DE914609C - Schaufelringbefestigung fuer radialbeaufschlagte Kreiselmaschinen, insbesondere Dampfturbinen - Google Patents

Schaufelringbefestigung fuer radialbeaufschlagte Kreiselmaschinen, insbesondere Dampfturbinen

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Publication number
DE914609C
DE914609C DES3535D DES0003535D DE914609C DE 914609 C DE914609 C DE 914609C DE S3535 D DES3535 D DE S3535D DE S0003535 D DES0003535 D DE S0003535D DE 914609 C DE914609 C DE 914609C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ring
blade
support ring
root support
disc
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Expired
Application number
DES3535D
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Ernst Gente
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DES3535D priority Critical patent/DE914609C/de
Application granted granted Critical
Publication of DE914609C publication Critical patent/DE914609C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/04Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/041Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the Ljungström type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Schaufelringbefestigung für radialbeaufschlagte Kreiselmaschinen, insbesondere Dampfturbinen Die beiden Grundbauteile einer radialbeaufschlagten Turbine, Schaufelring und Scheibe, stellen Körper gänzlich verschiedener Masse und Oberfläche dar. Die Folge hiervon ist, daß diese Teile sich bei Erwärmung und Abkühlung sowie bei Verformung durch äußere mechanische Kräfte, z. B. durch. ,die Fliehkraft, sehr verschieden verhalten,. Bei Erwärmung z. B. stellt sich der Ring mit seiner kleinen Masse und seiner großen Oberfläche viel schneller auf den neuen Zustand ein als die Scheibe, d. h. er dehnt sich schneller als die Scheibe. Würde man eine starre Verbindung zwischen Ring und Scheibe wählen, so würden durch die Dehnungsunterschiede derart erhebliche Beanspruchungen auftreten, daß der Baustoff sie nicht aufnehmen könnte, ohne in seinem Gefüge zu leiden: Das führt zur Lösung der starren Verbindung zwischen Ring und Scheibe und zur Anwendung von Bauformen, die eine freie und unabhängige Dehnung von Ring und Scheibe ermöglichen.
  • Von den verschiedenen, sich hierbei bietenden Möglichkeiten behandelt die Erfindung den Fall, daß die Verbindung zwischen Schaufelring und Scheibe durch einen elastischen Rohrkörper hergestellt ist, der mit dem Fußtragring aus einem Stück besteht und mit dem anderen Ende in die Scheibe eingesetzt ist. Bei den bisher bekanntgewordenen Vorschlägen dieser Art geht das elastische Rohrstück am scheibenseitigen Ende in eine Verdickung über, mit der es in die Scheibe eingesetzt ist. Der zur Übertragung des Drehmomentes nötige Kraftschluß wird bei diesem Vorschlag durch eine Stemmverbindung hergestellt.
  • Dem Bekannten gegenüber besteht die Erfindung darin, die scheibenseitige Verstärkung des elastischen Rohrstückes durch einen an der Scheibenoberfläche anliegenden Ringwulst zu bilden. Die sich hierdurch ergebenden Vorteile sind sowohl baulicher wie betrieblicher Art. Besonders wichtig ist, daß durch den vor der Scheibenoberfläche liegenden Ringwulst die an der Verbindungsstelle zwischen Rohransatz und Scheibe auftretenden Spannungen und Verformungen gewissermaßen gegenüber dem übrigen Rohrstück isoliert werden. Baulich gewinnt man den Vorteil, daß der Ringwulst zur Festlegung des Einbaumaßes dient; denn wenn er an die Radscheibe zum Anliegen kommt, so bestimmt es hierdurch eindeutig die axiale Lage des Ringverbandes. Es ist nicht möglich, den Ringkörper etwa zu weit in die Nut einzuschieben, noch ist es erforderlich, die Nut im Hinblick auf die Sicherstellung der axialen Ringlage mit besonderer Genauigkeit einzustechen.
  • Die Beherrschung der Spannungen und Verformungen im elastischen Rohrkörper kann weiterentwickelt werden. Seine Wandstärke muß so gewählt werden, daß einerseits eine Wärmeübertragung zwischen den Schaufelringen und der Scheibe weitgehend unterbunden ist, andererseits der Schaufelring bei seiner Verformung möglichst frei und unbehindert ist. Hierbei treten jedoch in dem zylinderförmigen Verbindungsstück mit wachsender Aufweitung so erhebliche Biegungsbeanspruchungen auf, daß der Baustoff dann nicht mehr in der Lage ist, sie aufzunehmen. Um hier Abhilfe zu schaffen, bleibt nichts anderes übrig, als den zylinderförmigen Verbindungsring zu schlitzen, also den Baustoffverband in sich aufzulösen und hierdurch die Tangentialspannungen gewissermaßen aufzutrennen. Neben anderen Nachteilen ist bedenklich, daß durch das Aufschlitzen die Dampfdichtheit des Abschlusses verlorengeht.
