EP1378629A1 - Rotor für eine rotierende thermische Maschine sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
- F01D5/066—Connecting means for joining rotor-discs or rotor-elements together, e.g. by a central bolt, by clamps
Definitions
- the present invention relates to the field of rotary thermal Machinery. It relates to a rotor according to the preamble of the claim 1 and a method for producing such a rotor.
- the rotor can be made up of a plurality of individual ones For example, see US-A-3,967,919 or US-A-6,152,697).
- a rotor may be made of a nickel-based alloy while in Lower temperature (e.g., ⁇ 630 ° C) regions made of creep-resistant steel. If the rotor is welded together from individual forgings is It is possible to use the range of nickel-base alloys on rotor sections Temperatures above about 600 ° C limit and so the cost too reduce. The temperature in the area of the welded connection should be lower than that for the pure steel material, because the thermomechanical Properties of the compound are worse than those of the pure material.
- the rotor comprises forgings, which consist of a high-strength Consist of steel, and forgings, which are made of a high-temperature resistant Alloy, in particular a nickel-based alloy exist.
- the screw connection The forgings are preferably by means of screws which in axial Direction are arranged.
- a first advantageous embodiment of the invention is characterized by that at two together screwed forgings each at least the first forging with an outwardly projecting coaxial flange with Has axial through holes, and that screws from the outside through bolted through the through holes with the second forging are.
- the second forging has blind hole thread into which the screws are screwed in, with the second forging from a high-strength steel, and that the first forging and the screws from one high-temperature-resistant alloy, in particular of a nickel-based alloy, consist.
- a second advantageous embodiment of the invention is characterized in that with two forged together two forgings each projecting inwardly into an internal space, have coaxial flange with axial through holes, and that the two forgings by means of the through holes mated screws and nuts are screwed together.
- a third advantageous embodiment of the invention is characterized by that with two forged together, the first forged piece made of a high-strength steel and the second forging of one high-temperature-resistant alloy, preferably of a nickel-based alloy, insist that the first forging is made with a coaxial intermediate ring welded high-strength steel is that the intermediate ring and the second Forge each one inward into an inner space have protruding, coaxial flange with axial through holes, and that the intermediate ring with the welded first forging and the second forging by means of inserted through the through holes Screws and nuts are screwed together.
- Fig. 1 is a section of a threaded connection in a longitudinal section between the individual forgings of a rotor according to a first Embodiment of the invention reproduced.
- the rotor 10, preferably belongs to a steam turbine is made of at least two disk-shaped Forged pieces 11 and 12, along an axis 18th (Rotor axis) are arranged one behind the other and firmly connected to each other.
- the Connection takes place as a screw connection by means of screws 16 on the outside of the rotor 10 arranged distributed over the circumference and in the direction of Axis 18 are aligned.
- the left forging 11 is arranged in a thermally less loaded area of the steam turbine is made of a high strength steel while the right forging 12 is made of a high-temperature resistant nickel-based alloy.
- the two forgings 11, 12 are joined together to form a hollow space 13.
- the right forging 12 has on the connection side to the outside protruding, coaxial flange 17, the axial through holes 15th having. Through the through holes 15 are from the outside, the screws 16th pushed through and into corresponding blind hole thread 14 in the left forging 11 screwed. Because the outside screws 16 in the vapor stream protrude, and because they are also exposed to high temperatures are They also made of a nickel-based alloy. To differences in the thermal To absorb expansion can additionally (not shown in the figures) Expansion rings made of suitable materials provided on the screws become.
- an internal screw as in the embodiments of FIGS. 2 and 3 is present.
- the flanges 21 ', 22' and 31 ', 32', respectively are provided with mutually associated through holes 24, 25 and 34, 35, plugged through the appropriate screws 26 and 36 and on the other Side are screwed by a nut 27 and 37, respectively.
- the left forging 21 is made of a high-strength steel, while the right-hand forging is made of a high-temperature resistant Nickel-based alloy exists.
- the two flanges 21 'and 22 are direct formed on the respective forgings.
- radial and / or axial access 28 or 29 provided in the left forging 21.
- the Radial accesses 28 are near the connection plane and are arranged symmetrically distributed on the circumference to avoid imbalances. If radial access 28 are used, they can either remain open or be sealed with an appropriate use before the area for the attachment of the blades can be further processed.
- the screws 16, 26, 36 and possibly the nut 27, 37 should be off Nickel-based alloy (with highest creep resistance), thereby reducing the necessary strength and thus the tightness of the screw connection sure. Since such screws have a larger thermal Expansion coefficients have as steel, the booting leads to a Operating temperature near 600 ° C to a drop in bias the Screws that can lead to a leak. It is therefore - as already above mentioned - advantageous, additional expansion rings or sleeves of austenitic To arrange material under the heads of the screws, which is even more expand as the screws themselves and so keep the preload.
- FIG. 3 is particularly preferred because here in addition to the Simplicity of assembly gained additional degrees of freedom in the design become.
- the internal screw according to FIGS. 2 and 3 is a Non - destructive testing and subsequent tightening of the screws only in Case of Fig. 2 with axial access 29 possible. In the case of Fig. 3 must for the Welded connection separated and then sealed again.
Abstract
Description
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch eine geschraubte Verbindung zwischen den einzelnen Schmiedestücken eines Rotors gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit aussenliegenden Schrauben;
- Fig. 2
- einen Längsschnitt durch eine geschraubte Verbindung zwischen den einzelnen Schmiedestücken eines Rotors gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit innenliegenden Schrauben; und
- Fig. 3
- einen Längsschnitt durch eine geschraubte Verbindung zwischen den einzelnen Schmiedestücken eines Rotors gemäss einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit angeschweisstem Zwischenring.
- Je länger der Zwischenring 38 ist, desto niedriger ist die Temperatur der Schweissverbindung 39, desto geringer ist die Verschlechterung der Eigenschaften der HAZ, und desto grösser ist die Reduzierung des Rotorgewichtes.
- Je kürzer der Zwischenring 38, desto einfacher ist es, die von den darauf befestigten rotierenden Schaufeln auf den Zwischenring 38 ausgeübten Kräfte aufzufangen.
- 10,20,30
- Rotor
- 11,12
- Schmiedestück
- 13
- Zwischenraum
- 14
- Sacklochgewinde
- 15
- Durchgangsbohrung
- 16
- Schraube
- 17
- Flansch
- 18
- Achse
- 21,22
- Schmiedestück
- 21',22'
- Flansch
- 23
- Zwischenraum
- 24,25
- Durchgangsbohrung
- 26
- Schraube
- 27
- Mutter
- 28
- radialer Zugang
- 29
- axialer Zugang
- 31,32
- Schmiedestück
- 31',32'
- Flansch
- 33
- Zwischenraum
- 34,35
- Durchgangsbohrungen
- 36
- Schraube
- 37
- Mutter
- 38
- Zwischenring
- 39
- Schweissverbindung
Claims (12)
- Rotor (10, 20, 30) für eine rotierende thermische Maschine, insbesondere eine Hochtemperatur-Dampfturbine, welcher Rotor (10, 20, 30) aus mehreren, in axialer Richtung hintereinander angeordneten und miteinander fest verbundenen Schmiedestücken (11, 12; 21, 22; 31, 32) zusammengesetzt ist, die aus unterschiedlichem, der jeweiligen thermischen Belastung angepasstem Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiedestücke (11,12; 21, 22; 31, 32) miteinander verschraubt sind.
- Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10, 20, 30) Schmiedestücke (11; 21; 31) umfasst, welche aus einem hochfesten Stahl bestehen, und dass der Rotor (10, 20, 30) Schmiedestücke (12; 22; 32) umfasst, welche aus einer hochtemperaturfesten Legierung, insbesondere aus einer Nickelbasis-Legierung, bestehen.
- Rotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschraubung der Schmiedestücke (11, 12; 21, 22; 31, 32) mittels Schrauben (16, 26, 36) erfolgt, welche in axialer Richtung angeordnet sind.
- Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei miteinander verschraubten Schmiedestücken (11, 12) jeweils wenigstens das erste Schmiedestück (12) einen nach aussen vorstehenden, koaxialen Flansch (17) mit axialen Durchgangsbohrungen (15) aufweist, und dass Schrauben (16) von aussen durch die Durchgangsbohrungen (15) hindurch mit dem zweiten Schmiedestück (11) verschraubt sind.
- Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schmiedestück (11) Sacklochgewinde (14) aufweist, in welche die Schrauben (16) eingeschraubt sind.
- Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schmiedestück (11) aus einem hochfesten Stahl, und dass das erste Schmiedestück (12) und die Schrauben (16) aus einer hochtemperaturfesten Legierung, insbesondere aus einer Nickelbasis-Legierung, bestehen.
- Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei miteinander verschraubten Schmiedestücken (21, 22) beide Schmiedestücke (21, 22) jeweils einen nach innen in einen innenliegenden Zwischenraum (23) vorstehenden, koaxialen Flansch (21', 22') mit axialen Durchgangsbohrungen (24, 25) aufweisen, und dass die beiden Schmiedestücke (21, 22) mittels durch die Durchgangsbohrungen (24, 25) gesteckter Schrauben (26) und entsprechender Muttern (27) miteinander verschraubt sind.
- Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Schmiedestücke (21, 22) Zugänge (28, 29) zum innenliegenden Zwischenraum (23) vorgesehen sind, durch welche die Verschraubung der beiden Schmiedestücke (21, 22) vorgenommen werden kann.
- Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugänge (28, 29) radial und/oder axial angeordnet sind.
- Rotor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,, dass das erste der beiden Schmiedstücke (21) aus einem hochfesten Stahl und das zweite Schmiedestück (22) aus einer hochtemperaturfesten Legierung, insbesondere aus einer Nickelbasis-Legierung, besteht, und dass die Zugänge (28, 29) im ersten Schmiedestück (21) angeordnet sind.
- Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei miteinander verschraubten Schmiedestücken (31, 32) das erste Schmiedestück (31) aus einem hochfesten Stahl und das zweite Schmiedestück (32) aus einer hochtemperaturfesten Legierung, vorzugsweise aus einer Nickelbasis-Legierung, bestehen, dass das erste Schmiedestück (31) mit einem koaxialen Zwischenring (38) aus hochfestem Stahl verschweisst ist, dass der Zwischenring (38) und das zweite Schmiedestück (32) jeweils einen nach innen in einen innenliegenden Zwischenraum (33) vorstehenden, koaxialen Flansch (31', 32') mit axialen Durchgangsbohrungen (34, 35) aufweisen, und dass der Zwischenring (38) mit dem angeschweissten ersten Schmiedestück (31) und das zweite Schmiedestück (32) mittels durch die Durchgangsbohrungen (34, 35) gesteckter Schrauben (36) und entsprechender Muttern (37) miteinander verschraubt sind.
- Verfahren zum Herstellen eines Rotors nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt der unverschweisste Zwischenring (38) mit dem zweiten Schmiedestück verschraubt wird, und dass in einem zweiten Schritt das erste Schmiedestück (31) mit dem angeschraubten Zwischenring (38) verschweisst wird.
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PLAB | Opposition data, opponent's data or that of the opponent's representative modified |
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Opponent name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Effective date: 20070525 |
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