DE343462C

DE343462C - Runner composed of wheel disks for turbines, pumps and compressors

Info

Publication number: DE343462C
Application number: DE1919343462D
Authority: DE
Original assignee: Escher Wyss Maschinenfabriken AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1919-04-12
Filing date: 1919-04-18
Publication date: 1921-11-02
Also published as: US1399816A; GB141698A; CH83747A; FR511220A

Description

Die für bestimmte Leistungen immer höher gesteigerte Drehzahl von Maschinen, insbesondere von Dampfturbinen, bedingt eine immer höher werdende Fliehkraftwirkung innerhalb des umlaufenden Teiles. Ist dieser Teil der Hauptsache nach aus Radscheiben hergestellt, welche auf eine Welle aufgeschoben und zu diesem Behuf mit einer Bohrung versehen sind, so erfahren diese RadscheibenThe increasing speed of machines, especially for certain performances of steam turbines, causes an ever increasing centrifugal effect within of the rotating part. Is this part mainly made of wheel disks, which are pushed onto a shaft and are provided with a bore for this purpose, these wheel disks experience

ίο insbesondere am Rand! der Nabenbohrung hohe Beanspruchungen. Außerdem sind durch eine solche Ausführung große Radnabendurchmesser und demzufolge große Undichtheitsverluste bedingt. In Abb. ι ist das bekannte Spannungsdiagramm einer solchen gelochten Radscheibe durch die Linie I dargestellt. Hierbei ist als Abszisse vom Punkt 0 aus nach rechts der Radius r, in cm gemessen, der einzelnen Meridian-Querechnitts-Mittel-ίο especially on the edge! the hub bore is subject to high loads. In addition, large wheel hub diameters and consequently large leakage losses are caused by such a design. The well-known stress diagram of such a perforated wheel disc is shown by line I in Fig. The abscissa from point 0 to the right is the radius r, measured in cm, of the individual meridian cross section mean

ao punkte der Radscheibe, als Ordinate die in diesen Abständen r beim normalen Betrieb sich einstellenden Tangentialspannungen, in kg/cm² gemessen, aufgetragen. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Radscheibe eine. Bohrung besitze vom Radius T₁. Am Rand! 'dieser Bohrung entsteht zufolge der Fliehkraftwirkung die größte in der ganzen Scheibe auftretende Spannung, nämlich die tangential Spannung S₁. Diese Spannung erreicht einen hohen Betrag selbst in dem Fall, daß die Nabe breit und dick ausgeführt ist. Wäre hingegen die Scheibe aus dem Vollen, also ohne jegliche Bohrung, hergestellt, und würde sie in der Mitte eine Dicke besitzen, welche nicht einmal halb so groß ist, als die vorhin erwähnte Nabenlänge, so würde sich in ihr eine Beanspruchung bilden, welcher das SchaubiM II der Abb. 1 entspricht. Darin ist die höchste Spannung S₁₁ nicht einmal halb so groß als die höchste Spannung s, der in der 4-0 Mitte durchbohrten Scheibe. In Erkenntnis dieser Verhältnisse ist vorgeschlagen worden, umlaufende Teile -für raschdrehende Maschinen, insbesondere Dampfturbinen, aus einem einzigen Stück herzustellen . und die +5 erforderlichen Aussparungen durch Ausdrehen des vollen Stuckes zu erwirken. Die Herstellung eines solchen Werkstückes ist aber umständlich, zeitraubend und teuer. Dazu muß man mit der Gefahr rechnen, daß der Teil im Innern nicht die erwünschte gleichmäßige Dichtheit und Festigkeit besitzt. Er kann hohle Stellen besitzen, welche sich erst im letzten Stadium der Bearbeitung zeigen, so daß die ganze bis dahin aufgewendete Zeit und die Kosten nutzlos sind.ao points of the wheel disc, plotted as the ordinate the tangential stresses that arise in these distances r during normal operation, measured ^{in kg / cm 2.} It is assumed that the wheel disc has a. Bore has a radius T ₁ . At the edge! As a result of the effect of centrifugal force, this hole creates the greatest stress occurring in the entire disk, namely the tangential stress S ₁ . This tension becomes large even in the case that the hub is made wide and thick. If, on the other hand, the disc were made from the solid, i.e. without any drilling, and if it were not even half as thick in the middle as the hub length mentioned above, then a stress would be created in it, which would SchaubiM II corresponds to Fig. 1. In this the highest tension S _{11 is} not even half as great as the highest tension s, of the disc pierced in the 4-0 center. Recognizing these relationships, it has been proposed to manufacture rotating parts for rapidly rotating machines, especially steam turbines, from a single piece. and to achieve the +5 required recesses by turning the full piece. However, the production of such a workpiece is cumbersome, time-consuming and expensive. For this, one must reckon with the risk that the part inside does not have the desired uniform tightness and strength. It may have hollow spots which only show up in the last stage of processing, so that all the time and expense expended up to that point are useless.

