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Schaufelträger für radial beaufschlagte Gas- oder Dampfturbinen mit
nur auf einer Seite befestigten Schaufeln Es ist mäglich, die Schaufeln für radial
beaufschlagtre Gas- oder Dampfturbinen bei nur einseitiger Befestigung so zu gestalten,
daß mit ihnen Umfangsgeschwindigkeiten erzielt werden können, um z. B. auch mit
hochtourigen Getriebeturbinen die größten bei Gegendruckturbinen anfallenden Gefälle
in einem einzigen radialen Durchgang für den Überdruckteil mit den üblichen hohen
Parsonschen Kennziffern zu verarbeiten. Zur, Erzielung der dann notwendigen festigkeitstechnischen
und sonstigen Eigenschaften der Schaufelträger ist vorgeschlagen worden, eine Anzahl
Scheiben mit abnehmenden Durchmessern aneinanderzureihen und von diesen Scheiben
,die dann jeweils freien äußeren Stirnseiten mit Schaufeln zu versehen. Dieser Aufbau
des Schaufelträgers ist in der Herstelllxng teuer und bedingt große Gewichte, so
daß er außer anderen Nachteilen fünfliegende Anordnung auf der Welle der anzutreibenden
Maschine oder auf der Ritzelwelle eines Zahnradgetriebes- wenig lbzw: überhaupt
nicht geeignet ist.
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Um trotz sehr hoher Umfangsgeschwindigkeiten insbesondere bei hochtourigen
Getriebeturbinen einen möglichst leichten und billigen Laufschaufelträger für nur
einseitige Befestigung radial beaufschlagter Schaufeln bei mäßigen Beanspruchungen
zu erhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mindestens je zwei Schaufelreihen,
mindestens
der mittleren Beschaufelung, von einem Ring gehalten
-,werden, wobei sich jeder dieser Ringe auf seinem. äußeren Umfang oder in der Nähe
seines äußeren Umfangs auf einer gemeinsamen Tragscheibe abstützt.
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Der Grund, zwei oder mehrere Schaufelreihen an einem Ring zu,befestigen,
ist der, .daß .damit bei schmalen Ringen die Schaufelfliehkraftmomente ohne örtliche
Überbeanspruchungen sicher auf die Tragscheibe übertragen werden können im Gegensatz
z. B. zu gleich schmalen Ringen mit nur je einer Schaufelreihe. Möglichst schmale
Ringe sind aber anzuistrdben, um ihreStützkräfte auf dieTragscheibe und .damit auch
:die Dicke der Tragscheibe möglichst gering zu halten.
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Mit der vorgeschlagenen Abstützung der Ringe wird z. B. im Gegensatz
@zu einer Abstützung .der Ringe auf dem :inneren Umfang erreicht, daß in allen Fällen
die Radialspannungen auch an den Stellen, die durch die Schaufelbefestigung geschwächt
sind und an ,denen sich daher die Biegebeanspruchungen durch die Schaufelflie!hkra?tmomente
in -verstärktem Maße, und zwar als zusätzliche Radialspannungen auswirken, in zulässigen
Grenzen bleiben. Von besonderer Wichtigkeit wird dieser Umstand, wenn die Schaufeln
-einen- zylindrisch geformten Fuß besitzen und mittels solcher Füße in entsprechenden
Bohrungen in den Ringen gehalten werden. Es wird indiesem Falle nunmehr sogar weiter
möglich, die Bohrungen auch- -in schmalen Ringen :durchgehend zu gestalten, ohne
befürchten- -.zu- mfn, ._.daß. dadurch .. lässig_-hohe Beanspruchungen an irgendeiner
Ringstelle auftreten. Durchgehende Bohrungen ermöglichen aber selbst in schmalen
Ringen einen sicheren Hält der Zylinderfüße und weiter eine Sicherung der- -Schaufeln
gegen Verdrehen oder Herausfallen durch Verstemmen oder ,durch eine andere das gleiche
bewirkende Maßnahme auf :der Rückseite der Ringe.
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Die inneren Schaufelreihen werden dagegen in den meisten Fällen mit
Vorteil an einem Ring oder an einer Scheibe befestigt, die auf ihrem inneren Teil
mit der Tragscheibe, und zwar evtl. in radialer Richtung elastisch verbunden sind,
da in ,diesem Fall die Umfangsgeschwindigkeiten unddamit ,die Spannungen dieser
tragenden Teile verhältnismäßig 'klein oder sogar 'kleiner sind als die der Tragscheibe.
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Die äußeren Schaufelreihen können mit Vorteil statt- .in besonderen
Ringen auch direkt an der Tragscheibe befestigt werden. Hierbei kann es sich evtl.
auch nur um eine einzige Sch:aufelreilie handeln. Bei Verwendung von Zylinderfüßen
für die Schaufeln kann es von weiterem Vorteil sein, die Tiefe derBohrungen ;zurAufnahme-dieser
Füße geringer zu halten als die Scheiibendicke an dieser Stelle. Man erhält dann
ein größeres Widerstan.dsrnoment in der Scheibe und somit geringere Scheibenbeanspruchungen
durch die Momente der Schaufelfliehkräfte.
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Weiter sollen erfindungsgemäß zwischen den Ringen, an denen die Schaufeln
befestigt sind, und der Tragscheibe schmale Zwischenräume vorgesehen werden, die
untereinander, an einer Stelle mit 'dem Schaufelraum und weiter mit dem Raum auf
der Tragscheibenrückseite durch Kanäle verbunden sind. Der Raum hinter der Tragscheibe
17i1!det den Entlastungsraum für den Schub des Treibmittels auf den übrigen Läuferoberflächen.
Die. Kanäle, mit :denen die erwähnten Räume mit dem Schaufelraum in Verbindung stehen,
sind an die Stelle zu verlegen, an der im Schaufelraum der Druck herrscht, die(
zum Schubausgleich notwendig :ist. Da der Entlastungsraum außen und innen je durch
eine Labyrinthdichtung abgeschlossen iiat, '.besteht in den erwähnten Räumen und
Kanälen ein andauernder Durchfluß des Treibmittels. Die Tragscheibe ist somit nicht
nur den Temperaturunterschieden des Treibmittels im Schaufelraum .entzogen; sondern
wird vielmehr fast vollständig von-Dampf gleichen Zustandes umspült, so -daß in
ihr einmal kaum nennenswerte Temperaturspannungen auftreten und sie allen Temperaturänderungen
auf Grund von Leistungsänderung-en der' Turbine ebenso schnell zu folgen vermag,
wie z. B. die feststehenden Teile der Turbine. Letzteres ist mit Rücksicht auf die
notwendigen.-Axial---und Radialspiele zwischen umlaufenden und feststehenden Turbinenteilen
von großer Bedeutung.
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Die Umspülung der Tragscheibe durch den Dampf , zum Schubausgleich
wird besonders günstig, wenn .die in 'der Tragscheibe notwendigen -Verbindungs:kanäle_..zivisrhen--ihren
beiden _Stirn;-seiten sowohl auf dem inneren-als auch auf dem äußeren Teil (dieser
Scheibe vorgesehen werden. Um die Nachteile der bei solchen Bonrungen auf-_-tretenden
erhöhten Lochrandspannungen zu vermeiden, sollen .erfindungsgemäß diese Bohrungen
windschief zur Turbinendrehachse verlaufen. Auf diese - Weise werden die Hauptspannungsebenen
der Tragscheibe, also die Ebenen senkrecht zu den Radial- und Tamgenti.alspannungen,
einmal durch diese Bohrungen nur zum geringen Teil unterbrochen, das andere Mal
können sich nur geringe Spannungserhöhungen andenLochrändern ergeben, da die windschiefen
Bohrungen benachbarte Haupt--spärinungse(ben.en an gegeneinander versetzten Stellen
durchlaufen, (so daß einer bestimmten Lochra;ndstelle in einer Hauptspannungsebene
in der benachlbarten Ebene eine Stelle entspricht, die im vollen Material Biegt,
und somit die Lochränder über die ganze Länge der Bohrung eine weitgehende Entlastung
erfahren. Andererseits ist eine Mittembohrumg in der Tragscheibe zu vermeiden.
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Die Abbildung zeigt ein Ausführungsibei#spiel für den Erfindungsgegenstand,
und zwar für Gegendruckturbinen. Die Umfangsgeschwindigkeit der äußeren Laufschaufelreihe
kann dabei 270 ni/sek. und mehr betragen, das verarbeitbare Gefälle die bei
Gegendruckdampfturbinen üblichen Höchstwerte annehmen, und zwar bei hohen Parsonschen
Kennziffern. Auch eine wirksame Regelstufe ist vorgesehen. Trotz dieser hochwertigen
Auslegung werden Gewichte und axiale Länge des Läufers
klein, so
sdaß fliegende Anordnung, wie gezeichnet, sogar auf einer Ritzelwelle möglich wird.
Im einzelnen ergibt sich: An der Tragscheibe i ohne Mitten,bohrung sind die Ringe
2 und 3 auf ihrem äußeren Umfang bei 4 und 5 aibge-stützt. DieRinge 2 und 3 tragen
je zwei Schaufelreihen 6 und 7 bzw. 8 und g. Die inneren Schaufelreihen io, zi und
12 werden durch den Ring 13 gehalten, der durch eine elastische Welle 14
an dem vorderen Wellenstumpf 15 der Tragscheibe.i bei 16 befestigt ist. -Die äußeren
beiden Schaufelreihen 17 und 18 werden unmittelbar von der Tragscheibe i gehalten.
Sämtliche Schaufeln halben Zyl:inderfüß.e ig und sind in entsprechenden Bährungen
in den einzelnen Teilen des Schaufelträgers gehalten. Die Ringe 2, 3 und 13 bilden
mit der Tragscheibe -i die Zwischenräume 2o, 2 1 und 22, die durch die Kanäle 23
und 24 untereinander, durch die Kanäle 25 mit dem Schaufelraum und durch die win'd'schie
en Bohrungen 26 und 27 mit dem Raum hinter der Tragscheibe verbunden sind.