DE698320C

DE698320C - Elastically supported disc for radially loaded centrifugal machines, especially steam or gas turbines

Info

Publication number: DE698320C
Application number: DE1938M0141043
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Dr Phil Ulr Meininghaus
Original assignee: PHIL ULRICH MEININGHAUS DR ING
Current assignee: PHIL ULRICH MEININGHAUS DR ING
Priority date: 1938-03-17
Filing date: 1938-03-17
Publication date: 1940-11-07

Description

Elastisch abgestützte Scheibe für radial beaufschlagte Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen Es. ist vorgeschlagen worden; Scheiben für radial beaufschlagte Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- ;oder Gasturbinen, aus denen durch Einstechen gleichmittiger Nuten auf beiden Seiten durch Stege verbundene Ringe ausgearbeitet sind, durch eine elastische Abstützung eine im Verhältnis zur Wandstärke hohe Festigkeit gegen Achsschub zu geben. Die Festigkeit reicht aber bei hohen seitlichen Überdrücken, wie sie beispielsweise bei Anordnung von Labyrinthspalten auf mindestens einer Seite der Scheibe auftreten, häufig nicht aus'. Es ist zwar an sich bekannt, eine Mehrzahl von Labyriüthspalten ,abgestuft auf dickeren Ringen anzuordnen, so daß die Form der die Spalte bildenden Ringe der- Form von Scha.:ufeltragringen ähnelt. Diese Maßnahme trägt aber zur Erhöhung der Scheibenfestigkeit für sich allein nicht weseaitlich bei. Vielmehr kommt tes nach einer Erkenntnis der vorliegenden Erfindung darauf .an, däß die aus der Scheibe herausgearbeiteten Ringe durch Verbindungsglieder vereinigt sind, die einerseits genügende Elastizität. aufweisen, um den Ringen eine hinabhängige Schrägstellung zu ermöglichen, .andererseits aber .doch fest genug sind, um den durch den- Achsschub hervorgerufenen Beanspruchungen standzuhalten.Elastically supported disc for radially loaded centrifugal machines, especially steam or gas turbines Es. has been suggested; Washers for centrifugal machines that are radially acted upon, in particular steam or gas turbines those connected by grooves in the same center on both sides by webs Rings are elaborated by an elastic support one in relation to the Wall thickness to give high resistance to axial thrust. But the strength is enough in the case of high lateral overpressures, as is the case, for example, with the arrangement of labyrinth gaps occur on at least one side of the disc, often not off '. It is true known per se, a plurality of labyrinth columns, graduated on thicker rings to be arranged so that the shape of the rings forming the gaps der- Form von Scha.:ufeltragringen resembles. However, this measure in itself contributes to increasing the strength of the pane not relevant. Rather, it comes after a finding of the present Invention on .an that the carved out of the disc rings by connecting links are united, the one hand sufficient elasticity. have to give the rings a to allow sloping inclination, but on the other hand, it is firm enough are to withstand the stresses caused by the axial thrust.

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, d.aß die in axialer Richtung mehr .als die Hälfte des Scheibenbaustoffes fortsc'hneidenden Nuten mindestens auf der Labyrinthseite durch -entsprechend .abgestufte Ausführung der radialen Nutenbreite in radialer Richtung nur nach den Endflächen der Scheibe zu mehr als die Hälfte des Scheibenbaustoffes fortschnleiden, jedoch nach der Scheibenmittelebene zu durch entsprechende Ausbildung der Nuten mehr :als die Hälfte des Scheibenbaustoffes steheniass.en. Auf diese; Weise wird eine axiale Dicke der Stege erzielt, die eine :ausreichende Elastizität sichert,, während die radiale Länge der »Stege begrenzt bleibt. Gleichzeitig wird genügend Raum geschaffen, um in die ausgearbeiteten Nuten die mit der Scheibe zusammenarbeitenden. Teile der gegenüberliegenden Scheibe aufzunehmen.According to the invention it is therefore proposed that the axial direction more than half of the panel building material has continuous grooves at least the labyrinth side by - accordingly. graduated design of the radial groove width in the radial direction only after the end faces of the Disc to more than half of the pane building material, but after the pane center plane due to the appropriate design of the grooves, more than half of the panel building material stand. To this; Way an axial thickness of the webs is achieved, the one : ensures sufficient elasticity, while the radial length of the »webs is limited remain. At the same time, enough space is created to get into the grooves those working with the disc. Pick up parts of the opposite disc.

Zwecks zusätzlicher Steigerung der Festigkeit von Scheiben mit Schaufelkränzen auf der einen und Labyrinthspalten auf der anderen Seite wird in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, die radiale Ringteilung im Nutengrund auf der Labyrinthseite an die radiale Ringteilung im Nutengrund auf der Schaufelseite anzupassen..- Bei einer derartigen Ausbildung der Nuten :entsprechen sich immer die Ringe auf beidem. Seiten und können, selbst bei gewisser radialer Versetzung, :als axial durchgehende Ringe betrachtet und berechnet werden, wodurch sich eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen: den Achsschub ergibt. Die Anordnung der Dichtungsschneiden oder -flachen an den Ringen, die sich aus den Maßnahme. der Erfindung ergeben, kann auf verschiedene Weise geschehen. Bei einer zweckmäßigen Ausbildungsform sind an den freien Enden der im Nutengrund ausgestochenen Labyrinthringe je zwei gleichmittige Ringe angeordnet, die entweder Abdichtungsschneiden :oder -flachen tragen. Auch die an sich bekannte treppenförmige -Anordnung der Labyrinthspalte ergibt :eine vorteilhafte Ausbüdung der Läbyrinthringe im Zusammen- -hang mit den übrigen Maßnahmen der Erfindung.For the purpose of additionally increasing the strength of disks with blade rings on the one hand and labyrinth gaps on the other, it is proposed in a further embodiment of the invention to adapt the radial ring pitch in the groove base on the labyrinth side to the radial ring pitch in the groove base on the blade side Formation of the grooves: the rings always correspond on both. Sides and can, even with a certain radial offset,: be viewed and calculated as axially continuous rings, which results in a higher resistance to: the axial thrust. The arrangement of the sealing edges or surfaces on the rings resulting from the measure. of the invention can be done in various ways. In an expedient embodiment, two equidistant rings are arranged at the free ends of the labyrinth rings cut out in the bottom of the groove, and these rings either have sealing edges or surfaces. The stair-shaped arrangement of the labyrinth gaps, which is known per se, also results in: an advantageous design of the labyrinth rings in connection with the other measures of the invention.

Die Figuren zeigen als Beispiele Tele einer nach den Vorschlägen der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Dampfturbirnenbeschauflung. Fig. i gibt !einen senkrechten Schnitt durch die Mittelachse eines Laufrades mit Leit- und Labyrinthscheibe wieder, Fig.2 einen Schnitt entlang den Linien II-II der Fig. i durch die Anordnung der Zentrierk.eile. Die Fig.3 -und 4 veranschaulichen die Labyrinthanordnung in größerem Maßstabe.The figures show as examples Tele one according to the proposals of the present invention formed steam turbine blading. Fig. I gives! A vertical section through the central axis of an impeller with guide and labyrinth disks again, FIG. 2 shows a section along the lines II-II of FIG. i through the arrangement the centering wedge. 3 and 4 illustrate the labyrinth arrangement in larger scale.

In Fig. i ist i eine Dampfturbinenwelle, welche das Laufrad 2 trägt. An diesem sind links und rechts die Tragringe 3 und ¢ angeordnet. Die Tragringe 3 halten die Schaufeln 5 mit den Kopfringen b, die Tragringe 4 die Labyrinthflächen und -s"ehneiden, wie sie in Fig.3 in vergrößertem Maßstabe dargestellt sind: In ähnlicher Weise ist die Leitscheibe 7 mit den Tragringen 8 und 9 ausgebildet. Hier halten die Tragringe B die Schaufeln io mit den Kopfringen i i und die Tragringe 9 die Labyrinthflächen -und -schneiden, :wie sie in Fig.4 (linke Hälfte) dargestellt sind. Der die Labyrinthflächen und -schneiden entsprechend der rechten Hälfte der Fig. 4 tragende Teil ist nicht mehr dargestellt.In FIG. I, i is a steam turbine shaft which carries the impeller 2. The support rings 3 and ¢ are arranged on the left and right of this. The support rings 3 hold the blades 5 with the head rings b, the support rings 4 the labyrinth surfaces and -s "egress, as they are shown in Fig. 3 on an enlarged scale: In The guide disk 7 with the support rings 8 and 9 is designed in a similar manner. here the support rings B hold the blades io with the head rings i i and the support rings 9 and cut the labyrinth surfaces, as shown in Fig. 4 (left half) are. The labyrinth surfaces and intersections according to the right half of the Fig. 4 supporting part is no longer shown.

Um eine ausreichende Nachgiebigkeit der durchgellenden Wand (Stege) in der Mitte der Scheiben 2 und 7 oder am Rücken der Scheibe iy bei ausreichender Festigkeit zu sichern; ist die Summe der Einstechtiefen tz -f- b oder d i ie oder die Einstechtiefe g größer als die verbleibende Restwandstärke C, f oder lt (Stegdicke), während die radiale Breite der Nuten (Steghöhe) im Nutengrund (Maß:e o, i oder C) kleiner ist als die radiale Ringdicke am Nutengrund (Maße p, h oder m).In order to ensure sufficient flexibility of the wall (webs) in the middle of the panes 2 and 7 or on the back of the pane iy with sufficient strength; if the sum of the recess depths tz -f- b or di ie or the recess depth g is greater than the remaining wall thickness C, f or lt (web thickness), while the radial width of the grooves (web height) in the groove bottom (dimension: eo, i or C ) is smaller than the radial ring thickness at the groove base (dimensions p, h or m ) .

.Im dargestellten Falle sind zur hesonderen Klarstellung der. Verhältnisse bei beiden Scheiben 2 und 7 die gegenüberliegenden Tuagringe für die Beschauflung und das Labyrinth immer auf etwa dem gleichen, mittleren Durchmesser angeordnet, bei der Laufscheibe 2 ist die radiale Dicke der Tragringe 3 und 4 ;angenähert gleich. Besonders die La:üfscheibe, deren höchstbelasteter Ring (innerster Ring 12) einen kleinen Durchmesser und damit nur ein geringes Widerstandsmoment besitzt, gewinnt durch diese symmetrische Ausbildung eine hohe Widerstandsfähigkeit. Die durch den Axialschub hervorgerufenen Biegungsmomente verteilen sich :etwa gleichmäßig auf beide Tragringe, und die in der Mitte der Scheibe die Ränge verbindenden Steg behalten doch ihre volle Elastizität. Die lUmge können sich also jeder für sich auf das :erforderliche Maß schräg stellen und durch die in ihnen liervorgerufenen Tangentiälspannungen die Axialschübe aufnehmen. Die Anpassung der radialen Dicke der Tragringe auf beiden Seiten der Scheibe wurde durch -entsprechende Ausbildung der Labyrinthe erreicht. Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist dies durch radiale und Maxiale Staffelung der Dichtungsspalte erzielt worden. Besser ist die in etwas größerem Maßstab dargestellte Anordnung der Fig.4. Die gewünschte radiale Dicke der Tragringe ist hier mit ,a bezeichnet. Bei der Ausführung entsprechend der linken Hälfte der Fig. 4, die auch der ganz links in Fig. i angedeuteten Ausführung :entspricht, sind am freien Ende des Ringes 9 zwei Ringe 13 und 14 angeordnet, welche je zwei Abdichtungsschneiden 15 tragen. Dagegen trägt bei der Ausführung_-nach der rechten Hälfte der Fig. 4 nur der Ring 16 die Abdichtungsschneiden 17, während der Ring 18 nur Abdichtungsflächen trägt, gegen welche die Schneiden 15 der Ringe 13 und i q. abdichten. Das Maß n ist jedoch bei dieser Anordnung das gleiche. Diesle Ausführung bietet den Vorteil, daß das abzudichtende Mittel hinter der Mehrzahl der Abdichtungsspalte um 18o° umgelenkt und dabei völlig verwirbelt wird. Das sich ergebiende Maß n stimmt sehr gut mit der radialen Dicke der Tragringe für die Beschauflung überein.In the case shown, the. In the case of both disks 2 and 7, the opposite Tuagrings for the blading and the labyrinth are always arranged on approximately the same average diameter, with the running disk 2 the radial thickness of the support rings 3 and 4 is approximately the same. Especially the La: üf disc, whose most heavily loaded ring (innermost ring 12) has a small diameter and thus only a low section modulus, gains a high level of resistance through this symmetrical design. The bending moments caused by the axial thrust are distributed roughly evenly over both support rings, and the webs connecting the ranks in the middle of the disc retain their full elasticity. The length can therefore each be set at an angle for himself to the required extent and absorb the axial thrusts through the tangential stresses called up in them. The adaptation of the radial thickness of the support rings on both sides of the disc was achieved by designing the labyrinths accordingly. In the arrangement according to FIG. 3, this has been achieved by radial and maximum staggering of the sealing gaps. The arrangement of FIG. 4, shown on a somewhat larger scale, is better. The desired radial thickness of the support rings is denoted here by, a. In the embodiment corresponding to the left half of FIG. 4, which also corresponds to the embodiment indicated on the far left in FIG. In contrast, in the embodiment according to the right half of FIG. 4, only the ring 16 carries the sealing cutting edges 17, while the ring 1 8 only carries sealing surfaces against which the cutting edges 15 of the rings 1 3 and i q. seal. However, the dimension n is the same in this arrangement. This embodiment offers the advantage that the means to be sealed is deflected through 180 ° behind the majority of the sealing gaps and is completely swirled in the process. The resulting dimension n agrees very well with the radial thickness of the support rings for the blading.

Mit Rücksicht auf den durch die zusätzliche Labyrinthanordnung vergrößerten Druckunterschied auf beiden Seiten der Scheiben ist sowohl bei Scheibe 2 wie bei Seheibe 7 die übliche Abstützung durch neinelastisches, biegsamIes, dünnwandiges Glied .(wie z. B. bei 20 für die Labyrinthscheibe i 9 der Fig. i angedeutet) verlassen worden. Die Aufgabe der Abdichtung gegen den Druckunterschied und der Zentrierung bei freier radialer Delnungsmöglichkcit wird zwei besonderen Elementen übertragen, und zwar die Abdichtung den Ringflächen 2 iy'und 22, die zugleich den Axialschub ;aufnehmen, und die Zentrierung den vier Zeztrierkeilen 23 'und 2q.. Wie laus Fig. 2 .ersichtlich ist, sind diese Zentrierkeile in zwei verschiedenen Radialebenen angeordnet, um so die Lage der Mittelpluzkte der Scheiben zu den Mittelpunkten _ der StützkÖrp-er (Welle oder Gehäuse) unverrückbar festzulegen. Bei der Scheibe 2 sind die Zelntrierkeile 23 ü1 einer Nabe 25 befestigt, welche mittels einer konischen Büchse 26 abnehmbar auf der Welle i aufsitzt. Bei der Scheibe 7 sitzen die Zentrierkeile 2¢ unmittelbar im Gehälus@e 27. Die Gegenflächen für die Zentrerkeile sind in einem ringförmigen Ansatz 28 oder 29 ;ausgespart, welcher zwischen die Rüngflächen 21 oder 22 und die ebenfalls radial verlaufeniden Flächen der Ringteile 3o oder 3 1 neingeklemmt ist. Um die 'unter Bielastuizg reintretende Schrägstellung der Scheiben zu erleichtern, sind die Ansätze gegenüber den letztgenannten Radialflächen leicht abgeschrägt. . Der innerste Ring 12 der Scheibe 2 und der äußerste Ring 32 der Scheibe 7 sind gegenüber den anderen Ringen etwas verdickt ausgeführt, 'um so die hier ,auftretende höchste Bvegungsbeanspruchung etwa auf das in den ihnen bienacbbarten `Ringen auftretende Maß herabzeetzen,In view of the increased pressure difference on both sides of the discs due to the additional labyrinth arrangement, both disc 2 and disc 7 are supported by a non-elastic, flexible, thin-walled member . i hinted) been left. The task of sealing against the pressure difference and the centering with free radial expansion possibility is assigned to two special elements, namely the sealing of the annular surfaces 2 iy 'and 22, which at the same time absorb the axial thrust; and the centering of the four Zeztrierkeile 23' and 2q. As can be seen from FIG. 2, these centering wedges are arranged in two different radial planes in order to fix the position of the central plugs of the disks in relation to the centers of the supporting bodies (shaft or housing) in such a way that they cannot be moved. In the case of the disk 2, the Zelntrierkeile 23 ü1 are attached to a hub 25 which is detachably seated on the shaft i by means of a conical bushing 26. When the disc 7, the centering wedges sit 2 ¢ immediately Gehälus @ e 27. The counter surfaces for the Zentrerkeile are in an annular shoulder 28 or 29; recessed formed between the Rüngflächen 21 or 22 and the likewise radially verlaufeniden surfaces of the ring parts 3o or 3 1 is not jammed. In order to facilitate the inclination of the panes, which occurs under Bielastuizg, the approaches are slightly beveled with respect to the last-mentioned radial surfaces. . The innermost ring 12 of the disk 2 and the outermost ring 32 of the disk 7 are made somewhat thicker than the other rings, in order to reduce the maximum movement stress occurring here to approximately the level occurring in the rings that can be used with them,

Claims

PATENT ANNOUNCEMENT: i. Elastically supported washer for radially impacted Centrifugal machines ,. in particular steam or gas turbines from which piercing grooves in the same center, rings connected on both sides by webs; au worked which form labyrinth gaps on at least one side, characterized that the more than half of the disk building material cutting away in the axial direction Grooves at least on the labyrinth side thanks to a correspondingly graduated design the radial groove width in the radial direction: only after the end faces of the washer to cut away more than half of the disc structure, but after the Washer; in the middle plane, the grooves are more than half of the way through The panel building material.

2. Disc according to claim i- with blade rings on one side and labyrinth columns on the other; marked by the adaptation of the radial ring division in the groove base on the labyrinth side the radial ring division in the Nutengrund on the blade side.

3. Disc according to 'claim i or 2, characterized by an arrangement of either two sealing edges or -flat bearing, equidistant rings, on the free. Ends of the bottom of the groove pierced labyrinth rings. . q .. disc, according to claim i or 2, marked due to the stair-like arrangement of the labyrinth column.