DE967359C - Geschweisster Trommellaeufer fuer axial durchstroemte Turbinen, insbesondere Gasturbinen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 7. NOVEMBER 1957

M 2048p Ia/46f

Die Erfindung befaßt sich mit der Ausbildung des Trommelläufers einer axial durchströmtea Turbine hoher TreibmitteltemperatuT·, insbesondere einer Gasturbine, dessen einzelnen die La.ufscha.ufeln tragenden und miteinander zentrierten, Scheiben durch Schweißen miteinander verbunden, sind.

Bei eimer bekannten Läuferkonstruktion der genannten Bauart sind beiderseits jeder Tragscheibe kragenförmige Ansätze zur Anbringung der Ringschweißnähte an einem möglichst großen Durchmesser langeordnet, um die gewünschte hohe Steifigkeit des Läufers im Rahmen der zur Verfügung stehenden baulichen Abmessungen zu verwirklichen. Diese Trommelkonstiruktion ist aber mit zusätzlichen Wärmespannungen in den Schauifeitragscheiben infolge radialer Temperaturunterschiede belastet, die sich vor allem bei raschen Änderungen der Treibmitteltempeiratur infolge der Abgeschlossenheit des Läuferinneren zwangläufig einstellen. Diesen Nachteil kann man nun zwar gemäß einer zweiten Bauform zumindest mildern, indem man die für die Schweißverbindung notwendigen Ringflanschansätze an einem kleineren Scheibendurchmesser anordnet und somit die radiale Beheizungstiefe der Scheiben vergrößert wird. Man erhält dadurch jedoch eine radial tiefer

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gegliederte Läuferbauform, die gegenüber der erstgenannten zudem eine wesentlich geringere Biegesteifigkeit besitzt.

Ferner ist ein Mehrscheibenläufer bekannt, dessen einzelne Scheiben am Umfang mit flanschartigen Ansätzen versehen sind, deren, Innenkontur sich nach außen kegelförmig erweitert.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe vor, einen steifen Trommelläufer zu schaffen, der geeignet ist, ίο die beim Anfahren, Abstellen oder bei sonstigen raschen Laständerungen auftretenden Schwankungen in der Höhe der Treibmitteltemperatur ohne wesentliche Zusatzspannungen zu verarbeiten·. In dieser Hinsicht sind nämlich gerade die Teilturbinen im hohen Temperäturgebiet des 'Arbeitsprozesses von gas- oder dampfförmigen Medien be~ sonders betroffen:, weil hier der Unterschied in. der Temperatur hoch ist ebenso· wie der Temperaturgradient, insbesondere bei den hochwarmfesten austenitischen Baustoffen der Tragscheiben und infolge der Trommelgestalt des vom Arbeitsmittel beheizten Läufermittelteiles. Alle Turbinen, die mit heißer Luft bzw. Verbrennungsgas, arbeiten, sind besonders ungünstig daran, da ja diezugehöfigen Arbeitsprozesse zum Erreichen einigermaßen vergleichbarer Wärmeverbräuche zu Dampf- oder Dieselanlagen hoher Eintrittstemperaturen bedürfen und die Wärmeübertragung bei gasförmigen Medien schlechter ist als bei dampfförmigen.

Die Anpassung der Trommelkonstruktion an die unterschiedlichen Arbeitsmitteltemperaturen: im Betrieb wird auch sehr erschwert, weil man wegen der Tragfähigkeit dter schaufelbesetzten Scheibenelemente des Läufers diese möglichst ohne Bohrungen auszuführen anstrebt und damit auch die Möglichkeit verliert, durch Bespüluing des Läuferimneren mit heißer Luft oder Leckgas für gleichmäßigere Bau teil temperäturen zu sorgen,. Rücksichten auf die kritische Drehzahl des Läufers, auf die Festigkeit der Leitradeinsätze und täiermodynamische Gründe führen vielfach zu mittleren Trommeldurchmessam in der Nähe des Laufgitterfußkreises, so daß der größte Teil der von der Fliehkraft schon hoch beanspruchten, Tragscheiben dem Temperatureinfluß des Arbeitsmittels in. seinem jeweiligen Zustand, abhängig von der Last, entzogen ist. Beim Wechsel zwischen verschiedenen Betriebszu&tänden der Turbine mit ihren veränderlichem Temperaturen sind zusätzliche Wärmespann ungen zu erwarten, welche die mechanische Beanspruchung der hochbeanspruchten Läuferbauelemente beachtlich erhöhen können. Außerdem behindert das ebenfalls damit zusammenhängende zeitliche Vor- und Nacheilen der Wärmeausdehnung des Läufers gegenüber dem Gehäuse oder Leitschaufelträger, demgegenüber er aber möglichst enge Laufspiele im Betrieb einhalten soll, eine Rücksichtnahme bei der Schnelligkeit solcher Laständerungen, die insbesondere bei GT-Anlagen auch im Dauerbetrieb mit Temperaturwechseln verbunden sind.

