DE712859C

DE712859C - Aus scheibenartigen Teilen zusammengestellter Laeufer, hauptsaechlich fuer Dampf- oder Gasturbinen oder umlaufende Verdichter

Info

Publication number: DE712859C
Application number: DET50668D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gorg Jendrassik
Original assignee: Talalmanykifejlesztoe Es Ertekesitoe Kft GmbH
Current assignee: Talalmanykifejlesztoe Es Ertekesitoe Kft GmbH
Priority date: 1937-07-07
Filing date: 1938-07-08
Publication date: 1941-10-27
Also published as: GB515926A; BE429028A; CH226091A; NL5016C

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
27. OKTOBER 1941

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 712859 KLASSE 14 c GRUPPE 22

T 50668 I al14 c

. Gorg Jendrassik in Budapest

_sist als Erfinder genannt worden.

Patentiert im Deutschen Reich vom 8. Juli 1938 an Patenterteilung bekanntgemacht am 2. Oktober 1941

Bei mit großer Umfangsgeschwindigkeit sich drehenden Läufern, die in erster Reihe für Dampf- oder Gasturbinen oder umlaufende Verdichter angewendet werden iind die im allgemeinen mit Turbinen- bzw. Verdichterschaufeln versehen sind, ist es infolge der großen Fliehkräfte notwendig, die einzelnen Schaufelkränze an scheibenartig ausgebildete Bauteile zu binden. Gleichfalls wegen der

jo großen Drehzahl muß, insbesondere wenn die Schaufeln dieser Maschinen mit kleinen Spalten laufen sollen, dafür Sorge getragen werden, daß die kritische Drehzahl des Läufers oberhalb der,, Betriebsdrehzahl liegt.

Die bisher bekannten Bauarten aus scheibenartigen Teilen zusammengestellter Läufer, bei welchen die die Laufschaufeln tragenden Scheiben mit ihren zwischen den benachbarten Scheiben angebrachten, im Kreis um die Scheibenachse herumlaufenden Stützelementen ao gegeneinander in axialer Richtung mindestens mit einer im Mindestfalle in der Drehachse der Scheiben angeordneten Spindel zusammengezogen sind, waren nicht geeignet, um die Scheiben im Verhältnis zueinander befriedigend zu führen und für den Läufer zwecks Erreichung der erwähnten hohen kritischen Drehzahl eine entsprechende Steifheit zu !sichern.

Der erfindungsgemäß zusammengestellte Läufer bringt eine solche Lösung, bei der der Läufer den Fliehkräften gegenüber einen entsprechenden' Widerstand bietet und zugleich auch die nötige Steifheit besitzt.

Zwecks Erreichung dieser Vorteile sind bei dem gemäß der Erfindung gebauten Läufer die Stützelemente an ihren an den. zu stützenden Scheiben gestützten Enden mit offener Doppelkegelflächenform oder vereinigter zylindrischer und konischer Flächenform ausgebildet, welche sich an den zu stützenden Scheiben an von außen und von innen auf je einem Kreise mit größerem bzw. kleinerem Durchmesser führenden Ringen oder anderen führenden Ansätzen stützen. Die Stützelemente können auch selber mit Scheiben vereinigt werden. Mögen sie so vereinigt sein oder selbständige Teile darstellen, liegen sie an beiden Seiten der gestützten Scheibe an demselben Radius auf. Außerdem schließen sich die Stützelemente, wenn sie mit Scheiben vereinigt sind, so daß die Scheibe samt den zugehörigen Stützelementen aus einem gemeinsamen Stück angefertigt ist, an der gemeinsamen Verbindungsstelle auch auf demselben Radius aneinander an, so daß sie die Druckkräfte in jedem einzelnen Falle ohne Entstehung eines auf die Scheibe ausgeübten Bi ε gungsmomentes weitergeben.

Zum besseren Verständnis der Erfindung bringt Abb. 1 den Längsschnitt einer z. B. veranschaulichten Gasturbine mit dem Gegenstand der Erfindung in wesenhafter Darstellung. Abb. 2 ist der Querschnitt der Scheiben und Stützelemente in größerem Maßstab, Abb. 3 ist der' Längsschnitt einer aus Verdichter, Verbrennungsraum und. Turbine bestehenden Gasturbineneinrichtung, in welcher ein erfindungsgemäß ausgebildeter Läufer eingebaut ist, während Abb. 4 und 5 die Querschnitte zweier weiterer Ausführungsformen der Stützelemente zeigen.

In der Ausführung; gemäß Abb. 1 befindet sich im Turbinengehäuse 1 der aus den Scheiben 2, 2' ... zusammengestellte und auf der in den Lagern 5 und 6 gelagerten Welle 7 befestigte Läufer. Auf den Scheiben sind die umlaufenden Schaufeln 8 befestigt, während Ί5 im Turbinengehäuse ι die stehenden Schaufeln 9 angeordnet sind. Die die Schaufeln tragenden Scheiben 2, 2' ... sind mittels der Schraubenmutter 10 zusammengezogen, welche auf der durch die Scheibenmittenbohrungen geführten WeBe 7 angezogen werden kann. Zwecks gegenseitiger Abstützung der Scheiben sind zwischen ihnen mit je einer zwischenliegenden Scheibe aus einem gemeinsamen Stück hergestellte Stützelemente 11, 11' angeordnet, welche wenigstens an ihren Enden, wo sie sich an die benachbarten Scheiben stützen, die Form einer D oppelkegelstumpf fläche haben-Die Stützelemente liegen mit ihren Enden an der benachbarten Scheibe zwischen den So äußeren und inneren Führungsringen 12 bzw. 13 auf. Je größer der axiale Druck ist, der mittels der Stützelemente auf die Scheiben ausgeübt wird, um so vollkommener werden sich die Stützelemente auch an die Führungsringe anlegen, so daß die unvermeidlichen Ungenauigkeiten der Herstellung, die bei den Läufern mit großer Umfangsgeschwindigkeit sehr nachteilig sind, auf diese Weise ausgeglichen werden.

Der durch die Anziehung der Schraubenmutter 10 hervorgebrachte Axialdruck wird den äußersten Scheiben mittels der konischen Endstützen 14 und ι s weitergegeben. Mit Rücksicht darauf, daß die zwischen den Scheibennaben und der Welle 7 entstehende Reibung kleiner sein muß als die die Scheiben zusammenziehende Kraft, darf die Welle 7 im allgemeinen nicht eng in die Scheibenbohrungen eingepaßt werden. Falls die Scheiben ein Moment zu übertragen haben, welches der Reibung zwischen den Scheiben und den Stützelementen nicht mehr anvertraut werden kann, ist es zweckmäßig, diese Stützelemente und die Scheiben zwecks Übertragung des Momentes in an sich bekannter Weise mit in einandergreifenden Verzahnungen, zu versehen. Daher ist der eine der Stützkegel 11 bzw. 11', bei dem dargestellten Beispiel der innere Kegel, mit einer Verzahnung 3 versehen, welche mit der Verzahnung 4 der Scheibe 2' in Eingriff steht. So geht das aufgenommene Moment, ohne von der Reibung Gebrauch machen zu müssen, in kraftschlüssiger Verbindung von Scheibe zu Scheibe über, während es mittels der Verzahnung, die an der _ auf die Welle 7 gekeilten konischen Endstütze 15 ausgebildet ist, der Läuferachse übergeben wird. Eine der Doppelkegelflächen der Stützelemente, z. B. die innere, kann auch zylinderfläehenförmig ausgestaltet werden; diese Bauart ergibt zwar nicht eine so große Steifheit des Läufers, als wenn beide Flächen kegelförmig wären, jedoch kann auch sie gut verwendet werden.

Die Stützungsstellen der zwischen den Scheiben' angebrachten doppelten Stützelemente können, von. der Lagerung des Läufers ausgehend, zweckmäßig auf immer größer werdenden Radien liegen, so daß ein der Querschnittsform gleicher Festigkeit ähnliches gitterartiges Stützenbauwerk entstellt. Diese Bauart bietet außerdem sowohl der Biegung der nebeneinanderliegenden Scheiben wie auch ihrer Parallelverschiebung gegenüber ausreichenden Widerstand und besitzt daher große us Steifheit bei geringem Gewicht.

Wenn der erfindungsgemäß gebaute Läufer nicht in einer Dampfturbine, sondern z. B. in einer Gasturbine verwendet wird, in welcher die Temperatur der Gase sehr hoch ist, so kann die innere Kühlung des Läufers- notwendig werden. In diesem Falle werden die

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Scheiben sowie die Stützelemente mit- den in Abb. r dargestellten Bohrungen i6> i'7,Y8; 19 versehen, · die zum Durchlassen ~^: des "Kühlmittels dienen. Das Kühlmittel"- strömt in der Richtung der in der Abbildung eingezeichneten Pfeile.. -Es ist zweckmäßig, den Arbeitsraum der Gasturbine in solchen Falle von dem Raum .'des "Kühlmittels dicht "zu-verschließen, da die Drücke der beiden Mittel-not-ισ wendigerweise nicht die gleichen sind. ^: Dies ist "in der Abbildung so verwirklicht," das auf dem Umfang der Scheiben'je ein Flansch 20 ausgebildet ist, wacher in den ihm auf- der benachbarten Scheibe gegenüberliegenden Flansch 21 eingepaßt ist und somit die erwähnten beiden Räume voneinander absperrt. Das dichte Aufliegen der Flansche 20 und 21 wird auch durch die Fliehkraft gefördert.

Bei der in Abb. 3 dargestellten Ausführungsform trägt eine Gruppe der Scheiben des sich um die Welle 22 drehenden Läufers, und zwar die Gruppe der zwischen den Scheiben 23 und 24 liegenden Scheiben, solche Schaufeln 25, die als Verdichterschaufeln arbeiten. Die andere Gruppe der zwischen den Scheiben 26 und 27 liegenden Läüferscheiben trägt, dagegen solche Schaufeln 29, die als Turbinenschaufeln arbeiten. Zwischen dem Verdichter und der Turbine ist der Verbrennungsraum 30 angebracht. Bei dieser Bauart sind also die Läufer des Verdichters- und der. Turbine zusammengebaut, wodurch die Lagerung zwischen den beiden Maschinen überflüssig und trotzdem eine genügende Steifheit und Leichtigkeit erhalten wird. Es ist auch möglich, die Stützelemente zwischen den Scheiben, wie dasjenige zwischen den Scheiben 24 und 26, derart auszubilden,' daß der mehr oder weniger lange Teil 31 ■ zwischen den doppelkegelf örmigen Endstützen der Scheiben eine einfache konische oder zylindrische Flächenform besitzt. Bei .'dieser Anordnung ist der zwischen den Turbinenscheiben befindliche Raum, der Raum des. Kühlmittels, von dem Arbeitsraum der Turbine so abgesperrt, daß an den Flanschen 32 und 33 -von je zwei benachbarten Scheiben ein besonderer Ring 34 dichtend aufliegt. Die Fliehkraft preßt diesen Ring an die Flansche und fördert somit die Dichtung. In Abb. 4 ist eine Ausführung desi Stützelementes dargestellt, bei welcher zwischen den Scheiben 35 und 36 ein völlig abgesondertes doppelkegelförmiges, stützendes Zwischenstück 27, 38 angebracht ist. Dieses Zwischenstück stützt sich mit seinen beiden Enden an die anliegenden Scheiben, welche mit den Führungsringen 39, 39' und 40, 40' versehen sind, die das Zwischenstück von außen und von innen auf je einem kleineren und einem größeren ßo Durchmesser halten. Es ist aber auch möglich, die Stützelemente so auszubilden, daß nur Sier-eine koniscBe Teil derselben mit irgendeiner-" Scheibe" aus einem gemeinsamen Stück angefertigt wird, während der andere "Teil ein besonderes Stück bildet. " - -.

¹ In» Abb. 5 sind die Stützkegel 42, 43-, 44, 45 mit der'-"Scheibe 41^: "aus" einem gemeinsamen Stück angefertigt. Die Enden der Kegelflächeri 42 und' 43, welche sich an der benachbarten Saheibe 46 stützen, werden an, dem Ring 47 geführt, und zwar der Kegel 43 Bach außen, "der Kegel 42 dagegen nach, innen. In gleicher "Weise wirken auf der anderen Seite der Scheibe 41 "die Kegel 44 und 45. Unter der 'Wirkung-der" die Scheiben zusammenzieteenden Ajiiälk'räft liegen die Kegel- art den Führungsflächen noch, vollkommener an. Im allgemeinen muß irgendein Stützkegel im radialer Richtung an seinem Ende mit längerem Radius von außen, an seinem Ende .mit kürzerem Radius dagegen von innen geführt werden.

Die den Läufer bildenden Scheiben können in der axialen Richtung in verschiedener Art aneinandergepreßt werden. Soisann man z. B. anstatt der in der Drehachse liegenden Schraubenspindel mehrere um die Drehachse herumliegende Spindeln anwenden oder aber die einzelnen · Scheiben untereinander mit Schrauben verbinden. Es ist auch möglich, die Scheiben gruppenweise und dann die einzelnen Gruppen mit besonderen Schrauben zusammenzuschrauben.

Claims

Patentansprüche:

ι. Aus scheibenartigen Teilen zusammengestellter Läufer, hauptsächlich für Dampfoder Gasturbinen oder umlaufende Verdichter, bei welchem die die Laufschaufeln tragenden Scheiben mit ihren zwischen den benachbarten Scheiben angebrachten, im Kreis um die Scheibenachse herumlaufenden Stützelamenten gegenüber in axialer Richtung mindestens mit 'einer im Mindestfalle in der Drehachse der Scheiben angeordneten Spindel zusammengezogen sind, dadurch, gekennzeichnet, daß die Stützelemente an ihren an den zu stützenden Scheiben gestützten Enden mit offener Doppelkegelflächenform oder vereinigter koniseherund zylindrischer Flächenform ausgebildet sind und sich an den zu stützenden Scheiben an von außen und von innen auf je einem Kreis mit größerem bzw. kleinerem Durchmesser führenden Ringen oder anderen führenden Ansätzen stützen.
2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente zwischen zwei in größerem Abstand aufeinanderfolgenden Scheiben zwischen ihren doppelkegelförmigen äußeren Flächen-

teilen einen Verbindungsteil von einfacher konischer oder zylindrischer Flächenform, besitzen.
3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2 für Gasturbinen, 'dadurch, gekennzeichnet, daß die Scheiben bzw. die Stützelemente mit Öffnungen für das Kühlmittel versehen sind und der zwischen den Scheiben befindliche Kühlraum von dem Arbeitsraum der Gasturbine durch Flansche an dem Scheibenumfang abgeschlossen ist, von denen jeder in den Flansch der benachbarten Scheibe dichtend eingepaßt ist.
4. Läufer nach Anspruch 1 oder 2 für Gasturbinen, bei welchem im inneren Raum des Läufers Kühlmittel strömt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den am Umfange der Scheiben 'angeordneten Flanschen besondere Dichtungsringe eingepaßt sind.
5. Läufer nach Anspruch 1 für Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß dk? Läufer des Verdichters und der Turbine um eine gemeinsame Drehachse so zu einem gemeinsamen Läufer vereinigt sind, daß zwischen der in bezug auf die Durchströmungsrichtung letzten Scheibe des Verdichterläufers und der ersten Scheibe des Turbinenläufers ein Stützelement nach Anspruch 2 angebracht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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