DE3407373A1

DE3407373A1 - Dampfturbinenrotor

Info

Publication number: DE3407373A1
Application number: DE19843407373
Authority: DE
Inventors: Victor John Rexford N.Y. Knorowski; Daniel John Schenectady N.Y. Sheflin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-11-25
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1985-06-05
Also published as: DE3407373C2; KR890001343B1; IT1176500B; IT8422090A0; CA1209052A; JPS60119303A; JPS642761B2; US4497612A; KR850003920A

Description

9308-17TU-O3O76

GENERAL ELECTRIC COMPANY

Dampfturbinenrotor

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Sicherungsvorrichtung für ein Dampfturbinenlaufrad als Teil eines Turbinenrotors und betrifft insbesondere ein Teil oder einen Finger, der an der Bohrung des Laufradnabenabschnittes angeordnet ist und in einen Schlitz an der Welle des Rotors eingreift und dadurch das Laufrad daran hindert, sich relativ zu der Welle zu drehen, wenn der feste Schrumpfsitz zwischen dem Laufrad und der Welle sich lockert.

Bei einigen Dampfturbinen werden so große Rotoren verwendet, daß die Turbinenlaufräder, die die Turbinenschaufeln an ihren radial äußersten Teilen tragen, kein integraler Teil der Welle des Rotors sind. Die radialen Abmessungen solcher Turbinenrotoren liegen in der Grössenordnung von 2,1 (seven) oder 2,5 m (eight feet), wobei die Turbinenschaufelabmessung nicht eingeschlossen

ist. Es ist bekannt, daß bei so großen Rotoren große Spannungen aufgrund von deren Größe und aufgrund der Qualität und der Quantität des auf ihre Schaufeln einwirkenden Dampfes auftreten. Zusätzlich zu den Turbinenschaufeln hat jedes Laufrad einen Nabenabschnitt, der insgesamt in seinem radial inneren Teil angeordnet ist.

Jeder Nabenabschnitt hat eine durchgehende Bohrung. Das Laufrad ist auf der Welle des Rotors durch einen festen Schrumpfsitz zwischen der radial inneren Oberfläche des Nabenabschnitts und der entsprechenden Oberfläche der Welle befestigt. Während des normalen Turbinenbetriebes verhindert dieser Festsitz eine Drehung des Laufrades relativ zu der Welle.

Wegen der enormen Größe des Dampfturbinenrotors und wegen seiner Gestehungs- und Betriebskosten ist es erforderlich, daß die Turbinenschaufeln relativ zu der Welle in im wesentlichen festen Positionen gehalten werden. Diese Forderung sollte während allen Turbinenbetriebszuständen eingehalten werden, und zwar einschließlich normalen, aber nichtstationären Betriebszuständen, wie beispielsweise überdrehzahl- und unerwünschten thermischen Übergangsperioden. Diese Forderung ist von noch größerer Wichtigkeit, wenn auf den Dampfturbinenrotor Dampf einwirkt, der im Kessel eines Kernreaktors erzeugt wird. Um zu gewährleisten, daß sich während solchen Turbinenbetriebszuständen die Turbinenlaufräder nicht relativ zu der Welle drehen, ist eine Sicherheitsvorrichtung oder redundante Verriegelungsvorrichtung in das Laufrad eingebaut, beispielsweise in die Bohrung des Nabenabschnittes des Laufrades.

Bekanntlich steht die Grenzfläche zwischen der Laufradbohrung und der Wellenoberfläche unter großer mechanischer Spannung. Weiter ist bekannt, daß diese mechani-

sehe Spannung in Kombination mit anderen Spannungen, die durch vorübergehende thermische oder andere unvermeidbare Betriebszustände erzeugt werden, Anzeichen für Spannungsrißkorrosion in dem Nabenabschnitt der Laufräder verursacht. Der genaue Mechanismus, der die Spannungsrißkorrosion erzeugt, ist zwar noch nicht völlig geklärt, es wird jedoch angenommen, daß, wenn die mechanischen Spannungen an der Laufradbohrung auf einem Minimum gehalten werden und die Ansammlung von Wasser, das aus dem Dampf kondensiert, in diesem Gebiet minimiert und/oder eliminiert wird, die Wahrscheinlichkeit, daß sich ein Spannungsrißkorrosionsproblem in diesem Laufrad entwickelt, reduziert, wenn nicht gar eliminiert wird.

Bei einer bekannten Vorrichtung, die jedes Laufrad auf der Welle verriegelt, wird ein Teil benutzt, das in einen Schlitz an der Welle vorsteht. Diese relativ einfache Verriegelungsvorrichtung erhöht jedoch den Spannungsanhäufungs- oder Kerbbeiwert in diesem Gebiet der Laufradbohrung und vergrößert infolgedessen die Wahrscheinlichkeit eines Spannungsrißkorrosionsproblems in dem Laufrad.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verriegelungsvorrichtung oder Verdrehsicherung an der Laufradbohrung/Wellenoberfläche-Grenzfläche zu schaffen, die eine Drehung des Laufrades relativ zu der Welle verhindert, wenn sich der Festsitz zwischen denselben lockert.

Weiter soll eine Verriegelungsvorrichtung an der Laufradbohrung geschaffen werden, die den Spannungsänhäufungs- oder Kerbbeiwert in diesem Gebiet minimiert.

Ein Rotor einer Dampfturbine, der in der Turbine drehbar gelagert ist, hat eine mehrfach abgesetzte Welle

mit sequentiell abnehmenden Radien längs eines axialen Abschnitts der Welle. Die Absätze haben jeweils zwei Umfangsnuten, und zwar eine axial vordere Nut und eine axial hintere Nut. Ein Längsschlitz erstreckt sich zwischen der hinteren Nut und dem axial hinteren Rand des Absatzes. Wenigstens ein Laufrad ist auf jedem Absatz durch einen festen Schrumpfsitz zwischen der inneren radialen Oberfläche des Nabenabschnitts des Laufrades und der Absatzoberfläche befestigt. An dem axialen Ende der inneren Oberfläche hat jeder Nabenabschnitt einen Schulterteil, der eine größere radiale Abmessung als die innere Oberfläche hat, und ein Schulterteil hat wenigstens ein von ihm aus vorstehendes Teil. Das Teil ist mit dem Schlitz, der diesem axialen Ende des Nabenabschnitts benachbart ist, in Paßeingriff bringbar. Die mit Bezug auf die Drehrichtung der Welle vordere Stirnfläche des Teils ist mit der Schlitzvorderseite in Berührung, so daß das Teil eine Drehung des Laufrades relativ zu der Welle verhindert, wenn sich der Festsitz lockern sollte.

In einer Ausführungsform steht das Teil von der Schulter aus radial nach innen vor und ist mit dem Schlitz in der vorangehenden Absatzoberfläche in Paßeingriff bringbar. In diesem Fall ist das Teil an dem axial vorderen Teil der Nabe angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform steht das Teil von der Schulter aus, die an dem axial hinteren Teil des Nabenabschnitts angeordnet ist, radial nach innen vor, weshalb das Teil mit dem Schlitz in der Absatzoberfläche, die diesem besonderen Laufrad entspricht, in Paßeingriff ist. In einer dritten Ausführungsform steht das Teil von einer axialen Stirnfläche des Nabenabschnitts aus axial vor, und in dieser Ausführungsform wird das Teil als "Finger" bezeichnet.

Darüber hinaus sind die Grenzflächen zwischen den vorderen und hinteren Teil- oder Fingerstirnflächen und der

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dazu benachbarten Schulter stromlinienförmige Ausrundungen, so daß der Spannungsanhäufungsbeiwert in diesem Gebiet niedriger ist als der Spannungsanhäufungsbeiwert für Grenzflächen, die einfache kreisförmige Ausrundungen haben. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist eine nach außen gehende Winkelschräge an dem Schulterteil umfangsmäßig über eine diskrete bogenförmige Nut hinaus, die das Teil von der Schrumpfsitzgrenzfläche axial trennt, zwischen 0° und 10° bezüglich der Oberfläche des Absatzes.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine weggeschnittene Teillängsan

sicht des Dampfturbinenrotors,

Fig. 2 eine weggeschnittene Teillängsan

sicht der Nabenabschnitte mehrerer Turbinenlaufräder und des benachbarten Teils der Welle,

Fig. 3 in auseinandergezogener Darstel

lung eine weggeschnittene perspektivische Ansicht eines Teils eines Laufradnabenabschnittes mit einem axial vorderen Teil und dem benachbarten Wellenteil,

Fig. 4 eine weggeschnittene Teillängsan

sicht der Laufradnabenabschnitte, die Teile aufweisen, welche an den axial hinteren Teilen der Nabenabschnitte angeordnet sind,

Flg. 5 die axiale Ansicht eines Teils, be

trachtet aus der Pespektive der Schnittlinie 5-5· in Pig. 4,

die Fig. 6A-6C Ansichten der Teile und der zugeordneten Wellenteile, betrachtet aus den Perspektiven längs der Schnittlinien 6a-6a', 6b-6b' bzw. 6c-6c' in Fig. 5,

Fig. 7 eine weggeschnittene Teillängsan

sicht der Nabenabschnitte mehrerer Turbinenlaufräder, wobei ein Paar Laufräder auf einem Absatz befestigt ist, und

Fig. 8 eine weggeschnittene Teilansicht

des Turbinenrotors einer Zweistromturbine, der zwei axiale Abschnitte hat, von denen jeder einen Satz sequentiell kleinerer Absätze hat.

Fig. 1 zeigt eine weggeschnittene Teillängsansicht eines Dampfturbinenrotors 10. Mehrere Turbinenräder, die jeweils mit der Bezugszahl 12 bezeichnet sind, tragen an ihren radial äußersten Teilen, von denen einer mit der Bezugszahl 14 bezeichnet ist, Dampfturbinenschaufeln 16. Ummantelungen 18 sind mit dem radial äußeren Teil der Schaufeln 16 durch Zapfen 20 verbunden. Jedes Laufrad 12 hat an seinem radial inneren Teil einen Nabenabschnitt 22.

Eine mehrfach abgesetzte Welle 3 6 ist in der Dampfturbine drehbar gelagert. Fig. 1 zeigt einen axialen Ab-

schnitt der Welle 3 6 mit Absätzen, die sequentiell abnehmende Radien aufweisen, r.., der radiale Abstand zwischen der radial inneren Oberfläche des Nabenabschnittes des am weitesten links befindlichen Laufrades und der Mittelachse der Welle 36/ ist größer als r₂, der wiederum größer als r₃ ist. Die radialen Abmessungen r., Tc und r, sind sequentiell kleinere Radien, wie es Fig. 1 zeigt.

Es ist zu beachten, daß zwar jeder Absatz einen im wesentlichen gleichmäßigen Radius hat, wie z.B. den Radius r.., daß jedoch der Absatz einen etwas konischen Radius haben kann. Der Ausdruck "im wesentlichen gleichförmig" und die Bezeichnung "r" umfassen einen solchen konischen Absatz. Ein sich radial erstreckender angeformter Flansch 38 ist neben dem Absatz angeordnet, der die maximale radiale Abmessung r~ hat. Der Flansch 38 hat gemäß Fig. 1 eine radiale Abmessung r . Der Flansch 38 ist in Fig. 2 ausführlicher dargestellt. Der Flansch 38 kann Teil eines maximalen radialen Teils der Welle 36 sein, der sich in Fig. 1 nach links erstreckt. Außerdem kann die radiale Strecke r singular der maximale

radiale Teil der Welle 36 sein.

