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Seitlichem Überdruck ausgesetzte Scheibe;, insbesondere radial beaufschlagter
Schaufelöder Labyrinthträger, für Kreiselmaschinen, vorzugsweise Dampf- oder Gasturbinen
Die vorliegende Erfindung betrifft Schieiben, die einem seitlichen überdruck ausgesetzt
sind und -deren Rand über seine an einer @ebenen Gegenfläche ianlvqgende, radial
vierlaufende rund ientweder gekrümmte ,oder schhüale ebene Fläche vom Druck des
Arhetsxnmttels ,gegen den Stützlörp,er geprießt wird, insbesondere radial heaüfschlagte
Schaufel-' oder Labyrinthträ@gier, für Kreiselmasehineu, vorzugsweise Dialmpf- oder
Gastuxbm*en. Zweck dieser bekannten Ausbildung -der Scheibenabstützung ist es, der
Scheibe beliebige -Formänderungen zu ermöglichen und gleichzeitig leine iausreichende
Ahdichtung dies Scheibenrandes gegen den seitlichem. Überdruck sicherzustellen:-
Bei ihr stellt seine schwach b@allige Au .. ührungeiner der Dichtflächen oder eine-
dntsprechend s,chmiase Aus= PP @"fixhrung die Abidichtung ;auch bei leichter Schrägstellung
.der Scheibe; die unter dem ,seitlichen üb;erdrwck iei#1tneten kann, sicher; Soweit
diese neinfache Ausbildung der Seheibenabstutzung im B weich geringer Drücke und
Temp,einaturen Verwendung fand, hat sie durchaus befriedigt. Im Bereich hoher Drücke
und Tedmpexatüx@en des- Arbeitsxni:ttels @entsprechend der neueren Entwicklung der
Kreiselmaschinen zeigte sich jedoch bald, daß ein: einfaches A,nffi-eg en der Dichtflächen,
.. deren Dichtdruckerst.durch den überdruck des Arbeitsniittelsentsteht; für ieine7,
dnwandfreie Abdichtung nicht lausreicht.
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Niaeh der Erkenntnis der vorliegenden Er-
findung liegt das
Versagen, der gäsebl:derten Anorcdnung in ,dem Auftreten vorübergehender Undichtheiten
bei außergewöhnlichen Bruckverhältnissen
begründet. Beispielsweise
werden Kondensationsturbinen .häufig bei siö- geringen Dampfdrücken vor=gewärmt,
d,aß ein völliges Anliegen der Dichtflächen gegenüber den durch Schwexkraftmomente
aus,geübben Kräften. nicht gewährleistet ist, oder es werden Gegendruckmaschinen
von der Austrittsseifte her angewärmt, so. daß sich die Druckunterschiede vorib,erigehendun*ehrien.
Fremd körper, wie etwa Salzablagerungen bei Ho@chdruckdamDf, .lagern sich dann.
auf den Dichtflächen ab, oder Zerstönangen an den Dichtflächen treten ein. Hierbei,
mag @es sich um Verletzungen handeln, welche -die Fremdkörper an den Dichtflächen
hervorrufen, oder es können ,auch Auswaschungen während vorübergehender Undichtheiten
verursacht werden.
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Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, daß ein vorspannender
Dichtdruck während,des An@ahrvorganges üb#@reine ;ebenfalUl.s radial verlaufende,
an einer ebenen Gegenfläche anliegende und entweder gekrümmte oder schmale ebene
Fläche auf der gegenüberliegenden Seite des Scheibenrandes erzeugt ist. Eine ebene
Fläche soll hierbei als schmal ,gelten, wenn ihre radüale Breite höchstens io mim
beträgt: Die Dichtfläche des Scheibenrundes wird auf diese Weise auch bei iaußergewöhnlichen
Abweichungen der Druckverhältnisse vom. üblichen Werten dauesrnd gleichmäßig angepreßt.
Trotzdem kann der Scheibenrend zwischen Dichtfläche und Gegenfläche einwärts oder
auswärts gleiten und sich ,auch in dem erfonderlichm Ausmaß schräg stellen. Es bildet
eine besondere Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, daß bei entsprechender Begrenzung
der radialen E@-streckun;g der Aufla=geflächen der Krümmungsradius der Flächen wesentlich,
ja bis zur Parallelität der Flächen vergrößert werden kann; ohne daß die Schrägstellungsmöglichkeit
für .die Scheibe fühlbar vermindert wind. .oder bei .einer erzwungenem. Schrägstellung
VerformunIgen des Baustoffes- auftreten, die den Baustoff über die Elastizitätsgrenze
beanspruchen würden. Diesle Erkenntnis gilt wieder besonders für Leitschaufelträger
von Kreiselmaschinen, bei denen Dichtfläche und Gegenfläche iam äußeren Rand angeord-.
net sind, @da hier im allgemeinen die Formänderungen durch Temperaturunterschüede
des Arbeitsmittels. der Schrägstellung unter denn Überdruck @entgegenwirken. Die
gesamte Schrägstellung am Scheibenrand hält sich dadurch in geringen Grenzen. Eine
Zerlegung der Scheibe in zwei Hälften längs einer zwischen 'Dichtfläche und Gegenfläche
verlaufendem RadWebiene und Vereinigung der Hälften durch das Einspannen des Scheibenrandes
zwischen die beiden Flächen zu @eine2 Einheit läßt sich gut durchführen. Auch kann
die Erkenntni6, daß eine Verkürzung der radial gerichteten Paßflächen selbst bei
planparalleler Ausführung in vielen Fällen. eine rausreichende Möglichkeit zur Schrägstellung
bietet, sauf bekannte VorrIchtungen zur Sicherung der Gleichmittigkeit übertragen
werden, beispielsweise indem die Scheibe zentrierende, radiale Bolzen in entsprechende
Löcher der Scheiben lauf einer höchstens i o mm betragenden Länge ei:ngepaßt sind.
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Bei hohem. Überdrücken ist er£ahrungsgemäß ein gewaltsames Aufieinanderpnessen
verhältnismäßig schmaler Dichtungsflächen, bis nahe an die Streckgrenze erforderlich,
um eine völlig ,dichte Verbdung zu schaffen. Gleitende Flächen bieten liier Tallein
häufig keine ausreichende Sicherheit, da Undicht-. heiben, selbst wenn sie nur vorübergehend
auftreten, sofort Auswaschungen im Gefolge haben können, welche die Dichtflächen
zerstören. Es wird dann eine zusätzliche Maßnahme erfoxderlich, um die Dichtheit
unter allen Umständen sicherzustellen. Für solche Sonderfälle wird vorgeschlagen,
daß die Scheibe oder jede Scheibenhälfte; durch eine elastische Welle von kreisförmigem,
vorzugsweise halbkreisförmigem Querschnitt; die gleichzeitig eine zusätzliche Abdichtung
ergibt, in ihrer Mittellege gehalten ist. Betrachtet man die elastische Welle als
geschlossenen Ring, so soll ein Radialschnitt durch den Umfang dieses Ri=nges einen
kneilsförünigen, vorzugsweise halbkreisförmigem Querschnitt zeigen. Dieser kreisförmige
Querschnitt hat naturgemäß einen kleinen Radius, der nur einen Bruchteil des gesamten
Ringdurchmessers beträgt. Der seitliche Überdruck ruft bekanntlich in einem Zylinder
eine Umfangsspan,nurng hervor; die im Verhältnis des mittleren Zylinderradius zur
Zyl3:nderwandstärke ,größer ist als der Überdruck. Würde beispielsweise ,die Wandstärke-
der elastischen Welle 3 mm - betragen und der mittlere Durchmesser 6oo mm, so würde
Lein Überdruck von 2o atü eine Umfangsspannung von hervorrufen. Derartige
Beanspruchungen sind zusäträeh zu -den hohen Biegungsbeanspruchungen nicht zulässig.
Hat dagegen der kreisförmige, Querschnitt des. Umfanges einen Durchmesser von beispielsweise
3o mm, so tritt hier bei gleichem Überdruck eine Umfangsspannung von nur
.auf. Diese verläuft allerdings, bezogen auf den ganzen Ring, in radialen Ebenen,
verhindert Faber das Auftreten. der oben berechneten hohen Umfangsspannung. Eine
mangelnde
Elastizität @dL-s 'kreisförmgen Querschnittes der @elastischen
Welle -kann durch entsprechende Vorsp;amung der WeHenränder beim Einsetzen in Scheäb@e
und Tragkörper weitgehend ausgeglichen- werden, beispielsweise .dich Aufschrumpfen
der Scheibe auf den inneren Ra{Id der. Welle und-durch Auf-- schrumpfen. .des äußeren
Randes, .der- Welle ;auf den Stützkörper. Zusätzlich werden diese. Schrum@pfverbindrunl,gen,
zur Erzielung zuverlässiger Dichtung zweckmäßig verstemmt oder eingewalzt. Das -
besondere. Einsfetzen der WeHenränder in - Scheibe -und Stützkörper bietet gleichzeitig
den Vorteil- leichter _ Auswechselung bei Beschädigungen. Die Einspiannung des Ringwulstes
der Scheibe 7-wischen zwei nadial verlaufende Flächen sichert die Lage :der Scheibe
auch für ,den Fall; daß eine elastische Welle brechen sollte; so daß nur eine Undchtheit,
aber keinerlei Zerstörung eintreten würde. Aus dem gleichen Grunde kaum es zweckmäßig
sein, zusätzlich zur Zentrierung durch die elastische Welle noch ;andeme 1VLittel
zur Eihaltung der Gleichmttigkeit, beispielsweise ;eine VexkeilLMg mit radialer
SpIeelfreiheit vorzustehen.
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Die Abb. i bis 3 zeigen als. Beispiele Ausführungen von Leitscheiben
für -radial beaufschlagte Dampfturbnen nach den Voxschllä;gen der vorliegenden Erfindung.
In Abb. i ist i die Leitscheibe, welche ,auf beiden Seiten die radial beaufschlagten
Schaufelkränze z rund 3 trägt. Am äußeren Rand der Scheibe befindet sich ein starrer
Ringwulst q.. Dieser ist zwischen die radial verlla@u@enden Flächen 5 und 6 unter
Wahrung radialer Gleitmö;gliehkeit eingespimnt. Die Gleichmittigleeit von Scheibej
und Stützkörper 7 ist durch mehrere radial gerichtete Rundbolzen 8 gesichert, die
im Stützköxp,er 7 durch die Gewindestopfen festgeklemmt sind. Die Bolzen. körnen
in den Bohrungen io der Scheibe i radial gleiten und ;gestatten so freie radiialle
Ausdehnung der Scheibe. Die Berühru#gsflächen des RingwLUlstels q. xnt den. planparallelen
Radialflächen 5 und 6 sind durch Abdrehen. riadial 'so, kurz gehalten, lall es für.
die Erzmelun'g iausreicheinder Ne@guggsmöglvchkkt ;erforderlch ist. Aus,dem ,gleichen.
Grunde, sind die Paßflächen i i der Rädialbolzen 8 in den Bohrungen iö radial schmal
;gehalten. Die radiale Breite @deT Berührungsflächen des Ringwulstes rund der Paßflächen
der Bolzen beträgt in den Abbildungen nur q. bis 5 mm.
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Für die Abb: z ,gelten die gleichen Betggszei;chen. Nur ist hier die
Radialfläche 6 nicht ian einem mit Stiftschrauben gegen den Stützkörper 7 verspannten
Flansch angeordnet wie , in Abb. i, s:ondem an- einer Ringmutter 1z.
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In' Abb. 3, deren Bezugszeichen i bis 7 wieder die ;gleiche Bedeutung
haben, ist die Scheibe i längs einer durch den RingwÜlst q. verkaufenden Radiialebene
in zwei Hälften i und i" zerlegt, die sich ;am äußeren Rand n ät den Vorsprüngen
13 aneinanderleg en. Durch das Einspannen ,des ebenfalls in zwei Hälften
q. und q" gespaltenen Ringwulstes zwischen. die Radlalflächen 5 und 6 sind die Scheibenhälften
i und i" wieder zu einer Einheit vereinigt. In .-die Rngwulsthälften q. und 4" ,
sind die. inneren Ränder von halbkreisförmigen elastischen Wellen i¢ und
15 _emgestemimt, deren äußere Ränder in gleicher Weise ;ain Stützkörper 7
befestigt sind. Hierdurch ist eine unb,edimgt zuverlässvgie zusätzliche Abdichtung
selbst gegen höchste Druckunterschiede erzielt worden. Derartige halbkreisförmige
. Wellen können .infolge des kleinen @rüulm@mungsradius bei Wandstärken von 2 bis
3 m!m den höchsten Überdrücken ohne Überbeanspruchung widerstehen. Trotzdem sind-
sie leicht federnd und gestatten Wärmeiausdehnung,der Scheibe unter sicherer Währung
der Gleichmittiigkeit von- Scheibe und Stützkörper, besonders wenn durch Einschrumpfen
entlastende Vorspamiungenerzeugt werden. Sie vermögen bei ,dein großen Durchmesser
der Abstützung im ;allgemeinen auch das Drehmoment anstandslos zu ;übertragen. Als
zusätzliche Sicherheit können je-
doch Keilverbindux@gen 16 und 17 vorgesehen
werden, die bei Bruch ener elastischen Welle die übertragun;g des Drehmaments und
bei entsprechender Ausbildung auch`- die Wahrung der Gleichmattigkeit übernehmen.
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Die getrennte zusätzliche Abdichtung der Scheibenhälften r und i"
durch die :elastischen Wellen 1q. Zmd 15 macht die Anordnung von Verbindungsbohrungen
18 .leicht, welche die Zu- und- Ableitung von Dampf zwischen den Scheibenhälften
i und r" hindurch gestatten.