DE838523C - Laeufer fuer Kreiselmaschinen, insbesondere Gasturbinen - Google Patents

Description

Fig. ι zeigt einen Läufer für Kreiselmaschinen, welcher quer zur Drehachse unterteilt aus mehreren Stücken, und zwar den Rädern 2 bis 4 und den Wellenstummeln 1 und 5, derart zusammengesetzt ist, daß jeweils zwei aufeinanderfolgende Stücke, z. B. die Stücke 2 und 3. durch eine Verbindungo, 7 zusammengezogen sind.

Mine Verbindung der dargestellten Art. für manche Kreiselmaschine zulässig, erweist sich jedoch insbesondere dann als unzulässig, wenn der Läufer bestimmt ist, den hohen Temperaturen und den starken Wärmeströmen ausgesetzt zu werden, wie sie in einer Gasturbine vorkommen.

Die um grot.ie Beträge voneinander verschiedenen Temperaturen verursachen große Relativausdehiiungen zweier aufeinanderfolgender Läuferstücke, und die starken Wärmeströme, welche die Verbindung durchsetzen, erzeugen starke Temperaturgradienten in denjenigen Teilen, durch welche die von der Verbindung ausgeübten Kräfte fließen, und außerdem Temperatursprünge in den Kontaktstellen der Verbindung, und als Folge dieser Temperaturgradienten und Temperatursprünge ergeben sich weitere Relativausdehnungen.

Die natürliche Elastizität der Verbindung reicht nicht aus, um diesen Relativausdehnungen folgen zu können, so daß die Elastizitätsgrenze des Werkstoffes überschritten wird und außerdem die Kontaktstellen der Verbindung beginnen, sich reibend aufeinander zu bewegen. Diese Vorgänge, die bei jeder Betriebsschwankung wechseln, führen daher schon sehr bald zur Lockerung der Verbindung.

Die Erfindung besteht daher darin, daß Mittel vorgesehen sind; welche die Elastizität der Verbindung in mindestens axialer Richtung über ihr natürliches Maß hinaus erhöhen. Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß diese Mittel derart vorgesehen sind, daß sie gleichfalls die Stromdichte der durch die Verbindung und insbesondere durch deren Kontaktstellen fließenden Wärme verringern.

ίο An Hand der Fig. 2 bis io werden Ausführungsbeispiele beschrieben, und gleichzeitig wird auch die Erfindung erläutert.

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Verbindung, welche an Stelle von 6 und j der Fig. ι treten soll.

Der Ansatz 8, 9, 10 des Läuferstücks 2 trägt Außengewinde, dessen Teile 11 und 12 in einem Zug geschnitten sein können. Er ist mit dem Ansatz 13 des Läuferstücks unmittelbar verschraubt, ,

ao wobei dessen Innengewindeteile 11 und 12 ebenfalls in einem Zug geschnitten sein können.

Dem Gewinden ist jedoch ein größeres Spiel gegeben als dem Gewinde 12, so daß Außen- und Innengewinde 11 als einander übergreifende Sicherheitsanschläge wirken, welche eine Überlastung der elastischen Verbindung verhüten. Gezeichnet ist die Verbindung in noch nicht festgezogenem Zustand, weshalb das Spiel des Gewindes 11 beidseitig gleich groß dargestellt ist.

Der Ansatz 8, 9, 10 ist in mindestens axialer Richtung elastisch gestaltet, indem Teile des Ansatzes, durch welche die von der Verbindung ausgeübten Kräfte fließen, mit mindestens zwei Reihen 14 und 15 von auf dem Umfang gleichmäßig verteilten, gegeneinander um eine halbe Teilung versetzten und einander überlappenden Schlitzen versehen sind. Die drei Teile des Ansatzes besitzen dann folgende Eigenschaften:'Teil 8 ist mit dem Läuferstück 2 starr verbünden und trägt deshalb das als Sicherheitsanschlag dienende Gewinden; Teil 10 ist ein Ring, der sich, wie weiter unten gezeigt wird, dem Gewinde 12 besonders gut anpaßt; Teil 9 ist ebenfalls ein Ring, der mit 8 und 10 ebenfalls verbünden bleibt, daß er eine Reihe in Umfangsrichtung aufeinanderfolgender .Biegebalken bildet. Letztere gestatten dem Teil 10, sich in axialer Richtung elastisch vom Teil 8 zu entfernen oder sich ihm zu nähern. Ferner gestatten sie ihm elastisch, seinen Durchmesser zu ändern, unrund zu werden, seine Ebene gegenüber der Ebene von 8 zu neigen und sich so allen Fehlern und Formänderungen des Gewindes 12 anzupassen. Nicht jedoch gestatten sie dem Teil io, sich gegenüber 8 zu dezentrieren, weshalb diese Verbindung auch die gegenseitige Zentrierung der Läuferstücke 2 und 3 mit übernehmen kann.

