DE729830C

DE729830C - Impeller with radial action on both sides for centrifugal machines, especially steam or gas turbines

Info

Publication number: DE729830C
Application number: DEM146518D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Dr Phil Ulr Meininghaus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1939-11-22
Filing date: 1939-11-22
Publication date: 1942-12-23

Description

Beiderseitig radial beaufschlagtes Schaufelrad für Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen Obwohl es thermodynamisch vorteilhaft ist, das Arbeitsmittel in radial beaufschlagten Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen, in derjenigen Richtung strömen zu lassen, in welcher sich die Durchmesseränderung der Änderung des Rauminhaltes des Arbeitsmittels anpaßt, erscheint es doch häufig im Hinblick auf eine Vereinfachung des Aufbaus der Kreiselmaschine zweckmäßig, das Arbeitsmittel nacheinander beide Seiten einer oder mehrerer radial beaufschlagter Scheiben beaufschlagen zu lassen. In diesen Fällen tritt jedoch der Nachteil auf, daß das Arbeitsmittel auf beiden Seiten der Scheibe infolge der Arbeitsumsetzung eine wesentlich verschiedene Temperatur aufweist. Sind nun die Schaufeln in üblicher Weise in Ringe von nachgiebig abgestützten Scheiben eingesetzt, so findet- auf Grund der durch die Ringe bewirkten Oberflächenvergrößerung ein sehr starker Wärmeaustausch durch die Scheiben statt. Diese Tatsache ist an sich bekannt. Man hat bereits vorgeschlagen, derartige Scheiben bei Abstützung am Umfang aus Einzelteilen zusammenzusetzen und die Einzelteile, vorzugsweise symmetrische Hälften der Scheibe, durch schlechte Wärmeleiter zu trennen. Dieser bekannte Vorschlag beschränkt sich aber ausdrücklich auf ruhende, am äußeren Umfang abgestützte Scheiben. Diesem Vorschlag liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Mittelebene der Scheibe durchweg etwa die gleiche Temperatur aufweisen muß, da die Temperaturunterschiede nach beiden Seiten von der Mittelebene aus etwa gleich sind.. Da der Vorschlag sich auf die Möglichkeit zur Einhaltung kleiner Dichtungsspalte bezieht, die in der Nähe der Mittelebene der Scheibe gebildet werden, so liegt den entsprechenden Betrachtungen nur i die gleichmäßige Mitteltemperatur der Scheibe und die dadurch bedingten Durchmesserunterschiede gegnüber dem Gegenteil zugrunde. Es wurde ausdrücklich festgestellt, daß bei Rädern, die am inneren Umfang abgestützt sind, die Unterschiede ;der Mitteltemperatur gegenüber dein Gegenteil keine nachteilige Wirkung auf die Spiele ausüben, da am inneren Umfang die Durchmesser und damit auch die absoluten Durchmesseränderungen klein sind.Impeller with radial pressure on both sides for centrifugal machines, especially steam or gas turbines Although it is thermodynamically advantageous, the working medium in radial pressurized centrifugal machines, especially steam or gas turbines to flow in the direction in which the Adjusts the change in diameter to the change in the volume of the work equipment appears it is often with a view to simplifying the structure of the gyroscope expedient, the working means successively both sides of one or more radially to let acted upon disks. In these cases, however, the Disadvantage that the work equipment on both sides of the disc as a result of the work implementation has a significantly different temperature. The shovels are now in more common Way used in rings of resiliently supported disks, so finds- on reason the surface enlargement caused by the rings a very strong heat exchange held by the discs. This fact is known per se. It has already been suggested assemble such disks with support on the circumference of individual parts and the individual parts, preferably symmetrical halves of the disc, by bad Separate heat conductors. However, this known proposal is expressly limited on stationary disks supported on the outer circumference. This suggestion is the Based on the knowledge that the center plane of the disk is consistently about the same temperature must have, since the temperature differences on both sides of the central plane from about the same .. As the proposal is based on the possibility to adhere to small sealing gaps that refer to near the center plane the disc are formed, the corresponding considerations are only i the Uniform mean temperature of the disc and the resulting differences in diameter as opposed to the opposite. It was expressly stated that with wheels, which are supported on the inner circumference, the differences; compared to the mean temperature your opposite will not have a detrimental effect on the games because of the inner circumference the diameter and thus also the absolute changes in diameter are small.

Es ist auch schon für starr mit der Welle verbundene, radial beaufschlagte Turbinenräder, an deren beiden Seiten das Treibmittel in gleicher Richtung von innen nach außen zu strömt. eine Unterteilung in kalte äußere und heiße innere Teile vorgeschlagen «-orden. um die T etnperaturspannungen des Baustoffes zu verringern. Da der besonders hochbeanspruchte Außenteil zwecks Begrenzung der Höchstspannungen bohrungslos ausgeführt werden mußte, ergab sich zwangsläufig eine Anordnung der heißen, kleinen Innenteile neben den Außenteilen, so daß isolierende Zwischenräume vorzusehen waren. Ursprünglich beabsichtigt war aber eine Unterbindung des Wärmeflusses von innen nach außen und- nicht quer von einer Radseite zur anderen Radseite. Da außerdem die Schaufeln unmittelbar in die Scheibenebenen eingelassen sind, also aus nachgiebig abgestützten Scheiben herausgearbeitete Tragringe, die sich schräg stellen, überhaupt nicht vorhanden sind, konnte die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung nicht auftreten. Überhaupt ist die bekannte Vorrichtung hei nein unausgeglichenen seitlichen Überdruck unterworfen, .da sie beiderseits von Arbeitsmitteln gleichen Druckverlaufs beaufschlagt ist. .It is also used for radially applied ones that are rigidly connected to the shaft Turbine wheels, on both sides of which the propellant flows in the same direction from the inside to flow outwards. a subdivision into cold outer and hot inner parts has been proposed "-medal. to reduce the temperature stresses in the building material. Since the special Highly stressed external part designed without drilling in order to limit the maximum voltages had to be, there was inevitably an arrangement of the hot, small inner parts next to the outer parts, so that insulating spaces were to be provided. Originally but the intention was to prevent the flow of heat from the inside to the outside and not across from one side of the wheel to the other side of the wheel. In addition, since the shovels are immediate are embedded in the disc planes, that is, made of resiliently supported discs Carved out support rings, which are inclined, do not exist at all are, the object of the present invention could not occur. At all the known device is subject to unbalanced lateral overpressure, . Because it is acted upon on both sides by working equipment with the same pressure curve. .

Beim vorliegenden Erfindungsgedanken liegt eine grundsätzlich andere Aufgabenstellung vor. Diese Aufgabenstellung gründet sich auf folgende Erkenntnisse: Während die Mittelebene eines beiderseitig beaufschlagten Rades und die an sie anschließenden Ringwurzeln trotz der starken Temperaturunterschiede auf beiden Radseiten durchweg ziemlich die gleiche Temperatur aufweisen, nähern sich die Temperaturen an den freien Ringenden sehr weitgehend de Arb "eitsmitteltemperatur an diesem Punkt. Es stellt sich längs der Ringe durch die Mittelebene hindurch ein Wärmeflur ein, der eine stetige Temperaturabnahme von einem Ringende über die Ringwurzel zum anderen Ringende bewirkt. Unter Ringwurzel wird hierf bei die Stoßstelle eines Ringes mit der Scheibenmittelebene verstanden. Die Einzelteile der Ringe nehmen entsprechend der fortschreitenden Temperaturänderung einen forts@lit-eitend anderen Durchmesser an, und .die Ringe stellen sich also schief zur Radialebene, ebene, während sie im kalten Zustand genau axial verlaufen. Diese Schiefstellung der Ringe bringt gerade bei innen abgestützten Rädern Nachteile mit sich. Die höhere Temperatur des Arbeitsmittels ist finit einem liöheten Druck verbunden, so daß die seitliche Belastung, die auf das Rad ausgeübt wird, von der Seite aus erfolgt, auf der das Arbeitsmittel die höhere Temperatur hat. Der Ring weitet sich also an dein Ende auf, an welchem der höhere Druck herrscht, und die Schiefstellung des Ringes erfolgt so, daß das Rad dem seitlichen Überdruck nachgibt. Es leidet auf diese Weise die Widerstandsfähigkeit des Rades gegen den seitlichen Druck. Insbesondere tritt in der Gegend der Abstützungsstelle an dein inneren Umfang des Rades leicht eine Überbeanspruchung ein. Außerdem wirkt sich die starke Durchbiegung, die durch die Schiefstellung der hochbelasteten inneren Ringe eintritt, sehr ungünstig auf die gegenseitige Lage der Beschauflung und auf die Baulänge e der :Maschine aus. Im Gegensatz hierzu wirkt die gleiche Erscheinung bei den ruhenden Scheiben, die am äußeren Umfang abgestützt sind, unterstützend auf die Widerstandsfähigkeit der Scheibe gegen den seitlichen Überdruck, da sich hier die Schiefstellung der Ringe dem Druck entgegenrichtet und so die Durchbiegung der Scheibe, die unter dem seitlichen Überdruck eintritt, praktisch aufhebt. Entgegengesetzt den bekannten Vorschlägen, betrifft die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung also gerade Räder. die am inneren Umfang abgestützt sind und «-elche bei dem bekannten Vorschlag ausdrücklich ausgenommen wurden.The present inventive idea is fundamentally different Task. This task is based on the following findings: While the center plane of a wheel acted on from both sides and those connected to it Ring roots consistently on both sides of the bike despite the strong temperature differences are pretty much the same temperature, the temperatures approach the free ones Wrestling ends very largely de working mean temperature at this point. It represents along the rings through the central plane, a corridor of warmth emerges, the one steady decrease in temperature from one end of the ring via the ring root to the other end of the ring causes. In this case, the ring root is the joint of a ring with the disk center plane Understood. The individual parts of the rings increase in accordance with the progressive change in temperature forts @ lit-eitend a different diameter, and .the rings are thus positioned oblique to the radial plane, flat, while they run exactly axially in the cold state. This misalignment of the rings has disadvantages, especially in the case of internally supported wheels with himself. The higher temperature of the working medium is a finite pressure connected so that the lateral load exerted on the wheel is from the Side takes place on which the working fluid has the higher temperature. The ring thus expands at your end, at which the higher pressure prevails, and the The ring is inclined in such a way that the wheel yields to the lateral excess pressure. In this way, the resistance of the wheel to the side suffers Pressure. In particular, occurs in the area of the support point on your inner circumference overuse the bike easily. In addition, the strong deflection, which occurs due to the misalignment of the highly stressed inner rings, very unfavorable on the mutual position of the blading and on the length e of the: machine the end. In contrast to this, the same phenomenon works with the stationary disks, which are supported on the outer periphery, supporting the resistance of the disc against the lateral overpressure, since the misalignment of the Rings counteract the pressure and so the deflection of the disc, which is under the lateral overpressure occurs, practically eliminates. Opposite to the known Proposals, the task of the present invention relates to precisely that Bikes. which are supported on the inner circumference and «-elche in the known proposal were expressly excluded.

L m entsprechend dieser Aufgabenstelltuig die Schiefstellung ,der Ringe bei Beaufschlagung beider Seiten eines Schaufelrades in tragbaren Grenzen zu halten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Temperaturunterschied zwischen den fr eien Enden und den Wurzeln der Ringe durch Drosselung des Wärmeflusses von einer zur anderen Radseite vermindert ist. In besonders zweckmäßiger Weise wird nach einer weiteren Erkenntnis der Erfindung diese Drosselung des Wärmeflusses durch einen vom äußeren Umfang des Rades bis zur Nabe etwa längs der Radmittelebene eingeschnittenen Spalt bewirkt. Es kann aber auch durchaus vorteilhaft sein, zwei Radhälften getrennt voneinander auszubilden und unter Einhaltung eines Zwischenraumes zu einem einheitlichen Radsatz zusammenzufügen. Die einfachste Ausbildung wird durch Anordnung einer für beide Radhälften gemeinsamen Nabe erzielt.L m according to this task is the misalignment, the Rings when acting on both sides of a paddle wheel within acceptable limits to keep, it is proposed according to the invention that the temperature difference between the free ends and roots of the rings by restricting the flow of heat from one to the other side of the wheel is reduced. In a particularly expedient manner according to a further finding of the invention, this throttling of the heat flow through one cut from the outer circumference of the wheel to the hub approximately along the wheel center plane Gap causes. But it can also be advantageous to separate two wheel halves train from each other and while maintaining a gap to a uniform Wheelset join together. The simplest training is through arrangement achieved a common hub for both wheel halves.

