DEM0026797MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 9. April 1955 Bekajnntgemacht am 5. April 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft einen Trommelläufer für Kreiselmaschinen, insbesondere für Gasturbinen mit axialer Dürchströmrichtung, der aus einzelnen, untereinander zentrierten und mit Laufschaufeln besetzten Radscheiben zusammengesetzt ist.

Bekannt ist eine Verbindung, bei der an einander gegenüberliegenden Seiten der Tragscheiben axiale Ringansätze mit Innengewinde angebracht sind, in die als besonderes Verbindungsglied zwischen benachbarten Scheiben ein Gewindering mit entsprechenden Außengewinden eingeschraubt ist. Diese Läuferbauart ist insofern vorteilhaft, als bei erforderlichen Instandsetzungen einzelne Tragscheiben ohne erheblichen Aufwand lediglich durch Lösen der Schraubverbindung ausgewechselt werden können. Bei diesem Läufer ist das Verbindungsglied zwischen den Tragscheiben! als einfacher Gewindering mit Rechteckquerschnitt ausgebildet; die gegenseitige Zentrierung der Scheiben ist radial außerhalb des Gewinderinges als Ring angeordnet. Dadurch ergeben sich die Nachteile, daß der Gewindering von außen nicht zugänglich ist, und daß die Verbindung infolge unterschiedlicher Dehnungen im Betrieb locker werden kann.

Zur Vermeidung dieser Mängel wurde schon eine elastische Schraubverbindung vorgeschlagen, bei welcher in einer besonderen Ausführungsform als Verbindungsglied zwischen benachbarten Scheiben ein U-förmiger Gewindering in die Ringansätze zweier benachbarter Scheiben eingeschraubt ist. Für

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diese besonders in axialer Richtung recht elastische Verbindung ist jedoch noch' ein drittes Gewinde, das zur Ermögliehung axialer Dehnungen mit großem Spiel ausgeführt wird, erforderlich. Außerdem liegt auch bei dieser Schraubverbindung der U-förmig profiliierte Gewindering innerhalb der Zentrierung, so daß er von außen nicht zuverlässig angezogen und nachgezogen· werden kann.

Ferner ist ein Trommelläufer bekannt, der aus

ίο einzelnen Scheiben zusammengesetzt und von die Scheiben durchsetzenden, axial wirkenden Spannankern zusammengehalten ist. Zwischen den die Schaufeln tragenden Scheiben sind sogenannte Abstandhalter mit I-Profil angeordnet. Die am Umfang oder in der Mitte der Scheiben für die Spannanker vorgesehenen Bohrungen haben wiederum den Nachteil, daß beim Umlauf an deren Rändern sehr hohe Spannungsspitzen erzeugt werden, die häufig die Ursache für Dauerbrüche bilden bzw. die Belastbarkeit durch Fliehkräfte beim Umlauf begrenzen.

Die den bekannten Läuferbauarten anhaftenden Nachteile werden nach vorliegender Erfindung bei einem Trommelläufer, der aus einzelnen, untereinander zentrierten und mit Laufschaufeln besetzten Scheiben ohne Bohrungen zusammengesetzt ist, an denen auf einander gegenüberliegenden Seiten axiale Ringansätze mit Innengewinde angebracht sind, in die als Verbindungsglied zwischen benachbarten Scheiben je ein Gewindering eingeschraubt ist, dadurch überwunden, daß der Gewindering ein etwa I-Profil aufweist, in dessen Innenflansch die den Innengewinden der Ringansätze entsprechenden Außengewinde eingearbeitet sind, und dessen Außenflansch als Abstandhalter mit seinen Stirnflächen an den Seitenflächen der Tragscheiben anliegt. Dadurch wird eine hohe Steifigkeit des zusammengesetzten Baukörpers erreicht. Da längs des Läufers die Temperatur des Arbeitsmittels sich ändert, auch' bei Belastungsänderungen schnell andere Verteilungen dter Temperatur des Läufers möglieh sind!, ist es wesentlich, zu der Biegesteifigkeit mittels axialer Anlage und Verspannung noch eine gewisse Elastizität in radialer Richtung hinzuzufügen.

Die Zentrierung der Scheiben untereinander wird dabei zweckmäßigerweise auf einem dem Gewindering-Innendürchmesser gegenüber kleineren Durchmesser angeordnet.

.50 Bei geringerem Temperaturgefälle zwischen den einzelnen Stufen genügt zwar schon ein mit gewöhnlichem I-Profil ausgebildeter Gewindering. Für größere Dehnungsunterschiede dagegen kann man dem Abstandsring ein doppelstegiges Profil geben, wodurch man zugleich eine elastische Anlenkung der für die Verschraubung nach beiden Seiten erforderlichen Gewinderingansätze an den äußeren, die Abstandhaltung festlegenden Flansch erhält. Besonders bei diesem doppelstegigen Profil

■60 bleibt dadurch, daß der Innenflanisch des Gewinderkiges unter die axialen Ringansätze der Scheiben greift und durch Fliehkrafteinwirkung stets nach außen gedrückt wird, unter allen Betriebsbedingungen ein guter Formschl'uß in den Gewindegängen erhalten. Erforderlichenfalls kann man die 65 Betriebsdehnungen von Gewindenngen und Tragscheiben noch durch Aufheizung und geeignete Gestaltung einander angleichen. In manchen Fällen mag es schon genügen, wenn die axialen Ringansätze der einzelnen Radscheiben und die das zugehörige Außengewinde tragenden Flanschhälften des Innenflansches der Gewinderinge auf verschiedenen Durchmessern angeordnet sind. Zusätzlich kann man dann noch im äußeren Flansch der Gewinderinge Durchbrüche, z. B¹. Bohrungen oder kleine Kanäle, vorsehen, durch die heißes Treib- bzw. Fördermittel in die Ringräume neben den Scheiben eindringen kann, und die jeweils von der Scheibe und dem Steg des Gewinderinges gebildeten Wandungen eines jeden Ringraumes so aufheizt, daß die eintretenden Wärmedehnungen den Formschluß in der Gewindeverbindung in allen Betriebszuständen wahren.

Zur Steuerung des Wärmeüberganges auf den Gewindering kann aber auch- dessen Außenflansch hohl ausgebildet werden, oder es können zusätzlich Dichtungs- bzw. Dämmringe angeordnet werden, die außerhalb des. Außenflansches eine Wärmedämmzöne bilden. Mit diesen Mitteln können zugleich auch die gewünschten bzw. erforderlichen go Wärmedehnungen zur Einhaltung des Formschlusses beeinflußt werden.

Die Sicherung der Schraubverbindungen wird in einfachster Weise durch radiale Gewindestifte, die in der Trennfuge zwischen der Radscheibe und der Stirnseite des Gewinderinges angeordnet sind, vorgenommen. Man kann aber auch in bekannter Weise den beiden Gewinden eines jeden Gewinderinges verschiedene Steigungen geben, wobei die beiden_ Gewinde gleichen oder gegenläufigen Drehsinn haben können. Dadurch wird zugleich die axiale Spannkraft begünstigt. Gewinderinge mit doppelfstegigem Profil können auch durch gegenseitige 'Verspannung der Innenflanschhälften mit Hilfe von Keilstücken unter Verwendung radialer Spannbolzen gesichert werden.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele von Läufern nach der Erfindung erläutert. Die zugehörigen schematischen Darstellungen zeigen in

Fig. ι einen zweistufigen Läufer einer Abgasturbine, deren Schaufeln durch X-Naht-Schweißung mit den Radscheiben verbunden sind,

Fig. 2¹ die Verbindung zweier Radscheiben mit einem doppelstegigen Gewindering im Axial- 115. schnitt,

Fig. 3^! das Profil eines vorgefertigten Gewinderinges für eine Verbindung nach Fig. 2,

Fig. 4 a und 4b einen dreistufigen Läufer im Axialschnitt,, dessen Schaufeln in axialen Nuten mit Tannenbaum-Profil gehalten sind und

Fig. 5 die Verbindung zweier Scheiben mit einem Gewindering, dessen Außenflansch hohl ausgebildet ist.

In Fig. ι sind mit 1 und 2 die beiden Radscheiben einer zweistufigen Abgasturbine be-

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zeichnet, an denen die Schaufelkränze 3, 4 durch X-Naht-Schweißung befestigt sind. In der Mitte sind die Scheiben mit Eindrehungen 5, 6 versehen, in welche der Paßring 7 eingepaßt ist und so für die gegenseitige Zentrierung der beiden Scheiben sorgt.

An 'den einander .gegenüberliegendien Seiten der Scheiben 1, 2 sind nahe am Umfang die axialen Ringansätze 8, 9 angebracht, in die ein Innen-

gewinde eingeschnitten ist. Das zugehörige Außengewinde ist in dem Innenflansch des I-förmig profilierten Gewinderinges 10 untergebracht. Der Innenflansch ist mit 11 und der Außenflansch mit 12 bezeichnet.

