DE3202905A1

DE3202905A1 - Rotor fuer eine stroemungsmittelgetriebene maschine

Info

Publication number: DE3202905A1
Application number: DE19823202905
Authority: DE
Inventors: Ralph Donald Springfield Pa. Brown; William Emerson Media Pa. Howard
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1982-01-29
Publication date: 1982-10-14
Also published as: FR2499148B1; ZA82415B; MX155288A; KR830009351A; GB2092268B; JPS5857602B2; JPS57143102A; GB2092268A; IT8219332A0; BR8200449A; KR890001168B1; CA1191457A; FR2499148A1; ES279679Y; ES279679U; IT1149496B

Description

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Rotor für eine strömungsmittelgetriebene Maschine

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine strömungsmittelgetriebene Maschine, insbesondere für eine Dampfturbine, mit einer Vielzahl von auf einer gestuften Welle angebrachten Sehaufelscheiben, wobei auf jeder Wellcnslufo eine Schuufelscheibe mit ihrer Nabe und eine Stirnsehcibe im Paßsitz angc^w ·"> ordnet ist, und mit einer Vielzahl am äußeren Umfang der Stirnseheibe angeordneten Schloßkeilen.

Bei großen Dampfturbinen wird die letzte Niederdruckstufe verhältnismäßig groß, wobei die Schaufeln des Rotors eine Länge in der Größenordnung von 1,2 m annehmen können und von einer Rotorspindel ausgehen, weiche ihrerseits einen Durchmesser von etwa 1,2 m haben kann. Um die Rotorspindel mit einer Welle aufbauen zu können, welche einen verhältnismäßig geringen Durchmesser hat, werden auf die Welle Schaufelscheiben aufgeschrumpft. Obwohl diese Schaufelscheiben im Preßsitz aufgeschrumpft sind, ist es allgemein üblich wegen der Temperaturdifferenzen und den großen zu tibertragenden Drehmomenten zwischen den Schaufelschciben und dor Welle Keilnutvcrbindimgeti vorzusehen. Dio Keile dieser Verbindung sind ι-Λ Querschnitt rechteckig aufgebaut und haben verhältnismäßig scharfe Kanten wodurch sich hohe Spannungskonzentrationen in den Ecken der Keilnutverbindung ergeben, die nach vielen Betriebsstufen zu von den Ecken der Keilnutverbindung ausgehenden Rissen führen. Um die Spannungskonzentration in der Keilnutverbindung zu verringern, wurden Rundkeile mit entsprechenden, in dem Übergangsbereich zwischen der Welle und der Schaufelscheibe vorgesehenen, runden Bohrungen verwendet, womit die Spannungs-

'-ö konzentrationen verringert werden soll. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Bereiche neben den Bohrungen in den Schaufelscheiben ebenfalls sehr großen

Spannungsbeanspruchungen

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Spannungsbeanspruchungen ausgesetzt sind. Die runden Keile bewirkten wohl eine geringere Spannungskonzentration, jedoch ergaben sich ebenfalls von den Rundkeilen herrührende Risse.

Der Erfindung liegt: deshalb die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu finden, um Spannungskonzentrationen in den Bohrungen der Schaufelscheiben eines Turbinenrotors zu vermeiden und insbesondere dafür zu .sorgen, daß eine relative Drehung der Schaufelscheiben gegenüber der Welle während unterschiedlichen Temperatureinwirkungen oder bei Überdrehzahlen verhindert wird. Diese Aufgabe wird für den eingangs erwähnten Rotor erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaufelscheiben mit einer Vielzahl von Ausnehmungen versehen sind, in welche die Nasen der Schloßkeile eingreifen, daß jede Stirnscheibe im Bereich der Zentralbohrung eine Vielzahl von Ausnehmungen hat, welche auf eine entsprechende Vielzahl von Nuten in der Welle ausgerichtet sind, und daß in die aufeinander ausgerichteten Ausnehmungen und Nuten Keile eingesetzt sind, um eine relative Drehung zwischen den Schaufelscheiben und der Welle zu verhindern.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen wird anhand eines auf die Zeichnung bezugnehmenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Turbine und einen Rotor, bei wel

chem die Erfindung verwendet wird,

Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie II - II der Fig. 3, •10 Fig. '.) Pinen Teilschnitt längs der Linie III - III der Fig. 2,

Fig. 4 oinon vergrößerten Ausschnitt längs der Linie IV - IV der Fig. 3,

Fig. 5 einen Teilsehnitt längs der Linie V-V der Fig. 4. 35

Bei

34 U 4 ö Un5 * ^:,_:< . \ ::-·,*-** '' I NACHQEREICHTi

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Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Niederdruckdampi'turbine 1 ist ein Rotor 5 in einem Gehäuse 3 angeordnet. Das Gehäuse 3 hat Lager 7 an gegenüberliegenden Enden, in welchen die Rotorwelle drehbar gelagert ist. Die Dampfzufuhr erfolgt über eine Düse 9, welche im Mittelteil des Gehäuses angeordnet ist, und den Dampf den stationären und drehbaren Schaufelrädern 13 und 15 zuführt. Die stationären Schaufeln sind in mit dem Gehäuse verbundenen Schaufelringen 17 befestigt. Durch die Schaufelringe werden einzelne hintereinander angeordnete Druckstufen gebildet, in welchen sich der Dampf über die Turbine entspannt. Das Gehäuse 3 ,

in die Lager 7 und die Schaufelringe haben eine horizontal verlaufende Trennesene, so daß die obere Hälfte des Gehäuses abgehoben und der Rotor 5 herausgenommen werden kann.

Der Rotor 5 besteht aus einer Welle mit einer Vielzahl von stufenförmigen Absätzen, die von den äußeren Enden aus zur Mitte hin im Durchmesser zunehmen. Auf diesen stufenförmigen Absätzen 23 sind Schaufelscheiben mit Hilfe einer Nabe 27 befestigt. Die Schaufelscheiben tragen auf ihrem Umfang einen oder mehrere Kränze von drehbaren Schaufeln 15. Die Zentrumsbohrung 29 der Nabe 27 ist auf einen Durchmesser gearbeitet, der einen Paßsitz auf dem jeweils zugeordneten stufenförmigen Absatz der Welle 21 sicherstellt. In der Regel ist die Bohrung 29 geringfügig kleiner als der Durchmesser des stufenförmigen Absatzes, so daß nach dem Aufziehen der Schaufelscheibe ein Preßsitz gewährleistet ist. Wie sich aus den Fig. 2 bis 5 ergibt, haben die einzelnen Naben 27 der Schaufelscheiben 25 Senkbohrungen 31 und einen radial nach außen sich erstreckenden flanschartigen Ring 33 am einen Ende des äußeren Um fangs. Neben der Nabe '27 i-t eine Stirnscheibe 35 angeordnet, welche mit einer Bohrung 37 auf den >Uifcnfo'rmigen Absatz 23 gepaßt ist. Die Stirnseheibe 35 ist im Bereich der Bohrung 37 mit einer Verdickung 38 versehen, welche in die Senkbohrung 31 paßt. Auf der Außenseite verläuft die Stirnscheibe 25 in einer radialen Ebene nach außen zum flanschartigen Rand 33 der Schaufelscheibe. Mit der Stirnscheibe 35 ist eine Vielzahl von Schloßkeilen 41 verbunden, indem Paßbolzen 43 durch Paßbohrungen in der Stirnscheibe 35 verlaufen und mit den Schloßkeilen verspannt sind. Die Schloßkeile 41 sind langge-

streckt

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streckt ausgebildet, so daß etwa vier Paßbolzen 43 zur Befestigung vorgesehen werden können. An jedem Schloßkeil ist ein Ausschnitt 45 vorgesehen, so daß eine Nase 47 entsteht, welche in eine entsprechende Ausnehmung 49 im flanschartigcn Rand der Schaufelscheibe 25 paßt. Dio Kanten am Inneren Ende der Nase 47 sind gebrochen. Entsprechend sünd die Ausnehmungen 49 im Kantenbereich mit verhältnismäßig großen Übergangsradien versehen, um die Spannungskonzentration in diesem Bereich zu verringern.

