DE767129C

DE767129C - Einem inneren UEberdruck ausgesetzte elastische Dehnungswelle fuer Kreiselmaschinen,insbesondere Dampfturbinen

Info

Publication number: DE767129C
Application number: DES141030D
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl-Ing Gente
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1940-05-12
Filing date: 1940-05-12
Publication date: 1951-11-08

Description

Einem inneren Überdruck ausgesetzte elastische Dehnungswelle für Kreiselmaschinen, insbesondere Dampfturbinen Bei Kreiselmaschinen, für die in den folgenden Ausführungen das Beispiel der Dampfturbine gewählt werden soll, hat es sich in zahlreichen Fällen als zweckmäßig erwiesen, die Scheibe mit ihrem Träger, also z. B. die Laufscheibe mit der Welle, nicht starr, sondern über ein elastisches Zwischenstück zu verbinden. Dieses Zwischenstück hat oft nicht nur die Aufgabe, freie radiale Beweglichkeit der Scheibe unter den im Betrieb auftretenden Verformungen durch Erwärmung, Fliehkraft usw. sicherzustellen, sondern es muß, da die Scheibe vielfach einem einseitigen Überdruck ausgesetzt ist, auch noch gegenüber diesem Überdruck abdichten.. Die Gewährleistung der freien radialen Beweglichkeit der Scheibe erfordert möglichst geringe Gegenkräfte der Dehnungswelle, also eine möglichst lange Lind dünne Welle. Der Überdruck dagegen führt zu der Forderung des kurzen und dicken Wellenstücks. Beide Forderungen widersprechen sich also und lassen sich nur schwer in Einklang bringen.
Aus diesem Grunde war bei allen bisher bekannten Bauformen die Wandstärke so groß, daß der innere Überdruck auf den Verformungszustand keinen merklichen Einfluß hatte.
Gemäß der Erfindung wird unter Abkehr von der bisher eingehaltenen Bauregel die Wandstärke der elastischen Welle so gering bemessen, daß sie sich unter der Wirkung des inneren Überdruckes verformen würde, und es werden die federnden Schenkel zwischen der Ansatzstelle am Verbindungsstück und der Angriffsstelle an Scheibe oder Träger außen gegen den inneren Überdruck abgestützt. Auf diese Weise wird die höchstmögliche Elastizität der Dehnungswelle mit hinreichender mechanischer Sicherheit verbunden. Für die Durchführung der Erfindung ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, nämlich einmal die Abstützung im wesentlichen auf der ganzen Länge des Querschnittes der Dehnungswelle oder in der Nähe des Verbindungsstückes, das im folgenden noch genauer erklärt werden wird, in einer schmalen Ringzone oder in einer 'Mehrzahl von Ringzonen.
Ehe auf die Wirkung der neuen Anordnung eingegangen wird, sei zunächst das in der Fig. i dargestellte Ausführungsbeispiel erläutert. Die Scheibe i, die z. B. die Laufscheibe einer radial beaufschlagten Turbine sein möge, soll ihr Drehmoment auf die Welle 3 übertragen. Zu diesem Zweck ist eine Verbindung 2 mit Feder und gut vorgesehen. Die Scheibe i soll in radialer Richtung wärmebeweglich sein. Infolge der in der 1Taschine herrschenden Betriebsverhältnisse ist im Raum 9 ein Überdruck gegenüber dem Raum io vorhanden, so daß die beiden Räume in der Nähe der Welle gegeneinander abgedichtet sein müssen. Außerdem ruft der seitliche Überdruck im Raum 9 eine gewisse Schrägstellung der Scheibe i hervor. Die freie Wärmebeweglichkeit der Scheibe und die Abdichtung des Überdruckes geschieht durch eine an sich bekannte Dehnungswelle 6, die in einen Ring i i übergeht, der über das Stück 4. und die Mutter 3 in seiner Lage gehalten wird. Dieser Ring .I. sowie ein weiterer Ring S dienen nun gemäß der Erfindung zur äußeren Abstützung der Dehnungswelle 6 gegen den inneren Überdruck, und zwar ist hier die Ausbildung gewählt, daß die Abstützung nur in einzelnen Ringflächen 7 bzw. 7a erfolgt. Dabei liegt die letzte Ringzone 7 in der Nähe des Bogenstückes 1z, das die beiden Schenkel 13, welche die Form eines geraden Balkens aufweisen, verbindet. Das Verbindungsstück 1a braucht naturgemäß keinen bogenförmigen Querschnitt zu besitzen, sondern kann auch einen geraden Querschnitt aufweisen. Ebenso können die beiden hier als gerade gezeichneten Schenkel 13 eine gekrümmte, beliebige Form haben.
Die durch die Erfindung erzielte Wirkung ergibt sich aus folgender Überlegung. Betrachtet man eines der geraden Balkenstücke 13 bis zum Ansatz an den Bogen 1z, so ist, wenn dieser Balken nur bei i.t und ; gestützt wäre, das größte Moment 21 im Balken bei der Spannlänge i und dem Überdruck p Unterstützt man jetzt den Balken in einer Ringzone (z. B. in 7a), so ergibt sich ein 'Moment eine Unterstützung in zwei Ringzonen ergibt einen Wert von eine Unterstützung in drei Zonen ein 'Moment Durch Wahl der unterstützenden Ringzone kann also die Größe des Momentes soweit herabgesetzt werden, wie es im Hinblick auf die Elastizität der Dehnungswelle wünschenswert ist. Im Grenzfalle wäre die Delinuiigswelle auf ihrer ganzen Länge abzustützen.
`renn durch die Abstützung die Beanspruchungen der balkenförmigen Teile des Querschnittes verringert «-erden, so kann also die Balkendicke kleiner gehalten werden als in dem Verbindungsbogen 12. Hier kann die Wandstärke nach dem größten Ü herdriiclt unabhängig von den anschließenden Balkenstücken bestimmt «-erden.
Die Bedeutung der Unterstützung der Balken in Ringzonen sei an Hand der Fig. 2 erläutert. Durch den inneren Überdruck p wird der Balken in den Zwischenraum i i vor der Ringzone 7 hineingedrückt. Infolgedessen wird, wie ohne weiteres ersichtlich ist, das rechtsliegende nicht unterstützte Balkenende entsprechend der Linie 16 nach innen eingebogen, und zwar um den Betrag Ar. Infolge des inneren Überdruckes und bei unilaufenden Scheiben noch infolge der Fliehkraft «-erden die Balken 13 auseinandergezogen, und zwar um einen Betrag Ar'. Wählt man jetzt die Abmessungen so, daß Ar im wesentlichen Ar' ist, so bleibt der Endpunkt E des Balkens bei den im Betrieb auftretenden Verformungen praktisch unverändert im Raum, d. h. die Verformung wird gleich -Null. Hierdurch ergibt sich offensichtlich eine günstige Werkstoffausnutzung im nicht abgestützten Verbindungsstück 1a.

Claims

PATENTANSPRCCHE: i. Zur Verbindung einer Scheibe niit ihrem Träger bei Kreiselmaschinen, insbesondere radial beaufschlagten Turbinen dienende, einem inneren überdruck ausgesetzte Dehnungswelle, deren Querschnitt sich aus zwei im wesentlichen geraden Balken und einem Verbindungsstück, insbesondere in Form eines Bogenstückes zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der elastischen Dehnungswelle so gering bemessen ist, daß sie sich unter der Wirkung des inneren Überdruckes verformen würde, und daß die federnden Schenkel zwischen Ansatzstelle am Verbindungsstück und der Angriffsstelle an Scheibe oder Träger außen gegen den inneren überdruck abgestützt sind. ä. Dehnungswelle nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Nähe des Verbindungsstückes nur in einer schmalen Ringzone abgestützt ist. 3. Dehnungswelle nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf der ganzen Länge der geraden Balken nur in einzelnen Ringzonen abgestützt ist. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands :vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden. Deutsche Patentschriften Nr. 423 465, 594484.