. Um die zum kräftigen Anziehen des Gewinderinges erforderlichen Werkzeuge ansetzen zu können, ist der äußere Flansch 12 zunächst nach Art eines Eisenbahnprofils erheblich verstärkt. Die Kontur des überhöhten Flansches ist mit strich^ punktieften Linien in Fig. 1 eingetragen. Der überhöhte Teil· ist mit 13 bezeichnet. In diesem Teil des Flansches sind die ebenfalls strichpunktiert eingetragenen Bohrungen 14 zum Ansetzen beispielsweise eines Hakenschlüssels eingearbeitet.

Nachdem der Gewindering 10 fest angezogen ist, wobei die Stirnflächen des äußeren Flansches 12 dicht an den Seitenflächen der Radscheiben 1, 2 anliegen, wird¹ der überhöhte Teil 13 des Außenflansches durch Abdrehen beseitigt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird die Schraubverbindung durch in den Fugen zwischen den Stirnseiten des äußeren Flansches 12 und den Radscheiben 1, 2 radial angeordnete Gewindestifte 15, 16 gesichert, die zweckmäßig am Anfang und Ende der Laufschaufelkanäle untergebracht werden.

In Fig. 2 sind' 21 und 22 zwei Tragscheiben, an denen die Schaufeln 23, 24 in axial gerichteten schwalbenschwanzförmigen Nuten befestigt sind, Die gegenseitige Zentrierung der beiden Scheiben ist in dieser Darstellung nicht gezeigt. 28 und 29 sind wiederum axiale Riingansätze mit Innengewinden,, die bei diesem Ausführungsbeispiel auf verschiedenen Durchmessern angeordnet sind, wodurch sich verschiedene Abstände L zum Innenkreis des Schaiufelgitters ergeben.

Der Gewindering hat ein doppelstegiges Profil mit den Stegen 3o_ß und 3O₀. Ebenso wie die Ringansätze 28, 29 sind auch die mit Außengewinden versehenen Flanschhälften 3I₀ und 3I₆ auf verschiedenen Durchmessern angeordnet. Der Außenflansch ist mit 32 bezeichnet. Der überhöhte Teil 33 sowie die Bohrung 34 sind ebenso wie in Fig. 1 mit strichpunktiertem Linienzug eingetragen. 35 ist ein radial angeordneter Gewindestift zur Sicherung der Schraubverbindung. Auf der der Radscheibe 22 zugewendeten Stirnseite des Außenflansches 32 sind über den Umfang verteilt kleine Kanäle 37 eingearbeitet, durch die im Betrieb heißes

θο Treibmittel in den Ringkanal 38 gelangen kann.

Die Fig. 3 dient zur Erläuterung der Herstellung des in Fig. 2 gezeigten Gewinderinges 30. Nachdem die Außenkontur des Ringes beispielsweise durch Gesenkschmieden oder/und Drehen hergestellt ist, wird in den starkwandigen Steg eine tiefe Nut 39 eingestochen, so daß die beiden Stege 30/ und 30/ sowie die beiden Flanschhälften 31/ und 3i_&' entstehen. Die beiden Stege 30/ und 30/ werden dann im Warmformgebungsverfahren gegeneinandergepreßt, bis zwischen ihnen der in Fig. 2 ersichtliche ηο· geringe Spalt s von etwa 2 bis 5 mm verbleibt. Anschließend werden die . Flanschhälften 31/ und 3I₆' fertigbearbeitet, und es werden die geeigneten Außengewinde eingeschnitten.

In Fig. 4a sind 51, 52 und 53 über Gewinderinge 54 und 55 verbundene Tragscheiben eines kleinen Gasturbinenläufers, dessen Schaufeln 56, 57 und 58 in axial gerichteten Nuten mit Tannenbaumprofil an den Radscheiben befestigt sind. 59 und 60 sind die zum Gewindering 54 gehörigen Ringansätze der Scheiben 51 und 52, in welche die Flanschhälften 6i_e und 6i_& eingeschraubt sind.. Der Außenflansch 62 des Gewinderinges 54 ist an seiner Außenfläche mit kleinen Rillen 63 versehen, die im Betrieb durch Bildung einer stärkeren Grenzschicht den Wärmeübergang auf den Gewindering verringern oder bei Verwendung von Leitschaufelgittern mit innerem Deckband eine Dichtwirkung ausüben.

Zur Sicherung der Verbindung nach Fig. 4a sind über den Umfang verteilt angeordnete kleine Spannbolzen 64 mit konischem Kopf 65 vorgesehen, die in dem Außenflansch 62 eingeschraubt sind. Durch Spannen dieser Spannbolzen 64 werden die beiden Innenflanschhälften 6i_a und 6i₆ gespreizt. Zugleich können diese Spannbolzen zum Ausgleich von Verformungen während des Zusammenbaues des Läufers dienen.