Diese nachteiligen Wirkungen einer von den mechanischen und konstruktiven Gegebenheiten her festliegenden Trommelläufergestaltung werden, gemäß der Erfindung dadurch wesentlich verringert, daß die Ringansätze zur Erzielung der größtmöglichen radialen Beheizungstiefe eine im im Vergleich zum Außendurchmesser der Läuferscheibe wesentlich geringeren Durchmesser haben und sich nach außen bis auf einen größtmöglichen Durchmesser kegelförmig erweitern. Die Merkmale, daß der Durchmesser der Ringansätze kleiner als der Außendurchmesser der Läuferscheibe ist und. daß die Ririgansätze sich kegelig nach außen erweitern, sind einzeln für sich nicht "Gegenstand der Erfindung. Die Erfindung besteht vielmehr nur in der Kombination dieser-beiden Merkmale. Die jeweilige Läüferscheibe erhält durch diese beiden Merkmale zu beiden Seiten eine kräftige Einsattelung. Auf diese Weise schafft man eine Möglichkeit, um die Läufero'berfläche auf einer größeren, radialen. Tiefe der augenblicklich herrschenden TreibmitteltemperatUT der betreffenden Entspannungsstufe auszusetzen. Der Außendurchmesser der kegelförmigen Ringansätze liegt etwa im Durchmesserhereich der die Turbinenbesehaufelung tragenden Trommelteiile. Die· ringförmigen Schweißstellen zwischen den einzelnen Tragscheiben bleiben demzufolge auf solchen Durchmessern angeordnet, welche aus Gründen der Standfestigkeit und der Dichtheit der zweitteiiligen Leitradzwischenböden bei dem betreffenden Läufer am günstigsten anzusprechen sind. Die Steifigkeit jener Ansätze kann so abgestimmt werden, daß einerseits die Schweißschrumpfspannungen keine ungünstigen Rückwirkungen auf die Tragscheiben selbst ausüben und andererseits eine gleichmäßige axiale Schrumpffoirmänderung längs des Umfanges bei ■ den möglichen UngLeichheiten einer Schweißnaht gewährleistet werden kann. In den Wänden jener kegelförmigen Ringansätze können auch leicht Durchtrittsöffnungen angebracht werden, welche eine ausreichende Belüftung der durch die Tragscheiben gebildeten Trommelhohlräume sicherstellen, ohne daß etwa ein zusätzlicher Treibmittelleckverl.ust für diie einzelne Turbinenstufe entsteht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines geschweißten Trommellaufers nach- der Erfindung im Axialschnirt durch die obere Hälfte eines aus zwei Tragscheiben bestehenden. Trommelläufers mk kegelförmigen Ringansätzen dargestellt.

Die ernndungsgemäße Bauweise eines geschweißten Trommelläufers stellt einen JKompromiß dar zwischen der Forderung nach; einer hohen Trommelsteifigkeit und der Einhaltung möglichst geringer Zusatzwärmespannungen. Der Einfachheit halber sind von dem ganzen Trommelläufer nur der Achsstummel 20 sowie die beiden ersten Tragscheiben'elemente2i und 22 wiedergegeben. Die Tragscheiben 21 und 22 sind aus. Festigkeits- iso gründen wiederum als Vollscheiben ausgebildet. Die. zugehörigen Schaufelkränze 23, 24 sind in axialen Nuten am Außenrande dieser Scheiben untergebracht. Jede Tragscheibe weist beiderseits je einen ringförmigen Ansatz 25, 26 auf, welcher kegelförmig nach außen strebt. Die gegenseitige

Verbindung der einzelnen Läuferteilstücke 20, 21, 22 erfolgt an den ringförmigen Schweißstellen. 27, 28, welche infolge der erfindungsgemäßen. Einsatte¹-lung der Tragscheiben· auf einem großen Durchmesser angeordnet sein können. Auf diese Weise erreicht man nicht allein eine strömungsgünstige Außenberandung des Trommelläufers, sondern es ist auch möglich, die Randzonen der Läuferscheiben sowie die Wandteile der Ringansätze auf einem verhäLtnäsmäßig großen Durchmesserbereich vom Arbeitsmittel der Turbine bespülen zu lassen. Mittels der Durchtritts Öffnungen 29, 30, welche als einfache Bohrungen oder als schlitzartige Durchbrüche in die Ringansätze 25 und 26 auf verschiedenen Durchmessern eingearbeitet sein können, wird weiter noch eine ausreichende Belüftung der Hohlräume 31,32 zwischen den, Tragscheiibenelementen 21 und 22 erreicht, so daß die Temperatur -auch dieser inneren. Läuferabsohnitte schneller an diejenige der Außenzonen angeglichen werden kann.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Trommelläufer für axial durchströmte Turbinen mit hoher Treibmitteltetnperatur, insl>esondere für Gasturbinen, der aus einzelnen die Laufschaufeln, tragenden und miteinander zentrierten Scheiben zusammengesetzt ist, die beiderseits mit Ringansätzen versehen sind, an deren Stößen die Scheiben durch Ringschweißnähte miteiinandier verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringansätze (25, 26) zur Erzielung der größtmöglichen radialen Beheizungsitiefe einen im Vergleich zum Außendurchmesser der Scheibe wesentlich geringeren Durchmesser haben, und sich nach außen bis auf einen größtmöglichen Durchmesser kegelförmig erweitern.
2. 2. Trommelläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der kegelförmigen Ringansätze (25, 26) etwa so groß ist wie der Durchmesser der die Beschaufelung· tragenden Trommelteile (21,22).
3. 3. Trommelläufer nach Anspruch 1 und, 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmigen Ringansätze (25, 26) der Trommelteile (21. 22) an sich bekannte Durchtrittsöffnungen (29. 30) aufweisen,, durch die das heiße Treibmittel in den Zwischenraum (31, 32) zweier benachbarter Tragscheiben gelangen kann.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften. Nr. 879343, 552 on; schweizerische Patentschrift Nr. 262892;
   französische Patentschrift Nr. 989712; britische Patentschrift Nr. 580 036.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609· 657/246 10.56 (709 751/30 10.57)