DE666186C - Laufschaufeltraege fuer radial beaufschlagte Turbinen - Google Patents

Laufschaufeltraege fuer radial beaufschlagte Turbinen

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DE666186C
DE666186C DEK135916D DEK0135916D DE666186C DE 666186 C DE666186 C DE 666186C DE K135916 D DEK135916 D DE K135916D DE K0135916 D DEK0135916 D DE K0135916D DE 666186 C DE666186 C DE 666186C
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Germany
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wheel
blade
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blade support
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DEK135916D
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GUSTAV KOEHLER DIPL ING
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GUSTAV KOEHLER DIPL ING
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/04Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/041Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the Ljungström type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Laufschaufelträger für radial beaufschlagte Turbinen Im Bau von radial beaufschlagten Turbinen befestigt man die Schaufeln jeder Reihe an zwei Schaufeltragringen. Die frei tragende Schaufelausführung ohne Tragringe ist nach einigen Versuchen wieder verlassen worden. Dies geschah aus verschiedenen Gründen. Einer der hauptsächlichsten war, daß die Fliehkraft der frei tragenden Schaufeln in dem Laufrad große Biegungsbeanspruchungen hervorrief, die sich den Eigenspannungen des umlaufenden Rades überlagerten. Dies verhinderte sowohl die Ausführung größerer Beaufschlagungsdurchmesser als auch größerer Schaufellängen.
  • Es ist versucht worden, diese Biegungskräfte durch die Kräfte von entsprechenden Gegengewichten auf der Rückseite des Rades auf7uheben. Doch brachte auch die Anwendung von Gegengewichten keine Besserung, da entweder die Gewichte an kurzen Hebelarmen zu schwer wurden und nunmehr durch sie noch größere Fliehkräfte entstehen mußten, oder es müssen leichtere Gegengewichte an längeren Hebelarmen angeordnet werden, so daß in unerwünschter Weise die Entfernung zwischen Rad und Außenwand vergrößert wurde.
  • Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie es auf einfache Weise möglich ist, frei tragende Schaufeln auch für Durchmesser und Schaufellängen, wie sie für Kondensationsturbinen notwendig werden, ohne Anwendung von Gegengewichten bei gleichzeitiger Vermeidung zusätzlicher Biegungsbeanspruchung im Laufrad ausführen zu können.
  • Zu diesem Zweck verkleinert sich bei einem L aufschaufelträger von Dampf- oder Gasturbinen, auf den die Fliehkräfte einer frei tragend ausgeführten Beschaufelung Biegungskräfte ausüben, gemäß der Erfindung der Krümmungsradius der Verbindungslinie der Mitten der geringsten Wandstärken an den Befestigungsstellen der Latfschaufelreihen von innen nach außen.
  • Um die im Rad auftretenden, den äußeren Kräften' entgegenwirkenden Kräfte so groß zu erhalten, daß die Forderung nach Wegfall der Biegungsbeanspruchungen im Rad erfüllt wird, wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, die Form des Rades so auszuführen, daß die Resultierenden aus den in den inneren und äußeren gedachten Begrenzungsflächen" eines Ringteiles auftretenden Spannungen in oder angenähert in der Mitte dieser Flächen liegen.
  • Diese Ausführungsart von Laufschaufelträgern hat die überraschende Wirkung, daß 'die durch einseitig angeordnete Laufschaufeln hervorgerufenen Biegungskräfte durch die entgegengesetzt gerichteten Biegungskräfte des gewölbten Rades ausgeglichen werden. Die praktische Durchführung des Erfindungsgedankens zeigt dabei, daß der Krümmungsradius der Verbindungslinie der Mitten der geringsten Wandstärke an den Befestigungsstellen der Laufscllaufelreihen von innen nach außen kleiner wird.
  • Gewölbte Räder sind an sich bekannt. Keine dieser bekannten Ausführungen zeigt jedoch eine Gesetzmäßigkeit in der Formgebung, geschweige dann eine Gesetzmäßigkeit, wie sie durch die Erfindung gefordert wird. Bei den bekannten Ausführungen sind' die Gründe und Erkenntnisse, die zur Ausführung eines Laufschaufelträgers entsprechend der vorliegenden Erfindung führen, nicht vorhanden.
  • Die Erfindung soll an Hand der Abb. z bis q. näher erläutert werden. Abb: i zeigt ein übliches Laufrad mit radial beaufschlagter< . Beschaufelung in frei tragender Ausführung. Das Rad ist in so viele Ringteile zerlegt, als Schaufelreihen vorhanden sind. In Abb. 2 ist ein mitt-. leger Ringteil in vergrößertem Maßstab herausgezeichnet. Abb. 3 zeigt das Rad mit denselben Abmessungen hinsichtlich Durchmesser und axialer Raddicke und mit den gleichen äußeren Kräften durch die Schaufelfliehkräfte in gewölbter Form. In Abb. q. ist ein Ringteil des gewölbten Rades, welcher der Lage im Rad nach dem in Abb.2 gezeichneten Teil entspricht, besonders dargestellt.
  • In den Abb. 2 und q. bedeutet P die Fliehkraft der an dem Teil befestigten Schaufelreihe, R" und Ri die Resultierenden aus den Spannungen in den äußeren und inneren Begrenzungsflächen i, 2 und 3, q. zu diesem Teil. Für das Gleichgewicht eines jeden derartigen Ringteiles muß die resultierende Kraft aus den Kräften P, Ra und R2 zu Null werden. Bei gleichen Abmessungen und bei gleicher äußerer zusätzlicher Belastung durch die Schaufelfliehkräfte sind Rd und R; für beide Formen des Teiles nach den Abb. 2 und q. gleich groß. Die axiale Lage der Resultierenden in den Begrenzungsflächen i, 2 und 3, q. hängt von, der Form des Spannungsverlaufes in axialer Richtung über diesen Querschnittsflächen ab.
  • Da man mit genügender Annäherung -linearen Spannungsverlauf voraussetzen darf, so entspricht der Forderung nach Vermeidung von Biegungsbeanspruchungen, also nach gleichförmiger Spannungsverteilung, nur eine Lage der Resultierenden. Die Forderung ist erfüllt, wenn diese durch die Mittellinien 5 und 6 der Begrenzungsflächen gehen und wenn gleichzeitig diese Mitten axial so zueinander um einen bestimmten Betrag a (Abb. q.) verschoben sind, daß die resultierende Kraft aus den Kräften P, R" und R= zu Null wird. Da die Größe-und Lage der äußeren Kraft P gegeben ist, die Größe der Kräfte Ra und R2 ohne weiteres berechnet werden kann und ihre Lage in den zu ihnen gehörenden Flächen vorgeschrieben ist, so ist auch der Betrag A, um den die beiden Flächen i, 2 und 3, q. zueinander verschoben werden müssen, durch eine einfache Gleichung zu finden.
  • Abb. 5 zeigt ein gewölbtes Rad gemäß der Erfindung, in der auch die Schaufelbefestigung und die Ausbildung des Radkopfes dargestellt sind. Unter Berücksichtigung der Einschnitte im Rad für die Schaufelfüße ist dann meistens eine andere Aufteilung des Rades in Ringteile als die in den Abb. i bis q. zweckmäßiger. In Abb. 5 sind deshalb die Begrenzungsflächen für die einzelnen Teile ungefähr in die Mitte der Schaufelfüße gelegt. Die hierfür geltenden Überlegungen sind grundsätzlich dieselben wie für die Unterteilungen nach den Abb. i bis q..
  • Die Linie 9, io, 1i, 12 verbindet die Mitten .der im Rad liegenden Begrenzungsflächen der einzelnen Ringteile. Ihr Krümmungsradius wird von innen nach außen kleiner. a1, a2 und a3 sind gemäß obiger Überlegungen die notwendig werdenden axialen Verschiebungen dieser Begrenzungsflächen zueinander, um bei der gegebenen einseitigen Radbelastung durch die Fliehkräfte der Beschaufelung das Rad von Biegungsspannungen frei zu halten.
  • Der Radkopf in Abb. 5, der stärker schraffiert dargestellt ist, unterscheidet sich von den übrigen Teilen dadurch, daß ein außen anschließender Radteil nicht vorhanden ist. Um auch in der Fläche 7, 8 dieses Radkopfes die Biegungsspannungen ganz oder zum großen Teil zu vermeiden, soll weiter erfindungsgemäß das Rad am äußersten Umfang einen axialen Ansatz bekommen, so daß die Resultierende R aus den Fliehkräften der Schaufeln und des Radkopfes in die oder angenähert in die Mittellinie 9 der Fläche 7, 8 fällt.
  • Die sich nach der Erfindung ergebende Radform ist in Abb. 2 und 5 so dargestellt, daß die Oberflächen der Räder durch eine stetig verlaufende Erzeugende gebildet wird. Die Erzeugende kann natürlich auch verschiedene Stufen aufweisen.
  • Sollte aus baulichen oder sonstigen Gründen die sich ergebende axiale Versetzung der einzelnen Ringteile zueinander zu hoch ausfallen, so kann man eine geringere axiale Versetzung ausführen und die übrigbleibenden Kräfte durch bekannte Mittel, wie z. B. durch Gegengewicht, ausgleichen.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Laufschaufelträger für Gas- oder Dampfturbinen mit nur auf einer Seite gehaltenen, in dem Träger unmittelbar befestigten, radial beaufschlagten Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Krümmungsradius der Verbindungslinie der Mitten der geringsten Wandstärken an den Befestigungsstellen der Laufschaufelreihen von innen nach außen verkleinert.
  2. 2. Laufschaufelträger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Versetzung der gedachten zylindrischen Begrenzungsflächen der einzelnen ringförmigen Trägerteile in dem Maße durchgeführt ist, daß die Resultierenden aus den in diesen gedachten Begrenzungsflächen auftretenden radialen Spannungen in oder angenähert in der Mitte dieser Flächen liegen.
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