Es kann sich jedoch empfehlen, hierzu sowie zur Auflage der Läuferstücke einen besonderen Zentrier- und Distanzring 17 vorzusehen, dessen Querschnitt an beiden Enden durch Kreisbögen begrenzt ist und tier sich in Ringnuten der Läuferstücke stützt. Dieser Ring schützt außerdem die Verbindung gegen Heißgase, die sonst durch das Spiel des Gewindes 11 und durch die Schlitze 14 und 15 ins Innere der Verbindung gelangen könnten.

Wird die in Fig. 2 noch locker gezeichnete Verbindung nunmehr festgezogen, so entfernt sich 10 elastisch so .lange von 8, bis auch das Gewinde 11 zum Anliegen kommt, wodurch ein weiteres Anr ziehen unmöglich gemacht und eine Überlastung des elastischen Teils 9 verhütet wird.

Im Betrieb des Läufers 'befindet sich dann das Gewinde 12 ständig unter der elastischen Vorspannung des Teils 9. Das Gewinde des Teils 10 vermag allen Deformationen des Läuferstücks 3 zu folgen, und andererseits vermögen die Deformationen des Läuferstücks 2 den Teil 10 und sein Gewinde nicht zu beeinflussen. Ferner ist der die Verbindung durchfließende Wärmestrom durch die Schlitze 14 und 15 gedrosselt, wodurch die Stromdichte der durch die Kontaktstellen des Gewindes 12 fließenden Wärme verringert ist. Zwecks weiterer Verringerung dieses Wärmestroms empfiehlt es sich, die Verbindung außerdem mit ihrem kleineren Durchmesser, also mit dem Teil 8, am heißeren· der ' beiden Läuferstücke angreifen zu lassen.

Somit sind alle Vorbedingungen dafür gegeben, daß das Gewinde 12 die beim Zusammenbau erteilte elastische Vorspannung im Betrieb aufrechterhält, sich also nicht lockert. Diese Vorspannung ist derart bemessen, daß sie ausreicht, um in allen normalen Betriebsfällen die Läuferstücke sicher zusammenzuhalten, weshalb die Lockerung des Gewindes 11, die schon nach kurzer Betriebszeit eintreten wird, unschädlich ist. Ereignet sich jedoch ein Betriebsunfall, z. B. ein Schaufelbruch, so kommt Gewinde 11, mindestens an Teilen seines Umfangs, wieder zum Anliegen und erfüllt damit wiederum seinen Zweck, als übergreifender Anschlag zu dienen und als solcher eine Überlastung der elastischen Verbindung zu verhüten.

Statt,, wie beschrieben, dem Gewinde 11 einfach ein größeres Spiel zu !geben als dem Gewinde 12, kann der Zweck des Gewindes 11, als übergreifender Sicherheitsanschlag zu dienen, auch durch andersartige Verschiedenheiten der Gewinde 11 und. 12, z. B. durch solche der Gewindeform, der Steigung, der Gangstellung, erzielt werden.

Fig. 3 zeigt eine Verbindung, bei welcher die Läuferstücke 2 und 3 ebenfalls unmittelbar miteinander verschraubt sind. Das Gewinde 12 ist jedoch auf einem zufolge seiner Scheibenform elastischen Ansatz 16 des Läuferstücks 2 angebracht. Das Gewinde 11 dient als übergreifender Sicherheitsanschlag.

