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DE6907998U - Turbomaschine, insbesondere gasturbine der axialbauart

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Publication number: DE6907998U
Application number: DE19696907998
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-02-28
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1969-07-17
Also published as: CH502511A

Description

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S AiCTIENGESELLSGHAPT Erlangen, den 27. Feb. 1969

Werner-von-Siemens-Str. 50

Unser Zeichen:

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Turbomaschine, insbesondere Gasturbine der Axialbauart

Die Neuerung bezieht sich auf eine Turbomaschine, insb. Gasturbine der Axialbauart, mit einem als Scheibenläufer ausgebildeten Rotor, dessen die Laufschaufelkränze aufweisende Scheiben durch einen zentralen oder mehrere außermittige Zuganker zusammengespannt sind.

Derartige Turbomaschinen sind bekannt (deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 955 715). Durch die Scheibenbauart ergibt sich der Vorteil leichter Bauweise, der Anwendung des Baukastensystems und der guten Kühlungsmöglichkeit für die Laufschaufeln. Bei der Befestigung der Laufschaufeln an den Scheibenkörpern sieht man im allgemeinen axial gerichtete Nuten am äußeren Umfang der Scheiben vor, in welche die Laufschaufeln mit ihrem vorzugsweise tannenbaumartig geformten Fuß eingeschoben werden. Diese Verbindung zwischen Schaufeln und Scheibenkörpern wird bei hohen Temperaturen und den großen Umfangsgeschwindigkeiten sowie Mengenströmen relativ großen Beanspruchungen ausgesetzt.

In letzter Zeit sind nun Kernreaktoranlagen vorgeschlagen worden, bei welchen ein geschlossener, mit einem nicht idealen Gas, wie insb. C0₂» betriebener Gasturbinenkreislauf vorgesehen ist. Der Zustand des Arbeitsmediums an der Eintrittsseite der Turbine ist etwa 52O⁰C, 300 ata und austrittsseitig 400⁰C, 120 ata. Für gasgekühlte Hochtemperatur-Reaktoren sind weiterhin Helium-Turbinen vorgeschlagen worden, wobei durch direkte Kopplung von Reaktor und Gasturbine die Vorteile des Hochtemperaturbetriebes bei Temperatursteigerungen über die 700⁰C voll ausgenutzt werden. Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, durch welche sich für derartige Gasturbinen wie auch für zugehörige Kompressoren, d. h. Turbomaschinen, bei lunen die Laufschaufeln und Laufscheiben durch hohe Umfangs- und Dampf kräfte beansprucht werden, eire erhebliche Vereinfachung des Auf baues und der Her-

PLA 68/0725 Gm - 2 stellung der Beschaufelung erzielen läßt.

Die Neuerung besteht bei einer Turbomaschine der eingangs genannten Art darin, daß zumindest die Laufschaufeln mit kleiner Schaufellänge durch elektroerosive Bearbeitung aus den äußeren Umfangsbereichen der vollen Scheibenkörper herausgearbeitet sind. Unter elektroerosiver Bearbeitung wird hier wie im folgenden sowohl eine Bearbeitung mittels Funkenerosion als auch eine Bearbeitung mittels elektrolytischer Elektro-Eroeion (elektro-chemiscb.es Senken bzw. EC-Verfahren) verstanden. Das zuletztgenannte Verfahren ist zum Herausarbeiten der Laufschaufeln aus den Scheibenkörpern besonders vorteilhaft, da man mit relativ großen Vorschubgeschwindigkeiten arbeiten kann. Die Scheibenkörper können auf einer geeigneten Spannvorrichtung befestigt werden, und die Elektrode kann in radialer Anordnung zum Scheibenmittelpunkt längsverachieblich gelagert werden, wobei sie nach dem jeweiligen Wegsenken des zwischen zwei benachbarten Laufschaufeln befindlichen Materials um eine Schaufelteilung am Umfang weitergerückt werden kann. Es ist auch möglich, mit mehreren Elektroden einen Scheibenkörper gleichzeitig zu bearbeiten. Es werden auf diese Weise ar den Scheibenkörper angewachsene Laufschaufeln erzeugt, und man vermeidet hierdurch die hohen Kerbbeanspruchungen während des Betriebes, die sich bei üblichen Schaufelbefestigungen mit Tannenbaumoder Hammerkopffuß innerhalb zugehöriger Nuten ergeben. Die Bearbeitung der Scheibenkörper im EC~Verfahren gestaltet sich sehr einfach, und es können die fertig mit der Beschaufelung versehenen Läuferscheiben in gewünschter Kombination mit dem Zuganker oder mehrerer; Zu^rankern zusammengespannt werden.

In bevorzugter Ausführungsform des Gegenstandes der Neuerung ist die Turbomaschine eine mit CO₂ als Arbeitsmedium betriebene Gasturbine _T w-ibei von den Laufschaufeln eines Turbinen- und eines Verdichterteil8 zumindest diejenigen des Turbinenteiles durch elektroerosive Bearbeitung aus dem vollen Scheibenraaterial herausgearbeitet sind. Das EC-Verfahren eignet sich besonders für Gasturbineri der A.xia] bauart und hierbei insb. für die genannten CO₂-ij-Mi-turbj nen, weil liier reiauv reringe Schaufelhöhen, insb. be-

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dingt durch das hohe spezifische Gewicht des Arbeitsmediums, auftreten. Wenn der zugehörige Verdichter ein Axialverdichter ist, der mit dem Turbinenläufer im allgemeinen auf der gleichen Welle sitzt, so empfiehlt sich auch hier zumindest für die Lauföchaufein mit kleiner Schaufellänge die Anwendung elektroerosiver Bearbeitung.

Gemäß einer anderen AusfUhrungsform dee Gegenstandes der Neuerung, ist die Turbomaschine eine Gasturbine mit einem aus Scheibenkör· ■ pern bestehenden Turbinenteil und einem auf der gleichen Welle sitzenden, aus Scheibenkörpern bestehendem Axialverdichterteil, wobei sowohl von den Laufschaufeln des Turbinenteils als auch den Laufschaufeln des Verdichterteils zumindest diejenigen der ersten bzw. letzten Stufen mit geringer Sehaufellänge durch elektroerosive Bearbeitung der äußeren Umfangsbereiche der Scheibenkörper aus dem Vollen herausgearbeitet sind.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden zwei Ausfiihrungsbeispie-Ie des Gegenstandes der Neuerung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Ausschnitt und Axialechnitt eine mit CO₂ als Arbeitsmedium betriebene Gasturbine, und zwar den Läufer und die diesen umgebende Leitvorrichtung, mit neuerungsgemäß ausgestalteten Scheibenkörpern,

Fig. 2 im Axialschnitt den Scheibenläufer einer Gasturbine mit auf der gleichen Welle sitzendem Verdichter- und Turbinenteil und zentralem Zuganker, bei dem die Laufschaufeln kleinerer Höhe gemäß der Neuerung ausgebildet sind.

In Fig. 1 ist der besseren Übersichtlichkeit wegen die Schraffur weggelassen. Auf dem zentralen Zuganker 1 sitzen axial aneinandergereiht die Scheibenkörper 2, welche an ihrem äußeren Umfang mit angewachsenen Laufschaufeln 3 versehen sind. Der linke Scheibenkörper 2' ist bei 4 mit einem Zahnkranz /ersehen, der mit dem entsprechenden Gegenzahnkranz 4' eines auf der Welle sitzenden Hohlwellentpils 5 gekuppelt ist. In entsprechender Weise sind die

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einzelnen Scheibenkörper 2 miteinander an den Kupplungsstellen 4^M durch Zahnkränze miteinander verdrehungeeicher gekuppelt, und der rechts außen sitzende Seheibenkörper 2" ist mit einem weiteren generatorseitigen Hohlwellenteil 6 über die Kupplungszahnkränze 7, 7' gekuppelt. Zwischen den einzelnen Scheiben 2, 2·, 2" sind Hohlräume 8 gebildet,und mit den radial innen liegenden VorsprUngen 9 stehen die Scheibenkörper über Dichtungsringe 10 miteinander in Eingriff. Durch den zentralen Zuganker 1 werden die Scheibenkörper 2, 2^?, 2" mit den äußeren Kupplungsteilen 5, 6 verdrehungssicher zusammengespannt, wobei die Einzelheiten dieser Spannancrdnung aus Fig. 2 beispielsweise ersichtlich sind, auf die weiter unten noch eingegangen wird. Die am äußeren Umfang des Gasturbinenläufers sitzenden Leitschaufeln sind mit 11 bezeichnet; sie sind in zugehörigen Aufnahmenuten 12 am inssren Umfang des Gasturbinengehäuses 13 befestigt. Die Dichtungsringe zwischen den einzelnen Leitschaufelkränzen sind mit H bezeichnet.

