DE949611C

DE949611C - Scheibenlaeufer fuer Gasturbine

Info

Publication number: DE949611C
Application number: DES34115A
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-07-01
Filing date: 1953-07-01
Publication date: 1956-09-20

Description

Scheibenläufer für Gasturbine Die Erfindung entstand im Zusammenhang mit einer Gasturbine mit einem Läufer in Scheiben-Bauform besonderer Art, die nachstehend erläutert werden soll, kann jedoch gegebenenfalls auch bei anderen Scheibenturbinen mit Erfolg angewandt werden.
Die Gasturbine für hohe Temperaturen erfordert wegen der auftretenden Wärmedehnungen besondere Konstruktionsmaßnahmen, um eine hinreichende Wärmeelastizität sicherzustellen. Die Konstruktionsanforderungen werden besonders groß, wenn dieTurbine .innengekühlt ist. Folgender Weg hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen: Auf eine Welle wird eine entsprechende Anzahl von Scheiben aufgeschoben, deren Aufgabe es ist, die entstehenden Fliehkräfte aufzunehmen und das Drehmoment weiterzuleiten. Mit der Beschaufelung selbst haben diese Scheiben aber nichts zu tun. Hierfür sind vielmehr besondere Ringe vorgesehen, auf die die Schaufeln aufgesetzt, insbesondere aufgeschweißt werden und, die jeweils mit formschlüssiger Verklammerung zwischen je zwei Scheiben eingesetzt werden.
Scheiben und Ringe werden axial gegeneinander verspannt. Die Schaufelreihen liegen also nicht über den Scheibenköpfen, sondern zwischen ihnen. Bei dieser Bauform ergab sich nun eine gewisse Schwierigkeit im Hinblick auf -die nötige Steifigkeit und die hiermit in unmittelbarem Zusammenhang stehende kritische Drehzahl. Läufer dieser Bauart können nicht so -steif sein wie etwa der bekannte Trommelläufer oder der Läufer mit unmittelbar aneinander anstoßenden Scheiben. Man hätte daher in Kauf nehmen müssen, daß man - mindestens beim Hochfahren - in den kritischen Bereich gekommen wäre, eine bekanntlich unerwünschte Betriebsweise. Es entstand also die Aufgabe, die Läufersteifigkeit zu erhöhen, was gemäß der Erfindung dadurch erreicht wird, daß ein Wellenteil gleichzeitig als Träger der Scheiben und Zuganker zum Verspannen der Scheiben gegeneinander und -der andere Wellenteil nur zur Lagerung dient und über einen glockenförmigen Ansatz mit der die Scheiben tragenden Welle verbunden ist.
An sich .sind allerdings Läufer für Gasturbinen bekannt, bei denen der Scheibenteil durch einen angesetzten Wellenteil mit glockenartiger Erweiterung ergänzt ist. Jedoch ist der Grundaufbau unterschiedlich insofern, als es sich um wellenlose Scheibenturbinen handelt, bei denen an sich schon das Trägheitsmoment hinreichend groß ist. Weiter ist in allen bekannten Fällen die Verspannungskraft für die Scheiben über den glockenartigen Ansatz geführt im Gegensatz zur Erfindung, bei der der Ansatz .nicht in die Scheibenverspannung einbezogen ist, die Verspannungskraft vielmehr lediglich über die Welle eingeleitet wird.
Es ist nicht notwendig, daß der verstärkte Teil eine volle Welle ist, vielmehr kann man ihn als Hdhlwelle ausführen, was sieh für Sonderaufgaben als besonders zweckmäßig erweist, nämlich dann, wenn die Turbine mit Innenkühlung arbeitet. Man gewinnt dann die Möglichkeit einer besonders einfachen Unterbringung der Kühlmittelwege für Zu-und Abfuhr des Kühlmittels, was anhand des Ausführungsbeispieles der Figur erläutert werden soll.
