NO134668B - - Google Patents

Description

Anordning ved endeveis sammenspenning av navet av to seksjoner av et gassturbinhjul.

Den foreliggende oppfinnelse angår en anordning ved endeveis sammenspenning av navet av to seksjoner av et gassturbinhjul for å holde seksjonene i fast momentoverførende forbindelse med hinannen via et ringformet, i et radialplan liggende anleggsparti mellom navene, idet et festeelement som rager ut fra endeflaten av det ene nav, strekker seg gjennom en sentral boring i det annet nav og overfører en aksial spennkraft til dette via elastisk ettergivende elementer.

Skovlhjul i radialgassturbiner utføres av fremstillingstekniske grunner ofte i to seksjoner som spennes sammen endeveis. Sammenspenningen kan f.eks. foregå ved hjelp av en festebolt som rager ut fra endeflaten av det ene nav og strekker seg gjennom en sentral boring i det annet nav. Den aksiale spennkraft på det nav som er forsynt med boring, kan f.eks. overføres via en trykkhylse som omgir festeelemente og ligger an mot navet.

Når gassturbinen settes i drift, vil navene og festebolten

bli oppvarmet og forlenge seg i aksialretningen. Når turbinen har vært i drift en tid, nås en likevektstilstand hvor festebolten vanligvis vil være noe varmere enn det annet nav. Temperaturforskjellen er avhengig av belastningen på turbinen og er størst ved full last. Denne temperaturforskjell skyldes at festebolten står i direkte forbindelse med det første nav, som de varme forbrenningsgasser først kommer i berøring med, og som derfor vil være varmere enn det annet nav. Når turbinen settes i drift fra kald tilstand, vil imidlertid i en overgangsperiode det annet nav være varmere enn festeelementet. På den annen side vil temperaturen i det annet nav avta raskere enn temperaturen i festeelementet når belastningen på turbinen reduseres fra full last til null last. I en overgangsperiode vil derfor temperaturforskjellen mellom det annet nav og festeelementet bli enda større enn i likevektstilstanden ved full last.

Disse temperatursvingninger medfører en så stor relativ aksial bevegelse mellom det annet nav og festeelementet at der fås betydelige problemer med den aksiale sammenspenning. På den ene side bør sammen-spenningskraften ikke gå under en bestemt minsteverdi. Hvis på den annen side forlengelsen av det annet nav ved varmeutvidelse i full utstrekning overføres til festeelementet, fås der spenninger i dette som langt overstiger strekkgrensen, slik at der fås en varig forlengelse av festeelementet og en løsning av sammenspenningen når festeelementet igjen blir varmere i forhold til navet.

For å unngå dette er det fra NO-PS 121 183 kjent å sørge for at minst mulig av forlengelsen av det annet nav blir overført til forbindelsesorganene ved at disse ligger an mot en i boringen liggende skulder som ligger på liten aksial avstand fra radialplanet for det momentoverførende inngrepsområde, samtidig som et elastisk ettergivende element i form av en trykkhylse som overfører spennkraften fra festeelementet til den nevnte skulder, har slike klaringer i forhold til boringen i det annet nav og festeelementet at trykkhylsen vil få en temperatur som ligger meget nærmere temperaturen i festeelementet enn temperaturen i navet. Den varmeforlengelse som festeelementet må oppta når temperaturforskjellen mellom navet og festeelementet har sin høyeste verdi, blir på denne måte vesentlig redusert, idet bare en liten del av navets varmeforlengelse blir overført til festeelementet, samtidig som trykkhylsen også vil tjene som et elastisk ettergivende element som avlaster festeelementet.

I forbindelse med overgang til større radialturbiner med høyere temperaturer har det imidlertid vist seg at de transiente temperatur-forskjeller krever ettergivende elementer med en vesentlig større ettergivenhet enn hva som kan oppnås med en slik trykkhylse. Riktignok kan elastisiteten av fastspenningen økes ved anvendelse av en serie koaksiale hylser med innbyrdes anlegg ved endene, f.eks. en indre og en ytre trykkhylse med en mellomliggende strekkhylse, men da størrelsen av og driftsforholdene for radialturbiner som for tiden utvikles, kan kreve en ettergivenhet på så meget som 5-10 ganger den elastiske kompresjon

som kan oppnås med en vanlig trykkhylse, vil den nevnte løsning med flere koaksiale hylser ikke kunne brukes, da den vil kreve mere plass

■.enn der er tilgjengelig.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er således å skaffe en anordning av den innledningsvis nevnte art med et ettergivende element som alene eller eventuelt sammen med en trykkhylse som angitt i NO-PS 121 183 kan skaffe den nødvendige elastiske ettergivenhet, som selv når det ettergivende element samvirker med en i boringen i det annet nav anordnet skulder som står på liten aksial avstand fra radialplanet for det momentoverførende inngrepsområde, kan ligge på f.eks. 0,5-1,0 mm.

Dette er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved anvendelse av et ettergivende element i form av en ytre ring som har aksialt anlegg mot det annetf nav, og^spm er utformet med en krans av innad ragende fingre. Andre elementer.'i, f orbindelsesanordningen, f.eks. en rundt feste elementet liggende trykkhylse, kan stå i aksialkraftoverførende forbindelse med de indre ender av fingrene. Den ytre ring har fortrinnsvis anlegg mot en radial skulder i boringen i det annet nav. Allerede som følge av bøyningsdeformasjon av fingrene vil der oppnås en betydelig elastisk ettergivenhet. En enda større ettergivenhet oppnås imidlertid som følge av vridning av den ytre ring. For å lette denne vridning kan innerdiameteren av den radiale skulder være større enn innerdiameteren av ringen, slik at denne kan vippe om skulderens frie innadvendende kant.

Fingrene ligger hovedsakelig i et radialplan og står på liten innbyrdes avstand. De har fortrinnsvis tiltagende bredde og tykkelse utover mot ringen.Fingrene er koniske i begge plan for at spenningene skal bli konstante. Derved utnyttes materialet maksimalt.

En utførelsesform av anordningen ifølge oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til tegningen. Fig. 1 viser i aksialt snitt et utsnitt av et turbinskovlhjul for en radialgassturbin. Fig. 2 viser en del av den ring med innad utragende fingre som anvendes som elastisk ettergivende element i forbindelsen ifølge oppfinnelsen.

Turbinskovlhjulet på tegningen er satt sammen av to seksjoner

1 og 2, hver med et nav 3 resp. 4 og skovler 5 resp. 6 / Navene 3 og 4 holdes i fast momentoverførende forbindelse med hinannen via et ringformet, i et radialplan liggende anleggsparti i form av en kjent, sentrerende tannkobling 7. Navet 3 har en sentralt utragende gjenge-tapp 8 hvorpå der er skrudd inn et festeelement i form av en hylse 9. Hylsen 9 kan inngå som strekkelement i forbindelsen mellom seksjonene slik det er vist i NO-PS 121 183, men i det viste utførelseseksempel er hylsen utført relativt tykkvegget, slik at den er lite påkjent av strekk-krefter og til gjengjeld kan overføre et dreiemoment hvis det skulle være ønskelig.

Festehylsen 9 har ved sin ytre ende (den ende som ligger til høyre på fig. 1) et utvidet hodeparti 12, f.eks. med utvendig sekskant-profil, for innskruing på gjengetappen 8 på navet 3. Hodepartiet 12 tjener også som anlegg for en trykkhylse 13 som omgir festehylsen 9 med meget liten klaring og således vil ha hovedsakelig samme temperatur som denne. Den motsatte ende av trykkhylsen 13, som har svakt utvidede endepartier og hindres i å bukle seg av den relativt stive festehylse 9, ligger an mot de indre ender av fingre 14 av et elastisk etter givende element 15. Fingrene 14 rager radialt innover fra et ytre ringparti 16 som ligger an mot en i et radialplan liggende anleggsflate eller skulder 17 i en boring 18 i navet 4. Skulderen 17 har en ihner-diameter eller minste diameter som er større enn den innvendige diameter av ringen 16, slik at denne vil kunne vippe om skulderens frie innadvendende kant 19.

Den aksialkraft som er nødvendig for å holde seksjonene 1 og 2 i sentrerende og dreiemomentoverførende forbindelse med hinannen via tannkoblingen 7, overføres således fra hodepartiet 12 på festehylsen 9 via trykkhylsen 13 og elementet 15 til skulderen 17. Da denne skulder 17 ligger på liten aksial avstand fra radialplanet gjennom tannkoblingen 7, vil den aksiale varmeutvidelse av navet 4 bare i liten utstrekning bli overført til forbindelsesorganene mellom navene. Til-svarende vil aksiale sammentrekninger av navet 4 i forhold til festehylsen 9 ved lavere temperaturer i navet 4 enn i hylsen bare i begrenset grad påvirke forbindelsen mellom navene. For at der ved det høyeste forholdstall mellom temperaturen i festehylsen 9 og navet 4 skal oppnås en tilstrekkelig aksial sammenspennings-kraft på tannkoblingen 7, mens der omvendt ved det laveste forholdstall mellom disse temperaturer ikke skal fås en for stor aksial sammenspennings-kraft som kan påkjenne noen av elementene i forbindelsen utover strekkgrensen, kreves der allikevel en betydelig elastisk ettergivenhet i forbindelsen mellom navene. Den viste trykkhylse 13 sikrer en viss elastisk ettergivenhet som følge av aksialsammentrykning, men den største ettergivenhet skaffes av elementet 15. For det første vil fingrene 14 bli utsatt for en ren bøyepåkjenning som bøyer fingrene. Av# enda større betydning er det forhold at ringpartiet 16 av elementet 15 kan vri seg betydelig som følge av at dets diameter er stor i forhold til tverrsnittet. Den samlede ettergivenhet av elementet 15 setter seg således sammen av vridningsvinkelen ganger lengden av fingrene 14 og av den rene bøyning av selve fingrene.

Som det vil fremgå av fig. 2, ligger fingrene 14 relativt tett og danner mellom seg jevnt brede spalter slik at fingrene blir bredere i retning utover mot ringpartiet 16. Fig. 1 viser også at fingrene 14 har økende tykkelse utover mot ringen. Denne tiltagende bredde og tykkelse av fingrene utover mot ringpartiet 16 gir optimal utnyttelse av materialet i fingrene, idet tverrsnittet er tilpasset de på-kjenninger fingrene blir utsatt for. Elementet 15 kan fremstilles av f.eks. "Nimonic 90" eller "Waspaloy". Hele elementet 15 er meget høyt påkjent og vil i overgangsperioder være utsatt for spenninger som ligger tett oppunder strekkgrensen ved en temperatur på 630°C. Disse overgangsperioder er imidlertid relativt korte, og ved stasjonær drift ved fullt turtall er belastningene vesentlig lavere, slik at krypningen vil være tilfredsstillende liten.

Elementet 15 er ikke enkelt eller billig å fremstille, men skaffer en pålitelig elastisk ettergivende forbindelse som gir den nødvendige elastisitet uten for stor krypning ved de høye belastninger og temperaturer som det er tale om i store radialgassturbiner som for tiden er under utvikling.

Tverrsnittet av ringpartiet 16 vil påvirke de spenninger som oppstår i elementet 15, og den ettergivenhet som oppnås. Mindre dimen-sjoner vil normalt gi en økende ettergivenhet og høyere spenninger, og formen og dimensjonene av ringtverrsnittet 16 vil vanligvis måtte velges som et kompromiss mellom hensynene til ettergivenhet og spenninger. Oppfinnelsen er naturligvis ikke begrenset til et bestemt antall fingre 14. Også her dreier det seg om et kompromiss mellom spenninger og ettergivenhet, og generelt velges antall fingre 14 så høyt som mulig uten at spenningene blir for høye og fremstillings-vanskelighetene for store.

Claims (3)

1. Anordning ved endeveissammenspenning av navet av to seksjoner (1, 2) av et gassturbinhjul for å holde seksjonene i fast moment-overf ørende forbindelse med hinannen via et ringformet, i et radialplan liggende anleggsparti (7) mellom navene (3, 4), idet et festeelement (9) som rager ut fra endeflaten av det ene nav (3), strekker seg gjennom en sentral boring (18) i det annet nav (4) og overfører en aksial spennkraft til dette via elastisk ettergivende elementer,karakterisert vedat de ettergivende elementer omfatter en ytre ring (16) som har aksialt anlegg mot det annet nav (4), og som er utformet med en krans av innad ragende fingre (14).

2. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat ringen (16) har anlegg mot en radial skulder (17) med en inner-diameter som er større enn den innvendige diameter av ringen (16) , slik at denne kan vippe om skulderens frie innadvendende kant.

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2,karakterisertved at fingrene (14) ligger hovedsakelig i et radialplan og står på liten innbyrdes avstand.