DK141944B - Turbinerotor. - Google Patents

Description

U19U

Opfindelsen angår en turbinerotor med en forlænget navdel, som til drejningsmomentoverførsel er drejefast forbundet med en turbineaksel.

Fastgørelsen af et hurtigtløbende hjul på en aksel, f.eks. en rotor på turbineakslen, frembyder forskellige problemer, hvoraf de vigtigste 5 er centreringen af rotoren på akslen for at sikre et roligt løb, overførslen af et drejningsmoment henholdsvis fra akslen til rotoren eller fra rotoren til akslen samt understøtningen mod aksialkræfter. De af centrifugalkraftspændinger betingede udvidelser af rotoren frembyder særlig alvorlige problemer i rotorens navområde. I de fleste tilfælde 10 opvarmes rotoren kraftigere end akslen, hvorved udvidelsen af rotoren henholdsvis af rotorens navparti forøges væsentligt i forhold til akslens udvidelse. Dette er en følge af forskellige varmeudvidelseskæfficienter, idet akslen i de fleste tilfælde fremstilles af stål, medens rotorerne, navnlig ved turboladere, består af letmetal. Ved de hidtil kendte udfø-15 relsesformer for rotorfastgørelser er den kendteste udførelsesform den, hvor overføringen af drejningsmomentet til akslen sker ved hjælp af kiler af hensigtsmæssig type eller ved hjælp af en mangekileaksel, henholdsvis et polygonprofil. Hertil centreres rotoren med et tyndt, som forlængelse af rotoren udført nav. Aksialkraften optages af en mod ro-20 toren liggende påkrympet ring.

Ved denne udførelsesform er det en særlig ulempe, at der i rotoren optræder forøgede kærvspændinger ved kilenoterne.

Ifølge en anden kendte udførelsesform overføres drejningsmomentet over en aksial og radial kileforbindelse fra akslen til rotoren. Kilenoter-25 ne er anbragte i rotoren på et sted, som kun i ringe grad udsættes for spænding. Ulempen ved denne fastgørelsesmåde er, at den er forholdsvis kompliceret, idet der kræves to kileforbindelser, og desuden bliver kærvspændingerne i rotorens kilenoter kritiske ved store omdrej-ningsmomenter.

30 Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en turbinerotor, ved hvilken forbindelsen mellem navet og rotorens skovlbærer samt den aksiale afstand mellem disse er således udformet, at de centrifugal kræfter, som indvirker på rotorens skovle og skovlbærer, ikke har nævneværdig indflydelse på navet, samt at den på grund af 35 driftstemperaturen optrædende opvarmning af rotorens skovle og skovlbærer ikke overføres til akslens prespasningsflade henholdsvis til krympesædet.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at rotorens navdel og skovlbærer i aksial retning er forbundne med hinanden over et varme- 2 U1944 isoieringsafsnit, at navdelen med prespasning er fastgjort til akslen, at rotoren fastholdes i aksial retning ved hjælp af et pi akslen anbragt anslag ved den pi den modsat navdelen beliggende side af skovlbæreren, at skovlbæreren kun på to steder understøttes på akslen, og at varme-5 isoleringsafsnittet er udformet med mindre tværsnit end navdelen på en sådan mide, at det er deformerbart til udbøjning i radial retning. Herved opnås den fordel, at navdelen og skovlbæreren er adskilte fra hinanden i aksial retning ved hjælp af et varmeisoleringsafsnit, således at de høje driftstemperaturer ikke overføres til akslens prespasnings-10 flade, og ved udformningen af varmeisoleringsafsnittet på en sådan måde, at det er deformérbart til udbøjning i radial retning opnås, at de på navdelen indvirkende centrifugal kræfter holdes meget små. Fastgørelsen af navdelen ved prespasning på akslen giver en enkel konstruktion, og skovlbærerens understøtning mod akslen på kun to steder 15 forhindrer, at skovlbaereren på grund af opvarmning udvider sig i radial retning og derved fjernes fra akslen.

Ifølge en fordelagtig udførelsesform kan der på den ydre omkreds af navdelen være anbragt køleribber. Derved opnås den fordel, at der navnlig ved høj varmebelastning af skovlhjulet fås en ekstra køling 20 af navdelen.

Det er endvidere muligt at anbringe en kølekanal mellem navdelens prespasningsflade og skovlbæreren, hvilken kølekanal kan være åben i retning mod akslen og være forbundet med i akslen anbragte kølemediumstilgangsledninger. Denne udførelsesform kan anvendes overalt, hvor 25 det af strømningstekniske grunde ikke er muligt at forsyne navdelen med køleribber. Kølekanalen, som afbryder navdelens mod akslen vendende prespasningsflade i dennes omkredsretning, forbindes med i akslen anbragte tilgangsledninger for et kølemedium, f.eks. luft eller en kølevæske, således at der sker en kontinuerlig køling af navdelen.

