DE7932231U1

DE7932231U1 - Arretierung von duesenringen

Info

Publication number: DE7932231U1
Application number: DE19797932231
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1979-08-15
Filing date: 1979-11-15
Publication date: 1981-02-19
Also published as: EP0024275A1

Description

tint iliHiit fii

ί "'. , ί ί«,· ',,: 104/79 I

in* lil i'* t · <

. Arretierung .von Düseriringen ;

Die Erfindung betrifft die Arretierung von Düsenringen, ;= welche im Einströmkanal von Turbinen die Einströmung des | Arbeitsmediums zu den Turbinenschaufel?! einleiten* f

Durch wechselnde Betriebsbedingungen * d.h. Erhöhung oder |

c Absenkung von Druck und Temperatur des zuströmenden Ar- |

beitsmediums, wird der Düsenring hoch beansprucht Und g

unmittelbar betroffen. Die Temperaturgradienten des zu- |

strömenden Arbeitsmediums können, je nach Betriebsart |

und Betriebszweck der Turbine, gross sein* Immer in sol- |

in chen Fällen wird sich die Betriebstemperatur des zuströ- S

menden Arbeitsmediums im Düsenring schneller einstellen |

als es im umliegenden Einströmkasten, wegen des ungleich |

grösseren Materialvolumens -_t je der Fall sein kann. Auch g spielen die unterschiedlichen TemperatiArdehnungen der

!5 verschiedenen Werkstoffe eine Rolle. Daraus wird ersieht- | lieh, dass die Arretierung des Düsenringes im Einströmkasten unterschiedlichen Temperaturdehnungen ausgesetzt j ist und deshalb so konzipiert sein muss, dass selbst bei \_ Stossbetrieb, wenn also eine Teilbeäufschlagüng vor- |

herrscht, oder bei Auf- und Abschwellen von Druck und Jg

Temperatur, der Düsenring fortdauernd im arretierten t

f	Zustand Verharren	I HiI · * Il ι ■' > ■ · t i « I I < * i I t i it it 11114 1 ill ill	• I · < it I ' i I « < *ι t nt* 4 i It	des	Düsen«
	ringes ausbleibt*	"* 2 ^M		au	HaVa-
rieh führen.	mUsSj damit ein	Ausschlägen
dehn dies würde	Unweigerlich

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Arretierung des Düsenringes zu schaffen, welche die Temperaturdehnungsdifferenzen zwischen Düsenring und Einströmkasten schadlos und wirksam auffangen kann.

Verschiedene Arretierungs- bzw* Befestigungsarten gelängen zur Ausführung.

Um die bei Betriebsbeginn, bei Stossbetrieb oder bei Wechselbetrieb sich einstellenden stark unterschiedlichen TemperatUrdehnungen zwischen Einströmkasten und Düsenring aufzufangen, wird der letztere durch lösbare oder feste Verbindungen am Einströmkasten befestigt,- Diese Befestigungsart ist aber, insbesondere bei Stoss- oder Wechsel- | betrieb, sehr anfällig. Die daraus resultierenden Wechselbeanspruchungen bewirken nämlich schon nach kurzer Zeit· die Zerstörung der Verbindung. Ein Ausschlagen des g Düsenringes ist dann die unvermeidliche Folge.

Eine andere Variante besteht darin, die anfänglich grössere Wärmedehnung des DUsenringes gegenüber dem Einströmkasten durch Vorgabe eines Sitzspieles aufzufangen. Die Anwendung dieser Arretierungsart bedingt aber, dass das \ Sitzspiel auf die maximale durch die extremste Betriebstemperatur bedingte Ausdehnung in radialer und axialer { Richtung ausgelegt wird. Bei intermediären Betriebszu- I ständen, so z.B. bei Leerlauf oder auch bei Wechselbe- |

trieb, kommt es unweigerlich, wegen des noch nicht voll beanspruchten Spieles oder wegen Spielbildung, zu einem | Ausschlagen des Düsenringes mit den gefürchteten Folgen.

I it «	Ii < < t (■ · · ■ II 1	_f }	< 4 « ι	4 i * i I <	101/79	G
ί	f ft «	I i	i	Ki
t 4 « *	< t 4 i 4 <	*it t*	I t	4 <

Diese Aufgäbe wird erfindungsgemäss mit den kennzeichrierideri Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass das vorgespannte Pederelement kraftschlüssig bei jeder Betriebstemperatür auf den Düsenring wirkt, wodurch dieser, durch die erzeugte Reibungskraft, in seinem Einströmkasteniäitz fest angedrückt wird und infolgedessen auch nicht ausschlagen kann.

Besonders vorteilhaft ist es, Wenn das Pederelement als volle Kreisringplatte ausgebildet ist, denn damit wird auch gleichzeitig eine gute Dichtung gegen die unerwünschte Umströmung des Düsenringes erzielt*

Die nebst der kraftschlüssigen noch notwendige formschlüssige Arretierung des Düsenringes in Drehrichtung zum Turbi-15· nenschaufelrad wird zweckmässigerweise durch den Einsatz eines oder mehrerer Keile erreicht, die entweder auf dem Düsenring eingeordnet öder im Einströmkasten eingelassen sind. Keilnute und Keilnutenspiel sind jeweils im anderen Teil ausgenommen.

"20 Wenn der Einsatz mehrerer Keile sich als notwendig erweisty ist es unter gewissen Gegebenheiten von Vorteil die über den Umfang verteilten Keile sowohl auf den Düsenring einzuordnen als auch im Einströmkasten einzulassen, wobei dann die entsprechende Keilnüte samt Spiel auch abwechslungsweise im anderen Teil ausgenommen ist.

Dort wo der Einbau von Keilen aus Platzverhältnissen

*· * 4 lilt 4« a au ία-

i i * I 4

vefUrimÖglicht wird öder sich Ungünstig gestaltet, empfiehlt es sich die formschlüssig^ Arretierung des Düsenringes in DrehrichtUrig zürn TurbinehschäUfelrad durch eine pölygöfie Ausbildung des DüsenringUmfänges Und der Wandung des Düserit'ingsitzes zu gewährleisten«

Eine Vereinfachung und infolgedessen billigere Ausführung ist gegeben> wenn das Federelement, nebst der Erzeugung des axialen Kraftschlusses, auch die formschlüssige Arretierung des Düsenringes in Drehrichtüng zum Turbinenschaüfelrad übernimmt.

Im folgenden werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele der erfihdungsgemässen Arretierung eines Düsenringes vereinfacht wiedergegeben und beschrieben. Alle erfindungsunwesentlichen Elemente sind nicht dargestellt. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Es zeigt:

Fig. 1 Schematische Darstellung eines Düsenringes, wobei der axiale Kraftschluss durch eine vorgespannte 'Kreisringpiatte erzeugt wird und die formschlüssige Arretierung in Drehrichtung zum Turbinenschaufelrad durch einen Keil gewährleistet ist, der auf dem Düsenring eingeordnet ist.

Fig. 2 Schematische Darstellung eines Düsenringes, wobei der axiale Kraftschluss durch eine vorgespannte

a · * w ψ ■ ·ΨΨ

104/79

Kreisringplatte erzeugt wird und die formschlüssige Arretierung in Drehrichtung zum Turbinenschaufelrad durch einen Keil gewährleistet ist, der im Einströmkasten eingelassen ist.

Fig. 3 Schematische Darstellung eines Düsenringes, wobei der axiale Kraftschluss durch eine vorgespannte Kreisringplatte erzeugt wird und die foiunschlüssige Arretierung in Drehrichtung zum Turbinenschaufelrad durch eine polygone Ausbildung des Umfangs der Düsenringunterplatte und der Wandung des Düsenringsitzes im Einströmkasten gewährleistet ist.

Fig. 1 Teilansicht von oben von Fig. 3 (Schnitt IV-IV).

Fig. 5 Schematische Darstellung eines Düsenringes, wobei die vorgespannte Kreisringplatte sowohl den axialen Kraftschluss erzeugt als auch die formschlüssige Arretierung in Drehrichtung zum Turbinenschaufelrad gewährleistet.

Fig. 6 Teilansicht von oben von Fig. 5 (Schnitt VI-VI).

Die Figuren zeigen die Turbine eines Abgasturboladers radialer Bauart. Der Düsenring 2 besteht aus einer kreisförmigen Oberplatte 1 und aus einer ebenfalls kreisförmigen Unterplatte 3» dazwischen werden in Umfangsrichtung Leitschaufeln, die nicht dargestellt sind, angeordnet j welche die Einströmung des Arbeitömediums aus dem Singe; strömungskanai 18 in Pfeilrichtung sau den tfurbinenschau-

Il ,''I'¹, ,'

dt

* M

fein 9 einleiten, wobei die letzteren ihrerseits in Umfangsrichtung auf dem Turbinenschaufelrad 11a angeordnet sind.