Fig. 2 zeigt eine weggeschnittene Teillängsansicht von mehreren Nabenabschnitten und den benachbarten Teil der abgesetzten Welle 36 mit dem integralen Flansch 38, der von ihr radial vorsteht. Der Nabenabschnitt 40 hat eine radial innere Oberfläche 42. Der Nabenabschnitt 40 und sein zugeordnetes Turbinenlaufrad sind auf der Ab- . satzoberfläche 44 durch einen festen Schrumpfsitz zwischen der Oberfläche 42 und der Oberfläche 44 befestigt, um eine Drehung zwischen dem Laufrad und der Welle zu verhindern. Der Nabenabschnitt 46 hat mit seiner inneren Oberfläche 48 eine Festsitz auf der Absatzober-

fläche 50 des nächsten Absatzes, der einen kleineren Radius hat, d.h., r₂ ist kleiner als r... Der nächste Nabenabschnitt 52 ist auf gleiche Weise auf der Welle 36 durch einen Festsitz zwischen der Oberfläche 54 und der Absatzoberfläche 56 befestigt.

Jede Absatzoberfläche 44, 50 und 56 hat einen im wesentlichen gleichmäßigen Radius über ihrer axialen Ausdehnung. Zwei im wesentlichen parallele ümfangsnuten sind in jeder dieser Oberflächen angeordnet. Die Absatzoberfläche 50 hat eine axial vordere Nut 60 neben der vorangehenden Absatzoberfläche 44 und eine axial hintere Nut 62 nahe bei, aber mit axialem Abstand von der als nächsten folgenden Absatzoberfläche 56, die einen kleineren Radius von r₃ hat. In der gesamten Beschreibung bezieht sich die Bezeichnung axial "vorn" und "hinten", die bei manchen Teilen benutzt wird, auf die Position des Teils relativ zu dem radial maximalen Teil der Welle, weshalb sich ein "axial vorderes" Teil näher bei dem maximalen Teil als ein "axial hinteres" Teil befindet.

Ein Längsschlitz 6 3 erstreckt sich axial zwischen der Nut 62 und dem axial hinteren Rand 6 4 der Absatzoberfläche 50. Der axial hintere Teil der Absatzoberfläche 50 zwischen der Nut 62 und dem Rand 64 ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt, weil der in Fig. 2 gezeigte Längsschnitt durch die Mittelebene des Schlitzes 63 geht. Die Tiefe des Schlitzes 63 unter der Oberfläche 50 ist kleiner als die Tiefe der Nut 62. Alle Absatzoberflächen 44, 50 und 56 haben axial vordere und axial hintere Nuten auf jeder axialen Seite der Schrumpfsitzgrenzfläche zwischen dem Laufrad und der Welle, um den Spannungsanhäufungsbeiwert an der Oberfläche der Welle zu beseitigen oder zu verringern. Auf diese Weise sind die vordere und die hintere Nut 60 bzw. 62 Freistiche für die Absatzoberfläche 50 am einen

bzw. anderen axialen Ende der Schrumpfsitzgrenzflache. Die Nuten 60 und 62 bilden außerdem einen Ablaufkanal für das Dampfkondensat, das sich darin aufgrund der Wärmegradienten zwischen dem Dampfströmungsweg und der Welle 36 und jedes axialen Wärmegradienten an dem Schlitz 63 ansammeln kann. Alle aufeinanderfolgenden Absatzoberflächen haben vordere und hintere Nuten, die deren Festsitzgrenzflächen zwischen sich einschließen.

Jeder Nabenabschnitt hat einen Schulterteil an jedem axialen Ende seiner inneren Oberfläche. Der Nabenabschnitt 46 hat eine Schulter 66 an seinem axial hinteren Ende 68. Die Schulter 66 hat eine radiale Abmessung, die größer ist als die radiale Abmessung der inneren Oberfläche 48. Der Nabenabschnitt 46 hat an seinem axial vorderen Ende 70 gemäß Fig. 2 eine Schulter 72. Die Schulter 72 hat wenigstens ein diskretes, radial innen angeordnetes Teil 74. Das Teil 74 weist aufgrund einer diskreten gekrümmten, im wesentlichen kreisförmigen Nut 76 an der Schulter 72 axialen Abstand von der inneren Oberfläche 48 auf.

Die vorangehende Absatzoberfläche 44 hat eine axial vordere Nut 80, eine axial hintere Nut 82 und einen Längsschlitz 83, der sich zwischen der Nut 82 und einem axial hinteren Ende 84 erstreckt. Gemäß Fig. 2 ist das Teil 74 des Nabenabschnitts 46 in Paßeingriff mit dem Schlitz 83 der vorangehenden Absatzoberfläche 44.

Der Nabenabschnitt 40 gleicht insgesamt dem Nabenabschnitt 46 insofern, als die innere Oberfläche 42 . eine axial hintere Schulter 86 und eine axial vordere Schulter 88 neben axialen Stirnflächen 87 bzw. 92 hat. Gemäß Fig. 2 sind jedoch der Nabenabschnitt 40 und sein zugeordnetes Laufrad auf dem Absatz angeordnet, der die größte radiale Abmessung r.. hat, und ein

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Finger 90 steht von der Stirnfläche 92 nahe der Schulter 88 axial vor. Der angeformte Flansch 38 hat einen Längsschlitz 94, der sich zu dem axial hinteren Rand 96 des Flansches erstreckt. Der Nabenabschnitt 40, der die größte radiale Bohrungsabmessung r. hat, braucht den Finger 90 nicht aufzuweisen, sondern könnte ein radial innen angeordnetes Teil ähnlich dem Teil 74 des Nabenabschnitts 46 aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform hat der Finger 90 aufgrund einer diskreten bogenförmigen, sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckenden Nut 89 an der Schulter 88 Abstand von der Festsitzgrenzfläche der Oberflächen 42 und 4 4.

Fig. 3 zeigt in auseinandergezogener Darstellung einen keilförmigen Abschnitt des Nabenabschnitts 46, des Nabenabschnitts 40 und des benachbarten Bereiches der Welle 36. Gleiche Teile wie in Fig. 2 tragen gleiche Bezugszeichen. Der Schlitz 83 erstreckt sich axial zwischen der Nut 82 und dem hinteren Rand 84 an dem axial hinteren Teil 100 der Absatzoberfläche 44. Der hintere Teil 100 kann entweder koplanar zu der Oberfläche 44 sein oder eine etwas kleinere radiale Abmessung im Vergleich zu r.. haben.

Gemäß Fig. 3 ist das Teil 74 in Paßeingriff mit dem Schlitz 83 bringbar, und die Schulter 72 überlappt den mit ihr zusammenpassenden hinteren Teil 100 der Oberfläche 44.

Fig. 4 zeigt zwei Nabenabschnitte 110 und 112 und den benachbarten Wellenteil 114. Die Teile 128 sind an dem axial hinteren Ende ihrer Nabenabschnitte angeordnet. Der Nabenabschnitt 110 hat eine innere Oberfläche 116, die einen Festsitz auf der Absatzoberfläche 118 der Welle 114 aufweist. Eine Schulter 120 befindet sich an

dem axial vorderen Ende 122 des Nabenabschnitts 110. Eine axial hintere Schulter 124 hat eine diskrete bogenförmige Nut 126, aufgrund der das Teil 128 Abstand von der inneren Oberfläche 116 hat. Wie bei allen sequentiellen Absätzen befindet sich die axial hintere Nut 130 des Absatzes 118 an dem als nächsten folgenden Absatz, und ein Längsschlitz 132 erstreckt sich axial zwischen der Nut 130 und dem axial hinteren Rand 134 des Absatzes 118. Gemäß Fig. 4 erstreckt sich das Teil 128 radial einwärts über die innere Oberfläche 116 hinaus, um in den Schlitz 132 der Absatzoberfläche 118 an der axialen Stirnfläche 123 des Nabenabschnitts 110 einzugreifen.

Fig. 5 zeigt das Teil 128 und den benachbarten Wellenbereich in einer Ansicht von der Schnittlinie 5-5' in Fig. 4 aus. Wegen der großen radialen Abmessungen der Laufradbohrung und des Nabenabschnitts erscheinen das Teil und die gezeigten Bereiche der Wellenoberflächen in Fig. 5 eben, während es sich tatsächlich um einen diskreten gekrümmten Teil des Umfangs der Welle und des Innenumfangs des Nabenabschnitts handelt. Wenn die in Fig. 5 gezeigte Drehrichtung angenommen wird, ist die vordere Stirnfläche 140 des Teils 128 mit der vorderen Seitenwand 142 des Schlitzes 132 in Berührung. Die Ausdrücke "vordere" und "hintere", die in der Beschreibung benutzt werden, beziehen sich auf die Position eines Teils relativ zu der We1lendrehrichtung. Wenn der Festsitz zwischen dem betreffenden Laufrad sich aus irgendeinem Grund lockert, verhindert das Teil 128 die Drehung des Laufrades wegen der vorgenannten mechanischen Berührung.

Die Grenzfläche zwischen der vorderen Stirnfläche und der Schulter 124 ist in Fig. 5 mit A bezeichnet

und ist eine stromlinienförmige Ausrundung. Bekanntlich unterscheidet sich eine stromlinienförmige Ausrundung von einer einfachen kreisförmigen Ausrundung dadurch, daß die stromlinienförmige Ausrundung einen variablen Krümmungsradius im Gegensatz zu dem konstanten Krümmungsradius der kreisförmigen Ausrundung hat. Die stromlinienförmige Ausrundung A minimiert den tangentialen Spannungsanhäufungsbeiwert in dem Bereich des Teils 128. Auf gleiche Weise hat die hintere Stirnfläche 144 eine stromlinienförmige Ausrundungs grenzfläche B zwischen der Stirnfläche 144 und der Schulter 124. Bekanntlich wird durch jedweden Vorsprung oder Ausschnitt an der Oberfläche eines Zylinders oder an der radial inneren Oberfläche eines Ringes der Spannungsanhäufungsbeiwert in dem Bereich des Vorsprunges oder des Ausschnittes vergrössert. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist das Minimieren des tangentialen Spannungsanhäufungsbeiwertes in dem Bereich der Teile und der Schlitze. Das Vorhandensein von Umfangsfreistichen auf jeder Seite des Schlitzes an der Wellenoberfläche minimiert den Spannungsanhäufungsbeiwert innerhalb der Welle in dem Bereich des Schlitzes. Die stromlinienförmigen Ausrundungen in den Bereichen A und B sowie die diskreten bogenförmigen Nuten, die den axialen Abstand der Teile von den inneren Oberflächen der Nabenabschnitte herstellen, reduzieren den Spannungsanhäufungs-.beiwert in der Bohrung der Laufradnabe. Diese Freistiche in Kombination mit den stromlinienförmigen Ausrundungen reduzieren den Spannungsanhäufungsbeiwert um schätzungsweise 25 % im Vergleich zu anderen Vorrichtungen.

In einer Ausführungsform hat die radial innere Fläche 146 des Teils 128 radialen Abstand vom Grund

148 des Schlitzes 132. Außerdem hat die hintere Seitenwand 150 des Schlitzes 132 Umfangsabstand von der hinteren Stirnfläche 144 des Teils 128. Diese Abstände gestatten das Zusammenbauen der Laufräder ohne übermäßige Kraft und verringern so begleitend■? mechanische Spannungen, die sich aus dem Zusammenbau ergeben können, und gestatten außerdem das Ablaufen von Kondensat, das sich in dem Schlitz oder auf dem Teil bilden kann.