Neuerungsgemäß sind die Laufschaufeln 3 durch elektroerosive Bearbeitung aus den äußeren Umfangebereichen der vollen Scheibenkörper 2, 2·, 2" herausgearbeitet, vorzugsweise durch elektrolytische Elektroerosion, wie erläutert. Bei CO₂-Gasturbinen haben die Laufschaufeln 3 eine relativ geringe Erstreckung, es ist deshalb möglich und vorteilhaft, sämtliche Laufschaufeln nach dem genannten Verfahren herzustellen. Wie ersichtlich, sind 4 Schaufelstufen dargestellt, wobei die DampfStrömungsrichtung durch den Pfeil 14 angedeutet ist.

In Fig. 2 ist der Läufer einer Gasturbine dargestellt, deren Brenn kammer mit Erdgas oder öl befeuert werden kann. Auch bei dieser Gasturbine, die einen Verdichterteil V und einen Turbinenteil T aufweist, ist zur Befestigung bzw. Ausbildung der Laufschaufel von der elektroerosiven Bearbeitung Gebrauch gemacht. Sowohl von den Laufschaufeln des Turbinenteiles T als auch den Laufschaufeln des Verdichterteiles V sind diejenigen mit relativ geringer Schaufelhöhe, rjämlich die Schaufeln 15 des Verdichterteils V uiid die Schaufeln 16 des Turbinenteiles T, aus den vollen Scheibenkörpern 17 durch elektrochemisches Senker, herausgearbeitet, d. h. als so-

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genannte angewachsene Schaufeln ausgebildet. Für die längeren Schaufeln 18 des Verdichterteils V und 19 dee Turbinenteils T finden übliche Befestigungsmethoden Anwendung, weshalb hierauf nicht näher eingegangen wir; . Im übrigen bezeichnen: 1 wiederum den zentralen Zuganker, 20 die Verzahnungsstellen zwischen den Scheibenkörpern 17 untereinander bzw. den Scheibenkörpern 17 und den außen auf den Zuganker aufgesetzten Lagerstummeln 21, 22; 1a den Kopfteil des als elastisches Federglied wirkenden Zugankers 1; 1b eine mit konischem Außenumf^ng versehene Spannmutter, welche auf das rechte Ende des Zugankers 1 aufgeschraubt und unter Flächenpressung mit entsprechenden konischen Gegenflächen des rechten Wellenstummels 22 zur Anlage gebracht ist. Die Verzahnungs stellen 20 dienen, wie an sich bekannt, nicht nur zur Drehmomentübertragung, sondern auch zur Zentrierung der Scheibenkörper 17, was auch für das Ausführungsoeispiel nach Fig. 1 gilt. Zwischen Turbinenteil T und Verdichterteil V ist noch ein Hohlwellenteil eingeschaltet, der die genannten Turbinenteile räumlich voneinander trennt und als Kupplungszwischenglie^ dient.

2 Figuren

4 Schutzansprüche

Claims

PLA 68/0725 - 6 hutzansprüehe

1. Turbomaschine, insb. Gasturbine der Axialbauart, mit einem als Scheibenläufer auegebildeten Rotor, dessen die Laufschaufclkränze aufweisende Scheiben durch einen zentralen oder mehrere außermittige Zuganker zusammengespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Laufschaufeln mit kleiner Schaufellänge durch elektroerosive Bearbeitung aus den äußeren Umfangsbereichen der vollen Scheibenkörper herausgearbeitet sind.

2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln durch elektrolyirisehe Elektroerosion (elektrochmisches Senken bzw. EC-Verfahren) aus den Scheibenkörpern herausgearbeitet sind.

3= turbomaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gskenn«sichtet, daß sie eine mit CO₂ als Arbeitsmedium betriebene Gasturbine ist, wobei von den Laufschaufeln eines Turbinen- und eines Verdichterteils zumindest diejenigen des Turbinenteiles durch elektroerosive Bearbeitung aus dem vollen Scheibenmaterial herausgearbeitet sind,

4. Turbomaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Gasturbine mit einem aus Scheibenkörpern bestehenden Turbinenteil und einem auf der gleichen Welle sitzenden* aus Scheibenkörpern bestehendem Axialverdichterteil ist, wobei von den Laufschaufeln des Turbinenteils als auch den Laufschaufeln des Verdichterteils zumindest diejenigen der ersten bzw. letzten Stufen mit geringer Schaufellänge durch elektroerosive Bearbeitung der äußeren Umfangsbereiche der Scheibenkörper aus dem Vollen herausgearbeitet sind.