Auf die Welle i ist eine Anzahl von Scheiben :2 aufgesetzt, von denen nur die erste dargestellt ist. Die Scheibe 2 besitzt einen treppenartig gestalteten Kopf 3, in den mit einem entsprechenden Gegenprofil ein Ring 4 von U-förm6gern Querschnitt eingreift. Die Scheiben und Ringe werden axial durch eine Mutter 5 gegeneinander verspannt. Die Verspannungskraft wird am anderen Läuferende durch eine Stützfläche aufgenommen. Der Durchmesser der Weile i ist zu klein, um dem Läufer die im Hinblick auf die kritische Drehzahl erforderliche Steifigkeit zu geben. Um dem abzuhelfen, ist gemäß der Erfindung folgende Maßnahme getroffen: Die Welle i ist nicht bis zum Lager durchgeführt, sondern endet mit dem Gewinde für die Mutter 5. Dafür ist jetzt -ein Wellenstück 6 mit einem wesentlich vergrößerten Durchmesser angesetzt, und zwar über ein glockenartiges Ende 7, das mit der Scheibe 2 verschraubt ist (Mittellinie 2o) und das die Steifigkeit .des Läufers zusätzlich zur Vergrößerung des Wellendurchmessers 6 erhöht.
Die Welle 6 ist als Hohlwelle mit einer Bohrung 8 ausgeführt.
Bei dieser Bauform ist Innenkühlung angenommen, und zwar reit einer solchen Auslegung, daß ein Teil des zugeführten Kühlmittels verdampft und der Dampf nach außen abgeführt wird. Hierfür ist folgende Anordnung getroffen: In die Bohrung 8 des Wellenstückes 6 ist ein Rohr 9 eingesetzt, an - das ein Flansch io angeschweißt ist. In die Welle i ist eine zum Rohr 9 gleichachsige Bothrung i i eingedreht. Der Flansch ist mit dem Ende der Welle i verschraubt. Die Bohrung 8 mündet in den Raum 12 des glockenförmigen Wellenendes 7, von" dem eine Reihe kurzer Axialbohrungen 13 ausgeht, die ihrerseits mit einer entsprechenden Zahl Radialbohrungen 14 in der Scheibe :2 in Verbindung stehen. An diese schließen sich Querfbohrungen 15 an. Wird über den Ringraum zwischen der Bohrung 8 und dem Rohr 9 Kühlmittel zugeführt, so wird dieses über die Rädiasbahrungen 14, die wie eine Schleuderpumpe wirken, und über die Querbohrungen 15 dem Raum 16 und Über die Bohrungen 17 dem Raum 18 irr Innern des U-förmigen Ringes 4. zugeführt. Infolge der Wärmeaufnahme verdampft ein Teil dieses Kühlmittels. Der Dampf wird über die Radialbohrungen i9 .in der Welle i der Wellenbohrung i i zugeleitet und strömt über das Rohr 9 .nach außen ab. Bei der dargestellten Bauform wird also neben der Erhöhung der Läufersteifigkeit gleichzeitig eine günstige Möglichkeit für die Zu- und Abführung des Kühlmittels geschaffen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Läufer für Gasturbinen mit zwei Wellenteilen und aufgesetzten Scheiben, insbesondere der Bauart, bei der die Scheibenköpfe über zwischengesetzte Ringe gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wellenteil gleichzeitig als Träger der Scheiben und Zuganker zum Verspannen der Scheiben gegeneinander und der andere Wellenteil nur zur Lagerung dient und über einen glockenförmigen Ansatz mit der die Scheiben tragenden Welle verbunden ist.
2. Läufer nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem glockenförmigen Ende der Lagerungswelle und der Turbinenwelle über die erste Turbinenscheibe hergestellt ist.
3. Läufer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Lagerung dienende Wellenteil als Hohlwelle ausgeführt ist.
4. Läufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wellenbohrung ein Rohr eingesetzt ist, das mit einer Bohrung der scheibentragenden Welle in Verbindung steht.
5. Läufer nach Anspruch 4 für Turbinen mit Innenkühlung, bei der flüssig zugeführtes Kühlmittel teilweise verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringraum der Hohlwelle zur Zuführung des flüssigen Kühlmittels, das innere Rohr zur Abführung des gebildeten Dampfes dient.
6. Läufer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an das Innenrohr ein Flansch angesetzt, insbesondere angeschweißt ist, der mit der scheibentragenden Welle verschraubt ist. In Betracht gezogene Druckschriften': Deutsche Patentschrift Nr. 814 545; schweizerische Patentschrift- Nr. 259 566; britische Patentschrift Nr. 599 829.