Die Fig. 6A-6C zeigen Längsansichten der Teile und der zugeordneten Wellenteile aus der Perspektive der Schnittlinien 6a-6a', 6b-6b' bzw. 6c-6c' in Fig. 5. Fig. 6A zeigt eine Ansicht ungefähr in der Mitte durch den Schlitz 132 aus einer Längsperspektive. Deutlich gezeigt ist in Fig. 6A die diskrete gekrümmte Nut 126, die an der Schulter 124 umfangsmäßig ausgerichtet ist und axialen Abstand des Teils 128 von der inneren Oberfläche 116 schafft. Außerdem ist die Nut 130 in der Absatzoberfläche 118 nahe bei, jedoch mit Abstand von dem axial hinteren Rand 134 des Absatzes 118 angeordnet, üblicherweise hat das Teil eine Stirnfläche, die auf die axiale Stirnfläche 123 des Nabenabschnitts radial ausgerichtet ist. Außerdem kann bei den axial vorderen Teilen, die in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt sind, eine der Stirnflächen radial auf die axial vordere Stirnfläche ihrer zugeordneten Nabenabschnitte ausgerichtet sein.

Fig. 6B zeigt eine Ansicht aus der Perspektive der Schnittlinie 6b-6b' in Fig. 5. Das besondere Merkmal in Fig. 6B ist die Schräge der Schulter 124. Gemäß der Darstellung in Fig. 5 bildet die nach außen gehende Schräge, die sich von der Oberfläche 116 zu der Stirnfläche 123 erstreckt, einen Winkel von ungefähr

0° mit der Ebene der Absatzoberfläche 118. Hier in der Beschreibung bedeutet die Bezeichnung "nach außen gehend" eine Richtung aus der Perspektive der Festsitzgrenzfläche zu einer besonderen axialen Stirnfläche des Nabenabschnitts.

Das besondere Merkmal in Fig. 6C ist die nach außen gehende Schräge der Schulter 124, die unter einem Winkel von 5° gegen die Absatzoberfläche 118 dargestellt ist. Es sei angemerkt, daß die nach außen gehende Schräge der Schulter 124 umfangsmäßig über die diskrete böge nfö:
kann.

genförmige Nut 126 hinaus zwischen 0 und 10° betragen

Der radiale Abstand zwischen der Schulter 124 und dem hinteren Teil der Absatzoberfläche 118 (in Fig. 6B gezeigt) in Kombination mit der nach außen gehenden Schräge der Schulter 124 in Umfangsrichtung über die gekrümmte Nut hinaus (in Fig. 6C gezeigt) gestattet Dampfkondensat, aus diesem Bereich abzufließen. Es ist anzunehmen, daß eine Ansammlung von Wasser oder Kondensat des Dampfes die Wahrscheinlichkeit einer Spannungsrißkorrosion in dem Laufradbohrungsbereich weiter steigern kann, wobei aber diese Schräge und der radiale Abstand diese Ansammlung im wesentlichen eliminieren. Außerdem können diese radialen und umfangsmäßigen Abstände Öffnungen für Prüfvorrichtungen schaffen, mittels welchen das Vorhandensein von Anzeichen für eine Spannungsrißkorrosion ermittelt werden kann. Es sei angemerkt, daß die obige ausführliche Beschreibung des axial hinteren Teils 128 und des Schlitzes 132 direkt auch für ein Teil gilt, das an einer axial vorderen Stelle angeordnet ist, wie es in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist. Der Hauptunterschied zwischen dem axial hinteren Teil und dem axial vorderen Teil be-

steht darin, daß das axial hintere Teil radial nach innen über die innere Oberfläche seines Nabenabschnitts hinaus vorsteht, während das axial vordere Teil in seiner radialen Ausdehnung auf die radiale Abmessung der inneren Oberfläche begrenzt ist.

Fig. 7 zeigt zwei Laufräder und ihre zugeordneten Nabenabschnitte 202 und 204, die auf der Welle 206 durch einen festen Schrumpfsitz befestigt sind. Die zugeordnete Absatzoberfläche 208 hat eine im wesentlichen gleichmäßige radiale Abmessung über ihrer gesamten axialen Spannweite. Die Oberfläche 208 hat zwei axial getrennte Absatzteile 208a und 208b. Zwei parallele Umfangsnuten 210 und 212 trennen den axial vorderen Absatzteil 208a und den axial hinteren Absatzteil 208b. Der axial vordere Nabenabschnitt 202 ist auf der Welle 206 durch einen Festsitz an der Grenzfläche zwischen der inneren Oberfläche 214 und der Absatzoberfläche 208a befestigt. Der Nabenabschnitt 202 hat ein axial vorderes Teil 216, der einen Paßeingriff in einem Längsschlitz 218 in dem vorangehenden Absatz hat, welcher eine größere radiale Abmessung als der Absatz 208 hat. Der Nabenabschnitt 202 hat eine axial vordere Schulter 220, von der aus das Teil 216 vorsteht, und eine axial hintere Schulter 222.

Der Nabenabschnitt 204 ist auf der Welle 206 durch einen Festsitz an der Grenzfläche zwischen der inneren Oberfläche 224 und dem Stufenteil 208b befestigt. Der Nabenabschnitt hat eine vordere Schulter 226 und eine hintere Schulter 228, von der aus ein hinteres Teil 230 vorsteht. Das Teil 230 hat einen Paßeingriff in dem Längsschlitz 232 auf der Absatzoberfläche 208. Die vordere Nut 2 34 und die hintere Nut 2 36 der Absatz oberfläche 208 wirken auf gleiche Weise wie die.vorderen und hinteren Nuten der anderen hier beschriebenen

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Absätze. Die Absatzoberfläche 208 weist die Nuten 210 und 212 auf, die Freistiche zwischen den beiden Fest-· Sitzgrenzflächen des Absatzes 208 darstellen, und die Nuten sind auf die ihnen zugewandten Schulterteile 222 und 226 radial ausgerichtet. Außerdem zeigt Fig. einen axialen Ring 240, der mit einem Ausschnitteil der Schulter 226 des Nabenabschnitts 204 zusammenpaßt, um eine Axialbewegung des Nabenabschnitts 204 sowie des Nabenabschnitts 202 auf der Welle 206 zu verhindern.

Fig. 7 und die zugehörige Beschreibung zeigen, daß sowohl vordere als auch hintere Teile benutzt werden können, um eine Drehung der Laufräder relativ zu der Welle zu verhindern, falls sich ein besonderer Laufradfestsitz lockern sollte. Auf gleiche Weise könnte bei einem besonderen Laufrad ein Finger wie er oben mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben ist benutzt werden, der von der axial vorderen Stirnfläche des Nabenabschnitts 40 axial vorsteht. Auf diese Weise würde jeder Finger in den Schlitz in der vorangehenden Absatzoberfläche eingreifen. Im Rahmen der Erfindung könnte auch eine Kombination von Fingern und radial vorstehenden Teilen benutzt werden.

Fig. 8 zeigt eine Teillängsschnittansicht eines Rotors einer Zweistromturbine. Bekanntlich strömt bei einer Zweistromturbine der Dampf in zwei axial entgegengesetzten Richtungen, die in Fig. 8 durch Pfeile A¹ und B¹ angedeutet sind. Die mehrfach abgesetzte Welle 300 hat zwei axiale Abschnitte, nämlich einen Abschnitt 310 auf der rechten Seite in Fig. 8 und einen Abschnitt 312 auf der linken Seite in Fig. 8. Jeder axiale Abschnitt hat mehrere Absätze mit sequentiell kleineren Radien. Gemäß der Darstellung hat der axiale Abschnitt 310 eine größte Absatzoberfläche

mit einem Radius r-QF die nächste Absatzoberfläche hat einen kleineren Radius r-.., und die Radien der weiteren Absatzoberflächen nehmen nacheinander von r₂₂ bis Tjc ab· Auf gleiche Weise hat der axiale Abschnitt 312 einen Satz Absätze, die nacheinander kleinere Radien haben, und zwar beginnend mit dem größten Absatz, der eine radiale Abmessung von r~_o hat, und mit zunehmend kleineren Absätzen, die Abmessungen haben, welche von r₃₁ bis r₃₅ reichen. Der Aufbau des Rotors, der Naben, der Teile usw., der in Fig. 8 gezeigt ist, gleicht im wesentlichen dem in den anderen Figuren dargestellten und mit Bezug auf diese beschriebenen. Das unterscheidende Merkmal besteht gemäß Fig. 8 darin, daß der Rotor zwei Sätze von Absätzen hat, die jeweils sequentiell abnehmende Radien haben und sich von einem maximalen radialen Teil der Welle 300 jeweils nach aussen erstrecken. In dieser Ausführungsform beziehen sich die Ausdrücke axial "vorn" und "hinten" auf die Perspektive von dem maximalen radialen Teil der Welle aus.

Die Beschreibung eines besonderen Nabenabschnitts mit einem Typ von Teil oder Finger als Verdrehsicherung und des benachbarten Nabenabschnitts mit einem ähnlichen Teil oder Finger soll den Umfang der Erfindung nicht beschränken, weil bei benachbarten Nabenabschnitten ein unterschiedlicher Typ von Teil und/oder Finger benutzt werden könnte. Das ist mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben worden. Das wichtige Merkmale der Erfindung betrifft die Lage eines diskreten Teils oder Fingers an der Schulter, die Lage einer diskreten gekrümmten, im wesentlichen sich über den Umfang erstreckenden Nut, die dieses Teil oder diesen Finger von der Festsitzgrenzfläche trennt, in Kombination mit den Freistichen und dem Längsschlitz an der Welle.

Es sei angemerkt, daß die Teile oder Finger nur einen diskreten bogenförmigen Teil der Laufradbohrung einnehmen. In einer Ausführungsform der Erfindung werden zwei Teile als Verdrehsicherungen benutzt. Diese beiden Teile sind im wesentlichen umfangsmäßig versetzt entgegengesetzt zueinander an der Laufradbohrung vorgesehen. Es wird angenommen, daß zum Aufrechterhalten eines minimalen Spannungsanhäufungsbeiwertes an der Laufradbohrung des Nabenabschnittes nicht mehr als vier Teile oder Finger von dieser Bohrung aus vorstehen sollten.

Claims

Ansprüche ;

Dampfturbinenrotor, gekennzeichnet durch: eine mehrfach abgesetzte Welle (36, 114), die in der Dampfturbine drehbar gelagert ist, wobei jeder Absatz einen im wesentlichen gleichmäßigen Radius (r) über seiner axialen Ausdehnung hat und wobei wenigstens einige der Absätze sequentiell kleinere Radien (r^-rg) längs eines axialen Abschnittes der Welle (36, 114) ab einem maximalen radialen Teil der Welle haben; wobei die sequentiellen Absätze jeweils eine Absatzoberfläche (44, 50, 56, 118) haben, die zwei im wesentlichen parallele Umfangsnuten (60, 62, 80, 82, 126, 130) aufweist, von denen sich die axial vordere Nut (60, 80, 126) an dem vorangehenden Absatz, der einen größeren Radius hat, und die axial hintere Nut (62, 82, 130) in axialem Abstand von, aber nahe bei dem als nächsten folgenden Absatz befindet, der einen kleineren Radius hat, wobei jede Absatzoberfläche einen Längsschlitz (63, 83, 94, 132) aufweist, der sich axial zwischen der hinteren Nut (62, 82, 130) und dem axial hinteren Rand (64, 134) des Absatzes erstreckt, und wobei der Schlitz

eine Tiefe hat/ die kleiner ist als die der hinteren Nut (62, 82, 130);

mehrere Laufräder (12), die den sequentiellen Absätzen zugeordnet sind, wobei wenigstens eines der Laufräder auf jedem sequentiellen Absatz durch einen festen Schrumpfsitz zwischen der radial inneren Oberfläche (42, 48, 54, 116) des Nabenabschnittes (40, 46, 52, 110, 112) des einen Rades und der entsprechenden Absatzoberfläche (44, 118) befestigt ist, wobei der Festsitz eine Drehung zwischen den Rädern und der Welle während des normalen Dampfturbinenbetriebes verhindert und wobei jedes Rad an seinem radial äußersten Teil mehrere Dampfturbinenschaufeln (16) aufweist;

wobei der Nabenabschnitt (40, 46, 52, 110, 112) der Laufräder (12) einen Schulterteil (66, 72, 86, 88, 120, 124) an jedem axialen Ende (68, 70, 87, 92, 122) der radial inneren Oberfläche (42, 48, 1-16) hat, wobei die Schulter eine größere radiale Abmessung als die innere Oberfläche (42, 48, 116) hat, wobei der Nabenabschnitt wenigstens ein diskretes, radial innen angeordnetes Teil (74, 128) hat, das von der Schulter (72, 88, 124) an einem axialen Ende des Nabenabschnitts vorsteht und axialen Abstand von der inneren Oberfläche (48, 116) durch eine diskrete bogenförmige Nut (76, 89, 126) hat, die an der Schulter umfangsmäßig ausgerichtet ist, wobei das Teil in Paßeingriff mit dem Schlitz (83, 94, 132) an dem einen axialen Ende bringbar ist und wobei die vordere Stirnfläche (140) des Teils mit der vorderen Seitenwand (142) des Schlitzes (132) in Berührung ist, so daß das Teil eine Drehung des Laufrades relativ zu der Welle verhindert, falls sich der Festsitz lockern sollte.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzflächen (A, B) zwischen der vorderen und der hinteren Stirnfläche (140, 144) des Teils (128) und

der Schulter (124) stromlinienförmige Ausrundungen sind, so daß der Spannungsanhäufungsbeiwert in dem Bereich des Teils (128) kleiner ist als der Spannungsanhäufungsbeiwert bei Grenzflächen, die einfache kreisförmige Ausrundungen haben.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Laufrad (12) auf einem getrennten Absatz befestigt ist und diesem entspricht, daß das Teil (74) an dem axial vorderen Ende des Nabenabschnitts (40, 46, 52) angeordnet ist und über die innere Oberfläche (42, 48) nicht radial vorsteht, daß die dem Teil benachbarte Schulter mit dem die hintere Nut aufweisenden axial hinteren Teil des vorangehenden Absatzes in Paßeingriff bringbar ist und daß das Teil mit dem Schlitz in der vorangehenden Absatzoberfläche in Paßeingriff bringbar ist.
4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (36) einen angeformten radialen Flansch (38) aufweist, der neben dem Absatz (44) angeordnet ist, welcher dem Laufrad (12) entspricht, das in seinem Nabenabschnitt die radial größte Bohrung hat, wobei der Flansch einen Längsschlitz (94) aufweist, der sich axial zu dem axial hinteren Rand (96) des Flansches erstreckt, daß der Nabenabschnitt (40) des die größte Bohrung aufweisenden Laufrades (12) einen Schulterteil (86, 88) an jedem axialen Ende seiner radial inneren Nabenoberfläche (44) hat, der eine größere radiale Abmessung als die innere Oberfläche (42) aufweist, daß der Nabenabschnitt wenigstens einen Finger

(90) hat, der von einer der axialen Stirnflächen des Nabenabschnitts an der benachbarten Schulter axial vorsteht, daß die benachbarte Schulter eine diskrete bogenförmige Nut (89) hat, die umfangsmäßig ausgerich-

tet ist und axialen Abstand des Fingers (90) von der inneren Oberfläche (42) herstellt, und daß der Finger in Paßeingriff mit dem Flanschschlitz (94) bringbar ist, um eine Drehung des die größte Bohrung aufweisenden Laufrades (12) in bezug auf die Welle (36) zu verhindern, falls der Festsitz zwischen der inneren Oberfläche (42) und der entsprechenden Absatzoberfläche (44) sich lockern sollte.
5. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Laufrad (12) einem getrennten Absatz entspricht und daß das Teil (74) von dem axial hinteren Ende der inneren Oberfläche (42, 48, 54) radial über die innere Oberfläche hinaus vorsteht und in Paßeingriff mit dem Schlitz (63, 83, 94) an dem dem Laufrad entsprechenden Absatz bringbar ist.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein zweites diskretes Teil (216), das im wesentlichen umfangsmäßig versetzt gegenüber dem ersten Teil (230) angeordnet ist.
7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Stirnflächen des Teils (74, 128) radial auf die benachbarte Stirnfläche des Nabenabschnitts ausgerichtet ist.
8. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Schulter (124), der sich umfangsmäßig über die diskrete bogenförmige Nut (126) hinaus erstreckt, eine nach außen gehende Winkelschräge zwischen 0 und 10 gegen die Absatzoberfläche (118) der Welle aufweist.
9. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

