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Aus axial miteinander verschraubten Drehkörpern zusammengesetzter
Läufer für Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen Einen Läufer als
Träger von axial beaufschlagten Schaufeln für Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf-
oder Gasturbinen, aus einzelnen Drehkörpern, vorzugsweise aus Scheiben, zusammenzusetzen,
bietet in bezug auf Festigkeit, Lage der Eigenschwingung, Herstellung, Lieferzeit
und Vorratshaltung Vorteile. Diese Vorteile sind besonders ausgeprägt, wenn die
äußeren Kränze der Drehkörper, in welche die Schaufeln eingesetzt sind, mit ihren
Enden unmittelbar starr miteinander verbunden werden. Um diese starre Verbindung
der Kränze der Drehkörper zu erzielen, wurden die Kränze nach einem älteren Vorschlag
durch Schrauben gegeneinander verspannt, die innerhalb der Kränze durch die Drehkörper
axial völlig durchdringende Bohrungen hindurchgeführt waren. Wenn auch diese Bohrungen
in Gebiete möglichst geringer Beanspruchung der Drehkörper gelegt wurden, so entstanden
doch hohe Randspannungen in den Bohrungen. Auch war die Zahl der unterzubringenden
Schrauben beschränkt; die Schraubenbeanspruchung war daher ebenfalls hoch. Die große
Länge der Schrauben führte zu unterschiedlichen Dehnungen zwischen Schraubenund
Läufer; nur durch hohe Vorspannungen konnte ein vorübergehendes Lockerwerden verhütet
werden. Hinzu kamen noch Biegungskräfte durch die Fliehkraft der Schraubenmuttern.
Nach einem neuen, bekannten Vorschlag werden diese Nachteile dadurch vermieden,
daß die Kränze der Drehkörper miteinander verschweißt werden. Die vielen und großen
Schweißnähte erfordern jedoch einen hohen Herstellungsaufwand. Insbesondere sind
zur einwandfreien Durchführung der Schweißung teure maschinelle Vorrichtungen, geschulte
Kräfte, Sonderbaustoffe, nachträgliche Wärmebehandlung und eine genaue Überwachung
des Herstellungsverfahrens erforderlich. Schließlich sei noch ein bekannter Vorschlag
erwähnt, nach dem die Scheiben gewissermaßen miteinander verzapft werden sollen;
die Radkränze erhalten eine Anzahl konischer Bohrungen, in welche entsprechend kegelige
Bolzen eingesetzt werden, die mit einem Gewindeende in die Nachbarscheibe eingreifen.
Wenngleich bei dieser Befestigung eine beliebige Anzahl von Scheiben miteinander
verbunden
werden könnte, so zeigt doch diese Bauform im wesentlichen alle die Nachteile, die
bereits im Zusammenhang mit anderen Scheibenverbindungen durch Schrauben erwähnt
wurden.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Schraubenverbindung
der Drehkör- -perkränze zu schaffen, die unter Vermeidung der hohen herstellungstechnischen
Anforderungen, welche die Schweißverbindung stellt, doch eine gleich günstige festigkeitstechnische
Gestaltung der Drehkörper zuläßt und insbesondere keine Schwächung der Drehkörpermittelebene
durch Bohrungen herbeiführt. Auch soll nach @Iöglichkeit keine nachteilige Beeinflußung
der Schaufelreihenabstände stattfinden. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen,
daß die Angriffsflächen für das Anziehen der die Drehkörper verbindenden Schrauben,
insbesondere der Muttern, im Grunde von Nuten angeordnet sind, die durch die Schaufeln
verschlossen werden. Dadurch, daß die Nuten, welche die Schraubenmuttern aufnehmen,
durch Schaufeln verschlossen werden, beanspruchen sie keinerlei zusätzlichen Raum
in axialer Richtung, vergrößern also die Baulänge nicht. Eine Schwächung der Scheibenebene
der Drehkörper wird in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch vermieden, daß
die die Drehkörper verbindenden Schrauben in ihrer ganzen Erstreckung außerhalb
der mittleren Radialebene mindestens eines Drehkörpers angeordnet sind. Höchste
Festigkeit gegen große Schaufelfliehkräfte wird vorteilhaft durch bohrungsfreie
Ausführung des radial durchlaufenden Scheibenteils mindestens eines verschraubten
Drehkörpers erreicht. Die in Schaufelnuten angeordneten Muttern werden vorteilhafterweise
zur Entlastung der Fliehkraft gegen die Schaufelfüße radial abgestützt.