In Fig. 4b sind die Ringansätze mit 69 und 70 bezeichnet, in die die Innenflanschhälften 7i_ß und 7i(, des Gewinderinges 55 eingeschraubt sind. 100.. Der Außenflansch 72 berührt hier nicht unmittelbar die Seitenwände der Scheiben 52 und 53. Es sind hier vielmehr die Dichtungs- bzw. Dämmringe 73 und 74 zwischengeschaltet, die ein Winkelprofil aufweisen, von denen je ein Schenkel 73„ bzw. 74_ß den Außenflansch unter Belassung eines Zwischenraumes überdeckt, so daß dieser Zwischenraum eine Wärmedämmzone bildet. Zwischen die beiden Stege 76 und yy des Gewinderinges 55 sind mit Hilfe des Schraubenbolzens 78 kleine Klötzchen 79 nc» eingeschraubt, die zur Verformungsbegrenzung der Verbindung dienen.

In Fig. 5 bezeichnen 81 und 82 zwei miteinander verbundene Radscheiben mit den Schaufelkränzen 83 und 84. Der Gewindering 85 verbindet über den Innenflansch 86 die beiden Radscheiben durch die Ringänsätze 89 und 90. Die Besonderheit dieser Ausführung besteht darin, daß der Außenflansch 91 des Gewinderinges 85 durch Eindrehung einer tiefen axialen Nut 92 hohl ausgebildet ist. Dadurch wird auch hier eine Wärmedämmung erreicht. Zugleich bietet die gezeigte Formgebung des Außenflansches 91 den Vorteil, daß der frei tragende äußere Teil 92_ß des Flansches 91 unter Fliehkrafteinwirkung nach außen elastisch verformt wird und dadurch der Spalt zwischen den in Fig. 5 strichpunktiert

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eingetragenen Leitschaufeln. 93 kleiner wird, so daß die hydraulischen Verluste des Läufers verringert werden.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Trommelläufer für Kreiselmaschinen mit axialer Durchströmrichtung, insbesondere für Gasturbinen, der. aus einzelnen, untereinander zentrierten und mit Laufschaufeln besetzten Scheiben zusammengesetzt ist, an denen auf einander gegenüberliegenden Seiten axiale Ringansätze mit Innengewinde angebracht sind, in die als Verbindungsglied zwischen benach-. barten Scheiben ein Gewindering eingeschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindering (10) ein etwa I-förmiges Profil aufweist, in dessen Innenflansch (11) die den Innengewinden der Ringansätze (8, o,)_ entsprechenden Außengewinde eingearbeitet sind, und dessen Außenflansch (12) als Abstandhalter mit den Stirnflächen an den Seitenflächen der Tragscheiben (i, 2) anliegt. .

2. Trommelläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung (5, 6, 7)

„■ der Scheiben auf einem dem Gewindering-Innendurchmesser gegenüber kleineren Durchmesser angeordnet ist.

3. Trommelläufer nach Anspruch 1 oder 2, .3° dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindering

(30) ein doppelstegiges Profil aufweist.

4." Trommelläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Ringansätze (28, 29) der Radscheiben (21, 22) und dementsprechend die die Außengewinde tragenden Innenflanschhälften (3¹O) Z¹Ii) ^auf verschiedenen Durchmessern angeordnet sind. . '

5. Trommelläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Flansch (32) mit Durchbrüchen (Kanälen 37) versehen ist, durch die heißes Treib- bzw. Fördermittel in die Ringräume (38) neben den Scheiben gelangen kann, so daß bei geeigneter Bemessung des radialen Abstandes (L) der axialen Ringansätze (28, 29) vom Schaufelgitterinnenkreis und der dadurch sich ergebenden Aufheizflächen der Formschluß in den Gewindeverbindungen in allen Betriebszuständen gewahrt bleibt.

6. Trommelläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenflansch (91) hohl ausgebildet ist.

7. Trommelläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Dichtungs- bzw. Dämmringe (73> 74) angeordnet sind, durch die außerhalb des Außenflansches (72) eine Wärmedämmzone gebildet ist.

8. Trommelläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubverbindung durch radial angeordnete Gewindestifte (15, 16) gesichert ist.

9. Trommelläufer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung der Schraubverbindung durch Gewinde mit verschiedenen Steigungen erfolgt, wobei der Drehsinn der Gewinde eines Gewinderinges gegenläufig oder gleichläufig sein kann.

10. Trommelläufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung der Verbindung und zum Ausgleich etwaiger Verformungen Keilstücke mit Spannbolzen (64) vorgesehen sind, welche die beiden Stege des Gewinderinges (54) spreizen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen