DE764225C - Aus mehreren Einzelraedern bestehender Laeufer fuer Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen - Google Patents

Description

• Aus mehreren Einzelrädern bestehender Läufer für Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen Bei axial beau.fschlagten Kreiselmaschinen" insbesondere Dampf- oder Gasturbinen, führte man ursprünglich, wenigstens soweit Überdruckbeschauflung verwendet wurde, die Läufer als hohle Trommel aus. Aus Rücksicht auf die immer höher werdenden Beanspruchungen und die bessere Anpassung an die gefordertenStrömungsverhältnisse bildete man häufig die Läufer als volle Schmiedestücke aus. Derartige Schmiedestücke sind ?war sehr biegungssteif, haben aber den Nachteil, daß der Baustoff nicht die gleichen Festigkeitswerte erreicht wie bei guter Durchschmiedung v an dünnwandigen Stücken und daß eine gleichmäßige Erwärmung bei plötzlichen Temperaturänderungen nicht gewährleistet ist. Außerdem wird die kritische Drehzahl derartiger Schmiedestücke weniger durch den starren, eigentlichen Läuferteil bestimmt als durch die dünn angeschmiedeten Wellenenden:. Das schwere Gewicht des Schmiedestückesvermag diese dünnenWellenenden merklich durchzubiegen, so daß die kritische Drehzahl herabgesetzt wird,. Man hat versucht, diese Nachteile durch Aufsetzen einzelner Scheiben auf eine durchgehende Welle zu beheben. Die Durchwärmungsverhältnisse sind hierbei besser und das Gesamt-

  gewicht wird geringer. Das Widerstands-

  moment der durchgehenden Welle ist jedoch

  sehr klein und die kritische Drehzahl daher

  niedrig. Zwar bewirken die aufgezogenen

  Räder eine gewisse erste.ifung der `Felle.

  doch ist diese @"ersteifung in ihrer Größen-

  ordnung schwer zu erfassen und nicht von

  durchgreifendem Einfluß. Eine wesentliche

  Versteifung des eigentlichen Läuferteiles ist

  nach einem anderen Vorschlag dadurch erzielt

  worden, daß in der Mitte ungebohrte. an-

  einandergereihte Räder an ihrem äußeren Um-

  fang miteinander verschweißt sind. so daß

  dieselben einen Zylinder bilden. Bei bis-

  herigen Ausführungen dieser Art bestanden

  die Wellenenden aus einem Stück mit den

  äußersten Rädern. Hierdurch trat der -Nach-

  teil auf, daß die von der Auflagerung der

  Wellenenden ausgehenden Diegungskräfte

  über den flachen Scheibenteil der äußersten

  Räder auf den Umfang des zusammen-

  geschweißten Läuferteiles übertragen werden

  müssen. Die flache Scheibenfläche der Räder

  verformt sich aber bei Biegungsbeanspruchun-

  gen verhältnismäßig leicht. Die Wellenenden

  können also keineswegs als fest eingespannt

  im eigentlichen Läuferteil gelten, und ihre

  Nachgiebigkeit hat zur Folge, daß wiederum

  die kritische Drdizahl sehr wesentlich herab-

  gesetzt wird. Auch hier wird eine Unsicher-

  heit in die Bestimmung der kritischen Dreh-

  zahl getragen, da das Maß der -Nachgiebig-

  keit der Verbindung zwischen Wellenende und

  zusammengeschweißtem Läuferteil schwer zu

  rechnen ist. Es muß ein gewisser Erfahrungs-

  zuschlag gemacht werden. Die vorliegende

  Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen aus

  Einzelrädern zusammengesetzten Läufer zu

  schaffen. der eine möglichst holte kritische

  Drehzahl besitzt. die nicht durch die Ein-

  spannungsverhältnisse der Wellenenden nach-

  teilig beeinflußt wird. Erfindungsgemäß wird

  vorgeschlagen. daß sowohl die Radnaben ,

  gegen die Welle als auch die starren axial

  verbreiterten Radaußenkränze gegeneinander

  zentriert sind. Es ist zwar schon bekannt. i

  eine von Druckunterschieden herrührende j

  axiale Durchbiegung einzelner Scheiben da

  durch zu unterbinden, daß sie sich in der

  Richtung des Druckgefälles zwischen Nabe

  und Umfang aneinander abstützen. Hierbei

  ist eine Zentrierung von langgestreckten.

  dünnen Zwischenringen in größerem Abstand

  von den Radaußenkränz_en dargestellt worden.

  Abgesehen davon, daß derartige ZwISch,-21-

  ringe radiale Verschiebungen der Scheiben

  gegeneinander nicht verhindern können, ist es

  von ausschlaggebender Wichtigkeit. daß die

  zusätzliche Zentrierung in unmittelbarer -Nähe

  des äußeren Umfanges erfolgt. Eine gegen-

  seitige Zentrierung der axial verbreiterten

  Radaußenkränze bewirkt aber an sich noch

  1 -eiiie ausreichende Versteifung. Erst wenn

  starre Radaußenkränze sich gegenseitig zen-

  trieren, ist die durch die Erfindung an-

  gestrebte Wirkung erzielbar. Unter starr

  wird in diesem Zusammenhang eine Aus-

  führung der Radaußenkränze verstanden, bei

  der die gesamte axiale Ausdehnung der

  Kränze weniger als doppelt so groß ist wie

  die größte sonstige axiale Dicke des Rades.

  Aus diesen Überlegungen ist auch ein weiterer

  bekannter Vorschlag für die Zwecke der Er-

  findung nicht brauchbar. bei dem zwar auch

  eine Zentrierung am äußeren Radumfang vor-

  liegt, die zentrierenden Ringflächen jedoch so

  lang und dünn sind, daß sie als unstarr

  keinerlei versteifende Wirkung ausüben

  können. Bei der Durchführung des, Erfin-

  dungsgedankens kann von dem bekannten

  Aufbau eines Läufers, dessen aus Einzel-

  rädern bestehender Teil durch Zusammen-

  heften der Räder am Umfang biegungssteif

  gestaltet ist. vorteilhaft Gebrauch gemacht

  «-erden. Eine unnachgiebige Befestigung der

  Wellenenden an einem derartigen Läufer wird

  nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung

  dadurch erzielt, daß die Fortsetzung jeder

  der beiden aus dem biegungssteifen Teil

  herausragenden Wellenstummel in den Naben

  von mindestens zwei am Umfang zusammen-

  gehefteten Rädern ebenfalls biegungsfest ein-

  gespannt ist. Auf diese Weise wird erreicht,

  daß die Wellenenden biegungssteif in den zu

  einem starren Ganzen vereinigten Rädern be-

  festigt sind. Die Biegungssteifigkeit der

  Wellenenden ist dann nicht abhängig von der

  Steifigkeit der Flächen der Endräder, da jedes

  Wellenende außer in einem Endrad noch zu-

  sätzlich in einem der anderen Räder fest-

  gehalten ist. Soweit man sich damit begnügt.

  die Räder durch Aufschrumpfen sowohl tni#

  der Welle als auch mit den Nachbarrädern zu

  verbinden, scheint es sehr zweckmäßig und

  vorteilhaft, die Zentrierung jedes Einzelrades

  gegenüber der Welle und gegenüber einem

  Nachbarrad jeweils durch einen einzigen

  Schrumpfvorgang zu bewirken.

  In den Abb. i und 2 sind die bekannten

  Ausführungen einer erfindungsgemäß aus-

  geführten Bauart, wie sie in Abb.3 darge-

  stellt ist. gegenübergestellt. In Abb. i sind

  auf einer durchgehenden Welle i die Räder 2

  bis g aufgeschrumpft. Das Rad 2 ist, dafür

  bestimmt, einen Labvrinthkolben, das Rad 3

  eine Curtisbeschauflung zu tragen, während

  die Überdruckbeschauflung auf den Rädern q.