  • Wenn man die Verhältnisse untersucht, so zeigt es sich, daß die Momente, die im Verbindungsring zwischen Schaufelfußtragring und Scheibe durch die Aufweitung des Schaufelfußtragringes entstehen, an der Ansatzstelle des Verbindungsringes vom Schaufelfußtragring sehr groß sind, dann aber verhältnismäßig schnell, ähnlich der Form einer Hyperbel, abklingen. Der Baustoff wird also an dieser Ansatzstelle hoch beansprucht, während der übrige Teil des Verbindungsquerschnittes nur verhältnismäßig geringen Beanspruchungen unterliegt. Diese hohe Beanspruchung hat man, wie bereits erwähnt, dadurch mildern können, daß man den Ring schlitzte. Die Erfindung geht einen anderen Weg, und zwar geht sie von der Überlegung aus, daß man einen Weg finden müßte, der eine gleichmäßigere Heranziehung des gesamten Querschnittes zur Aufnahme der Beanspruchungen ermöglicht, denn der Weg, den gesamten Verbindungsring so stark zu machen, wie es der höchsten Beanspruchung entspricht, und ihn dann ungeschlitzt zu lassen, scheidet aus, weil der Ring dann so stark ausgeführt werden müßte, daß die nicht anwendbare starre Verbindung zwischen Ring und Scheibe entstehen würde. Die Elastizität des Ringes, die die freie und ungehinderte: Ausdehnung des Schaufelringes gegenüber der Scheibe ermöglicht, muß also beibehalten werden. Das gelingt, wenn dem Quer-` schnitt des den Schaufelfußtragring mit der Scheibe verbindenden Zwischenringes eine nach der Einspannstelle zu abnehmende Höhe gegeben wird. Der einfachste Fall eines solchen Querschnittes wäre die Dreiecksform. Es war jedoch bereits gesagt, daß der Momentenverlauf ähnlich dem einer Hyperbel ist. Sinngemäß wird man dann auch die Begrenzungslinie des Querschnittes nach einer ähnlich verlaufenden Kurve wählen. Es ist dann ohne Schlitzen dieses Zwischenringes möglich, alle auftretenden Beanspruchungen ohne Überbeanspruchung des Baustoffes aufzunehmen und gleichzeitig den Baustoff des Zwischenringes bestens auszunutzen, da dieser über seinen ganzen Querschnitt oder jedenfalls über den größeren Teil zur Aufnahme der Beanspruchungen herangezogen wird.
  • Im Schwerpunkt des Schaufelfußtragringes greift bei einer umlaufenden Scheibe die auf ihn wirkende Fliehkraft an. Diese ist bestrebt, den Schwerpunkt des Tragringquerschnittes nach außen zu verschieben, d. h. der mit dem Schaufelfußtragring verbundene Zwischenring wird gewissermaßen trichterartig aufgeweitet. In der gleichen Richtung wie die Fliehkraft des Schaufelfußtragringes wirkt auch die von den Schaufeln selbst herrührende Fliehkraft, die also ein noch weitergehendes Rufweiten des Zwischenringes zur Folge hat. Der Schaufelring hat also das Bestreben, sich schräg zu stellen. Hierdurch können Schwierigkeiten in der Einhaltung der Schaufelspiele entstehen; denn diese sind für den Fäll konstruiert und gebaut, daß der Dichtungsspalt zylindrische Form, aber nicht Kegelform hat. Man kann nun in an sich bekannter Weise durch Anbringung von Zusatzgewichten am Schaufelfußtragring oder am Zwischenring oder an beiden Momente erzeugen, die den von den beiden erwähnten Fliehkräften herrührenden Momenten mehr oder weniger das Gleichgewicht halten. Bei der Bemessung dieser Ausgleichsgewichte ist noch die Tatsache zu berücksichtigen, daß die durch die Aufw eitung im Zwischenring entstehende Schubkraft ein Moment erzeugt, das sich der Aufweitung entgegensetzt. Es wird also gegebenenfalls erforderlich sein, bei der Bestimmung der Ausgleichsgewichte auf dieses Moment Rücksicht zu nehmen.
  • Die sich gemäß der Erfindung ergebenden Verhältnisse seien an Hand der Figur erläutert. Die Schaufeln r einer radial beaufschlagten Turbine werden vom Fußtragring 2 gehalten, der in das Rohrstück 3 übergeht. Dieses ist mit einem Zylinderstück 8 in die Scheibe 4. eingesetzt und liegt mit einem Ringwulst 7 an deren Oberfläche an. Es wird in der Scheibe 4 durch eine Stemmverbindung 5 gehalten und durch eine Schweißverbindung 6 gegen Verschiebung gesichert. Im Schwerpunkt des Tragringes a greift die Fliehkraft P1 an, die eine Aufweitung des Ringes 3 zur Folge hat. In gleicher Richtung wirkt die Randkraft P2, die durch die Schaufeln erzeugt wird. Durch die starre Verbindung zwischen Tragring z und Rohrstück 3 treten in diesem Schubkräfte P4 auf, die den Ring a zurückzuhalten suchen. Der sehr starken Beanspruchung des Zwischenringes 3 wird nun gemäß der Erfindung dadurch entsprochen, daß das Rohrstück 3 nicht ein reiner Zylinderkörper ist; vielmehr ist sein Querschnitt mindestens an der einen Seite so begrenzt, daß ein vom Ring nach der Scheibe abnehmender Querschnittsverlauf entsteht. Die Begrenzungslinie ist in diesem Falle ein Kurvenstück, an das sich eine gerade Strecke anschließt. Um eine Schrägstellung der Schaufeln i zu vermeiden, sind Ausgleichsgewichte vorgesehen, die die Ausgleichskräfte P3 und P5 erzeugen. Die Kraft P3 soll dabei die Kräfte P1 und P2 ausgleichen, während die Kraft P5 zum Ausgleich der Kraft P4 dient. Die Herstellung der Ausgleichsgewichte ist selbstverständlich nur schaubildlich. Es ist nicht erforderlich, daß zwei Ausgleichsgewichte vorgesehen sind. Die beiden Gewichte können vielmehr zu einer einzigen Masse vereinigt sein. Auch soll die Abbildung nicht festlegen, daß die Ausgleichsmasse gerade an dieser Stelle angeordnet werden müßte.
  • Die im vorstehenden im Zusammenhang mit der umlaufenden Scheibe einer radial beaufschlagten Turbine angestellten Überlegungen gelten sinngemäß auch für andere radial beaufschlagte Kreiselmaschinen, in denen ähnliche Verhältnisse auftreten. Auch gelten die Überlegungen sinngemäß für den Fall der feststehenden Scheibe, bei der zwar nicht Fliehkraftbeanspruchungen, aber andere Beanspruchungen, z. B. durch einseitigen Überdruck, auftreten können.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaufelringbefestigung für radialbeaufschlagte Kreiselmaschinen, insbesondere Dampfturbinen, bei der der Schaufelfußtragring in einen elastischen, fest mit der Scheibe verstemmten, scheibenseitig verdickten Zwischenring mit einem von der Rechtecksform abweichenden Querschnitt übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenseitige Verdickung durch einen an der Scheibenoberfläche (4) anliegenden Ringwulst (7) gebildet ist. a. Schaufelringbefestigung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Zwischenringes im wesentlichen eine sich nach der Scheibe zu verjüngende Dreieckform besitzt, deren Begrenzungslinien ganz oder teilweise Kurvenstücke sind. 3. Schaufelringbefestigung nach Anspruch i oder a für Laufschaufeln, gekennzeichnet durch am Fußtragring oder am Zwischenring oder an beiden angebrachte Gewichte, welche die Momente, welche von den Fliehkräften des Schaufelfußtragringes und der Schaufeln im Querschnitt des Schaufelfußtragringes erzeugt werden, in an sich bekannter Weise ausgleichen, so daß der Schaufelfußtragring seine Zylinderform wesentlich beibehält. Angezogene Druckschriften: »Zeitschrift für das gesamte Turbinenwesen«, Verlag Oldenbourg, Jahrg. igo8, Heft 5, S. 71 und Heft 15, S. 234; MAN-Werbekatalog »Gegenlauf-Dampfturbinen«, 1934, S. 3.
DES3535D 1939-12-17 1939-12-17 Schaufelringbefestigung fuer radialbeaufschlagte Kreiselmaschinen, insbesondere Dampfturbinen Expired DE914609C (de)

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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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