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Nach weiteren Erkenntnissen der vorliegenden Erfindung ist es günstig,
wenn die Teilfugen zwischen den axial verschraubten Drehkörpern durch von Schaufeln
verschlossene Nuten gelegt sind. Es lassen sich dann insbesondere Bolzen oder Keile
zur Übertragung des Drehmomentes an diesen Teilfugen im Grunde der durch Schaufeln
verschlossenen Nuten anordnen. Der tiefere Einschnitt der Nuten, die im Grunde die
Schraubenmuttern aufnehmen, und die Anordnung der Teilfugen in den Nuten lassen
eine besondere Vorsicht beim Einbau der die Nuten verschließenden Schaufeln ratsam
erscheinen. Die Muttern, Bolzen oder Keile aufnehmenden Nuten werden daher zweckmäßig
durch an sich bekannte Schaufeln mit in Umfangsrichtung geschlitzten Füßen verschlossen.
Hierdurch wird eine federnde Spreizkraft der Füße erzielt, die ein festes Anliegen
der Fußflanken gewährleistet, aber gleichzeitig das Maß der Kraft, welche die Nut
aufweiten will, begrenzt.
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Die Abb. i und 2 zeigen Dampfturbinenläufer von erfindungsgemäßem
Aufbau. In Abb. i besitzt der Läufer eine durchgehende Welle i, auf welche die Räder
z, bis g aufgesetzt sind; in Abb. 2 sind die Räder ohne Mittenbohrung ausgeführt,
die Wellenstummel io und ii sind aus einem Stück mit den Rädern 2 und g geschmiedet.
Die Ausführung nach Abb. i weist die höhere kritische Drehzahl auf, die Ausführung
nach Abb.2 ergibt geringere Fliehkraftbeanspruchungen der Einzelscheiben, eignet
sich also besonders zur Beherrschung großer Beaufschlagungsdurchmesser und Schaufellängen.
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In den Abb. i und 2 ist mit Rücksicht auf den kleinen Maßstab nur
die gegenseitige "Zentrierung der Radkränze angedeutet. Die Verschraubung der Radkränze
geht aus den im Maßstab i : i wiedergegebenen Schnitten der Abb. 3 und q. hervor.
Die Radkränze 7 und 8 sind über den Vorsprung 12, der in die Nut 13 eingreift, gegenseitig
zentriert. Die Teilfuge zwischen beiden Kränzen ist mitten durch die Schaufelnut
1q. (Abb. 3) gelegt. In der Teilfuge sind zylindrische oder kegelige Bolzen 15 angeordnet,
die das Drehmoment übertragen. Nach Einsetzen der Schaufeln 16 (Abb. 4.) in die
Nut 1q. sind diese Bolzen gegen Herausfallen gesichert. Die Nut 17 (Abb. 3) ist
stark vertieft ausgeführt. Im Grunde dieser Nut sind die Muttern 18 (Abb. q.) der
Stiftschrauben ig angeordnet, mit denen die Radkränze 7 und 8 zusammengehalten werden.
Während des Einsetzens der Schaufeln 2o werden die Muttern 18 durch Keilstücke 21
gegen die Schaufelfüße verspannt. Die Schrauben i9 werden sovon der auf dieMuttern
und Schrauben wirkenden Fliehkraft entlastet und die Muttern 18 gegen Losdrehen
gesichert. Die Füße der Schaufeln 16 und 2o sind mit Schlitzen 22 in Umfangsrichtung
versehen. Die Füße sind im oberen Teil bei 23 mit Spiel eingesetzt und liegen nur
im unteren Teil bei 2q. an. Dieses Anliegen i der Füße bei 24 erfolgt daher federnd
und übt keine gefährliche Spreizwirkung auf die vertiefte Nut oder die Teilfuge
aus. Der gleiche Fuß kann auch für schmalere Schaufeln Verwendung finden, er ist
schon hier gegenüber der rechts und links gezeigten Normalausführung etwas verbreitert,
um Platz für eine kräftige Mutter zu schaffen. Sind die Schaufeln sehr breit, so
könnten die Nuten zur Aufnahme der Muttern oder der Bolzen und Keile auch zwischen
den eigentlichen Schaufelnuten des Läufers angeordnet sein und erst nach Zusammenbau
der Turbine durch die Leitschaufeln des Gehäuses odertleren Deckbänder überbrückt
und damit verschlossen werden, ohne daß hierdurch der Erfindungsgedanke verlassen
würde.