Fig. 4 zeigt eine Verbindung, bei welcher die Läuferstücke 2 und 3 mittelbar durch ein Zwischenstück miteinander verschraubt sind. Dieses Zwischenstück 18 bis 22 besteht aus einem scheibenförmigen Ring mit relativ großem Außen- und 1»° relativ kleinem Innengewinde, welcher sich durch die axialen Gewindekräfte im Sinne einer Krempelung elastisch deformiert. Diese Deformation hat jedoch zur Folge, daß sein Außen- und sein Innengewinde ihre zylindrische Form verlieren, schwach 1*5 konisch werden und dann nur an einzelnen Stellen

tragen. Um das zu verhüten, kann das Zwischenstück 18 bis 22, durch welches die von der Verbindung ausgeübten Kräfte fließen, mit mindestens zwei Reihen von auf dem Umfang gleichmäßig verteilten, gegeneinander um eine halbe Teilung versetzten und einander überlappenden Schlitzen 23 bis 26 versehen sein, welche gleichzeitig· die Axialelastizität der Verbindung noch erhöhen.

Fig. 5" zeigt dieses Zwischenstück in axialer Richtung gesehen. Einer Krempelumg durch dieGewindekräfte unterliegt nunmehr hauptsächlich nur noch der Teilring 20. Die Teilringe 19 und 21 bilden je eine Reihe in L^Tmfangsrichtung aufeinanderfolgender Balken, welche sowohl auf Biegung wie auf Torsion elastisch deformiert wenden und welche die Krempelung von den das Außen- und das Innengewinde tragenden Teilringen 18 und 22 weitgehend fernhalten. Letztere sind außerdem jetzt auch radial parfcial-elastisch geworden und vermögen sich daher den Gewinden der Läuferstücke 2 und 3 besonders gut anzupassen. Schließlich verringern die Schlitze 23 bis 26 die Stromdichte der durch die Verbindung fließenden Wärme. Das Gewinde 11 in Fig. 4 dient wieder als übergreifender Sicherheitsarrfchlag, und 17 ist wieder ein Distanz- und Zentrierring.

Fig. 6 zeigt eine Verbindung, bei welcher die Läuferstücke 2 und 3 ebenfalls mittelbar durch ein Zwischenstück miteinander verschraubt sind. Dieses Zwischenstück 27 l>esteht aus einem außen und innen mit ' Sägezahngewinde versehenen Ring, dessen Außen- und Innengewinde periodisch über den Umfang, wie Fig. 7 in schiefer Projektion zeigt, derart unterbrochen sind, daß die äußeren und inneren Unterbrechungen gegeneinander um eine halbe Teilung versetzt sind und einander überlappen. Der Ring 2"] bildet dann eine Reihe in Umfangsrichtung aufeinanderfolgender Balken, welche in axialer und radialer Richtung durch Biegung und in geringerem Grade außerdem durch Krempelung elastisch deformierbar sind. Die Sagezahnform der Gewinde schaltet dabei die schädlichen Folgen, welche die Krempelung für die Gewinde haben könnte, aus. Das Gewinde 11 dient wieder, wie bei Fig. 2 beschrieben, als ül>ergreifender Sicherheitsanschlag, und 17 ist wieder ein Distanz- und Zentrierring.

Fig. 8 zeigt eine Verbindung, bei welcher die Läuferstücke 2 und 3 el>enfalls mittelbar durch ein Zwischenstück miteinander verschraubt sind. Dieses Zwischenstück 28 besteht aus einem Ring, welcher von außen eingestochen und dadurch in axialer Richtung elastisch gemacht ist. Das Gewinde 11 dient wieder als übergreifender Sicherheitsanschlag, und 17 ist wieder ein Distanz- und Zentrierring.

Als weitere Verl>esserumg können Schlitzreihen 23 und 24 angeordnet sein, wie sie bei Fig. 4 und S beschrieben wurden.