jeweils zwei Laufräder auf einem sie aufnehmenden Absatz befestigt sind, der eine im wesentlichen gleichmäßige radiale Abmessung hat und dessen Oberfläche (208) zwei gegenseitigen axialen Abstand aufweisende Absatzteile (208a, 208b) hat, die durch zwei parallele ümfangsnuten (210, 212) getrennt sind, welche zusätzlich zu den axial vorderen und hinteren Nuten (234, 236) vorgesehen sind, daß bei dem axial vorderen Laufrad an dem vorangehenden Absatz größerer radialer Ausdehnung das Teil (216) an dem axial vorderen Ende seines Nabenabschnittes (202) angeordnet und mit dem Schlitz (218) an dem vorangehenden Absatz in Paßeingriff ist, daß das axial hintere Rad an dem folgenden Absatz ein Teil (230) hat, das an seinem axial hinteren Ende seines Nabenabschnitts (204) angeordnet ist und sich radial nach innen über die innere Oberfläche (224) des Nabenabschnittes (204) des hinteren Laufrades hinaus erstreckt und mit dem Schlitz (232) auf der zugeordneten Absatzoberfläche in Paßeingriff bringbar ist, daß das axial vordere Laufrad auf dem axial vorderen Absatzteil (208a) des Absatzes und das axial hintere Laufrad auf dem axial hinteren Absatzteil (208b) des Absatzes durch den Festsitz befestigt ist und daß die Schultern (222, 226) des axial vorderen Laufrades und des axial hinteren Laufrades, die einander zugewandt sind, auf die beiden Nuten (210, 212), welche den vorderen und den hinteren Absatzteil (208a, 208b) voneinander trennen, radial ausgerichtet sind.
10. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine eine ZweiStromturbine ist, in der der Dampf in zwei axial entgegengesetzten Richtungen (A¹, B¹) strömt, und daß die mehrfach abgesetzte Welle (300) zwei axiale Abschnitte (310, 312) aufweist, die jeweils einen Satz Absätze mit sequen-

— ο —

tiell abnehmenden Radien (^r2o~^r2S' ^xio~^r'*^ ^na-ken, ^wo~ bei sich jeder Satz Absätze axial von einem maximalen radialen Teil der Welle aus erstreckt, der an einer axial innen gelegenen Stelle der Welle angeordnet ist, und wobei die Bezeichnungen "axial vorn" und "axial hinten" in den vorangehenden Ansprüchen sich auf die Perspektive von dem maximalen radialen Teil der Welle (300) aus beziehen.
11. Dampfturbinenrotor, gekennzeichnet durch: eine mehrfach abgesetzte Welle (36), die in der Dampfturbine drehbar gelagert ist, wobei jeder Absatz einen im wesentlichen gleichmäßigen Radius (r) über seiner axialen Ausdehnung hat und wobei wenigstens einige der Absätze sequentiell kleinere Radien (r^-r^) längs eines axialen Abschnittes der Welle (36) ab einem maximalen radialen Teil der Welle haben; wobei die Welle (36) einen angeformten radialen Flansch (38) hat, der an dem maximalen radialen Teil der Welle neben dem Absatz vorgesehen ist, welcher gegenüber den anderen Absätzen den größten Radius hat; wobei jeder Absatz eine Absatzoberfläche (44, 50, 56) hat, die zwei im wesentlichen parallele ümfangsnuten (60, 62, 80, 82) aufweist, wobei sich die axial vordere Nut (60, 80) neben dem vorhergehenden Absatz befindet, der einen größeren Radius hat, wobei die axial vordere Nut des radial größten Absatzes sich an dem Flansch (38) befindet, wobei die axial hintere Nut (62, 82) sich in axialem Abstand von aber nahe bei dem folgenden Absatz befindet, der einen kleineren Radius hat, wobei jede Absatzoberfläche einen Längsschlitz (63, 83) aufweist, der sich axial zwischen der hinteren Nut und dem axial hinteren Rand des Absatzes erstreckt, und wobei der Schlitz eine Tiefe hat, die kleiner ist als die Tiefe der hinteren Nut (62, 82); wobei der Flansch (38) einen Längsschlitz (94) aufweist,

der sich axial zu dem hinteren Rand des Flansches erstreckt;

mehrere Laufräder (12), die den sequentiellen Absätzen zugeordnet sind, wobei wenigstens eines der Laufräder auf jedem Absatz der Welle (36) durch einen festen Schrumpfsitz zwischen der radial inneren Oberfläche des Nabenabschnitts des Laufrades und der entsprechenden Absatzoberfläche befestigt ist, wobei der Festsitz eine Drehung zwischen dem Laufrad und der Welle während des normalen Dampfturbinenbetriebes verhindert und wobei jedes Laufrad an seinen radial äußersten Teilen mehrere Dampfturbinenschaufeln (16) aufweist;

wobei der Nabenabschnitt (40) des Laufrades einen Schulterteil (86, 88, 124) an jedem axialen Ende der inneren Oberfläche (42) hat, wobei die Schulter eine größere radiale Abmessung als die innere Oberfläche hat, wobei der Nabenabschnitt (40) wenigstens einen diskreten Finger (90) hat, der von der axial vorderen Stirnfläche (92) des Nabenabschnittes an dem Schulterteil axial vorsteht und axialen Abstand von der inneren Oberfläche (42) durch eine diskrete bogenförmige Nut (89, 126) hat, welche umfangsmäßig an der Schulter ausgerichtet ist, wobei der Finger mit dem Schlitz (94) an der vorangehenden Absatzoberfläche in Paßeingriff bringbar ist, wobei der Finger des Laufrades, der an dem Flansch angeordnet ist, in Paßeingriff mit dem Schlitz an dem Flansch bringbar ist, und wobei die vorderen Stirnflächen der Finger in Berührung mit den vorderen Seitenwänden der Schlitze sind, so daß die Finger eine Drehung des Laufrades relativ zu der Welle verhindern, falls sich der Festsitz lockern sollte.
12. Rotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß

die Grenzflächen zwischen der vorderen und der hinteren Stirnfläche der Finger (90) und den axial vorderen Stirnflächen der Nabenabschnitte (40/ 46, 52) stromlinienförmige Ausrundungen (A, B) sind.
13. Rotor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Schulter (124), der umfangsmäßig über die diskreten bogenförmigen Nuten (126) übersteht, gegenüber der Absatzoberfläche (118) eine nach außen gehende Winkelschräge zwischen 0 und hat.