  bis o angeordnet sein soll. Die durchgehende

  Welle i ist an den Stellen A und B auf-

  gelagert. Ihre kritische Drehzahl wird durch

  die Gewichtsbelastung und ihr eigenes \i%'ider-

  standsmoment bestimmt. welches durch das

  Aufsetzen der Räder nur wenig vergrößert wird, wobei sich diese Vergrößerung nicht genau bestimmen läßt. In Abb. 2 ist eine verbesserte Ausführung angedeutet. Der Läufer ist ,hier aus Rädern zusammengeschweißt, welche die gleichen Bezugszahlen tragen wie in Abb. i. Es fehlt jedoch die durchgehende Welle i, vielmehr ist der Läufer durch Zusammenschweißung der einzelnen Räder am äußeren Umfang zu einem Ganzen zusammengeheftet. Die Wellenenden io und i,i bilden ein Stück mit den Rädern :2 und 9. Der mittlere Teildes Läufers, der aus den zusammengeschweißten Rädern besteht, ist zwar sehr biegungssteif und wärmetechnisch günstig aufgebaut, dagegen werden die Auflagekräfte A und I3 der Wellenenden io und. i i über die Scheibenflächen 12 und 13 auf den Umfang des eigentlichen Läuferkörpers übertragen. Die Scheibenflächen 12 und 13 geben unter den entsprechenden Biegungsbeanspruc'hungen nach und bewirken so eine gewisse Nachgiebigkeit der Verbindung zwischen Läufer und: Wellenende, welche die kritische Drehzahl herabsetzt.
• Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäß getroffenen Anordnung der Abb. 3 wieder eine durchgehende Welle i vorgesehen, auf welche die einzelnen Räder 2 bis 9 zentrisch aufgesetzt, sind. Die Räder sind aber zusätzlich zu der Zentrierung gegenüber der Welle am äußeren Umfang bei 1q. gegenseitig zentriert. Diese gegenseitige Zentrierung .am äußeren Umfang verhindert,,daß sich die Räder radial gegeneinander verschieben können, und wirkt so einer Durdhbiegung der Welle i entgegen. Da sich die Räder außerdem durch das Anlegen am Radumfang nicht :schrägstellen können, ist die Welle i in den Läuferkörper, der aus den Einzelrädern gebildet ist, so. starr eingespannt, daß er sich nicht durchbiegen kann. Eine Durchbiegung der Welle i kann nur noch auf der kurzen Länge zwischen den äußersten Radflächen des Läufers und der Auflagerstelle erfolgen. Es ist also bei der erfindungsgemäßen Anordnung jedes Wellenende praktisch so biegungssteif mit dem Läuferkörper befestigt wie bei einem Läufer, welcher aus einem Stück mit,dem Wellenende zusammengeschmiedet isst. Das Gewicht des eigentlichen Läuferteils ist aber infolge der Zusammensetzung aus einzelnen Rädern vermindert und. die kritische Drehzahl entsprechend erhöht. Tatsächlich weist ein: solcher Läufer dadurch, daß der Läuferkörper selbst biegungssteif ist und :die Wellenenden vollkommen starr mit diesem Läuferkörper verbunden sind, und außerdem dadurch, daß das Läufergewicht gering ist, die höchste kritische Drehzahl aller bisher vorgeschlagenen Ausführungsarten auf. Man wird zunächst einwenden, d,aß die Räder ja infolge ihrer Zentrierung gegen die Welle auch gegenseitig zentriert seien oder daß man ebensogut am inneren Umfang der Scheiben eine gegenseitige Zentrierung vornehmen könnte. Eine Zentrierung am inneren Umfang der Scheiben kann aber deshalb nicht wirksam sein, da sich die Naben der Scheiben bei einer Durchbiegung der Welle mit den einzelnen Wellenstücken gegenseitig neigen. Eine solche Neigung,der Scheibennaben wird durch die nachgiebigen Scheibenflächen, die die Verbindung zwischen dem inneren und äußeren Umfang der Scheiben bestimmen, ermöglicht. Dagegen wird eine entsprechende Schrägstellung der äußeren Scheibenkränze durch das gegenseitige Anlegen und durch die bei einer Schrägstellung auftretenden Umfangsspannungen verhindert. Um eine Schrägstellung der Nabe möglich zu machen, müssen also die äußeren Umfänge der Scheibe radial gegeneinander gleiten können. Wird durch eine Zentrierung am äußeren Umfang der Scheibe ein gegenseitiges Gleiten der Umfänge der Scheiben verhindert, so wird, tatsächlich der Durchbiegung der Welle ein wirksamer Widerstand entgegengesetzt. Die Zentrierung 1q. am Umfang der Einzelräder kann besonders vorteilhaft durch die bereits bei ungebo'hrten Rädern verwendete -S,chweißung erfolgen. Es wird auch dann zusätzlich zu der Steifigkeit des Läuferteils selbst eine vollkommen biegungssteife Befestigung der Wellenenden in diesem Läuferteil erzielt, während bei der bisher üblichen Verwendung ungebohrter Scheiben die Scheibenfläche der äußersten Räder allein den Wellenstummel stützt und gewisse Schrägstellungen der Wellenenden infolge ihrer eigenen Nachgiebigkeit zuläßt.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Aus mehreren auf eine Welle aufgesetzten Einzelrädern bestehender Läufer als Träger von axial beaüfschlagten Schaufeln für Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß starre, die Räder beiderseitig axial verbreiternde Radaußenkränze zusätzlich zu der Zentrierung der Radnaben gegenüber der Welle eine gegenseitige Zentrierung der Radumfänge bewirken.
2. 2. Läufer nach Anspruch 1y dessen aus Einzelrädern bestehender Teil durch Zusammenheften der Räder am Umfang biegungssteif gestaltet ist, - dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsetzung jedes der beiden aus denn biegnzngssteifen Teil herausragenden Wellenstummel in den Naben von mindestens zwei am Umfang ( verfahren folgende Druckschriften in Betracht zusammengehefteten Rädern ebenfalls gezogen worden: biegungsfest eingespannt ist. Deutsche Patentschriften N r. 352 282. .-@02 525, 552 @I I. 5j@ .3@`=@# J"y 9=@@@ Zur bgren zungdes Erfindungsgegenstands 391 166; vom Stand der Technik sind im Erteilungs- französische Patentschrift Nr. -463 402.