Ein gangbarer Weg zur Beseitigung dieser Nachteile besteht darin, die einzelnen Radischeiben aus dem Vollen herzustellen und unter Vermeidung von Bohrungen in der Mitte miteinander zu verschweißen oder zu vernieten. Die vorliegende Erfindung gibt einen anderen Weg an, der zu demselben Ziele führt. Danach ist ein solcher umlaufender, für mehrstufige, raschlaufende Maschinen, insbesondere Dampfturbinen bestimmter, mehrere Radscheiben enthaltender Teil so durchgebildet, daß die Raidscheiben unter Vermeidung jeglicher in der Nähe der Achse gelegener, durchgehender Bohrung unter möglichster Wahrung der für einen sog·. Körper gleicher Festigkeit erforderlichen Grund-A feasible way of eliminating these disadvantages is to manufacture the individual wheel washers from solid and to be welded or riveted to one another while avoiding holes in the middle. The present invention provides another approach which leads to the same goal. After that, such a circulating, for multi-stage, high-speed machines, especially steam turbines of certain, several wheel disks containing part formed so that the Raid disks under Avoidance of any through hole underneath near the axis possible preservation of the so-called ·. Body of the same strength required basic

form in bekannter Weise aus dem Vollen hergestellt und' unter Spannverbindung aneinandergereiht sind. Hierbei können zwei aufeinanderfolgende Radscheiben gleichachsige, achsig gegeneinander gerichtete Zapfen besitzen, von denen der eine hohl ist und über den andern Zapfen übergreift. Diese Zapfen können zwecks Erzielung einer Schrumpfspannung· ineinandergepreßt sein. Sie können auch mittels gleichachsigen Gewindes gegeneinandergezogen sein. Ferner können die ineinandergepreßten Zapfen mittels quer durchgehender Bolzen gegen Verdrehung und gegen Auseinandergleiten gesichert sein. Zwecks Erhöhung des für die Durchbiegung maßgebenden Trägheitsmomentes kann die den- kleineren Zapfen tragende Seite der ersten Schei'be über das ihr entgegengerichtete Ende des hohlen Zapfens der anderen Scheibe derart übergreifen, daß sie auf dieses Ende eine radial nach innen gerichtete Spannung ausübt. Zwei aufeinanderfolgende Radscheiben können ferner gleichachsige, achsial gegeneinander gerichtete Zapfen besitzen, welche. mittels eines Übergreif ringes gegeneinandergezogen werden.form made in a known manner from the solid and 'are strung together under tensioning connection. Here two consecutive Wheel disks have coaxial, axially oppositely directed pins, one of which is hollow and about overlaps the other pin. These pins can be used to achieve a shrinkage stress be pressed together. They can also be pulled against each other by means of an equiaxed thread be. Furthermore, the studs pressed into one another can prevent rotation and be secured against sliding apart. In order to increase the amount of deflection decisive moment of inertia can be the smaller pin bearing side of the first Disk over the opposite end of the hollow pin of the other disk overlap in such a way that they exert a radially inward tension on this end exercises. Two successive wheel disks can also be coaxial, axially opposite one another have directed pins, which. pulled against each other by means of an overlapping ring will.

In der Abb. 2 der Zeichnung ist beispielsweise eint aus fünf Radscheiben hergestellter umlaufender Teil für eine Freistrahl-Dampfturbine dargestellt, welcher nach vorliegender Erfindung durchgebildet ist. An Hand der gleichen Abb. 2 werden beispielsweise verschiedene Ausführungsmöglichkeiten von Spannverbindungen aufeinanderfolgender Scheiben gezeigt.In Fig. 2 of the drawing, for example, one is made from five wheel disks revolving part for a free-jet steam turbine shown, which according to the present Invention is formed. Using the same Fig. 2, for example, different Possible embodiments of clamping connections of successive disks are shown.

Alle Radscheiben i, 2, 3, 4 und 5 sind Körper gleicher Festigkeit, möglichst angenähert durchgebildet. Sie besitzen wenigstens in der Nähe der Achse keinerlei Bohrungen, so daß im normalen Betrieb die durch die Fliehkraftwirkung in ihnen auftretenden Spannungen den Verlauf des¹ Schaubildes II im Gegensatz zum Schaubild I der Abb. 1 nehmen. So ist die in der Nähe der Drehachse durch die strichpunktierten Linien a und' b angedeutete Grundform der Scheibe 1 nirgends durchbrochen oder angeschnitten. Die Schei'be 1 ist mit dem benachbarten Wellenstück 6 aus einem Stück geschmiedet. Auf ihrer rechten Seite trägt sie einen der Hauptachse nach vollen Zapfen 7, über welchen der an der nächsten Scheibe 2 befindliche Holzzapfen 8 geschoben ist. Der Außendurchmesser des vollen Zapfens 7 und die Bohrung des hohlen Zapfens 8 können so gegeneinander abgestimmt sein, daß nach dem Aufpressen des hohlen Zapfens 8 über den vollen Zapfen 7 die beiden Scheiben 1 und' 2 durch eine für den Betrieb hinreichende Spannung miteinander verbunden sind.All wheel disks i, 2, 3, 4 and 5 are bodies of the same strength, formed as approximately as possible. They have no holes at least in the vicinity of the axis, so that the stresses occurring through the action of centrifugal force in them take the course of ¹ II chart image in contrast to the graph I of Fig. 1 during normal operation. Thus the basic shape of the disk 1, indicated by the dash-dotted lines a and ' b in the vicinity of the axis of rotation, is nowhere perforated or cut. The disk 1 is forged in one piece with the adjacent shaft piece 6. On its right-hand side it carries a pin 7 that is full towards the main axis, over which the wooden pin 8 located on the next disc 2 is pushed. The outer diameter of the full pin 7 and the bore of the hollow pin 8 can be matched to one another so that after the hollow pin 8 has been pressed over the full pin 7, the two disks 1 and 2 are connected to one another by a tension sufficient for operation.

Zwischen den Scheiben 2 und 3 ist eine ! etwas andere Verbindung vorgesehen. Der j an der Scheibe 2 angebrachte volle Zapfen 9 trägt am rechten Ende ein gleichafchsiges Gej winde ίο, welches in ein entsprechendes, an j der Scheibe 3 angebrachtes Hohlgewinde paßt. Mittels dieser Gewinde kann die Scheibe 2 gegen die Scheibe 3 gepreßt werden. Die Anpressung kann entweder an der Stirnfläche 11 oder an der Stirnfläche 12 erfolgen. Überdies pressen die Zapfen 9 und 13 in radialer Richtung aufeinander.There is one between discs 2 and 3! somewhat different connection provided. Of the j attached to the disc 2 full pin 9 carries an equaxe Gej at the right end wind ίο, which in a corresponding one j of the disc 3 fitted hollow thread fits. By means of this thread, the Disk 2 can be pressed against disk 3. The contact pressure can either be at the End face 11 or on the end face 12 take place. In addition, the pins 9 and 13 press against one another in the radial direction.

Als weiteres Ausführungsbeispiel der Verbindung· zweier aufeinanderfolgender Scheiben ist die Spannverbindung zwischen den Scheiben 3 und 4 gezeigt. Danach greift die Scheibe 4 mittels eines hohlen Zapfens 14 über einen an der Scheibe 3 angebrachten vollen Zapfen 15. Die Scheibe 3 hat einen wulstartigen Ringansatz 16, welcher seinerj seits über das linke Ende des Hohlzapfens 14 übergreift und dieses radial nach innen preßt. Wäre diese Wulst 16 nicht vorhanden, so hätte die Scheibe 3 in derjenigen senkrecht zur Drehachse gerichteten Ebene, welche durch die Wurzel des Zapfens 15 geht, also die Bildebene in der Geraden IH-III schneidet, ein Trägheitsmoment, welches nur gerade gleich dem Trägheitsmoment des Zapfens 15 ist. Trotzdem der Hohlzapfen 14 eine verhältnismäßig geringe Wandstärke besitzt, kann sein in bezug auf eine zur Drehachse senkrecht gerichtete Achse bezogenes Trägheitsmoment doch erheblich größer sein als dasjenige des Vollzapfens 15, weil seine Einzelteile' einen erheblich größeren Abstand von der Trägheitsachse besitzen. Die schwächste Stelle wäre also an sich auch im Querschnitt HI-III. Weil nun aber die Wulst 16 in radialer Richtung auf den Hohlzapfen 14 preßt, so sind bezüglich Widerstandsfähigkeit gegen Durchbiegung der Zapfen 14 der Zapfen 15 und die Wulst 16 in der Nähe des Querschnittes HI-III als Ganzes zu betrachten, und' von diesem ist das Trägheitsmoment bedeutend¹ höher als vom Zapfen 15 allein. Die Wulst 16 trägt also in ihrem Zusammenarbeiten mit den Zapfen 14 tind 15 wesentlich zur Versteifung bei und wirkt der Durchbiegung entgegen. In der Zeichnung sind die Berührungsflächen der Wulst 16 und des Hohlzapfeng 14 kegelförmig. Sie konnten aber auch zylindrisch und mit Schrumpfmaß hergestellt sein.The clamping connection between the disks 3 and 4 is shown as a further exemplary embodiment of the connection between two successive disks. Thereafter, the disk 4 engages by means of a hollow pin 14 over a full pin 15 attached to the disk 3. The disk 3 has a bead-like ring projection 16 which, in turn, engages over the left end of the hollow pin 14 and presses it radially inward. If this bead 16 were not present, the disk 3 would have a moment of inertia in the plane perpendicular to the axis of rotation which goes through the root of the pin 15, i.e. intersects the image plane in the straight line IH-III, which is only just equal to the moment of inertia of the Pin 15 is. Despite the fact that the hollow pin 14 has a relatively small wall thickness, its moment of inertia in relation to an axis perpendicular to the axis of rotation can be considerably greater than that of the solid pin 15, because its individual parts have a considerably greater distance from the axis of inertia. The weakest point would therefore also be in the cross-section HI-III. But because the bead 16 now presses in the radial direction on the hollow pin 14, the pin 15 and the bead 16 in the vicinity of the cross-section HI-III are to be considered as a whole with regard to resistance to bending of the pin 14, and that is what it is Moment of inertia significantly ¹ higher than that of journal 15 alone. The bead 16 thus contributes significantly to the stiffening in its cooperation with the pins 14 and 15 and counteracts the deflection. In the drawing, the contact surfaces of the bead 16 and the Hohlzapfeng 14 are conical. But they could also be made cylindrical and with shrinkage.

Zwischen den Scheiben 4 und 5 ist ein letztes Ausführungsbeispiel einer Spannverbindung zweier aufeinanderfolgender Scheiben gezeigt. Die Scheiben 4 und 5 stoßen mit ihren beiden Zapfen 21 und 22 stumpf gegeneinander. Über diese Zapfen ist ein zweiteiliger Ring 23 gelegt, welcher mittels Drähte 24 umwickelt ist. Dieser Ring übt auf dieA final exemplary embodiment of a clamping connection is located between the disks 4 and 5 two consecutive discs shown. The disks 4 and 5 butt against each other with their two pins 21 and 22. A two-part ring 23, which is wrapped by means of wires 24, is placed over these pins. This ring exercises on that

Zapfen 21 und 22 Kräfte, aus·, deren in Richtung der Drehachse fallende Komponente« die Scheiben 4 und 5 gegeneinander pressen. Zwischen den Scheiben kann auch ein sogenannter Bajonettverschluß in Anwendung kommen.Pins 21 and 22 forces, from · whose in the direction the component falling on the axis of rotation «press the disks 4 and 5 against each other. A so-called bayonet lock can also be used between the panes.

Damit die ineinandergesteckten Zapfen;' wie sie zwischen den Scheiben 1 und 2, 2 und 3, 3 und 4 vorgesehen sind¹, sich nicht gegeneinander verdrehen dder durch die wechselnde Biegungsbeanspruchung und etwaige Erschütterung achsial voneinander entfernen, können quer durch, diese Zapfen hindurch Paßbolzen getrieben werden. Eine solche Sicherung ist zwischen den Scheiben 1 und 2 eingezeichnet. Die beiden Paßbolzen 31 und 32 stehen unter 90⁰ gegeneinander und senkrecht zur Drehachse x-x; sie sind achsial gegeneinander verschoben. Natürlich könnten auch Keile oder Nut und Feder oder andere Sicherheitselemente in Anwendung kommen.So that the nested cones; ' as they are provided between the disks 1 and 2, 2 and 3, 3 and 4 ¹ , do not twist against each other dder axially away from each other due to the changing bending stress and possible vibrations, can be driven transversely through these pins through fitting bolts. Such a fuse is shown between the disks 1 and 2. The two fitting bolts 31 and 32 are at 90 ⁰ against each other and perpendicular to the axis of rotation xx; they are axially shifted from one another. Of course, wedges or tongue and groove or other security elements could also be used.

Nach vorliegender Erfindung ausgeführte ■umlaufende Teile haben mit den aus einem einzigen Stück hergestellten Teilen den Vorteil geringer Beanspruchung und kleiner Undichtheitsverluste an den Leitradnaben gemein, sind aber einfacher und zuverlässiger bezüglich Herstellung und Gleichmäßigkeit des Gefüges.According to the present invention executed ■ rotating parts have with the one single piece manufactured parts have the advantage of low stress and small leakage losses common at the idler hubs, but are simpler and more reliable regarding production and uniformity of the structure.

Claims

Patent Claims:

i. Rotor composed of wheel disks for high-speed turbines, pumps and compressor, characterized in that the wheel disks, avoiding any in the basic shape of the Body of the same strength falling hole produced and by means of one in the most possible The clamping connections attached near the shaft axis are strung together.

2. Runner according to claim 1, characterized in that two successive Wheel disks have coaxial, mutually aligned pins, one of which is hollow and over the overlaps the other pin.

3. Runner according to claims 1 and 2, characterized in that the. Pins are pressed into one another in order to achieve a shrinkage stress.

4. Runner ■ after the. Claims 1 and 2, 'characterized in that the Pin by means of an equiaxed thread. are pulled against each other.

5. Runner according to claims 1 and 2, characterized in that the Interlocked pins secured against twisting and sliding apart by means of transverse bolts are.

6. Runner according to claims 1 and 2, characterized in that in order to increase the decisive for the deflection Moment of inertia the side of the first disc carrying the smaller pin over the one facing it End of the hollow pin of the other disc engages so that they on this End exerts a radially inward tension.

7. Runner according to claim 1, characterized in that two consecutive Wheel disks have coaxial, axially opposing pins, which are pulled against each other by means of an overlapping ring will.

. 1 sheet of drawings.