Die Welle 21 und die Zentralbohrung 27 der Stirnscheiben 35 haben jeweils aufeinander ausgerichtete Nuten 53 bzw. Ausnehmungen 55, die derart gestaltet sind, daß eine Öffnung entsteht, in welche ein dübelartiger Siift oder Keil 57 eingesetzt werden kann. Dadurch entsteht eine Keilnutverbindung zwischen der Welle und der Stirnscheibe. Diese Keilnutverbindung wirkt mit der Schloßkeilverbindung am flanschartigen Rand zusammen und verhindert eine relative Drehbewegung zwischen der Schaufelscheibe und dor Welle. Diese Verhinderung einer Relativbewegung wird auch gewährleistet wenn Temperaturunterschiede auftreten oder sich der Rotor mit einer Überdrehzahl dreht, bei welchen sich der Preßsitz möglicherweise zwischen den Schaufelscheiben und der Welle löst.

In der Stirnscheibe sind Bohrungen 63 vorgesehen, in welche knopfartige Einsätze 61 eingesetzt sind. Diese knopfartigen Einsätze 61 haben eine bestimmte Dicke die größer ist als die Dicke der Stirnscheibe 35 um zwisehen der Stirnscheibe und der nächsten angrenzenden Schaufelscheibe einen axialen Toleranzabstand vorzusehen. Die knopfartigen Einsätze 61 sind bei der Herstellung mit einem lippenförmigen Rand 62 ausgebildet, welcher sich beim Einsetzen in die Bohrung 63 umlegt und an den Rand der Bohrung anpreßt. Dadurch werden die knopfartigen Einsätze 61 in der Stirnscheibe 35 sicher festgehalten.

Die Stirnscheibe 35, wie sie vorausgehend beschrieben wurde, stellt ein sehr vorteilhaftes Zwischenglied für die Schaufelscheiben 25 dar, um diese mit der Welle 21 zu verbinden und gleichzeitig Spannungskonzentrationen 35

in

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in den Bohrungen der Schaufel cheibe zu vermeiden. Die Ausnehmung im flanschartigen Rand der Schaufelscheibe, welche die Nase 47 eines Sehloßkeilcs aufnimmt, sind in Herciehen angeordnet, in welchen die I.siiijv*-;--beanspruchungen wesentlich geringer sind und daher auch die Möglichkeit der Ausbildung von Spannungsrissen wesentlich verringert wird.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

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15

[L)/ Rotor für eine strömungsmittelgetriebene Maschine, insbesondere für eine Dampfturbine, mit einer Vielzahl von auf einer gestuften Welle angebrachten Schaufelscheiben, wobei auf jeder Wellenstufe eine Schaufelscheibe mit ihrer Nabe und eine Stirnscheibe im Paßsitz angeordnet ist, und mit einer Vielzahl am äußeren Umfang der Stirnscheibe angeordneten Scliloßkeilen,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Schaufelscheibcn (25) mit einer Vielzahl von Ausnehmungen (4S)) versehen sind, in welche die Nasen (47) der Schloßkeile (41) eingreifen, daß jede Stirnscheibe (35) im Bereich der Zentralbohrung (37) eine Vielzahl von Ausnehmungen (55) hat, welche auf eine entsprechende Vielzahl von Nuten (53) in der Welle (29) ausgerichtet sind, und daß in die aufeinander ausgerichteten Ausnehmungen (55) und Nuten (53) Keile (57) eingesetzt sind, um eine relative Drehung zwischen den Schaufelscheiben und der Welle zu verhindern.
2.) Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelscheiben (25) an dem der Stirnscheibe (35) zugeordneten Bereich mit einem flanschartigen Rand (33) versehen ist, in welchem die Ausnehmungen (49) angeordnet sind.

NACHGeRElCHT

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ο.) Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 'laß die Stirnscheibe (35) mit einem knopfartigen Einsatz (61) versehen ist, '.'/elehcr aufgrund seiner vorgegebenen Dicke einen axialen Toleranzabstand zwischen den auf der Welle (21) montierten Schaufelscheiben (25) bewirkt.