Die Abbildungen zeigen beispielsweise eine Ausbildung des Erfindungsgedankens für ein Rad, welches geeignet ist, auf beiden Seiten radial beaufschlagte Dampfturbinenbeschauflung zu tragen. In Abb. i stellt i das Rad dar. 2 ist die Welle, auf welcher das Rad mittels eines elastischen Ringes 1r auf den Zentrierflächen 3 und 4 aufgeschrumpft ist. Das eine Ende des Ringes 1r legt sich unter dem Achsschub gegen die Schulter 5. Das Rad ist in dieser Lage auf der Welle durch die Mutter 7 gesichert. Aus dem Rad sind die Ringe 3r bis igr herausgearbeitet, so, daß die Stege 2S bis 18, zwischen den Ringen stehengeblieben sind. Besonders der innerste Ring 3" aber auch die ihm benachbarten Ringe 5;, 7, usw. würden sich bei vollwandiger Ausführung des Rades schräg stellen, da der von links innen einströmende Dampf wesentlich heißer ist als der rechts innen abströmende Dampf. Das rechte Ende der Ringe wird kälter sein als ,das heiße linke Ende, und damit wird der Durchmesser des rechten Endes sich verkleinern gegenüber dem Durchmesser des linken Endes. Die Temperatur des Ringes nimmt infolge des sich einstellenden Wärmeflusses von links nach rechts langsam ab, und der ganze Ring stellt sich schief. Auf Grund dieser Schiefstellung gibt die Scheibe dem von links kommenden seitlichen Überdruck stark nach. Zur Verminderung dieser Schiefstellung ist vom äußeren Umfang des Rades her bis zur Nabe längs der Radmittelebene ein Spalt 2o mit einem Sägeblatt eingeschnitten. Dieser Spalt setzt dem Wärmefluß einen so großen Widerstand entgegen, daß die Schiefstellung der Ringe auf unschädliche Werte beschränkt wird. Daß in dieser Darstellung der Spalt 2o den Wärmefluß durch den Ring 1r nicht mehr behindert, stellt keinen Nachteil dar, da dieser Ring ein elastisches Verbindungsglied zwischen Rad und Welle darstellt und zur Verfestigung der Scheibenichtsbeitragensoll. Dieses elastische Bindeglied wird durch den Wärmefluß und .die entsprechende Schiefstellung sogar vorteilhaft entlastet.The figures show, for example, an embodiment of the concept of the invention for a wheel which is suitable for carrying steam turbine blades acted on radially on both sides. In Fig. I i represents the wheel. 2 is the shaft on which the wheel is shrunk onto the centering surfaces 3 and 4 by means of an elastic ring 1r. One end of the ring 1r rests against the shoulder 5 under the axial thrust. In this position, the wheel is secured on the shaft by the nut 7. The rings 3r to igr are carved out of the wheel so that the webs 2S to 18 have remained between the rings. In particular, the innermost ring 3 " but also the rings 5; 7, etc. adjacent to it would be inclined if the wheel was designed with a full wall, since the steam flowing in from the inside on the left is significantly hotter than the steam flowing out on the inside on the right Rings will be colder than the hot left end, and thus the diameter of the right end will decrease compared to the diameter of the left end. The temperature of the ring will slowly decrease as a result of the heat flow from left to right, and the whole ring will be set Due to this misalignment, the disk gives way to the lateral overpressure coming from the left. To reduce this misalignment, a gap is cut with a saw blade from the outer circumference of the wheel to the hub along the wheel center plane. This gap increases the flow of heat so great resistance that the misalignment of the rings is limited to harmless values This illustration of the gap 2o no longer hindering the flow of heat through the ring 1r is not a disadvantage, since this ring is an elastic connecting element between the wheel and the shaft and is intended to contribute to the solidification of the pane. This elastic link is even advantageously relieved by the flow of heat and the corresponding misalignment.

Die Abb. 2, für welche die gleichen Bezugszeichen gelten, zeigt eine Ausführung, bei welcher beide Radhälften völlig getrennt ausgeführt und dann zusammengefügt sind. Die Radhälfte 21 ist mit der Radhälfte i über das elastische Bindeglied 22 und die Stemmverbindung 23 verbunden. Das Drehmoment der Radhälfte 2z wird über die Nuten und Vorsprünge 24 auf die Radhälfte i übertragen. Beiden Radhälften ist die aus. den Ringen 1r, 2s und 3r gebildete Nabe gemeinsam.Fig. 2, for which the same reference numerals apply, shows a Execution in which both wheel halves are completely separated and then joined together are. The wheel half 21 is connected to the wheel half i via the elastic connecting member 22 and the caulking connection 23 connected. The torque of the wheel half 2z is about the grooves and projections 24 transferred to the wheel half i. Both halves of the wheel is from. the hub formed by the rings 1r, 2s and 3r in common.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Radially applied on both sides, on the inner Scope of resiliently supported paddle wheel for centrifugal machines, especially steam or gas turbines, the successively applied sides of which are made of the disk building material Carrying out worked rings of the wheel inserted blades, characterized in that, that the temperature difference between the free ends and the roots, the rings is reduced by throttling the heat flow from one side of the wheel to the other.

2. paddle wheel according to claim i, characterized by one of the outer periphery of the The gap cut into the wheel up to the hub approximately along the center plane of the wheel.

3. paddle wheel according to claim i, characterized by a separate design and with an intermediate space executed joining of two wheel halves.

4. paddle wheel according to claim 3, characterized through a hub common to both wheel halves.

5. paddle wheel according to claim 3 or 4, characterized in that the hotter wheel half on the colder, against the shaft supported wheel half is attached.

6. paddle wheel according to one of the claims 3 to 5, characterized in that on the inner diameter, the colder Xad half arranged a ring extending approximately over the entire width of both halves is.

7. paddle wheel according to one of claims 3 to 6, characterized in that the torque from the hotter half of the wheel to the colder half of the wheel over between the wheel halves arranged, radially directed surfaces is transmitted.