Einem einseitigen Überdruck ausgesetzte Scheibe für radial beaufschlagte
Kreiselmaschinen, insbesondere Dampfturbinen Die Entwicklung der radial beaufschlagten
Kreiselmaschinen, für die in den folgenden Ausführungen die Radialturbine als Beispiel
gewählt werden soll, hat einen klar erkennbaren Verlauf von der starren Scheibe
zur elastischen Scheibe genommen. Die starre Scheibe baut sich auf dem Gedanken
auf, deren Abmessungen so groß zu wählen, daß selbst unter den größten im Betrieb
zu erwartenden einseitigen Überdrücken keine nennenswerte Durchbiegung zu befürchten
ist. Die starre Scheibe führt naturgemäß zu einer schweren und entsprechend umfangreichen
Bauform. Die Entwicklung ist mehr und mehr von dieser Bauform abgegangen und zur
elastischen Scheibe übergegangen, für die sich auch der Begriff der Leichtscheibe
eingeführt hat, Leichtscheibe deshalb, weil die Scheibe mit kleinstem Baustoffaufwand
hergestellt werden kann. Es leuchtet ein, daß die Leichtscheibe sich gegenüber den
auftretenden Beanspruchungen grundsätzlich anders verhalten muß als die starre Scheibe.
Sie behält ihre.Form unter der Wirkung der auftretenden Kräfte nicht bei, sondern
biegt sich mehr oder weniger durch. Hieraus ergibt sich das Problem der Beherrschung
und Steuerung dieser Durchbiegungen. Es müssen hierbei zwei Forderungen miteinander
in Einklang gebracht werden, nämlich kleinster Bauaufwand und größte Betriebssicherheit.
Man hat zunächst den Weg eingeschlagen, das Druckgefälle derart aufzuteilen, daß
auf die einzelne Scheibe nur ein so
geringer Teil des Druckgefälles
entfällt, daß der höchste auftretende überdruck nicht zu unzulässig. großen Scheibenverformungen
führen kann. Das ergibt die Viel-Scheiben-Turbine, die eine Reihe wertvoller Vorteile
aufweist, aber, wie gesagt, der Forderung nach kleinstem Bauaufwand nicht genügen
kann. Der andere Weg, der die Anwendung einer geringeren Anzahl entsprechend größerer
Scheiben ermöglicht, ist die Steuerung der Verformung durch die Bauteile der Maschine
selbst. Hierzu gehören Ausgleichlabyrinthe und zweitens Versteifung der Scheiben
in sich selbst durch die Schaufelringe. Man arbeitet aus dem Scheibenbaustoff Ringe
heraus, die zur Aufnahme der Schaufelkränze dienen, und bildet diese Ringe nach
Stärke und Lage auf der Scheibe derart aus, daß sie Ausgleichskräfte und -momente
erzeugen, die den durch die Betriebszustände hervorgerufenen Verformungen entgegenwirken,
ein Weg, der erfolgversprechende Aussichten eröffnet.Disc exposed to overpressure on one side for radial pressures
Centrifugal machines, especially steam turbines The development of the radially applied
Centrifugal machines, for which the radial turbine as an example in the following explanations
should be chosen, has a clearly recognizable course from the rigid pane
taken to the elastic disc. The rigid pane is built on the thought
to choose their dimensions so large that even among the largest in operation
one-sided overpressure to be expected, no significant deflection is to be feared
is. The rigid disc naturally leads to a heavy and correspondingly extensive one
Design. The development has departed more and more from this design and to
elastic disc, for which the term lightweight disc
introduced lightweight pane because the pane requires very little building material
can be produced. It is clear that the lightweight disc is opposite to the
occurring stresses must behave fundamentally differently than the rigid disc.
It does not retain its shape under the action of the forces that occur, but rather
bends more or less. This gives rise to the problem of control
and control of these deflections. There have to be two demands with one another
be reconciled, namely the smallest construction costs and the greatest operational reliability.
The first step was to divide the pressure drop in such a way that
on the single disc only one way
small part of the pressure gradient
omitted that the highest overpressure occurring is not too impermissible. large disc deformations
can lead. This results in the multi-disc turbine, which has a number of valuable advantages
has, but, as I said, does not meet the requirement for minimal construction costs
can. The other way is to apply a smaller number correspondingly larger
Disks is the control of the deformation by the components of the machine
itself. This includes compensation labyrinths and, secondly, stiffening of the panes
in itself through the paddle rings. Rings are made from disk building material
that serve to accommodate the blade rings, and reproduces these rings
Strength and position on the disc in such a way that they balance forces and moments
that counteract the deformations caused by the operating conditions,
a path that opens up promising prospects.
Aber auch diesem Weg sind Grenzen gesetzt, und zwar durch die Anforderungen
an die Wärmeelastizität einer derartigen Scheibe. Ein hoher Wirkungsgrad, wie er
angestrebt werden muß, setzt kleinste Spiele voraus, und zwar Spiele, mit deren
betriebsmäßiger Aufrechterhaltung bei allen Betriebszuständen gerechnet werden kann.
Die Erfüllung dieser Forderung ist mit den aus dem Scheibenbaustoff herausgearbeiteten
Ringen nur bedingt zu erfüllen, da die Wärmeableitung zum Ringträger verschieden
ist, je nachdem, ob es sich um das Laufzeug oder Leitzeug handelt. Durch die Verschiedenheit
der Wärmeableitung treten aber Dehnungsunterschiede auf, die spielverändernd wirken,
sei es, daß die Spiele zu groß werden, wodurch die Verlustströmungen anwachsen,
sei es, daß die Spiele sich verkleinern, was die Gefahr des Streifens mit sich bringt.
Hier bleibt nichts anderes übrig, als die z. B. von der Ljungström-Turbine her bekannte
Ausführung zu wählen, bei der die Schaufelringverbände derart mit der Scheibe verbunden
sind, daß die Verbindung wie eine Trennung zwischen beiden Teilen wirkt, die weder
wärmemäßig noch beanspruchungsmäßig eine Rückwirkung des einen Teiles auf den anderen
erwarten läßt. Damit entfällt aber die Möglichkeit, die Schaufelringe zum Ausgleich
der Beanspruchungen der Scheibe heranzuziehen, und es bleibt nur die Möglichkeit
des zusätzlichen Schubausgleiches durch Labyrinthscheiben.But there are also limits to this path, due to the requirements
the thermal elasticity of such a disc. A high degree of efficiency, like him
must be striven for, presupposes the smallest games, namely games with theirs
operational maintenance can be expected in all operating states.
The fulfillment of this requirement is worked out from the pane building material
Rings only to a limited extent, as the heat dissipation to the ring carrier is different
is, depending on whether it is the barrel or the guide kit. Through the diversity
the heat dissipation, however, there are differences in expansion that change play,
be it that the games become too big, whereby the loss flows increase,
be it that the games shrink, which brings with it the danger of streaking.
Nothing else remains here than the z. B. known from the Ljungström turbine
Select a design in which the blade ring associations are connected to the disk in this way
are that the connection acts like a separation between the two parts, which is neither
In terms of heat and stress, there is a reaction of one part on the other
can be expected. This eliminates the possibility of using the blade rings to compensate
of the loads on the disk, and there is only one possibility
the additional thrust compensation through labyrinth disks.
Man erkennt aus diesen Überlegungen, wie schwierig die Fragen sind,
die die neuzeitliche radial beaufschlagte Kreiselmaschine und vor allem die Radialturbine
entstehen läßt.From these considerations one can see how difficult the questions are,
the modern centrifugal machine with radial pressure and, above all, the radial turbine
can arise.
Grundsätzlich anzustreben ist die Leichtscheibe, und zwar in solcher
Gestaltung, daß sie auch bei großen Beaufschlagungsdurchmessern brauchbar ist, die
Zahl der benötigten Scheiben also klein gehalten werden kann, auch dann, wenn die
bereits erwähnten Ausgleichmöglichkeiten für die auftretenden Beanspruchungen fehlen.
Dieses erfordert eine Bauart, bei der unter Anwendung einer Schaufelkranzaufhängung
an der Scheibe, die nur vernachlässigbar kleine Kräfte auf die Scheibe zu übertragen
vermag, und unter Weglassung von Einrichtungen zur Erzeugung eines dem überdruck
entgegenwirkenden Schubes an der Scheibe Zusatzmassen als Momenterzeuger vorgesehen
sind. Erfindungsgemäß sind daher aus dem Scheibenbaustoff herausgearbeitete Ringkörper
zwischen den Schaufelkränzen vorgesehen und die Fußtragringe der Schaufelkränze
mit der Scheibe über in Nuten der Scheibe eingesetzte, elastische Rohrstücke verbundeti.Basically, the lightweight pane is to be aimed for, namely in such
Design that it is useful even with large application diameters that
The number of disks required can therefore be kept small, even if the
The already mentioned compensation options for the stresses that occur are missing.
This requires a design in which a blade ring suspension is used
on the disc, which only transfer negligibly small forces to the disc
capable, and with the omission of facilities for generating one of the overpressure
counteracting thrust on the disk, additional masses are provided as a torque generator
are. According to the invention, therefore, annular bodies worked out of the panel building material are
Provided between the blade rings and the foot support rings of the blade rings
connected to the disk by means of elastic pieces of pipe inserted into the grooves of the disk.
Der grundsätzliche Aufbau einer Scheibe gemäß der Erfindung ist in
der Figur dargestellt. Die Scheibe i sei die Laufscheibe einer radial beaufschlagten
Turbine, die bei A in bekannter Weise abgestützt sei. Die Art der Einspannung ist
für die Erfindung unerheblich. Die Schaufelkränze 2 sind voraussetzungsgemäß über
so dünne, elastische Ringe 3 mit der Scheibe i verbunden, daß nennenswerte Rückwirkungen
zwischen Schaufeln und Scheibe nicht möglich sind. Es ist dabei angenommen, daß
die Ringei durch Stemmringe. in Nuten des Schaufelträgers gehalten werden. Die auf
die Scheibe i wirkenden äußeren Kräfte sind Fliehkraft, Schub und Biegung, die teilweise
reine Kraftwirkungen, teilweise Momentwirkungen erzeugen. Durch Fliehkraft und Biegungsmoment
werden tangential und radial gerichtete Spannungen erzeugt. Es treten dann in jedem
Abschnitt der Scheibe drei Hauptspannungen: Tangential-, Radial-und Schubspannungen
auf. Diese an einem Punkt angreifenden drei Spannungen können nach bekannten Gesetzen
der technischen Mechanik in eine einzige ideale Spannung umgerechnet werden. Wenn
in allen Punkten der Scheibe die ideale Spannung im Verhältnis zur Festigkeit bei
der entsprechenden Temperatur den gleichen Auswirkungsgrad besitzt, spricht man
von einer günstigen Werkstoffausnutzung, d. h. die Scheibe hat die geeignetste Form,
die sie überhaupt haben kann. Um das Scheibenmaterial bestens ausnutzen zu können,
sind Mittel zur Steuerung der Durchbiegung erforderlich, und zwar sind, wie bereits
gesagt, Zusatzmassen als Momenterzeuger vorgesehen, die als aus dem Scheibenbaustoff
herausgearbeitete Ringkörper 7 zwischen den Schaufelkränzen angeordnet sind.The basic structure of a disc according to the invention is shown in FIG
shown in the figure. The disk i is the running disk of a radially acted upon
Turbine, which is supported at A in a known manner. The type of restraint is
irrelevant to the invention. The blade rings 2 are prerequisites over
so thin, elastic rings 3 connected to the disk i that significant repercussions
between blades and disk are not possible. It is assumed that
the ring egg by caulking rings. are held in grooves of the blade carrier. The on
the disk i acting external forces are centrifugal force, thrust and bending, which are partial
pure force effects, sometimes producing moment effects. By centrifugal force and bending moment
tangential and radial stresses are generated. It then occurs in everyone
Section of the disc three principal stresses: tangential, radial and shear stresses
on. These three tensions acting at one point can be calculated according to known laws
of technical mechanics can be converted into a single ideal voltage. if
at all points of the disc the ideal tension in relation to strength
the corresponding temperature has the same degree of efficiency, one speaks
favorable material utilization, d. H. the disc has the most suitable shape,
that she can even have. In order to be able to make the best possible use of the disc material,
means for controlling the deflection are required, as is already the case
said, additional masses are provided as torque generators, which are made from the panel building material
worked out ring bodies 7 are arranged between the blade rings.
Im allgemeinen wird es wichtig sein, die Scheibe noch in der Nähe
ihrer Einspannung so zu steuern, daß die Durchbiegung möglichst gering ist. Das
geschieht im vorliegenden Fall durch einen sehr kräftigen Nabenring 5. Hierdurch
werden einerseits die Spannungen am inneren Umfang der Scheibe verringert und gleichzeitig
die axiale Durchbiegung am äußeren Umfang verkleinert.In general it will be important to keep the disc still close
to control their clamping so that the deflection is as low as possible. That
is done in the present case by a very strong hub ring 5. As a result
on the one hand, the stresses on the inner circumference of the disc are reduced and at the same time
the axial deflection on the outer circumference is reduced.
Eine weitere Zusatzmasse zur Erzeugung eines Ausgleichmoments ist
mit 6 bezeichnet. Hier liegt j eine Steuerung der Scheibendurchbiegung am äußeren
Umfang vor; ein Fall, der dann in Frage kommt, wenn besondere Rücksicht auf die
Beherrschung und Durchbiegung gerade an dieser Stelle genommen werden muß. Somit
ist es durch die Er- i findung möglich, in den zunächst sehr ungünstig
gelagerten
Fällen, in denen man die Schaufelringe nicht zur Steuerung der Scheibendurchbiegung
heranziehen kann, einen Verformungszustand der Scheibe zu erreichen, wie er im Hinblick
auf die geforderten Bedingungen, insbesondere im Hinblick auf die Einhaltung der
Spiele wünschenswert ist.Another additional mass for generating a balancing torque is
denoted by 6. Here there is a control of the deflection of the pane on the outside
Scope before; a case that comes into question when special consideration is given to the
Control and flexion must be taken at this point. Consequently
the invention makes it possible, initially very unfavorable
stored
Cases where you cannot use the paddle rings to control disk deflection
can be used to achieve a deformation state of the disc, as it is with regard to
on the required conditions, in particular with regard to compliance with the
Games is desirable.