turbinenrotors vereinfacht und gleichzeitig die Güte der Schweißung verbessert
werden kann. Der Fußteil 71 der Scheibe 7 besitzt einen seitlichen Zentrierbund
74, mit welchem ein entsprechender Zentrierbund 75 des ringförmigen Scheibenteils
73 in radialer und axialer Richtung zur Anlage gebracht werden kann. Die Zentrierbunde
74 und 75 ermöglichen somit- eine rasche und exakte Ausrichtung des ringförmigen
Scheibenteils 72. In Fig. 3 ist ferner zu erkennen, daß der Fußteil 71 eine konisch
geneigte Außenfläche und der ringförmige Scheibenteil 73 eine konisch geneigte Innenfläche
besitzt, wobei die Neigungen auf den keilförmigen Querschnitt der Schweißnaht 73
(Fig. 2) abgestellt sind..
-
Beim Anbringen der Schweißnaht 73 werden die Zentrierbunde 74 und
75 zumindest so weit aufgeschmolzen, daß die Nahtwurzel in einem.Bereich außerhal-b
der eigentlichen
Scheibenkontur liegt. Beim Überdrehen der Scheibenkontur
nach dem Schweißen wird dann die Nahtwurzel entfernt und eine von ihr ausgehende
Rißgefahr vollständig vermieden. Der Turbinenrotor kann nach dem Verschweißen der
Einzelschmiedestücke ggf. noch spannungsarm glüht werden.
-
5 Patentansprüche 3 Figuren
Leerseite