Fig. 9 zeigt eine Verbindung, l>ei welcher die Läuferstücke 2 und 3 el>enfalls mittelbar durch ein Zwischenstück miteinander verschraubt sind. Dieses Zwischenstück besteht aus einem Ring 29, 30, 31, und die Gewinde der beiden Läuferstücke 2 und 3 sind derart angeordnet, daß bei zusammengeschobenen Läuferstücken das Gewinde des links liegenden · Läuferstücks rechts vom Gewinde des rechts liegenden Läuferstücks steht, so daß der Ring 29, 30, 31 durch die Axialkraft des Gewindes auf Druck beansprucht ist. Der Ring ist mit mindestens zwei Reihen 32 und 33 von auf den Um- fang gleichmäßig verteilten, gegeneinander um eine halbe Teilung versetzten und einander überlappenden Schlitzen versehen, welche, und zwar etwa nach der als Abwicklung gezeichneten Fig. 10, derart gestaltet und bemessen sind, daß, selbst wenn ihre Breite an einzelnen Umfangssteilen zu Null werden sollte, die Elastizitätsgrenze des Ringwerkstoffs nicht überschritten wird. Ein besonderer übergreifender Sicherheitsanschlag, nach Art des Ge- ; windes 11 der Fig. 2 bis 4, 6 und 8, ist also hier gespart.

Das bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 verwendete Gewinde mit Sägezahnform kann mit Vorteil auch bei anderen Ausführungsformeti_i benutzt werden.

Die Verbindung kann einem kühlenden Luft- oder Gasstrom ausgesetzt sein, der z. B. nach den in Fig. 9 eingezeichneten Pfeilen geführt ist.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Läufer für Kreiselmaschinen, insbesondere Gasturbinen, welcher quer zur Drehachse unterteilt aus mehreren Stücken derart zusammengesetzt ist, daß jeweils zwei aufeinanderfolgende Stücke durch eine Verbindung zusammengezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die Elastizität der Verbindung in mindestens axialer Richtung über ihr natürliches Maß hinaus erhöhen.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erhöhung der Elastizität der Venbindung angeordneten Mittel derart vorgesehen sind, daß sie gleichfalle die Stromdichte der durch die Verbindung und insbesondere durch deren Kontaktstellen fließenden Wärme verringern.

3. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Läuferstück Innen-, das andere Außengewinde trägt, die unmittelbar miteinander verschraübt sind, und daß mindestens eines dieser Gewinde in einen Ansatz des Läuferstücks eingeschnitten ist, welcher in mindestens axialer Richtung elastisch gestaltet ist.

4. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Läuferstücke Gewinde tragen, welche mittelbar durch ein Zwischenstück miteinander venschraubt sind, und daß dieses Zwischenstück in mindestens axialer iao Richtung elastisch gestaltet ist.

5. Läufer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück aus einem scheibenförmigen Ring mit relativ großem Außen- und relativ kleinem Innengewinde 1*5 besteht.

6. Läufer nach Anspruch 4. dadurch ^kennzeichnet, daß das Zwischenstück aus einem Ring besteht, dessen Außen- und Innengewinde periodisch über den Umfang derart unterbrochen sind, daß die äußeren und inneren Unterbrechungen gegeneinander um eine halbe Teilung versetzt sind und einander überlappen.

7. Läufer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde der l>eiden Läuferstücke derart angeordnet sind, daß bei zusammengeschobenen Läuferstücken das Gewinde des links liegenden Läuferstücks rechts vom Gewinde des rechts liegenden Läuferstücks steht.

8. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teile, durch welche die von der Verbindung ausgeübten Kräfte fließen, mit mindestens zwei Reihen von auf den Umfang gleichmäßig verteilten, gegeneinander um eine hall>e Teilung versetzten und einander überlappenden Schlitzen versehen sind.

9. Läufer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß einander übergreifende Anschläge derart angeordnet sind, daß sie ejne Überlastung der elastischen Verbindung verhüten.

10. Läufer nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze derart gestaltet und bemessen sind, daß, selbst wenn die Breite der Schlitze an einzelnen Um fangs stellen zu Null wenden sollte, die Elastizitätsgrenze des Ringtwerkstoffs nicht überschritten wird.

11. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zweier aufeinanderfolgender Läuferstücke mit ihrem kleineren Durchmesser am heißeren der beiden Läuferstücke angreift.

12. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung einem kühlenden Luft- oder Gasstrom ausgesetzt ist.

13. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde der Verbindung Sägezahnform besitzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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