30 Endvidere kan der være anbragt friktionsforøgende midler mellem navdelen og akslen. Fastgørelsen af rotoren med navdelen på akslen kan være en sædvanlig krympeforbindelse mellem slebne flader, men til opnåelse af et forbedret friktionsgreb kan både akslen og den indvendige omkredsflade af navdelen forsynes med friktionsforøgende mid-35 ler, f.eks. ved sandblæsning, indlejring af silicium-carbidkorn o.s.v.

Til overførsel af større drejningsmomenter kan de ved påkrympning med hinanden forbundne flader være udformede som kile- eller kærv-fortandede flader.

Ifølge yderligere en udførelsesform er der mellem skovlbæreren og 3

1419 U

akslen anbragt en akselansats til presfri styring af rotoren i aksial og radial retning. Derved sikres en ensartet påsætning af skovlhjulet pi akslen.

På tegningen er udførelsesformer for opfindelsen anskueliggjort i 5 forenklet form. På tegningen viser: fig. 1 et tværsnit gennem en rotor i form af et med en aksel drejefast forbundet skovlhjul, fig. 2 et skovlhjul som det i fig. 1 viste med på den navformede fastgørelsesdel anbragte køleribber, 10 fig. 2a det i fig. 2 viste skovlhjul, set forfra, fig. 3 et skovlhjul med i den navformede fastgørelsesdel anbragt kølekanal og kølemiddeltilgangsledninger, og fig. 4 et skovlhjul med to navformede fastgørelsesdele.

I fig. 1 betegner 1 en aksel, som er forsynet med et aksialt an-15 slag 2, en ansats 3 til styring af rotoren i aksial og radial retning og en som prespasningssæde udformet akselansats 4. En skovlbærer 5 med skovle 6 samt med et deformeringsblødt udformet varmeisoleringsafsnit 7 og en navformet fastgørelsesdel 8 sættes på akslen på en sådan måde ved påkrympning, at den navformede fastgørelsesdel 8 er drejefast for-20 bundet med akslens ansats 4. Ved opvarmning af skovlbæreren 5 forhindrer varmeisoleringsafsnittet 7, at varmen overføres til den navformede fastgørelsesdel 8, som derved ville udvide sig. Derved undgås, at fastgørelsesdelen 8 som følge af påvirkningen af centrifugal kræfter eller ved termisk udvidelse af skovlbæreren 5 ligeledes udvides og der-25 ved kunne løsnes fra sit prespasningssæde på akslen. I driftstilstand, d.v.s. ved opvarmning og under påvirkning af centrifugalkraft, kan skovlbæreren 5 med skovlene 6 nå den på tegningen med stiplede linier viste position uden at dette påvirker prespasningsforbindelsen med akselansatsen 4.

30 I fig. 2 og 2a betegner 1 ligeledes en aksel, på hvilken en skovl bærer 5 med skovle 6 er fastgjort, og her er der anbragt køleribber 9 på den navformede fastgørelsesdel 8. Køleribberne 9 er anbragte på en sådan måde, at de ikke generer strømningen ved skovlene 6.

Ifølge fig. 3 er der i akslen 1 anbragt kølemiddeltilgangsledninger 35 10, som indmunder i en i retningen mod akslen åben kølekanal 11, som er anbragt i den navformede fastgørelsesdel 8. Kølemiddeltilgangsledningerne 10 står i forbindelse med en (ikke vist) kølemiddelforsyningsenhed. Over kølemiddeltilgangsledningerne kan der tilføres køleluft, kølegas eller kølevæske til kølekanalen 11, hvorved der opnås en yder-

U19U

4 ligere køling af den navformede fastgørelsesdel 8.

Ved den i fig. 4 viste udformning af skovlhjulet er akslen 1 forsynet med to som prespasningssæder udformede ansatse 4 og 4'. Samtidig har skovlbæreren 5 på hver side en navformet fastgørelsesdel 8 og 8' 5 samt et varmeisoleringsafsnit 7 og 7'. Ved denne udformning bortfalder den i fig. 1 og 2 viste styreansats 3 på akslen 1. Denne udformning er hensigtsmæssig i alle sådanne tilfælde, hvor der skal overføres store drejningsmomenter mellem akslen og skovlhjulet, og kan f.eks. anvendes til fastgørelse af to eller flere efter hinanden anbragte skovlhjul på en 10 fælles aksel.