DE369009C

DE369009C - Flexible connection for radial steam and gas turbines

Info

Publication number: DE369009C
Application number: DEI20508D
Authority: DE
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1918-07-26
Filing date: 1920-07-03
Publication date: 1923-02-13
Also published as: AT94321B

Description

Die Erfindung bezieht sich' auf Radialturbinen für elastische Treibmittel, im besonderen auf die Ausdehnungsringe zur Verbindung von Teilen solcher Turbinen, namentlich von Teilen der Läufer, deren Wärmeausdehnungen verschieden sind.The invention relates to radial turbines for elastic propellants, in particular on the expansion rings for connecting parts of such turbines, namely parts of the runners, their Thermal expansions are different.

Der Läufer, um den es sich hier insbesondere handelt, besteht aus einer Anzahl von ringförmigen konzentrischen Teilen, die aus Stahl geschmiedet und vergütet sind, damit sie sehr hart und zäh werden. Diese Teile sind in bekannter Weise durch zylindrische oder schwach kegelige Ausdehnungsringe verbunden, deren Ränder verdickt sind. Diese Ränder werden' in entsprechenden Ausnehmungen des Läufers — Gelenkpfannen — gehalten. Bekannt ist, zur Herstellung dieser Verbindung so vorzugehen, daß man die Nut in dem Läufer an der Eintrittsstelle so weitThe runner, which is here in particular, consists of a number of annular concentric parts that are forged from steel and quenched and tempered with it they become very hard and tough. These parts are in a known manner by cylindrical or weakly conical expansion rings, the edges of which are thickened. These Edges are 'held in corresponding recesses in the runner - joint sockets. It is known to proceed to produce this connection in such a way that the groove in the runner at the point of entry is so far

20' ausdreht, daß der verdickte Rand oder die Wulst des Ausdehnungsringes eingeführt werden kann, worauf der eine Rand dieser Nut, welcher die Wulst verschließen soll, bis an den Ausdehnungsring herangeiwalzt wird20 'turns out that the thickened edge or the bead of the expansion ring is inserted can be, whereupon one edge of this groove, which is to close the bead, up is rolled up to the expansion ring

und so die erforderliche Lagerpfanne bildet.and thus forms the required bearing socket.

Nach dem Walzen soll die 'Metallwand derAfter rolling, the 'metal wall of the

Lagerstelle wenigstens auf mehr als der Hälfte der Wulst des Ausdehnungsringes gleichmäßig tragen, damit der Ring nicht her-Bearing point at least on more than half of the bead of the expansion ring wear evenly so that the ring does not

ausgerissen werden kann und dem Ring eine ausreichende Auflagerfläche: geboten wird.can be torn out and the ring is provided with a sufficient support surface.

Sind die Teile des Läufers verhältnismäßig klein, so bereitet die Herstellung der Lagernuten und das Einwalzen der Ränder keine ernstliche Schwierigkeit, obgleich gute Werkstattarbeit dafür erforderlich ist. Anders dagegen, wenn es sich um sehr große und schwere Läuferteile handelt, 'bei welchen der Metallrand für den Verschluß der Ringnut einen großen Querschnitt erhalten ⁸muß und daher während des Walzvorganges brechen kann. Aber auch wenn solche Brüche vermieden "werden, bleibt noch immer die Gefahr bestehen, daß das Metall an der Lagerstelle des Ausdehnungsringes nicht gleichmäßig auf der Wulst des Ringes aufliegen kann, und da man diesen Mangel nicht sogleich feststellen kann, so wird hierdurch die Sicherheit der ganzen Befestigung, gefährdet. Gelingt das Walzen des Nutenrandes nicht,, so bedeutet dies, daß man das ganze Stück des Läufers verwerfen muß, noch dazu, nachdem man bereits sehr viel Arbeit auf seine Herstellung verwendet hat.If the parts of the rotor are relatively small, the production of the bearing grooves and the rolling in of the edges do not present any serious difficulty, although good workshop work is required for this. On the other hand, when it comes to very large and heavy rotor parts, in which the metal edge for the closure of the annular groove must have a large cross-section ⁸ and can therefore break during the rolling process. But even if such breaks are avoided, there is still the risk that the metal at the bearing point of the expansion ring cannot rest evenly on the bead of the ring, and since this deficiency cannot be determined immediately, the safety of the If the rolling of the groove edge does not succeed, this means that the whole piece of the traveler has to be discarded, especially after a great deal of work has already been put into its manufacture.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, diese Mängel zu vermeiden, und sie besteht darin, daß die die .Wulst des Ausdehnungsringes aufnehmende Nut oder Gelenkpfanne durch einen Haltering ergänzt wird, der in eine Ringnut eingesetzt ist. Die Erfindung ist in einer Ausführuogsform auf. der Zeichnung dargestellt, und zwar istThe present invention now aims to avoid these shortcomings, and it consists in the fact that the bulge of the expansion ring receiving groove or joint socket is supplemented by a retaining ring, which is in an annular groove is used. The invention is in one embodiment. the drawing shown, namely is

Abb. ι ein teilweiser Schnitt des Turbinenläufers, Fig. Ι a partial section of the turbine rotor,

Abb. 2 die Ansicht eines Ausdehnungsringes und seiner Befestigung am Läufer, 5 Abb. 3 die Ansicht des Halteringes für den Ausdehnungsring,Fig. 2 is a view of an expansion ring and its attachment to the runner, 5 Fig. 3 the view of the retaining ring for the expansion ring,

Abb. 4 die Ansicht eines ganzen Ausdehnungsringes, Fig. 4 the view of an entire expansion ring,

Abb. 5 ein Schnitt durch die bisher übliche ίο Befestigungsart der Ausdehnungsringe.Fig. 5 is a section through the previously common ίο type of attachment of the expansion rings.

Der Läufer ist aus einer Anzahl von Teilen zusammengesetzt, von denen 5 das innerste oder Hochdruckglied, 6 das mittlere oder Zwischendruckglied und 7 * das Niederdruckglied darstellt. Der Teil 5 ist unmittelbar auf der Turbinenwelle befestigt, die hier nicht dargestellt ist, und die anderen Teile sind aneinander durch Ausdehnungsringe 8 und 9 angeschlossen. Alle Teile haben die gleiche Drehachse und tragen konzentrische Schaufelringe 10, durch welche der Dampf radial nach außen strömt. Ferner trägt der Teil 7 radial gestellte Schaufeln 11, in welche der Dampf aus den ruhenden Düsen 12 in achsialer Richtang eintritt. Der zweite, dem dargestellten entsprechende Läufer, der nicht abgebildet ist, hat die gleiche Bauart, dreht sich entgegengesetzt und trägt Schaufelringe 13, die zwischen den Schaufelreihen 10 angeordnet sind.The rotor is composed of a number of parts, of which 5 is the innermost or high pressure member, 6 is the middle or intermediate pressure member and 7 * is the low pressure member. Part 5 is attached directly to the turbine shaft, which is not shown here, and the other parts are connected to one another by expansion rings 8 and 9. All parts have the same axis of rotation and carry concentric blade rings 10 through which the steam flows radially outwards. Furthermore, the part 7 carries radially positioned blades 11, into which the steam from the stationary nozzles 12 enters in an axial direction. The second rotor, which corresponds to the one shown and is not shown, has the same design, rotates in opposite directions and carries blade rings 13 which are arranged between the rows 10 of blades.

Mit Rücksicht auf die hohen Belastungen und Beanspruchungen, denen der Läuferteil 7 unterworfen ist, muß man diesen insbesondere in dem Gebiete der Bohrung 14 sehr stark bemessen. Außerdem wird er vergütet, um seine Festigkeit zu erhöhen, wodurch das Metall sehr hart und ziemlich schwer bearbeitbar wird. Besonders schwierig ist es, den Baustoff im kalten Zustande zu walzen, ohne daß Risse auftreten, während anderseits höhere Erwärmung unzulässig ist, weil dies die Wirkung der Vergütung aufheben würde. Auch die anderen Teile des Läufers sollen vergütet sein, damit ihre Festigkeit erhöht wird. Der Ausdehnungsring 9 hat, wie ersichtlich, verhältnismäßig großen Durchmesser. Auch dieser Ring ist aus Stahl geschmiedet und vergütet, und seine Ränder sind mit Verstärkungen 15 versehen, welche zur Befestigung des Ringes dienen, sowie das Drehmoment, welches der Dampf auf die Schaufeln erzeugt, auf die Turbinenwelle übertragen. In view of the high loads and stresses to which the rotor part 7 is subjected, it must be dimensioned very strongly, especially in the area of the bore 14. It is also tempered to increase its strength, which makes the metal very hard and quite difficult to machine. It is particularly difficult to roll the building material in the cold state without cracks occurring, while, on the other hand, higher heating is inadmissible because this would negate the effect of the tempering. The other parts of the runner should also be tempered so that their strength is increased. As can be seen, the expansion ring 9 has a relatively large diameter. This ring is forged and tempered from steel, and its edges are provided with reinforcements 15 , which serve to secure the ring, and the torque that the steam generates on the blades is transmitted to the turbine shaft.

Bei der in Abb. 5 wiedergegebenen früheren Befestigungsweise wurde nun der Ausdehnungsring 17 mit seinem verstärkten Rande 18 in der ringförmigen Ausnehmung 19 des Läufers dadurch festgehalten, daß der eine Rand 20 der in dem Läufer eingearbeiteten Nut nach dem Einbau des Ringes umgebogen wurde. Der Rand wurde in der durch volle Linien dargestellten Weise bearbeitet, wobei, wie beachtet werden muß, die Entfernung zwischen ihm und der Kante 21 des gegenüberliegenden Randes im wesentlichen dem Durchmesser der Verdickung 18 entsprechen mußte, damit man diese in die Nut einführen konnte. Das bedingt, daß man, nachdem der verdickte Rand des Ausdehnungsringes eingesetzt ist, den Rand 20 beträchtlich umlegen muß, wenn er die Verdickung 18 umschließen und das Lager dafür vervollständigen soll. Wenn nicht große Sorgfalt aufgewendet wird, so drückt der Rand 20 an einer Stelle stärker auf den Rand 18 als an anderen, oder der Rand 20 reißt in der Nähe seiner Grundlinie, was zu einer Verwerfung des betreffenden Läuferteiles führen muß.In the earlier method of fastening shown in Fig. 5, the expansion ring 17 was now held with its reinforced edge 18 in the annular recess 19 of the runner by bending over one edge 20 of the groove machined in the runner after the ring was installed. The edge was machined in the manner shown by full lines, it should be noted that the distance between it and the edge 21 of the opposite edge had to correspond substantially to the diameter of the thickening 18 in order that it could be inserted into the groove. This means that after the thickened edge of the expansion ring is inserted, the edge 20 must be turned over considerably if it is to enclose the thickening 18 and complete the bearing for it. If great care is not taken, the edge 20 presses more strongly on the edge 18 at one point than at others, or the edge 20 tears in the vicinity of its base line, which must lead to a warping of the rotor part in question.

Außerdem ist auch die Tatsache zu beachten, daß beim Verschließen der Lagerstelle des Ausdehnungsringes der Durchmesser des Randes 20, der selbst ein Ring ist, verändert, im vorliegenden Falle verkleinert werden muß; dies bedingt, daß das Metall des Läufers unter so hohen Druck zu setzen ist, daß es in gewissem Grade zu fließen beginnt und die gestrichelt angedeutete Form annimmt.In addition, the fact must also be taken into account that when closing the bearing point of the expansion ring changes the diameter of the edge 20, which is itself a ring, in the present case must be scaled down; this requires that the metal of the runner is to be put under so much pressure that it begins to flow to some extent and assumes the form indicated by dashed lines.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nur ein Teil der ringförmigen Ausnehmung 25 für den Ausdehnungsring in dem Läufer selbst hergestellt. Unmittelbar an der so bearbeiteten Nut wird eine verhältnismäßig tiefe Nut 26 in achsialer Richtung eingearbeitet, und in diese Nut wird ein Haltering 2,7 eingesetzt, dessen äußerer Teil den Rest der Lagerung für den Ausdehnungsring bildet. Der Haltering wird in der Regel aus «reichem Stahl hergestellt, so daß man seinen .ußeren Rand beim Walzen leicht umlegen und in eine der Rundung des Ausdehnungsinges entsprechende Form bringen kann. Er kann, indessen auch aus vergütetem Stahl bestehen; doch ist es zweckmäßig, die Halteringe aus etwas weicherem Stoff als die Teile des Läufers herzustellen. Der Haltering kann ferner einteilig, ohne oder mit Verbindungsstellen, oder je nach der Bauart und den Beziehungen des Ausdehnungsringes zu den zugehörigen Teilen des Läufers auch aus zwei oder mehreren Abschnitten hergestellt werden. In manchen Fällen wird man den Haltering ■ erst nach dem Zusammenbau von Läufer und Ausdehnungsringen, in anderen schon vorher einsetzen. Wird der Haltering vorher eingebaut, so muß der vorstehende Rand dieses Ringes so gestaltet werden, daß "die Verdickung 15 in die Lagernut eingesetzt werden kann. Baut man ihn dagegen erst nachher ein, so kann man den betreffenden Rand schon so formen, daß er sich der Lagerstelle anpaßt und die Arbeit beim Einwalzen verringert wird. Das erste Verfahren eignet sich gut According to the present invention, only part of the annular recess 25 for the expansion ring is made in the rotor itself. Directly on the thus-processed groove has a comparatively deep groove is incorporated in the axial direction 26, and in this groove a retaining ring is employed 2.7, which the outer portion forming the remainder of the bearing for the expansion ring. As a rule, the retaining ring is made of rich steel, so that its outer edge can be easily folded over when rolling and brought into a shape corresponding to the curve of the expansion ring. It can, however, also consist of tempered steel; but it is advisable to make the retaining rings from a somewhat softer material than the parts of the runner. The retaining ring can also be made in one piece, with or without connection points, or, depending on the design and the relationships between the expansion ring and the associated parts of the rotor, also consist of two or more sections. In some cases the retaining ring will be used ■ only after the rotor and expansion rings have been assembled, in others it will be used beforehand. If the retaining ring is installed beforehand, the protruding edge of this ring must be designed in such a way that "the thickening 15 can be inserted into the bearing groove. If, on the other hand, it is only installed afterwards, the edge in question can already be shaped so that it is The first method works well

für solche Fälle, wo die Halteringe aus weicherem Stahl als die Läufer bestehen, das zweite Verfahren dann, wenn die für beide Teile verwendeten Metalle im wesentlichen die gleichen Eigenschaften aufweisen.for those cases where the retaining rings are made of softer steel than the runners, the second procedure if the for both Parts used metals have essentially the same properties.

Damit das Drehmoment des Läuferteiles 7 infolge der' Wirkung des Dampfes auf die Schaufeln auf den Läuferteil 6 übertragen werden kann, ist der Ausdehnungsring 9 mit einer Mehrzahl von in der Achsrichtung verbreiterten Nuten oder Vertiefungen 28 versehen, in welche das Metall des Halteringes beim Walzen hineingepreßt wird, so daß in Wirklichkeit eine Anzahl von Keilen gebildet wird. Diese Vertiefungen und Keile sollen in der Achsrichtung verbreitert sein und annähernd' die gleiche Krürrimung wie die Verdickungen der Ausdehnungsringe aufweisen, damit sie die Dreh- oder Schwingbewegungen dieser Verdickungen in ihren Lagerstellen, Avelche bei Durclimesserveränderungen der Läuferteile infolge von ungleichen Wärmedehnungen auftreten, nicht behindern. Aus dem gleichen Grunde sind die Halteringe 27 mit flachen achsial verbreiterten Nuten oder Keilschlitzen 29 - versehen, in welche das Metall des Läuferteiles eingewalzt oder eingedrückt wird, so daß Keile 30 gebildet werden. Es ergibt sich hieraus, daß die Ausdehnungsringe durch Keilwirkung mit den Halteringen und diese letzteren durch Keilwirkung mit dem Läuferteil verbunden sind. Infolge der großen Anzahl dieser Keile hat jeder einzelne von ihnen nur einen geringen Bruchteil der Gesamtbelastung aufzunehmen,, und daher sind geringe Ungenauigkeiten an dieser Stelle nicht von erheblicher Bedeutung.So that the torque of the rotor part 7 due to the 'effect of the steam on the Blades can be transferred to the rotor part 6, the expansion ring 9 is with a plurality of grooves or depressions 28 widened in the axial direction, in which the metal of the retaining ring is pressed during rolling, so that in Reality a number of wedges is formed. These indentations and wedges are supposed to be widened in the axial direction and approximately the same Krürrimung as the thickenings the expansion rings, so that they the rotary or oscillating movements of these thickenings in their bearings, Avelche in the case of changes in the diameter of the rotor parts due to unequal thermal expansion occur, not hinder. The retaining rings 27 are for the same reason with flat axially widened grooves or wedge slots 29 - in which the metal of the rotor part is rolled or pressed in, so that wedges 30 are formed. It follows from this that the expansion rings are wedged with the retaining rings and the latter are connected to the rotor part by wedge action. As a result of In large numbers of these wedges, each and every one of them has only a small fraction of the Total load, and therefore there are minor inaccuracies at this point not of major importance.

Infolge der Verwendung der Halteringe braucht das Metall, welches den Rand 31 des gehärteten Stählläufers bildet, nur in ganz geringem 'Maße durch Walzen aus seiner ursprünglichen Lage* verschoben zu werden, nämlich nur so viel, als erforderlich ist, um den Haltering einzuklemmen; infolgedessen besteht keine Gefahr mehr, daß in diesem Rand Risse auftreten und der Läufer unbrauchbar gemacht wird.As a result of the use of the retaining rings, the metal that the edge 31 of the hardened steel rotor forms, only to a very small extent, by rolling from its original Able * to be moved, namely only as much as is necessary to to clamp the retaining ring; as a result, there is no longer any risk of this Edge cracks occur and the runner is rendered unusable.

Die Erfindung ist hier in ihrer Anwendung auf die Läufer von . Turbinen beschrieben, weil sie hier von besonderem . Nutzen ist. Sie kann aber überall dort verwendet werden, wo Ausdehnungsringe.für den Ausgleich von ungleichmäßigen Ausdehnungen dienen, beispielsweise bei der Verbindung von Druckausgleichscheiben mit den Läufern. Obgleich die Wahrscheinlichkeit von Beschädigungen des Halteringes beim Walzen der Verbindung zwischen Haltering und dem Ausdehnungsring oder überhaupt bei der Herstellung der Verbindung sehr gering ist, sei doch darauf hingewiesen, daß man in \ jedem derartigen Falle den Haltering entfernen und durch einen neuen ersetzen kann, ohne daß davon der Läufer selbst berührt wird.The invention is here in its application to the runners of. Turbines described, because they are special here. Benefit is. But it can be used wherever expansion rings for the Compensate for uneven expansion, for example when connecting of pressure compensation disks with the rotors. Although the likelihood of damage of the retaining ring when rolling the connection between the retaining ring and the Expansion ring or at all when making the connection is very small, it should be pointed out that in any such case the retaining ring should be removed and can replace it with a new one without touching the runner himself will.

Die Erfindung ist hier in Anwendung auf beide Ränder der Ausdehnungsringe 9 dargestellt, weil dies das zweckmäßigere Verfahren ist, indessen kann diese Bauart unter gewissen Bedingungen auch nur bei demjenigen Rand verwendet werden, welcher den großen Läufer oder das große Rad 7 trägt.The invention is shown here in application to both edges of the expansion rings 9, because this is the more expedient method, this type of construction can, however, under certain circumstances Conditions are only used for the edge that has the big runner or the big wheel 7 carries.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden- Bauart ist, daß man sie in Fällen zur Verwendung bringen kann, wo ein Läufer mit der bekannten Befestigung nach Abb. 5 infolge von Rißbildung oder aus anderem Grunde unbrauchbar geworden ist. Man hat dann nur den Teil nachzuarbeiten und die Nuten 25 und 26 für die Aufnahme eines Halteringes 27 darin anzuordnen.Another advantage of the present design is that it can be used in cases can bring where a runner with the known attachment according to Fig. 5 as a result has become unusable due to cracking or for any other reason. You then only have to rework the part and the To arrange grooves 25 and 26 for receiving a retaining ring 27 therein.

Claims

Patent Claims:

1. Flexible connection of the parts of multi-unit radial steam or gas turbines, in the articulated expansion rings as connecting links are provided, characterized in that the turbine parts (6, 7) formed Joint socket (25) is supplemented by a retaining ring (27) which is in one of the Pan adjacent ring groove (26) is folded in.

2. A compound according to claim 1, characterized characterized in that the ring (27) made of a 'softer metal than him receiving turbine part (6, 7).

3. A compound according to claim 1, characterized characterized in that the relationship between the retaining ring (27) and the expansion ring (9) and the Turbine part (6, 7) through shallow depressions (29) and penetrating into these during rolling Elevations (30) is secured.

1 sheet of drawings.