DE646822C - Radial beaufschlagter Laufschaufelkranz fuer Dampf- oder Gasturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen radial beaufschlagten Laufschaufelkranz für Dampfoder Gasturbinen, dessen Schaufeln in Form von zentrifugalen Kettenlinien zwischen Tragringen verlaufen, die durch Strebenverband gegeneinander abgestützt sind, und bezweckt, eine für die Herstellung und den Betrieb der Turbine besonders günstige Ausbildung dieses für die Sicherung des axialen Abstandes

to der Schaufeltragringe notwendigen Strebenverbandes zu schaffen.

Bei den bisher bekannten Ausführungsformen der radial beaufschlagten Turbinen mit Bogenschaufeln wurde der Strebenverband als ein in sich geschlossener Ring ausgeführt, der besonders bei· goßen Turbinendurchmessern in seiner technischen Herstellung erheblichen Schwierigkeiten, zum mindesten einem erheblichen Kostenaufwand begegnen mußte.

Gemäß der Erfindung ist der Strebenverband in eine Anzahl von in umfänglicher Richtung voneinander getrennten Einzelteilen zerlegt. Diese Einzelteile können vorzugsweise unter sich gleich sein und sich in Reihenherstellung mit besonders wohlfeilen Einrichtungen und Bearbeitungsweisen herstellen lassen. Die Unterteilung des Strebenverbandes in Einzelteile bedingt daher schon vom Standpunkt der Herstellung aus ganz besondere Vorteile.

Darüber hinaus ermöglichen aber die einzelnen Stücke eine weitere Maßnahme durchzuführen, die für die betreffende Turbinenbauart von besonderer Bedeutung ist. Gerade bei solchen Turbinen mit Bogenschaufeln treten, sofern nicht besondere Maßnahmen dagegen getroffen werden, im Betrieb Kräfte auf, die bestrebt sind, die Schaufeltragringe umzukrempeln oder umzustülpen, zum mindesten jedoch zusätzliche Biegungsspannungen hervorrufen, die vermieden werden müssen. Ein als vollständig geschlossener Ring ausgebildeter Strebenverband wäre nicht geeignet, diese Erscheinungen irgendwie zu beeinjflussen. Wird aber gemäß der vorliegenden Erfindung der Strebenverband in einzelne Teile unterteilt, so wirkt jedes einzelne Strebenstück als unter der Fliehkraft in Wirksamkeit tretendes Zusatzgewicht, das, am Querschnitt der Schaufeltragringe angreifend, die auf Umkrempelung oder Umstülpung des Ringes gerichteten entgegenwirkenden Kräfte auszugleichen geeignet ist. Hierdurch verschwindet die Umstülpungskräft für die Schaufeltragringe, und es ergeben sich reine Zugbeanspruchungen in den Tragringen und , Bogenschaufeln und reine Druckbeanspruchungen in den Streben. Bei reinen Zug- oder Druckbeanspruchungen wird im Gegensatz zu Biegungsbeanspruchungen der Baustoff festigkeitstechnisch voll ausgenutzt, so daß sich hierdurch eine denkbar leichte Bauart ergibt. Dies ist von großer Bedeutung für den Bau von Laufschaufelkränzen und ermöglicht die Erreichung von hohen Umfangsgeschwindigkeiten. Ferner ermöglichen die kleinen Baustoffquerschnitte einwandfreie Vergütung des Baustoffes, und die Wärmespannungen

können innerhalb kleiner Werte gehalten werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung an Hand der in den Zeichnungen in Abb. ι bis 30 dargestellten Ausführungsbeispiele.

Davon stellt Abb. 1 einen Teil eines Schaufelkranzes gemäß der Erfindung dar. Abb. 2 zeigt ein Teilstück des zum gleichen Schaufelkranz gehörenden unterteilten Strebenverbandes.

Die zusammengehörenden Abb. 3, 4 und 5 stellen ein weiteres Ausführungsbeispiel dar, und Abb. 6 zeigt ein Teilstück des zusammengesetzten Strebenverbandes für den gleichen Schaufelkranz. Die zusammengehörenden Abb. 7 und 8 zeigen ein Teilstück eines zusammengesetzten Strebenverbandes. Die zusammengehörenden Abb. 9 und io, 11 und 12 sowie 13 und 14 stellen weitere Ausführungsbeispiele von zusammengesetzten Strebenverbänden da». Die zusammengehörenden Abb. 15, 16 und 17 zeigen ein Teilstück eines Schaufelkranzes gemäß der Erfindung und die Abb. iS und 19 Teilstücke des dazugehörenden Strebenverbandes. Die zusammengehörenden Abb. 20 und 21 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung nebst einem Stück eines Schaufelkranzes. Abb. Z2 stellt ein dazugehörendes Teilstück des Strebenverbandes dar. Weiter veranschaulichen die zusammengehörenden Abb. 23, 24 und 25 eine weitere Ausführungsform der Erfindung nebst einem Stück eines Schaufelkranzes, während die Abb. 26 bis 30 Einzelheiten von aus Rohren hergestellten Teilstücken von zusammengesetzten Strebenverbänden zeigen.

In Abb. ι bezeichnet 1 eine Bogenschaufel, die an ihren beiden Enden vermittels Zwischenstücke 2 und 3 in den Schaufeltragringen 4 und 5 befestigt ist. Die Bogenschaufeln sind vorzugsweise aus verhältnismäßig dünnem Blech hergestellt und sind unter dem ♦5 Einfluß der Fliehkraft einer Zugkraft ausgesetzt, welche bestrebt ist, die beiden Tragringe 4 und 5 einander zu nähern. Dieses wird verhindert durch den auf Druck beanspruchten Strebenverband, bestehend aus den X-förmigen Teilstücken 6 und 7. Die Schiefstellung der Streben und die X-Form dient zur Erhöhung der Steifigkeit des Schaufelkranzes. Wie aus Abb. 1 ersichtlich, sind die Streben ferner in bekannter Weise nach dem Innern des Kranzes durchgebogen, wodurch erreicht wird, daß unter dem Einfluß ihrer zentrifugalen Belastung und ihrer seitlichen Zusammen rückung durch die Schaufeln keine Biegungs-, sondern nur reine Druckf-o spannungen in den Streben auftreten.

Wie aus Abb. 1 und 2 deutlich hervorgeht, sind die Streben 6 und 7 ferner an ihren Enden seitlich mit kreisrund gedrehten Befesti- ^: gungsstücken oder Füßen 8 und 9 versehen, ,,welche in entsprechende Ausdrehungen in den Tragringen 4 und 5 passen und, wie Abb. 1 zeigt, durch eingestemmten Dichtungsbaustoff 10 und 11 in denselben festgehalten werden.

In Abb. ι sind ferner die Auflagerkräfte eingezeichnet. 12 bezeichnet die unter der Einwirkung der Fliehkraft von den Bogenschaufeln 1 auf den Tragring 4 ausgeübte Zugkraft, 13 die von den Zwischenstücken 2 ausgeübte radiale Belastung und 14 die Resultierende der Kräfte 12 und 13. Andererseits üben die Streben 6 und 7 auf den Tragring 4 eine Druckkraft 15 aus, und die Füße 8 ergeben eine radiale Belastung 16. Die Resultierende 17 aus den Kräften 15 und 16 ist die gesamte vom Streben verband auf den Tragring 4 ausgeübte Reaktionskraft. Der Schnittpunkt 18 zwischen dieser Reaktionskraft 17 und der Verlängerung der Kraft 14 bestimmt die Lage der Gesamtresultierenden 19, die rechts am Kranz 5 eingezeichnet ist. Dieser resultierenden Belastung 19 wird von der gleich großen und entgegengesetzt gerichteten Spannungskraft 20 des Tragringes 5 das Gleichgewicht gehalten.

Im vorliegenden Falle liegt, wie ersieht- go lieh, der Angriffspunkt 18 der resultierenden Auflagerkräfte 19 in ein und derselben Ebene senkrecht zur Drehachse des Schaufelkranzes, und es entsteht somit kein Drehmoment auf den Tragring. Denkt man sich im Gegensatz hierzu den Strebenverband wie bei bekannten Ausführungen aus einem Stück hergestellt, wobei die Strebenfüße 8 und 9 je zu einem vollständigen Ring vereinigt sind, dann sind diese Ringe selbsttragend, und der Schnittpunkt der Auflagerkräfte verschiebt sich offenbar nach Punkt 22. Dieser Punkt liegt nicht in der gleichen Radialebene mit dem Tragringschwerpunkt, und es entsteht deshalb im Kranz 4 ein Drehmoment im Uhrzeigersinne, welches bestrebt ist, den Ring 4 umzustülpen. Hieraus geht deutlich hervor, wie in den Abb. ι und 2 durch Unterteilung des Strebenverbandes in seiner Umfangsrichtung an den einander zugewandten Seiten der Tragringe 4 und 5 durch die Strebenfüße 8 und 9 zusätzliche Belastungen entstehen, die den von Schaufeln und Streben auf die Tragringe ausgeübten Drehmomenten entgegenwirken oder sie ganz aufheben.

Die Unterteilung des Strebenverbandes ineine Anzahl Teilstücke, wie in Abb. 2 dargestellt ist, ermöglicht ferner eine Verbilligung in der Herstellung des Strebenverbandes. Wird der Strebenverband aus einem Stück hergestellt, dann müssen die Streben durch Fräsen aus einem vollen Ring heraus-

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gearbeitet werden, was verhältnismäßig große Arbeitskosten und großen Baustoffabfall bedingt. Die in Abb. 2 dargestellten Teilstücke können dagegen auf billige Weise hergestellt werden, z. B. durch Schmieden im Gesenk, und sie ermöglichen ferner eine beträchtliche Baustoffersparnis. Ferner ermöglicht die Herstellung· einer großen Anzahl kleiner Teilstücke an und für sich eine Ersparnis gegenüber der Herstellung eines großen, verhältnismäßig schwierigen Bauteiles.

Bei den in Abb. 3, 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Strebenverband ebenfalls in der Umfangsrichtung in X-förmige Teigstücke 31 unterteilt. Die Füße 32 dieser Teilstücke sind so geformt, daß sie in kreisrunde, in die Tragringe eingedrehte Spuren passen, wobei sie wieder durch eingestemmte Dichtungen 33 festgehalten werden.

zo Die Füße der X-förmigen Teilstücke können entweder so ausgebildet werden, daß sie in der Umfangsrichtung gerade aneinander passen, wie dies für die benachbarten Teilstücke 31 und 34 in Abb. 3 und 4 dargestellt ist, oder es kann zwischen den Füßen zweier benachbarter Teilstücke ein Zwischenraum gelassen werden, wie zwischen den Teilstücken 34 und 35, wobei der Zwischenraum zur Sicherung der Lage der Teilstücke durch Füllstücke 36 ausgefüllt wird. Um die Herstellung zu erleichtern und um Wärmespannungen beim Härten zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, die Füße 37 und 38 des X-förmigen Teilstückes 35, wie in Abb. 4 und 6 gezeigt, getrennt auszuführen. Dabei werden zwischen die benachbarten Strebenfüße 37 und 38 Füllstücke 39 (Abb. 4) eingesetzt.

Die Abb. 7 und 8 zeigen ein Teilstück eines Strebenverbandes, das die Form eines N. hat, und es ist klar, daß die Gestalt des Strebenverbandes in mannigfacher Weise geändert werden kann, wobei auch die Unterteilung auf verschiedene Weise vorgenommen werden kann.

Im Ausführungsbeispiel nach Abb. 9 und 10 sind die Streben 40 je· einzeln für sich hergestellt und mit Füßen 41 versehen, die radial von innen nach außen in entsprechende Nuten der Tragringe eingeschoben werden.

Bei dem in den Abb. 11 bis 13 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die X-förmigen Teilstücke des Strebenverbandes durch Zusammenschweißen der beiden gebogenen Streben 43 und 44 bei 42 gebildet. Die schwalbenschwanzförmigen Füße 45 sind radial von innen nach außen in entsprechende Nuten in den Tragringen eingeschoben. Strebenfüße und Nuten sind zweckmäßigerweise, wie in Abb. 13 gezeigt, von innen nach außen verjüngt, so daß ein festes Einklemmen der Gitterstreben in den Tragringen erreicht wird. Falls die Belastung durch die Strebenbefestigung unerwünscht groß wird,' kann ein Teil des Ringbaustoffes bei 46 durch Fräsen entfernt werden.

In Abb. 14 sind zwei Teilstücke eines Strebenverbandes dargestellt, bei denen jedes Teilstück durch Zusammenschweißen aus den vier entsprechend geformten und gebogenen Stäben 47, 48, 49 und 50 hergestellt ist.

Bei dem in Abb. 15, 16 und 17 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die X-förmigen Teilstücke 51 des Strebenverbandes mit ihren schwalbenschwanzförmigen Füßen 52 in radial gerichtete Nuten 53 in den Schaufeltragringen eingeschoben. Die Nuten 53 sind dabei nicht durchgehend, sondern nach außen hin begrenzt, wodurch die radiale Lage der X-förmigen Teile des Strebenverbandes bestimmt ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind ferner die Streben 51, wie ersichtlich, an zwei Seiten abgeschrägt. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Treibmittel die Streben nicht radial, sondern unter einem Winkel gegen die Umfangsrichtung den Strebenverband durchströmt.

Abb. 18 zeigt ein X-förmiges Teilstück 'für den obigen Strebenverband. Wie aus Abb. 19 ersichtlich, kann dieses Teilstück zwecks Baustoffersparnis z. B. aus einer Stange durch Aufschlitzen derselben bei 54 und 55 hergestellt werden, worauf das Teilstück durch Aufspreizen der geteilten Enden und Anstauchen der Füße fertiggestellt wird.

Abb. 20 und 21 veranschaulichen ein Stück eines Schaufelkranzes, wobei der Strebenverband wieder in Teilstücke 56 unterteilt ist, wovon eines in Abb. 22 für sich dargestellt ist. Da es sich hier um einen verhältnismäßig großen Schaufelkranz handelt, werden die Teilstücke des Strebenverbandes teilweise durch den in der Mitte angeordneten Ring 57 getragen. Dieser Ring selbst wird durch die Führungen 58 an den Teilstücken 56 in seiner Lage gehalten. Die Schaufeln 59 werden nach dem Zusammenbau der Schaufeltragringe 60 und 61 mit dem Strebenverband mit ihren schwalbenschwanzförmigen Füßen in entsprechend geformte Nuten 62 eingesetzt und n₀ darauf durch Keilstücke 63 (Abb. 21), die von beiden Enden her in die Nuten eingeschoben werden, gesichert und festgehalten. Auch in diesem Ausführungsbeispiel bilden die Strebenfüße 64 zusammen mit den Zwischenstücken 65 (Abb. 20) erfindungsgemäß Belastungen an den einander zugekehrten Seiten der Tragringe 60 und 61, wodurch das Auftreten von Umstülpungsmomenten auf die Tragringe vermieden wird.

Abb. 23 bis 25 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Auftreten von Umstülpungs-

momenten auf die Tragringe 73 und 74 dadurch vermieden wird, daß sich die Bogenschaufeln 75 und die Streben 76 an ihren Enden teilweise kreuzen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Streben 76 nicht aus einem Stück mit den Tragringen 73 und 74 hergestellt, sondern die Streben sind mittels der Strebenfüße yj in kreisrunden Spuren 78 eingesetzt und in denselben durch Eindichten bei 79 festgehalten. Die Strebenfüße yy haben die gleiche Form wie die Zwischenstücke 80 und dienen zusammen mit diesen gleichzeitig zum Festhalten der an ihren Enden verdickten Bogenschaufeln 75.
Die folgenden Abb. 26 bis 30 veranschaulichen schließlich die Herstellung des Strebenverbandes unter Verwendung von Rohren für die Streben. Wie eingangs erläutert, sind die Streben auf Druck beansprucht und deshalb der Gefahr des Knickens ausgesetzt. Aus diesem Grunde ist natürlich die Verwendung von Rohren vorteilhaft, und zudem ergeben aus Rohren hergestellte Streben ein im Vergleich zu ihrer Stärke kleines Gewicht.
Wie in Abb. 26 dargestellt, können die Strebenrohre 81 in Ausbohrungen der Strebenfüße 82 eingesetzt und mit denselben verschweißt werden, oder die Schaufelfüße können z. B. durch Schmieden die in Abb. 27 gezeigte Form erhalten, worauf die Strebenrohre 83 auf die Stutzen 84 der Strebenfüße 85 aufgepreßt oder aufgeschraubt werden können. Abb. 28 veranschaulicht ein X-förmiges Teilstück eines Strebenverbandes, das auf obige Weise aus Rohren hergestellt ist, wobei die Streben in der Mitte durch ein X-förmiges Verzweigungsstück vereinigt sind. Die Rohrstreben 87 haben, wie Abb. 29 rechts oben zeigt, vorzugsweise elliptischen Querschnitt, wobei die größte Achse der Ellipse im wesentlichen radial gerichtet ist, um den Widerstand für das durchströmende Treibmittel zu vermindern. Abb. 30 veranschaulicht schließlich zwei einfache, in ähnlicher Weise gebaute Rohrstreben.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Radial beaufschlagter Laufschaufeikranz für Dampf- oder Gasturbinen, dessen Schaufeln in Form von zentrifugalen '50 Kettenlinien zwischen Tragringen verlaufen, die durch Strebenverband gegeneinander abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Strebenverband aus in umfänglicher Richtung voneinander getrennten Einzelteilen besteht.
2. 2. Laufschaufelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strebenverband bildenden Teilstücke in im wesentlichen radial gerichteten Spuren in die Tragringe einschiebbar sind.
3. 3. Laufschaufelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbefestigungen der den Strebenverband bildenden Teilstücke sowohl radial als auch umfänglich so weit zwischen den Schaufelenden eingreifen, daß sich die Enden der Streben und Schaufeln in der Umfangsrichtung gesehen mehr oder weniger überdecken.
4. 4. Laufschaufelkranz nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Enden der Streben als auch die dazwischenliegenden Schaufelenden in derselben Nut eines Tragringes befestigt sind.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen