DE721066C - Seitlichem UEberdruck ausgesetzte Scheibe, insbesondere radial beaufschlagter Schaufel- oder Labyrinthtraeger, fuer Kreiselmaschinen, vorzugsweise Dampf- oder Gasturbinen - Google Patents

Seitlichem UEberdruck ausgesetzte Scheibe, insbesondere radial beaufschlagter Schaufel- oder Labyrinthtraeger, fuer Kreiselmaschinen, vorzugsweise Dampf- oder Gasturbinen

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DE721066C
DE721066C DEM147442D DEM0147442D DE721066C DE 721066 C DE721066 C DE 721066C DE M147442 D DEM147442 D DE M147442D DE M0147442 D DEM0147442 D DE M0147442D DE 721066 C DE721066 C DE 721066C
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DE
Germany
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disc
radial
sealing
gas turbines
radially
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Expired
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DEM147442D
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English (en)
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Dr-Ing Dr Phil Ulr Meininghaus
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246Fastening of diaphragms or stator-rings

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: .-i: Seitlichem Überdruck rausgesetzte Scheibe; Insbesondere radial beaufschlagter Schaufeloder Labyrnthträgex, für Kreiselmiaschinen, vozzugsweise .Dampf-oder Gasturbinen, deren Rand über eine an einer .ebenen Gegenfläche- änhegende, radial verlaufende - und .entweder gekrümmte schmale ebene Fläche vom Druckdes Arbeitsmittels gegen .dien Stützkörper- ;gepreßt wird, gekennzeichnet durch-Erzeugung eines vorspannenden Dichtcl#ruckes- während ,des Anfahrvorganges rüber eine ;ebenfalls radial vex1aufende; an .einer @ebenen GiegenfIäche ,artliegende und entweder gekrummte Folder schmale ebene Fläche .auf der gegenüberliegenden: Seite des Scheiben ancles. q.. Seheibe nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch ;gekennzeichnet, daß die Scheibe Moder jede Scheiblenhälfte durch eine Kekstische Welle vom: kneisförm;iglem, vorzugsweise halbkreisfönn@gem Querschnitt, die gleichzeitig Beine zusätzliche Abdichtung ergibt, in ihrer MitteRäge gehalten ist. 5. Scheibe nach Anspruch q., dadurch ,gekennzeichnet, daß die Ränder der elastischen- Welle mit radialer Varspannung in Nuten. von Scheibe und Stützkörper eingefügt und zusätzlich verstemmt oder eiagewalzt sind.
  2. 2. Scheibe nach Anspruch i, dadurch gekennzeicbmet, daß ,die Scheibe längs ,einer zwischen Dichtfläche und Gegenfläche verlaufenden Radiialebene in zwei Hälften zerlegt ist, die @durch das Einspannen: des Scheibenrandes zwischen, die beiden Flächen zu @ei;ner Einheit veneimigt sind.
  3. 3. Scheibe nach Anspruch i .oder 2, dadurch gekennzeichnet, Uaß die Scheibe zentrierende, radiale Bolzen. in. entsprechende Löcher der Scheibe auf einer höchstens zomm betragenden Länge ein;gepaßt sind.
DEM147442D 1940-04-02 1940-04-02 Seitlichem UEberdruck ausgesetzte Scheibe, insbesondere radial beaufschlagter Schaufel- oder Labyrinthtraeger, fuer Kreiselmaschinen, vorzugsweise Dampf- oder Gasturbinen Expired DE721066C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996028642A1 (en) * 1995-03-15 1996-09-19 United Technologies Corporation Wear resistant gas turbine engine airseal assembly

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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