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Schaufeltrommel für radial beaufschlagte Dampf- oder Gasturbinen und
Verfahren zu ihrer Herstellung Bei radial beaufschlagten Dampf- oder Gasturbinen,
im nachätehendexl der Einfachheit wegen Dampf genannt, vor allem aber bei größeren
Turbinen, sind für gewöhnlich die ,äußersten Schaufelringe in axial nebeneinanderliegende
Abschnitte aufgeteilt. Diese Aufteilung wird dadurch bedingt, daß der Dampf entsprechend
der Energieabgabe an die Schaufelringe eine immer größer werdende radiale Entfernung
von der Turbinenachse hat und eine solche Vergrößerung seines Volumens erfährt,
daß eine Aufteilung der Schaufelringe in Abschnitte notwendig wird, um dem sich
entspannenden Dampf genügend große Durchtrittsquerschnitte zu bieten. Sonst würde
die freie Länge der Schaufeln der äußersten Schaufelringe zu groß werden, um den
Biegungsbeanspruchungen der Fliehkraft mit der erforderlichen Sicherheit widerstehen
zu können.
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Die Aufteilung erfolgte bisher für gewöhnlich in der Weise, daß man
in den äußersten Schaufelringen zwei oder mehrere schmälere Schaufelkränze nebeneinander
anbrachte, die an beiden Enden mit Tragringen versehen waren,, wobei die zwischen
den Kränzen liegenden Tragringe, die für je zwei Teilkränze gemeinsam waren, miteinander
verbunden waren.
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Die Erfindung bezweckt, die Bauart solcher in Abschnitte aufgeteilten
Schaufelringe oder sogenannter Schaufeltrommeln zu verbessern und zu vereinfachen.
Das wesentliche Merkmal der Schaufeltrommel gemäß der Erfindung besteht darin, daß
die Trommel aus einem einzigen oder mehreren axial nebeneinandenliegenden
Schaufelkränzen
besteht, die je in zwei oder mehrere Abschnitte durch derart in Nuten der Schaufeln
gelagerte Stützringe aufgeteilt sind, daß letztere die auf den Schaufelkranz öder
die Schaufelkränze wirkenden Fliehkräfte aufnehmen können. Die Stützringe treten
somit an die Stelle der bisher benutzten, zwischen den Teilkränzen liegenden Tragringe;
die zum Verbinden der Schaufelkränze der einzelnen Abschnitte miteinander dienten.
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Bei der Herstellung solcher Schaufelkränze können, nachdem die zur
Aufnahme der Stützringe dienenden Nuten in beliebiger Weise eingearbeitet sind,
die Schaufelhalbzeuge oder die Schaufeln auf die Stützringe aufgebracht werden,
und letztere können während der weiteren Bearbeitung und der Fertigstellung der
Trommel als Teile einer zum Festhalten der Schaufeln in der richtigen gegenseitigen
Lage zu benutzenden Aufspannvorrichtung dienen.
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Durch die Erfindung werden mehrere wesentliche Vorteile erreicht.
Der bei der bisher gebräuchlichen Ausführung . erforderliche Walzvorgang zum Verriegeln
der Schaufeln an den zwischen den Teilschaufeln liegenden Tragringen fällt weg.
Infolgedessen kann der Baustoff für die Stützringe ohne Rücksicht auf die Wälzbarkeit
gewählt werden und deshalb auch aus Sonderstoff hoher Festigkeit bestehen. Durch
das Fortfallen von Walzkanten und der zur Verbindung der'Schaufeln und der Tragringe
sonst vorhandenen Schwalbenschwanzvorsprünge wird die Beanspruchung der Stützringe
herabgesetzt. Letztere können deshalb schmäler gewählt werden als die bisher gebräuchlichen
Tragringe. Hierdurch wird nicht nur an Material gespart, sondern man erreicht auch,
daß die Strömungsverhältnisse durch die Trommel besser werden, da die Dürchtrittskanäle
nicht so weit voneinander entfernt sein müssen wie vorher und die gesamte axiale
Längte der Trommel kleiner wird, wodurch an Raum gespart wird.
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In der Zeichnung, die als Beispiel mehrere Ausführungsformen der Erfindung
zeigt, ist Fig. i ein Axialschnitt durch einen Teil einer Schaufeltrommel der bisher
gebräuchlichen Bauart.
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Fig. 2 ist ein Axialschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen
Schaufeltrommel mit einem Stützring.
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Fig.3 zeigt eine Schaufel der in Fig.2 dargestellten Trommel, in tangentialer
Richtung des Ringes gesehen.
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Fig.: ¢ zeigt dieselbe Schaufel, in radialer Richtung des Ringes gesehen:
Fig. 5 zeigt einen Teil der Schaufeltrommel, von außen gesehen. Fig.6- is ein Axialschnitt
eines Teiles einer Schaufeltrommel nach der Erfindung mit zwei Stützringen.
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Fig.7 ist ein Axialschnitt durch einen Teil einer Trommel mit zwei
Schaufelkrän_ zen, in Abschnitte aufgeteilt.
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F ig. 8, ist ein Axialschnitt durch .die eine .Hälfte einer Anzahl
von Schaufeltrommeln der früheren Bauart.
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Fig. g ist ein ähnlicher Schnitt durch eine Anzahl von Schaufeltrommeln
gemäß der Erfindung. -Fig. io und i i stellen zwei weitere Ausführungen der Schaufeln
und der Stützringe dar, wobei der Stützring im Schnitt dängestellt ist.
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Fig. 12 ist eine Ansicht einer weiteren Ausführung einer Schaufel
gemäß der Erfindung.
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Fig. 13 ist,ein Schnitt nach der Linie ,-l--1 in Fig. 1:2.
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Fig. 14 zeigt einen Teil des Stützringes der Schaufel nach Fig. 12,
von innen gesehen,'und ' Fig. 15 ist eine Seitenansicht desselben Teiles.
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In Fig. i, die die frühere Bauart der Trommel zeigt, -sind
i und z die beiden äußeren Tragringe, 3 und 4. sind die Schaufeln der beiden Schaufelkränze,
und 5 ist der zwischen ihnen liegende Tragring, der die beiden Schaufelkränze miteinander
verbindet. Die Schaufeln tragen an beiden Enden Füße mit Schwalbenschwanzvorsprüngen,
die in entsprechende Nuten der Tragringe eingreifen und durch einen Walzvorgang
in dieser Lage gesichert worden sind.
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Gemäß der Erfindung (Fig. a) sind die beiden Endringe 1,:2 in der
gleichen Weise vorgesehen, aber anstatt zweier in der gleichen Richtung liegender
Schaufeln ist hier nur eine einzige Schaufel 6 vorhanden. Die Befestigung an den
Tragringen i und a kann entweder, wie bei dem dargestellten Beispiel angenommen,
durch Schwalbenschwanzverbindung und Walzen oder auch in anderer geeigneter Weise
erfolgen, z. B. dadurch, daß die Schaufelfüße in Nuten der Ringe eingeschoben werden.
Die Schaufel 6 weist in der Mitte eine nach außen offene Aussparung 7 auf, in die
ein Stützring 8 eingelegt ist. Die Aussparung 7 ist in den Fig. 3 und .4 näher veranschaulicht.
Da der Ring 8 in die nach außen offenen Aussparungen 7 eingreift und bis an den
Boden derselben reicht, wirkt er dem Bestreben der Fliehkraft, die Schaufeln nach
außen zu biegen, entgegen, erfüllt also denselben Zweck wie der Tragring 5 in Fig:
i, ist aber, wie schon. erwähnt, dem letzteren in mehreren Beziehungen überlegen:
Ein Vergleich zwischen den Fig. i und 2
läßt die einfachere Bauart,
das einfachere Zusammenfügen und die geringere Breite des Ringes 8 erkennen, ebenso
auch die geringere axiale Gesamtlänge der Trommel trotz Aufrechterhaltung der Größe
der Durchtrittsquerschnitte. Der Stützritig 8 erfordert keine Herstellung von Schwalbenschwanzvorsprüngen
oder Walzkanten, son-# lern nur ein Ausdrehen oder Fräsen der Aussparung 7. Die
Aussparungen 7 können während verschiedener Stufen der Herstellung der Schaufeltrommel
gebildet werden, je nach der Herstellungsweise der Trommel. Die Aussparungen 7 können
auch während der weiteren Arbeitsvorgänge bei der Fertigstellun, der Schaufeltrommel
zur Sicherung der- Lage der Schaufelhalbzeuge oder der« Schaufeln in axialer Richtung
oder in der Umfangsrichtung oder in beiden Richtungen verwendet werden.
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Die Herstellung der Schaufeltrommel kann z. B. derart erfolgen, daß
man zunächst die Schaufelschäfte ausarbeitet, dann die Schaufelhalbzeuge in eine
Aufspannvorrichtung einspannt, die den gleichen oder nahezu den gleichen Durchmesser
hat wie die fertige Schaufeltrommel, alsdann die Aussparungen 7 z. B. durch Drehen
herstellt und die Enden der Schaufeln zum Zwecke ihrer Befestigung an den Tragringen
bearbeitet, also z. B. Schwalbenschwanzvorsprünge an den Schaufelenden herstellt.
Die Schaufeln \verden dann aus der Aufspannvorrichtung entfernt, auf den Stützring
8 gebracht und an ihm festgespannt, so daß der Stützring als ein Teil der Vorrichtung
zum Halten der Schaufeln in der richtigen Lage dient, wenn die Schaufelenden durch
Walzen mit den Tragringen i und 2 verbunden werden. -Man kann auch so verfahren,
daß beim ersten Einspannen in die Aufspannvorrichtung nur die Aussparungen 7 erzeugt
werden, während die Bearbeitung der Schaufelenden und die Befestigung derselben
an den Tragringen erst nach erfolgtem Aufbringen der Schaufeln auf den Ring 8 vor
sich geht.
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Die Herstellung - kann aber auch in der Reihenfolge vor sich gehen,
daß die Ausspärungen 7 in den Schaufelhalbzeugen eingearbeitet werden, bevor das
Profil des Schaufelschaftes ausgearbeitet wird. Während der Herstellung der. Aussparungen
können die Schaufelhalbzeuge entweder in Ringform angeordnet werden, wobei die Aussparungen
durch einen Drehvorgang ausgearbeitet werden, oder sie können auf einem ebenen Arbeitstisch
befestigt sein, wobei das Ausarbeiten der Aussparungen durch Hobeln oder Fräsen
erfolgen kann. Die Aussparungen können dann zur Sicherung der axialen Lage der Halbzeuge
während der Bearbeitung des Profiles des Schaufelschaftes verwendet werden. Die
Schaufeln werden dann zwecks Herstellens der Schwalbenschwanzvorsp.rünge in eine
Aufspannvorrichtung eingespannt, wobei der Ring oder die Ringe 8 Teile dieser Aufspannvorrichtung
bilden können.
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Nach einem weiteren Verfahren zur Herstellung - einer Schaufeltrommel
wird jede Schaufel für sich fertig hergestellt, indem sie auch mit der Aussparung
oder den Aussparungen 7 versehen wird, ehe sie in die Aufspannvorrichtung gebracht
wird. Die fertigen Schaufeln werden hierbei auf den Stützring oder die Stützringe
8 aufgesetzt und dann in bekannter Weise mit den Tragringen verbunden.
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Schließlich kann jede Schaufel für sich fertiggestellt, dann unmittelbar
auf den Stützring oder die Stützringe-8 aufgebracht und schließlich in an sich bekannter
Weise an den äußeren Tragringen befestigt werden.
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Die Schaufeln Hagen zu beiden Seiten der Aussparungen 7 vorspria-1geudelTeile
18 (Fig. 2 bis 5), die als Abstandsstücke zwischen den Schaufeln der fertigen
Trommel dienen (Fig. 5).
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Die Fig. 6 läßt erkennen, daß die Erfindung nicht auf Trommeln mit
zwei Abschnitten beschränkt ist, sondern auch für Trommeln zeit mehr als zwei Abschnitten
angewendet werden kann.
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In den Fig. 2 bis 6 sind einheitliche Schaufelkörper 6 angeommen worden,
die sich zwischen den beiden Endringen i und 2 erstrecken. Man kann aber die Erfindung
auch bei solchen Schaufeltrommeln verwenden, die in an sich bekannter Weise durch
einen oder mehrere zwischenliegende Tragringe in Abschnitte aufgeteilt sind. Es
können in diesem Falle diese Abschnitte ihrerseits gemäß der Erfindung in Unterabschnitte
aufgeteilt werden. Diese Ausführung eignet sich für besonders lange Schaufeltrommeln.
Fig. 7 stellt ein Beispiel einer solchen Schaufeltrommel dar. Durch einen Tragring
5 ist die Trommel in zwei Hauptabschnitte aufgeteilt; jeder dieser Abschnitte ist
seinerseits in Unterabschnitte 6, 6 aufgeteilt, und zwar durch je einen Stützring
B. Selbstverständlich kann die gleiche Unterteilung auch bei Trommeln mit mehr als
einem Zwischentragring vorgenommen werden.
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Die Fig. 8 und g zeigen, daß bei der Ausführung nach der Erfindung
die Dampfströme nicht so weit voneinander entfernt zu werden brauchen wie vorher
und daß für Haie gegebene Trommelweite ein größerer Durchtrittsquerschnitt oder
umgekehrt für einen gegebenen Durchtrittsquerschnitt eine gerin-.gere Trommelweite
erreicht wird. In Fg. 8 ist von jeder Schaufeltrommel die Hälfte
eines
mittleren Tragringes Seine Schaufel q. und der rechte Endring 2 gezeigt, während
Fig. g von jeder Trommel die Hälfte eines mittleren Stützringes 8 eine Schaufel
6 und den rechten -Endring 2 zeigt. Aus dem Gesichtspunkt der Festigkeit muB die
Breite der Ringe 5 mit zunehmendem Ringdurchmesser größer werden, so daß die Schaufeln
mit einem sogenännten Wandwinkel ausgebildet werden müssen, wie bei äo in Fig. 8
angedeutet. Gemäß der Erfindung (Fig. 9) kann eine geringere Breite der Ringe B
gewählt werden, so daß mehrere Trommeln ohne nennenswerten Wandwinkel ausgebildet
sein können und die Herstellung verbilligt wird.
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In Fig. 8 ist ferner ein Versteifungsring ig dargestellt, der auf
den Ring 5 der äußersten Schaufeltrommel aufgeschrumpft ist, während gemäß Fig.
g der Ring 8 der äußersten Trommel, ebenso wie in Fig.6 angedeutet; aus einem Stück
mit einer bis an die Schaufelblätter reichenden Versteifung q hergestellt
wird.
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Nicht nur die Stützringe der äußersten Trommel, sondern auch die inneren
können mit Versteifungen versehen werden, wobei natürlich die radiale Länge der
Versteifungen dem zur Verfügung stehenden radialen Raum zwischen den Ringen anzupassen
ist.
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In gewissen Fällen kann es wünschenswert sein, die Schaufel 6 an dem
Stützring 8 zu verriegeln: Ein Beispiel einer solchen Verriegelung ist in Fig. iö
dargestellt. Die Wand der zur Aufnahme des Stützringes 8 dienenden Aussparung trägt
Ansätze io an der äußeren Kante der Schaufel, die beim Zusammensetzen über den Stützring
8 gepreßt werden und in Aussparungen des Ringes eingreifen, so daß sie die Schaufeln
an dem Stützring verriegeln.
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Das Verriegeln der Schaufeln an dem Stützring kann z. B. auch dadurch
geschehen, daß der Werkstoff der Schaufel über die Kanten des Stützringes gepreßt
wird. Um den Schaufeln eine genügend große Berührungsfläche mit dem Stützring 8
zu geben, können die inneren Kanten des Ringes etwas abgeschrägt werden, wie bei
i i angedeutet ist. Der Ring 8 kann jeden Querschnitt haben, der ein Anbringen in
einer Aussparung der Schaufel zuläßt: Fig. i 1 zeigt eine abweichende Querschnittsform.
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Die in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Abstandsstücke 18 zu beiden Seiten
der Aussparungen 7 können auch in Wegfall kommen, und der Schaufelschaft kann zwischen
den Füßen vor der Herstellung der Aussparungen 7 überall den gleichen Querschnitt
aufweisen. In den Fig. 12 und 13 ist eine Schaufel dargestellt, die um die Aussparung
7 herum einen etwas größeren Querschnitt 17 aufweist, .der jedoch nicht so groß
ist, daß dadurch Abstandsstücke entstehen. Die gestrichelte Linie 13 deutet den
Rücken des Schaufelschaftes an. Um die Lage der Schaufeln in der Umfangsrichtung
zu sichern, kann der Stützring 8 mit Nuten 14, 16 (Fig. i-., 15) versehen werden,
in welche die Schaufeln eingeschoben werden. Die Nuten 14 dienen zur Aufnahme des
schraffierten Teiles 15 (Fig. 13)
einer Schaufel 6, während die an die Nut
14 sich anschließenden Seitennuten 16 durch die die Aussparung 7 beiderseits begrenzenden
Stege 17 ausgefüllt werden.
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Schaufeltrommeln mit Schaufeln der in Fig. 12 bis 15 dargestellten
Bauart oder der beschriebenen Ausführung, bei welcher der Schaufelschaft überall
den gleichen Querschnitt auf ,weist, können gegebenenfalls ohne Verwendung einer
Aufspannvorrichtung zusammengesetzt werden. Die fertig leergestellten und mit Aussparungen
7 versehenen Schaufeln werden auf den Stützring 8 und gleichzeitig auch auf die
Tragringe 1, 2 geschoben, die dann nicht durch Walzung befestigt werden, sondern
mit Nuten zur Aufnahme entsprechend gestalteter Schaufelenden versehen sind.