In Fig. 1 bildet die Ausdrehung 7 im Einströmkasten türbinenschaufelradseitig 17b den Sitz des Düsenringes 2, wobei die Düsenringunterplatte 3 auf die Sitzfläche 14 aufliegt. Diese Ausdrehung 7 weist in radialer Richtung ein Düsenringspiel 13 auf, damit die unterschiedlichen Temperaturdehnungen zwischen Düsenringunterplatte 3 und Einströmkasten turbinenschaufelradseitig 17b, sei es werkstoffbedingt oder auf Grund des zeitlich unterschiedlichen Dehnungsverlauf, aufgefangen werden können. Aus den gleichen Ueberlegungen heraus wird im Käfig 28 zugunsten der Düsenringoberplatte 1 ebenfalls in radialer Richtung gegenüber Anschlussteil 10 und Einströmkasten turbinenwellenseifcig 17a ein Düsenringspiel 13 vorgesehen. Der für die formschlüssige Arretierung gebrauchte Keil 5 ist auf der Sitzflächenseite 14 der Düsenringunterplatte 3 angebracht. Die Keilnute 4 ist im Einströmkasten turbinenschaufelradseitig 17b ausgenommen; ein Keilnutenspiel 6 fängt die unterschiedlichen Temperaturdehnungen auf, die ursächlich ebenfalls werkstoi'ibedingt sind oder auf Grund des zeitlich unterschiedlichen Dehnungsverlaufs resultieren. Selbstverständlich kann die Aufrechterhaltung der formschlüssigen Arretierung durch andere formverschiedene Elemente erreicht werden. Die das Federelement bildende Kreisringplatte 8 stützt sich ringförmig auf den Vorsatz; 12 im Käfig 28 ab und drückt ebenfalls ringförmig auf die Auflagefläche 15 des Dügenringeberplättenabsatzes l6 auf«

f t

■ η η f

1·

101/79

Vorsatz 12 und Auflagefläche 15 sind masslich so abgestimmt, • dass die Kreisringplatte 8 im kalten Zustand vorgespannt ist. Durch diese Vorspannung wird einen axialen Kraftschluss auf den Düsenring 2 ausgeübt, wodurch dieser, durch die Reibungskraft, auf die Sitzfläche 14 fest angedrückt wird. Da die Temperaturdehnung des Düsenringes während der Inbetriebsetzung derjenige des Einströmkastens 17a und 17b und des Anschlussteiles 10 vorläuft, resultiert daraus eine Zunahme des ajrialen Kraftschlusses. Dieses Anschwellen baut sich indessen mit zunehmender Temperaturangleichung im System ab, bis ungefähr die anfängliche Vorspannung wieder vorherrscht. Die anfängliche Vorspannung ist auch so gewählt, diiss selbst unterschiedliche Temperaturdehnungen aus dem Wechsel- oder Stossbetrieb absorbiert werden können.

Fig. 2 weist im Unterschied zu Fig. 1 lediglich eine andere Anordnung des zur Gewährleistung der formschlüssigen Arretierung gebrauchten Keils auf. Der Keil 19 ist bei dieser Ausführungsart im Einströmkasten turbinenschaufelradseitig 17b eingelassen und ragt aus der Sitzfläche 14 heraus. Keilnute 20 und Keilnutenspiel 21 sind an der Unterseite der Düsenriiigunterplatte 3 ausgenommen.

In Fig. 3 und 4 wird die formschlüssige Arretierung in Umfangsrichtung zum Turbinenschaufelrad 11a durch eine polygone Ausbildung des Umfangs 23 der Düsenringunterplatte 3 und, entsprechend, der benachbarten Wandung 22 des Düsenringsitzes 7 gewährleistet. Ein Spiel 24 fängt die Temperaturdehnungen auf. Dei« axiale Kraftschluss besorgt die Ktfeisrlngplatte, wie oben unter Fig, I beschrieben worden ist,

■ ••111 III! Il Il ικι ι

104/7?

Ml
f

• 4

-βIn Fig. 5 und 6 ist die Variante dargestellt, in der die
Kreisringplatte 8 sowohl den axialen Kraftschluss als auch die formschlüssige Arretierung in Drehrichtung zum Turbinenschaufelrad 11a übernimmt. Der Absatz 16 der Düsenringoberplatte 1 weist eine rechteckförmige Ausfräsung 27 auf. Auf den Umfang der Kreisringplatte 8 ist eine Kfase 25 herausgebildet. Die Kreisringplatte 8 übt nun den axialen
Kraftschluss auf die Auflagefläche 26 der Ausfräsung 27
aus, während das keilähnliche Gebilde zwischen Nase 25 und Ausfräsung 27 die formschlüssige Arretierung in Drehrichtung zum Turbinenschaufelrad 11a gewährleistet.

	ill	Il	I	f	llll	t <	It	I I
	i		Il	tt	i	I	i :
•	«it		4			)	ItI
f		I I	t		I
		I	i
HI	114		«« i	(I I

Zusammenfassung

Arretierung von Düsenringenj welche in Eirisfcrömkänäl von Turbinen die Einströmung des Arbeitsmediums zu den Türbinenschaüfein einleiten. Der axiale Kraftschlüss wird dabei durch ein Federelement erzeugt; die formschlüssige
Arretierung in Drehrichtung zum Turbinenschäüfelrad wird hingegen durch Keilverbindungen öder durch polygone Ausbildung des Düsenringümfanges und des Düsenringsitzes im Einströmkasten gewährleistet. Das Federelement kann auch die formschlüssige Arretierung übernehmen.

Anwendung bei Abgasturboladern*

(Fig. 1)

< 4<J4 4 It 4

I 4 <·

4 44

4 4

ill i t I

i I

4j

HH Ii

<4«

4 4 4

4 44 t

4 4

i i ■

Wl/79

B e .z .e .i c h η ü η g s 1 ί .s t e

1 = Oberplatte des Düsenringes

2 = Düsenring

3 = Unterplatte des Düsenringes

^ = Keilnute im Einströmkasten türbinenschaüfelradseitig

5 = Keil auf Düsenring

6 = keilriutenspiel im Einströmkasten

turbinenschaufelradseitag

7 = Ausdrehung für Düsenringsitz

8 = Kreisringplatte

9 = Radiale Turbinenschaufel 10 = Anschlussteil

lla = Turbinenschaufelrad

11b = Turbinenwelle

12 = Vorsatz für Kreisringplatte

13 = Düsenringspiei

IiI = Sitzfläche der Düseriringunterplatte

15 = Auflagefläche der Kreisringplatte

16 = Absatz der Düseriririgoberplatte

17a = Einströmkasten turbinenwellenseitig 17b = Einströmkasten turbinenschaufelradseitig

t *o«< * 4 Uli a 104/73 '

Mt flit <«<

j 4 * < l«< iti

t 4 i i t i

111 t Ii (<(«>.< < tt

18 s Einströiiikänäl

1-9 =' Keil im Einströmkästen

2Ö = KeilnUterispiel im Düsenring

Ul = KeilriUte iiri Düsenring

£2 = Polygone· Wandung des Düsenfingsitzes

$3 - Fölygöner Umfang der DÜsenringUnter-

platte

J4 = Pöiygonspiel

t$ = Nase der Kfeisringplätte

tS = Auflagefläche

t7 = Ausfräsüng

$8 = Käfig

Claims

1. Arretierung eines Düsenringes im Einatrömkanal einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenring (2) in axialer Richtung mittels eines oder mehrerer Fsder&lernente (8) kraftschlüssig bei jeder Betriebs-

c temperatur in seinem Sitz (7) angedrückt wird, während in Drehrichtung zum Turbinenschaufelrad (lla) der Düsenring (2) formschlüssig arretiert ist.

2. Arretierung eines Düssnringes nach fabuTTjC?nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pederelement (8) eine vorgespannte Kreisringplatte ist.

3. Arretierung eines Düsenringes nach¹ feclffinspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Arretierung in Drehrichtung zum Turbinenschaufelrad (Ha) mittels eines oder mehrerer Keile (5) gewährleistet ist,

je welche auf dem Düsenring (2) eingeordnet sind, wobei Keilnute (H) und Keilnutenspiel (6) im Einströmkasten (17b) ausgenommen sind.

4» Arretierung eines Düsenringes nach efnspruoh I, dadurch gekennzeichnet;, dass die forwschlüssige

ioH/79

Arretierung in Drehrichtung zum Turbinenschaufelrad (Ha) mittels eines oder mehrerer Keile (19) gewährleistet ist, welche im Einströmkasten (17b) eingelassen sind, wobei Keilnute (21) und Keilnutenspiel (20) im Düsenring (2) ausgenommen sind.

5. Arretierung eines Düsenringes nach ahspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Arretierung in Drehrichtung zum Turbinenschaufelrad (Ha) durch eine polygone Ausbildung des Düsenringumfanges (23) und der Düsenringsitzwandung (22) im Einströmkasten (17b) gewährleistet ist.

6. Arretierung eines Düsenringes nach pnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (8) sowohl den axialen Kraftschluss erzeugt als auch die formschlüssige Arretierung in Drehrichtung zum Turbinenschaufelrad (Ha) gewährleistet, indem zur Erzielung der letztgenannten Funktion zwischen Düsenring (2) und Federelement (8) eine oder mehrere keilartige Verbindungen (25, 27) ausgebildet sind.