DE631574C - Elastischer Tragring fuer Turbinenteile - Google Patents

Description

Wenn man ein Laufrad einer radial beaufschlagten Turbine rechnerisch oder versuchsmäßig hinsichtlich der im Betrieb auftretenden Verhältnisse untersucht, so wird man feststellen, daß in radialer Richtung erhebliche Dehnungen auftreten, die einerseits durch die Fliehkräfte und andererseits durch die Erwärmung hervorgerufen werden. Aus der Erkenntnis dieser Erscheinungen heraus

ο ist man dazu übergegangen, in solchen Fällen die starre Verbindung der Schaufelringe mit dem Rad aufzugeben und dafür eine elastische Aufhängung einzuführen. Die bekannte Turbinenart nach Ljungström macht hiervon in ausgedehntem Maße Gebrauch und beschränkt die Anwendung der elastischen Verbindungen nicht nur auf die eigentlichen beschaufelten Räder oder Radteile, sondern dehnt sie auch auf die Befestigung anderer Turbinenteile (Ausgleichsscheiben, Dampfkammern usw.) aus. Zur Verbindung finden die bekannten elastischen Tragringe von etwa nierenförmigem Querschnitt Anwendung, d.h. Tragringe mit ebenen zylindrischen Begrena5 zungswänden und Randverdickungen, welche in entsprechende Nuten der zu verbindenden Teile eingewalzt werden. Nach einem neueren Vorschlag soll ein Turbinenrad mit der Welle durch einen elastischen Ringkörper verbunden werden, der aus dem Baustoff des Rades herausgearbeitet ist. Dieser Ringkörper besitzt einen U-förmigen Querschnitt, der mit seinen beiden geradlinigen Teilen parallel zur Umdrehungsachse liegt. Der Querschnitt kann in diesem Falle als die Verbindung zweier geradliniger Balken und eines Bogenstückes aufgefaßt werden.

Bei höherem Druckunterschied beiderseits des elastischen Tragringes werden die Beanspruchungen so hoch, daß man von der Verwendung dieser Mittel absehen muß. Man hat deshalb vorgeschlagen, an ihrer Stelle die Verbindung durch Führungsbolzen zu wählen. Hiermit ist der Nachteil eines er- ■ höhten Bauaufwandes verbunden, denn es müssen Ringansätze zur Aufnahme der Bolzen vorgesehen werden, die ihrerseits zu unerwünschten Kraftwirkungen führen.

Gemäß der Erfindung besitzt der Tragring einen Querschnitt in Form eines gebogenen Balkens, insbesondere mit der Wölbung nach der Seite höheren Druckes zu. Mit seinem einen Ende ist er an einer druckbelasteten Fläche in der Weise befestigt, daß der von dieser herrührende Schub mindestens gleich der durch den Überdruck hervorgerufenen Tangentialkraft ist.

Die Vorteile, die sich durch die Erfindung ergeben, seien an Hand der Darstellungen der Abb. ι erläutert. Es ist zunächst der elastische Tragring mit rechteckigem Querschnitt betrachtet. Bei der Festigkeitsberechnung eines solchen Ringes ist vom Durchmesser D auszugehen. Je größer dieser wird, um so stärker muß bei gleichbleibendem -65 Druck die Wandstärke des Ringes gewählt

werden. Man kommt .schließlich zu Wandstärken, welche dem Ring ^p j ede Elastizität nehmen würden und..daher seine Anwendung.' unmöglich machen. ^J'~ⁱ'^ei

Den gewölbten Tragring kann man si Ausschnitt j eines Ringes denken, der förmigen Querschnitt aufweist. Nach kannten Grundsätzen der Festigkeitslehre ist die Berechnung der Wandstärke eines solchen ίο Ringes lediglich abhängig vom Durchmesser d, der nur einen geringen Bruchteil des Durchmessers D beträgt. Unter Annahme, daß der Durchmesser D' gleich dem Durchmesser D sei und daß auch der Druck der gleiche sei, beträgt die Wandstärke des gewölbten Tragringes nur einen Bruchteil der Wandstärke des Tragringes mit rechteckigem Querschnitt.

Wenn man sich den Bogen s aus dem vollen Krejs herausgeschnitten denkt, so müssen an ihm die tangentialen Kräfte T angreifen, um die .gleichen Verhältnisse herzustellen, die beim Bestehen des vollen Ringquerschnittes herrschen. Wenn man entsprechend der Abb. 2 diesen Bogen j in der Einspannstelle e einer festen Wand W ,einspannt, so muß offensichtlich an seinen Endend eine Kraft gleich der tangentialen Kraft T angreifen. Am Einspannende £ wird diese Kraft durch den Widerstand der festen Scheibe W erzeugt. Am freien Ende kann man nun diese tangentiale Kraft ohne weiteres dadurch herstellen, daß man mit dem Tragring eine Scheibe .r verbindet, die durch einen Druck P so stark belastet ist, daß der von der Scheibe 5" herrührende Schub mindestens gleich der Tangentialkraft T ist.

Wenn der Druck nicht vom Mittelpunkt der Krümmung .y weggerichtet, sondern auf diesen Mittelpunkt zu gerichtet ist, so muß selbstverständlich die resultierende Kraft P entgegengesetzt der eingezeichneten Pfeilrichtung verlaufen. In jedem Falle erhält man aber die bei hohen Drücken günstigste Art der elastischen Aufhängung eines Turbinenteils, denn selbst bei den höchsten in Betracht kommenden Drücken bleibt die Wandstärke so Idein, daß die Elastizität der Aufhängung unter allen Umständen gewahrt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abb. 3 dargestellt, und zwar in Anwendung auf die Aufhängung eines Labyrinthringes. Die Labyrinthdichtung besteht aus der Scheibe 1, die mit dem Laufrad 2 verbunden ist, und der Scheibe 3, die mit dem Gehäuse 4 verbunden ist. Für die Laufraddichtung konnte aus den dem Entwurf zu- » gründe liegendenVerhältnissen ein elastischer "■'^rt'.ijig S mit annähernd rechteckigem Quer-

itt angewendet werden, doch verbot sich jä Ausbildung für die Aufhängung der 'Scheibe 3. Man hätte bei dem vorhandenen Druckunterschied unter Anwendung der bekannten Mittel die elastische Verbindung aufgeben und durch eine formschlüssige Verbindung ersetzen müssen, welche den gleichen Beweglichkeitsgrad ergibt wie die elastische Aufhängung. Der hierdurch entstehende Bauaufwand konnte durch die Anwendung des gewölbten Querschnitts des Tragringes 6 vermieden werden. Bei dem Ausführungsbeispiel liegt der Fall vor, daß der höhere Druck auf der konvexen Seite des Tragringes herrscht. Die hierdurch entstehende Tangentialkraft wird dadurch aufgenommen, daß der auf der Scheibe 3 lastende Druck mindestens gleich dieser Tangentialkraft ist. Eine Anlagefiäche 7 sichert die Scheibe 3 gegen zu große Ausbiegung.

Die im Zusammenhang mit einer Labyrinthdichtung beschriebene Aufhängung kann naturgemäß auch für die Aufhängung von Schaufelringen' oder Schaufelringgruppen (s. Teil 8) verwendet werden. Besonders für Schaufelringgruppen erscheint sie vorteilhaft, da in diesem Falle mit größeren Drücken gerechnet werden muß, als sie zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufelringen bestehen. Es ist ersichtlich, daß man auch bei der Aufhängung anderer Maschinenteile von der Erfindung Gebrauch machen kann, wenn es sich darum handelt, eine elastische Verbindung trotz des Bestehens eines großen Druckunterschiedes zu schaffen.

Claims (1)

1. Patentanspruch ;

   Elastischer Tragring für Turbinenteile, insbesondere zur Aufhängung von Schaufeiringen, Schaufelringgruppen oder Labyrinthringen an einem Tragkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring einen Querschnitt in Form eines gebogenen Balkens besitzt, insbesondere mit der Wölbung nach der Seite höheren Druckes zu, und daß er mit seinem einen Ende an einer druckbelasteten Fläche in der Weise befestigt ist, daß der von dieser herrührende Schub mindestens gleich der no durch den Überdruck hervorgerufenen Tangentialkraft ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen