DE672056C - Laufschaufeltraeger fuer nicht gegenlaeufige, radial beaufschlagte Turbinen - Google Patents

Laufschaufeltraeger fuer nicht gegenlaeufige, radial beaufschlagte Turbinen

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DE672056C
DE672056C DEK137372D DEK0137372D DE672056C DE 672056 C DE672056 C DE 672056C DE K137372 D DEK137372 D DE K137372D DE K0137372 D DEK0137372 D DE K0137372D DE 672056 C DE672056 C DE 672056C
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blade
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DEK137372D
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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

Landscapes

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

Description

  • Laufschaufelträger für nicht gegenläufige, radial beaufschlagte Turbinen Im Bau von radial beaufschlagten Turbinen konnten bisher aus festigkeitstechnischen Gründen nur Umfangsgeschwindigkeiten bis etwa 185 m/Sek. ausgeführt werden. Bei nicht gegenläufigen Turbinen dieser Bauart ist das Wärmegefälle, das mit einer radial beaufschlagten Beschaufelung einer Scheibe mit derartigen Umfangpgeschwindigkeiten verarbeitet werden kann, gering, und demnach sind auch die Temperaturunterschiede des die Scheibe umgebenden Arbeitsdampfes niedrig. Damit bleiben die Temperaturspannungen in der Scheibe in mäßigen Grenzen. Auch die zusätzlichen Fliehkraftbeanspruchungen sind gering, so daß die Ausführung derartiger Scheiben keine Schwierigkeiten bereitet.
  • Bei gegenläufigen radial beaufschlagten Turbinen, bei welchen auf einer kurzen radialen Erstreckung einer Scheibe große Gefälle verarbeitet werden können, liegen die Verhältnisse ungünstiger. Der Temperaturunterschied des die Scheibe umgebenden Arbeitsdampfes ist in diesem Falle beträchtlich und würde in der Scheibe Temperaturspannungen erzeugen, die zusammen mit den Fliehkraftbeanspruchungen unzulässig hohe Werte ergeben. Diese Schwierigkeit konnte'durch Auflösung der Scheiben in mittengleich#e Ringe behoben werden, da die größten Umfangsgeschwindigkeiten höchstens 185 m/Sek. betragen und bis zu diesem Werte die Fliehkraftbeanspruchung umlaufender Ringe in mäßigen Grenzen bleibt.
  • Die Erkenntnis, daß man bei Vermeidung von Schaufeltragringen und Verwendung frei tragender Überdrucklaufschaufeln unter gleichzeitiger Beseitigung oder wenigstens weitgehender Verminderung der schiefen Belastung durch ihre eigenen Fliehkräfte auch für solche Turbinen größere Schaufellängen und größere Beaufschlagungsdurchmesser ausführen kann, machte es möglich, nunmehr auch bei nicht gegenläufigen radial beaufschlagten Turbinen auf einer Scheibe große Wärmegefälle, wie sie z. B. bei Kondensationsturbinen vorkommen, zu verarbeiten.
  • Die für solche Maschinen zu beherrschenden größten Umfangsgeschwindigkeiten betragen z. B. 3oo bis 400 m/Sek. Die Fliehkraftbeanspruchungen im Schaufelträger werden dann an sich schon groß, können aber noch in zulässigen Grenzen gehalten werden. Der Temperaturunterschied im Arbeitsdampf würde aber allein unzulässig hohe Temperaturspannungen im Schaufelträger erzeugen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine Form für den Läufer einer nicht gegenläufigen radial beaufschlagten Turbine zu finden, die bei größten Umfangsgeschwindigkeiten und zulässigen Beanspruchungen große Leistungen und große Wärmegefälle auf der radialen Erstreckung des Läufers zu verarbeiten gestattet.
  • Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, den Laufschaufelträger in mehrere Scheiben unter Wahrung eines Zwischenraumes oder mehrerer Zwischenräume zwischen je zwei Scheiben mit abnehmendem Durchmesser zu unterteilen, und zwar so, daß auf allen oder mehreren von benachbarten Scheiben nicht verdeckten Flächen der Stirnseiten dieser Laufscheiben je eine Anzahl Laufschaufelreihen befestigt ist.
  • Bei der Auflösung des Laufschaufelträ gemäß der Erfindung ist es wichtig, daß je' Scheibe eine Anzahl von Schaufelreihen er äl , und zwar so viele, daß der auf Grund des verarbeitbaren Wärmegefälles entstehende Temperaturunterschied in dem diesen Läuferteil beaufschlagenden Arbeitsdampf Temperaturspannungen in der in Frage kommenden Teilscheibe in gerade noch zulässigem Maße erzeugt, um die Zahl der Teilscheiben möglichst gering zu halten. Ebenso wichtig ist es, zwischen je zwei Scheiben Zwischenräume vorzusehen, um die Wärmeübertragungen von den heißeren Scheiben auf die kälteren möglichst zu vermeiden. Würde man für jede Laufschaufelreihe eine Scheibe vorsehen und würde man diese Scheiben als Scheiben gleicher Dicke ausführen und ohne Zwischenräume unmittelbar aneinandersetzen, wie dies, allerdings aus dem Grunde, um eine Schaufelreihe mit der zugehörigen Scheibe aus einem Stück fertigen zu können, bereits vorgeschlagen wurde, so würde man die von den gemäß der Erfindung ausgeführten Läufer geforderten Eigenschaften auch nicht angenähert erzielen.
  • Bei der erfindungsgemäß ausgeführten Läuferform können die kleinsten äußeren Scheiben durchgehend beschaufelt werden. Scheiben mit kleineren Umfangsgeschwindigkeiten als 185 in/Sek. können zusätzlich in Ringe unterteilt werden.
  • Die Abb. i bis 3 der Zeichnung zeigen Ausführungsbeispiele für Laufschaufelträger gemäß der Erfindung.
  • Der Laufschaufelträger der Abb. i ist doppelseitig beschaufelt. Der Dampf strömt bei i ein und verläßt die erste Schaufelgruppe bei ?" um wiederum bei 3 der Beschaufelung der anderen Scheibenseite zugeführt zu werden. Bei4 teilt sich der Dampfstrom. Der eine Teil des Dampfes strömt weiter bis 6, während der andere Teil wieder bei 5 eingeleitet wird. 7 ist die mittlere größte Teilscheibe, die einen doppelflutigen Niederdruckteil trägt und mit den Wellenenden 24 und 25 mittels Flanschen und Schrauben verbunden ist. Zu beiden Seiten der Scheibe 7 sind eine Anzahl Scheiben 8, 9, io, ii, ig, und 13 mit abnehmenden Durchmessern angeordnet, die auf ihrem äußeren Scheibenteil die Beschaufelung eines einflutigen Hoch- oder Mitteldruckteiles tragen. Abb. -- zeigt einen einseitig beschaufelten Laufschaufelträger mit Labyrinthscheibe auf der anderen Seite für den Ausgleich des axialen Dampfschubes. Die größte Scheibe 14 ist hier beispielsweise mit den Wellenenden aus einem Stück gefertigt, 15 und 16 siiid wiederum weitere Teilscheiben mit abnehmenden Durchmessern zur Aufnahme von Laufschaufelreihen. 17 ist die Labyrinthscheibe fü.r den Schubausgleich. Abb. 3 hat grundden gleichen Läuferaufbau wie Abb. 2, die Labyrinthscheibe jetzt ebenfalls felt. Der Dampf strömt bei 18 zu und bei ig wieder die erste Schaufelgruppe, um bei 2o der anderen Scheibenseite zuzuströmen. Bei 2,1 wechselt der Dampf nach 2?, hin zum zweitenmal die Scheibenseiten, um bei 23 die Beschaufelung endgültig zu verlassen. Der zweimalige Seitenwechsel des Dampfes ist mit Rücksicht auf möglichst große und günstige Ausnützung der beiden Scheibenseiten für Unterbringung von Schaufelreihen bei gleichzeitigem Schubausgleich vorgenommen wordeit.
  • Wie aus diesen Abbildungen ersichtlich, ist jede Teilscheibe eines Läufers nur Dampfzuständen mit geringen Temperaturunterschieden ausgesetzt. - Gleichzeitig sind die Scheiben so angeordnet, daß die Scheiben mit kleinstem Durchmesser Dampf von höchster und die Scheiben mit größtem Durchmesser Dampf von möglichst niedriger Temperatur erhalten. Damit ist erreicht, daß die Temperaturspannungen in einer Teilscheibe in zulässigen Grenzen bleiben und daß die Scheiben, die auf Grund ihrer großen Durchmesser hohe zusätzliche Fliehkraftbeanspruchungen erhalten, hinsichtlich ihrer festigkeitstechnischen Eigenschaften durch hohe Dampftemperaturen nicht beeinflußt werden.
  • Diese Vorteile werden vor allem durch die Maßnahme, die größte Scheibe in der Mitte und die übrigen Scheiben mit abnehmendem Außendurchinesser axial zu deren beiden Seiten anzuordnen, erreicht, wie dies aus den Abb. i bis 3 ersichtlich ist.
  • Für die größte Teilscheibe, die den größten Fliehkräften ausgesetzt ist, ist es zweckmäßig, diese möglichst als Scheibe gleicher Festigkeit auszuführen. Die Verbindung dieser Scheibe mit den Wellenstücken geschieht entweder durch Flanschen und Schrauben (Abb. i) oder dadurch, daß sie mit den Wellenstücken aus einem Stück gefertigt wird. Bei Verbindung mittels Flanschen und Schrauben erhält die Scheibe auf ihrem inneren Teil auf beiden Seiten in bekannter Weise eine axiale Verdickung, in der die Gewindelöcher für die Verbindungsschrauben vorgesehen werden können, ohne den eigentlichen Scheibenkörper gleicher Festigkeit zu unterschneiden und züi schwächen.
  • Vom festigkeitstechnischen Standpunkt und für die bauliche Durchführung vorteilhaft ist die Maßnahme, die größte Scheibe auf ihrem äußeren Rand auf beiden Seiten gleichartig züi beschaufeln (Abb. i). Damit wird sowohl eine gleichmäßige Erwärmung des Scheibenkranzes erreicht als auch zusätzliche Biegungsbeanspruchung durch Schaufelfliehkräfte vermieden. Ist die Dampfmenge gering, so daß Einflußbauart des Niederdruckteils notwendig wird, so können auch bei einseitiger Anordnung der Niederdrucklaufschaufelreihen an der Scheibe Biegungsbeansprachungen durch deren Fliehkräfte in der Scheibe dadurch vermieden werden, daß die Scheibe auf ihrem beschaufelten Teil eine der Beschaufelung abgekehrte Krümmung erhält (Abb. 2 und 3).
  • Die kleineren Scheiben werden auf übliche Weise, z. B. mittels Kegelbüchsen oder elastischer Ringe, auf der Welle oder deren Flanschverbindung befestigt und zentriert. Die Kraftübertragung geschieht durch Keile oder Radialbolzen.
  • Um einen stetigen Verlauf der Oberfläche des in mehrere Teilscheiben aufgelösten Schaufelträgers zu erhalten, werden die sich der größten Scheibe anschließenden kleineren Scheiben mit einer Kegelmantelfläche oder Wölbung versehen. Diese Formgebung ist auch aus festigkeitstechnischen Gründen vorteilhaft, wenn auch die inneren Schaufelreihen ohne Tragringe ausgeführt werden. Die Fliehkräfte der Beschaufelung und der Scheibe heben sich dann weitgehend auf.
  • Sind die zu beiden Seiten eines solchen Laufschaufelträgers wirkenden Dampfkräfte ausgeglichen, so können die einzelnen Teilscheiben mit geringen zusätzlichen Biegungsbeanspruchungen durch die axial wirkenden Dampfkräfte ausgeführt werden, indem man die einzelnen Scheiben in verschiedenen, auf der Scheibenfläche verteilten Punkten gegeneinander abstützt. Die Berührungsflächen zweier Scheiben sollen aber möglichst klein ausgeführt werden, um nicht den Wärmeübergang von einer Scheibe zur anderen zu begünstigen. Die isolierende Wirkung des zwischen zwei Scheiben befindlichen Abstandes kann zusätzlich durch Einbau dünner Blechstreifen zwischen je zwei Teilscheiben erhöht werden.

Claims (1)

  1. PATENT ANS PIZ Ü CI-1 E: i. Laufschaufelträger für nicht gegenläufige radial beaufschlagte Turbinen, insbesondere für solche mit Umfangsgeschwindigkeiten, die aus festigkeitstechnischen Gründen die Verwendung von Schaufeltragringen nicht mehr zulassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufschaufelträger in mehrere Scheiben unter Wahrung eines Zwischenraumes oder mehrerer Zwischenräume zwischen je zwei Scheiben mit abnehmendem Durchmesser unterteilt ist, und zwar so, daß auf allen oder mehreren von benachbarten Scheiben nicht verdeckten Flächen der Stirnseiten dieser Laufscheiben je eine Anzahl Laufschaufelreihen befestigt ist. 2. Laufschaufelträger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilscheiben mit kleinerem äußerem Durchmesser Dampf von höherer Temperatur erhalten, während die Teilscheiben mit größerem Durchmesser Dampf von niederer Temperatur ausgesetzt sind. 3. Laufschaufelträger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Scheibe mit dem größten Durchmesser in der Mitte befindet, während sich die übrigen Scheiben auf deren beiden Seiten mit abnehmendem Durchmesser anschließen. 4. Laufschaufelträger nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil der großen Scheibe doppelseitig beschaufelt ist. 5. Laufschaufelträger nach Anspruch i 'bis 3,* dadurch gekennzeichnet, daß bei einseitiger Beschaufelung des äußeren Teiles der größten Scheibe diese auf ihrem beschaufelten Teil eine der Beschaufelung abgekehrte Krümmung erhält. 6. Laufschaufelträger nach Anspruchi bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kleineren Teilscheiben von dem Läuferteil, bestehend aus Welle und mit dieser starr verbundener großer Scheibe, getragen werden. 7.- Laufschaufelträger nach Anspruch i bis6, dadurchgekennzeichnet, daß zwischen je zwei Teilscheiben eine dünne Blechscheibe eingebaut ist. 8. Laufschaufelträger nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die einzelnen Teilscheiben axial gegeneinander abstützen.
DEK137372D 1935-03-27 1935-03-27 Laufschaufeltraeger fuer nicht gegenlaeufige, radial beaufschlagte Turbinen Expired DE672056C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE862231C (de) * 1941-10-09 1953-01-08 Bayerische Motoren Werke Ag Mehrteiliges Turbinenlaufrad, insbesondere fuer Abgasturbinen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE862231C (de) * 1941-10-09 1953-01-08 Bayerische Motoren Werke Ag Mehrteiliges Turbinenlaufrad, insbesondere fuer Abgasturbinen

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