DE418795C

DE418795C - Device to prevent excessive speeds of rotating machines, especially steam and gas turbines

Info

Publication number: DE418795C
Application number: DEW63622D
Authority: DE
Original assignee: Westinghouse Electric and Manufacturing Co
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1922-04-18
Filing date: 1923-04-14
Publication date: 1925-09-14

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 14. SEPTEMBER 1925ISSUED SEPTEMBER 14, 1925

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 14c GRUPPE 7CLASS 14c GROUP 7

(W63622 Ij 14c)(W63622 Ij 14c)

Westinghouse Electric and Manufacturing Company in East Pitsburgh, Penns.,Westinghouse Electric and Manufacturing Company in East Pitsburgh, Penns.,

V. St A.V. St A.

Einrichtung zur Verhinderung übermäßiger Geschwindigkeiten umlaufender Maschinen, insbesondere von Dampf- und Gasturbinen.Device to prevent excessive speeds of rotating machines, especially of steam and gas turbines.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. April 1923 ab.Patented in the German Empire on April 14, 1923.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom 18. April 1922 beansprucht.According to the Union Treaty of June 2, 1911, priority is due to this application of the application in the United States of America dated April 18, 1922.

Die Erfindung betrifft Maschinen, welche über ihre kritische Drehzahl hinausgeraten,The invention relates to machines which exceed their critical speed,

mit großer Geschwindigkeit umlaufende Lau- ausschwingen und zu einer Zerstörung der fer besitzen, insbesondere Schnellaufturbinen. I Turbine Anlaß geben können. Es ist auch Sie betrifft insbesondere Einrichtungen, die ; vorgeschlagen worden, Turbinenläufer daeine übermäßige Geschwindigkeitssteigerung ' durch gegen eine Drehzahlüberschreitung zuSwinging out at high speed and destroying the fer own, especially high-speed turbines. I can give rise to the turbine. It is also It particularly concerns institutions that; has been proposed to include turbine rotors excessive speed increase 'by against overspeed too

verhindern sollen. ! sichern, daß die Treibschaufeln durch einenshould prevent. ! ensure that the propellant blades by a

Es ist bekannt, daß Turbinenläufer, die ; Schrumpfring festgehalten wurden, der beiIt is known that turbine rotors that; Shrink ring were held at

übermäßiger Geschwindigkeit des Läufers nachgibt und mit dem Turbinengehäuse oder einer besonderen Reibfläche in bremsende Berührung tritt, ferner dadurch, daß man im Läufer einen Fliehkraftregler mit ringförmigem, etwas exzentrisch zur treibenden Welle angeordnetem Gewicht anordnete, dessen Exzentrizität mit Zunahme der Geschwindigkeit wächst und die Regelvorrichtung beeinflußt. ίο Gemäß der Erfindung ist nur der Läufer mit einem oder mit mehreren Teilen ausgestattet, die so bemessen sind, daß sie sich bei Überschreitung einer bestimmt festgelegten Geschwindigkeit verlagern und dadurch den ι bei gewöhnlichen Geschwindigkeiten vornan- ; denen Massenausgleich stören. Infolge dieser ; Störungen tritt ein Durchbiegen der Welle ■ ein, und es gelangen Läuferteile in reibende ■ Berührung mit einer Bremsfläche. Die auf j diese Weise hervorgerufene Bremswirkung [ vermindert die Geschwindigkeit auf ein ungefährliches Grenzmaß. Das die Geschwindigkeit vermindernde Mittel ist mechanisch einfach, weil keine Vorrichtung in Bewegung gesetzt werden muß, um den Dampf oder eine sonstige Energiequelle der Maschine abzu- j sperren. Die Störung des Gewichtsausglei- ; ches wird dadurch herbeigeführt, daß ein Teil des Läufers absichtlich geschwächt wird, so daß er bei einer Geschwindigkeit wegbricht, j die geringer ist als die, welche zur Zerstörung der übrigen Teile führt. Im Falle einer Turbine können die Befestigungsteile einer oder mehrerer Schaufeln des Läufers schwächer bemesen werden als die Befestigungsteile der übrigen Schaufeln, so daß diese Schaufeln bei einer vorher bestimmten Geschwindigkeit j wegbrechen, so daß der Massenausgleich des j Läufers aufhört.Excessive speed of the rotor gives way and comes into braking contact with the turbine housing or a special friction surface, furthermore by arranging a centrifugal governor with an annular, slightly eccentric to the driving shaft arranged weight, the eccentricity of which increases with increasing speed and influences the control device . ίο According to the invention, only the runner is equipped with one or more parts that are dimensioned so that they shift when a certain fixed speed is exceeded and thereby advance the ι at normal speeds; which disturb mass balancing. As a result of this; Malfunctions cause the shaft to bend ■ and rotor parts come into rubbing ■ contact with a braking surface. The braking effect produced in this way [ reduces the speed to a safe limit. The means for reducing the speed is mechanically simple because no device has to be set in motion to shut off the steam or any other source of energy from the machine. The disturbance of the weight balance; This is brought about by the deliberate weakening of part of the rotor so that it breaks away at a speed which is less than that which leads to the destruction of the remaining parts. In the case of a turbine, the fastening parts of one or more blades of the rotor can be dimensioned weaker than the fastening parts of the remaining blades, so that these blades break away at a predetermined speed j, so that the mass balancing of the j rotor ceases.

Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben, worin Abb. 1 ein senkrechter Längsschnitt durch eine Turbine mit der neuen Einrichtung zur Verhinderung der Geschwindigkeitsüberschreitung, ) Abb. 2 eine Ansicht eines der Bremsringe und Abb. 3 ein Schnitt nach Linie III-III in Abb. 2 ist. Die Abb. 4 bis 8 sind Einzeldarstellungen, welche verschiedene Arten zeigen, I in welchen die Versclnvächung eines oder ! mehrerer Turbincnschaufelteile vorgenommen j werden kann.The invention is described below with reference to the drawings, in which Fig. 1 a vertical longitudinal section through a turbine with the new device for prevention over speeding,) Fig. 2 a view of one of the brake rings and Fig. 3 is a section along line III-III in Fig. 2. Figs. 4 to 8 are individual representations, which show different ways in which the evacuation of one or! several turbine blade parts can be made.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Turbine ein Läufergehäuse 10, welches den Läufer 11 enthält, der durch Lager 12 getragen wird.In the illustrated embodiment, the turbine has a rotor housing 10, which includes the rotor 11 supported by bearings 12.

Der Läufer 11 besitzt eine Scheibe 13 mit Xaben 14, an denen die Flansche 15 der Wellenstücke 16 befestigt sind, die in den erwähnten Lagern 12 gelagert sind. Die Scheibe 13 besitzt Schaufeln 17.The rotor 11 has a disk 13 with Xaben 14, on which the flanges 15 of the shaft pieces 16 are attached, which are mounted in the bearings 12 mentioned. The disk 13 has blades 17.

Das Turbinengehäuse enthält zu beiden Seiten der Scheibe 13 Bremsringe 18 mit Ausnehmungen 19, die mit geringem Spiel an die Naben herantreten, derart, daß bei genügender Durchbiegung der Läuferwelle die Xaben in Berührung mit den Wandungen der Ausnehmungen 19 gelangen, woraufhin die Bremsringe 18 eine Bremswirkung auf den Läufer ausüben, welche seine Laufgeschwindigkeit zu begrenzen sucht. Die Wandungen der Ausnehmungen 19 treten nahe genug an die Xaben des Läufers heran, tun Sicherheit dafür zu bieten, daß die Durchbiegung der Welle mit völliger Sicherheit innerhalb der Wellenelastizität bleibt.The turbine housing contains 13 brake rings 18 on both sides of the disc Recesses 19, which approach the hubs with little play, in such a way that with sufficient Deflection of the rotor shaft the Xaben come into contact with the walls of the recesses 19, whereupon the Brake rings 18 exert a braking effect on the runner, which his running speed seeks to limit. The walls of the recesses 19 come close enough the Xaben of the rotor approach, do to offer security that the deflection of the Wave remains within the wave elasticity with complete certainty.

Die Bremsringe 18 sind vorzugsweise aus zwei Teilen hergestellt, welche beispielsweise durch Tangentialschrauben 20 (Abb. 2) zusammengehalten werden. Die beiden Halbringe bilden eine die Wellenstücke 16 um- 8c schließende Öffnung 21. Ferner ist ein äußerer Ringkanal 23 vorgesehen, in den die Wandung des Turbinengehäuses 10 eintritt. Schrauben 24 und 25 halten die Bremsringe in konachsialer Lage zu den Lagern 12.The brake rings 18 are preferably made of two parts, which for example are held together by tangential screws 20 (Fig. 2). The two half rings form an opening 21 which encloses the shaft pieces 16 8c. Furthermore, there is an outer opening Annular channel 23 is provided, into which the wall of the turbine housing 10 enters. Screws 24 and 25 hold the brake rings in a conaxial position with respect to the bearings 12.

Für die Zwecke der Erfindung besitzen ferner eine oder mehrere Schaufeln iy eine verschwächte Verbindung mit der Läuferscheibe 13, derart, daß, wenn diese eine übermäßige Laufgeschwindigkeit annimmt, die in Betracht kommende Schaufel oder die in Betracht kommenden Schaufeln nachgeben, während die übrigen Schaufeln noch mit Sicherheit festgehalten werden. Hierdurch wird herbeigeführt, daß der Massenausgleich des Läufers aufhört und daß diese ausschwingt, und zwar so lange, bis die Nabe in Berührung mit den Wandungen der Ausnehmungen 19 der Bremsringe gelangt. Es genügt, eine verschwächte Schaufel vorzusehen, doch werden vorzugsweise zwei derartige verschwächte Schaufeln verwendet, die allgemein einen Abstand von wesentlich weniger als i8o° und vorzugsweise einen Abstand von etwa 120° erhalten, "und zwar zu dem Zwecke, daß, falls eine Schaufel etwa bei der erwarteten Geschwindigkeit noch nicht nachgibt, dann mit aller Wahrscheinlichkeit doch die andere Schaufel nachgeben wird, und daß andererseits, falls die beiden Schaufeln nachgeben sollten, die sich ergebende Störung in dem Massenausgleich etwa die gleiche ist, wie wenn lediglich eine Schaufel losgetrennt werden sollte. In Abb. 4 bis 8 ist dargestellt, in welcher Weise eine Schaufel am Fuß verschwächt werden kann.For the purposes of the invention, one or more blades iy also have a weakened connection with the rotor disk 13, such that if this assumes an excessive running speed, the blade or blades in question give way, while the other blades still do so Security to be held. This has the effect that the mass balance of the rotor ceases and that it swings out until the hub comes into contact with the walls of the recesses 19 of the brake rings. It is sufficient to provide one weakened blade, but preferably two such weakened blades are used, which are generally spaced substantially less than 180 ° and preferably about 120 ° apart, for the purpose that, if one blade is about does not yet give way at the expected speed, then in all probability the other blade will give way, and that on the other hand, if the two blades should give way, the resulting disturbance in the mass balance is about the same as if only one blade were to be separated In Fig. 4 to 8 it is shown in which way a shovel can be weakened at the foot.

In Abb. 4 sind die Schaufeln mit Ausnahme von einer oder von zweien in ihrer Lage gegenüber dem Läufer durch Stifte 27 gesichert. Eine oder zwei Schaufeln werden in ihrer Stellung gegenüber dem Läufer durch Rohrstifte 28 gehalten, die etwa den gleichenIn Fig. 4 the blades, with the exception of one or two, are in their opposite position secured to the runner by pins 27. One or two blades are in their position opposite the rotor by Tube pins 28 held that were about the same

Durchmesser aufweisen wie die Stifte 27, wobei naturgemäß bei Anwendung von zwei Rohrstiftverbindungen diese einen geringeren Abstand als i8o° und vorzugsweise etwa 120° Abstand am Umfange besitzen sollen. Diese Rohrstifte können so bemessen werden, daß sie bei Erreichung einer geeigneten Geschwindigkeitsüberschreitung abgeschert werden. Have diameters like the pins 27, naturally when using two Pipe pin connections these a smaller distance than i8o ° and preferably about Should have a distance of 120 ° on the circumference. These tube pins can be sized that they are sheared off when a suitable speed limit is reached.

Xach Abb. S sind volle Stifte 29 von kleinerem Querschnitt als die Stifte 27 verwendet, um den gleichen Zweck zu erreichen, der mit den Hohlstiften 28 nach Abb. 4 erreicht werden soll.According to Fig. 5, full pins 29 of smaller cross-section than the pins 27 are used in order to achieve the same purpose that is to be achieved with the hollow pins 28 according to Fig. 4.

Man kann für die schwächeren Stifte auch weniger widerstandsfähigen Stoff verwenden. Beispielsweise können für die Schaufeln Stahlstifte und für die abzulösenden Schaufeln Stifte aus Kupfer verwendet werden. Die aus schwächerem Stoff hergestellten Stifte können rohrförmig oder voll und mit dem gleichen Außendurchmesser, entsprechend Abb. 4, oder sie können auch mit kleinerem gemäß Abb. 5 ausgeführtYou can also use less resistant material for the weaker pens. For example, steel pins can be used for the blades and for the blades to be detached Pins made of copper are used. The pens made of weaker material can be tubular or solid and with the same outer diameter, as shown in Fig. 4, or they can also be smaller carried out according to Fig. 5

Durchmesser
werden.diameter
will.

In Abb. 6
T-förinigemIn Fig. 6
T-shaped

ist eine Turbinenschaufel mit Fußteil 30 gezeichnet, der in eine entsprechend gestaltete Ausnehmung des Läufers paßt. Es können eine oder beide Seiten des T-Querbalkens in der bei ^2 angedeuteten Weise geschlitzt sein, um eine Verkleinerung der Abscherfläche herbeizuführen, derart, daß die Schaufel bei einer bestimmten Geschwindigkeitsüberschreitung nachgibt.a turbine blade is drawn with a foot part 30 which fits into a correspondingly shaped recess of the rotor. One or both sides of the T-crossbeam can be slotted in the manner indicated at ^ 2 in order to bring about a reduction in the shear area, in such a way that the blade yields when the speed is exceeded.

In Abb. 7 ist eine Turbinenschaufel mit einem Fußteil 33 gezeichnet, welcher in eine Xut des Läufers faßt, und von dessen Rand 34 übergriffen wird. Der Fußteil ist bei 35 ausgespart, so daß die Schaufelverbindung durch Verkleinerung der Scherfläche verschwächt ist.In Fig. 7, a turbine blade is drawn with a foot part 33, which in a Xut of the runner grasps, and is overlapped by the edge 34. The foot section is at 35 recessed, so that the blade connection is weakened by reducing the shear area is.

In Abb. S ist eine Turbinenschaufel dargestellt, die mit ihrem Läufer ähnlich verbunden ist wie die Schaufel gemäß Abb. 7. Nur ist hier durch Einschnitt 36 der Schaft 4-5 des hakenförmigen Fußteiles 33. geschwächt, so daß die der Zugbeanspruchung ausgesetzte Fläche verkleinert ist.In Fig. S a turbine blade is shown, which is connected to its rotor in a similar way is like the shovel according to Fig. 7. Only here, through incision 36, the shaft is 4-5 of the hook-shaped foot part 33. weakened, so that the exposed to tensile stress Area is reduced.

Claims

Patent Claims:

1. Device to prevent excessive revolving speeds Machines, in particular of steam and gas turbines, characterized in that the rotor has one or more parts, which are dimensioned in such a way that, if a certain defined limit is exceeded, they are set Shift speed and thereby disrupt the mass balance of the rotor, so that bending of the Shaft enters and the rotor part comes into frictional contact with a braking surface.

2. Device according to claim 1, characterized in that the runner two parts are provided at a distance of substantially less than 180 ° from one another that detach from the runner at or near the certain limit speed.

3. Device according to claim 2, characterized in that the two parts ^{are arranged at a distance of 120 0} from one another.

4. Device according to claim 1 or the subclaims in particular for Turbine rotor, characterized in that the fastening parts are one or more Blades are so weakened that the blades move at one speed from the rotor, which is below the speed that does not endanger the other blades.

1 sheet of drawings.