DE1023051B - Mehrstufige Gleichdruckturbine axialer Bauart (Kammerturbine) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Gleichdruckturbine axialer Bauart (Kammerturbine) und insbesondere die bei allen Betriebsbedingungen aufrechtzuerhaltende Zentrierung der Leiträder.

Bei in Achsebene ungeteiltem Gehäuse hat man die Leiträder bereits in Achsebene geteilt. Dabei wurden die Leiträder in Achsrichtung mittels vom Gehäuse einwärts vorstehender Abschlußringe sowohl gegeneinander als auch gegen das Gehäuse gespannt. In radialer Richtung wurden sie mit Hilfe von Ringschultern sowohl gegeneinander als auch mittels des ersten und/oder des letzten Leitrades am Gehäuse zentriert. Auf diese Weise wurde erreicht, daß zwischen dem Gehäuse und den Leiträdern ein freier Ringraum verblieb.

Bei bekannten Anordnungen hat man an den erwähnten Schultern nur einen Schiebesitz oder einen noch loseren Sitz. Infolgedessen ist die Zentrierung mit einem groben Spiel behaftet. Besonders bei Turbinen mit kleinem Durchsatzvolumen wird der Wirkungsgrad durch die Undichtheitsspalte zwischen dem Läufer und den stillstehenden Teilen, insbesondere der Welle, stark beeinflußt. Man versucht daher/diese so klein wie möglich zu machen. Infolge der ungleichmäßigen Dehnung nicht genau rotationssymmetrischer Gehäuseteile verkleinern sich nun aber diese Spalte im Betrieb an einigen Stellen, so daß man gezwungen ist, verhältnismäßig große Spalte zu wählen, um ein Anstreifen zu vermeiden.

Um die Änderungen der Spalte klein zu halten, d. h. um die betriebsmäßige Zentrierung zu sichern, werden nun gemäß der Erfindung die Hälften jedes Leitrades in an sich bekannter Weise durch einen Ring zusammengehalten, wobei jedoch dieser Ring als Schrumpf ring ausgebildet ist; ferner wird der Ringraum zwischen dem Gehäuse und den Leiträdern in an sich bekannter Weise an eine Heizdampfquelle angeschlossen.

Die Verwendung von Schrumpfringen beseitigt das Spiel, und die Beheizung beseitigt Temperaturspannungen.

Vorteilhaft sitzen zwischen den einzelnen Leiträdern an sich bekannte Abstandsringe in den Ringschultern der Schrumpfringe. Auch ist es zweckmäßig, zur Zentrierung der Leiträder mindestens drei Paßfedern vorzusehen, die in am Außenumfang angebrachten Nuten sämtlicher Schrumpf ringe und in entsprechenden Paßnuten eines Gehäuseteiles angeordnet sind. Ferner ist es vorteilhaft, Mittel zur Aufnahme axialer Ausdehnuingsdifferenzen vorzusehen.

In den Fig. 1 und 2 sind die hauptsächlichsten Teile einer erfindungsgemäßen Turbine schematisch dargestellt.

Mehrstufige Gleichdruckturbine
axialer Bauart (Kammerturbine)

Anmelder:

Aktiengesellschaft Kühnle,
Kopp & Kausch, Frankenthal (Pfalz)

Dipl.-Ing. Fritz Bub, Frankenthal (Pfalz),

Josef Rurik, Oberhausen (Rhld.)-Sterkrade,

und Dipl.-Ing. Martin Gründer, Frankenthal (Pfalz),

sind als Erfinder genannt worden

Fig. 1 stellt den Schnitt durch eine solche Turbine mit vier Leiträdern dar, während

Fig. 2 verschiedene weitere Ausgestaltungen der Erfindung an einem Teilschnitt der letzten Stufen einer vielstufigen Turbine nach der Erfindung zeigt.

In Fig. 1 bedeutet 1 das Gehäuse der Turbine, an dem der eintrittsseitige Gehäuseteil 2 und der abdampfseitige Gehäuseteil 3 durch Rundflansche mit Schraubenverbindungen 4 und 5 befestigt sind. Das Gehäuse 1 besitzt in keiner Achsebene eine Teilfuge, so daß eine genau konzentrische Verformung des Gehäuses unter dem Einfluß der Wärme gewährleistet ist. Die Leiträder 6 bis 9 sind, um sie bei einem ungeteilten Läufer 10 einbauen zu können, je in einer Achsebene geteilt. Die beiden Teile werden jeweils zusammengehalten durch einen Schrumpfring 11, der als Schrumpfring ungeteilt ausgebildet ist und infolgedessen unter dem Einfluß der Wärmedehnung vollkommen rund bleibt. Das Schrumpfmaß dieses Ringes ist so bemessen, daß bei einer beim Anfahren der Maschine etwa auftretenden Temperaturdifferenz zwischen Leitrad und Schrumpf ring ein Lockerwerden nicht eintreten kann. Die Leiträder mit den Schrumpfringen bilden somit eine Einheit. Durch Aneinanderreihen einer entsprechenden Za.hl solcher Einheiten entsteht eine mehrstufige Turbine, ähnlich wie man beispielsweise im Pumpenbau mehrstufige Pumpen durch Aneinanderreihen einstufiger Aggregate zu-

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sammenbaut. An der Gehäuseeintrittsseite der Turbine ist ein Ring 12 eingebaut, auf dem sich das erste Leitrad axial abstützt und durch eine entsprechende Eindrehung am Schrumpfring zentriert. Das letzte Leitrad wird durch einen .entsprechenden Abschlußring 13 axial angepreßt und durch eine entsprechende Eindrehung am Schrumpfring zentriert. Die einzelnen Stufeneinheiten werden in entsprechender Weise durch Eindrehungen an den Schrumpfringen zentriert. Zweckmäßigerweise wird dabei zwisehen je zwei Leiträdern ein Abstandsring 14 verwendet, der beispielsweise mit seinem Außendurchmesser in Innenzentrierungen der Schrumpfringe zentriert ist. Auf diese Weise wird aus Stufeneinheiten, die normalisiert werden können, durch Aneinanderreihen eine mehrstufige Turbine aufgebaut, die in ihrem Aufbau den Vorteil besitzt, vollkommen rotationssymmetrisch zu sein und bei Wärmedehnungen sich vollkommen rotationssymmetrisch zu verformen.

Zwischen den zusammengebauten Einheiten der Leiträder mit den Schrumpf ringen und dem Turbinengehäuse befindet sich ein freier Raum 15, da ja die einzelnen Leiträder gegeneinander zentriert und nach außen am Gehäuse abgestützt sind. Dieser Zwischenraum kann beispielsweise durch eine Bohrung 16 im Ring 12 mit Dampf beheizt werden. In diesem Beispiel wird Dampf aus der Radkammer zur Beheizung verwendet. Es kann natürlich auch in ähnlicher Weise Dampf aus irgendeiner der Stufen oder Abdampf zur Beheizung verwendet werden. Es kann ferner unabhängig von dem Dampfstrom durch die Turbine von außen her der Zwischenraum zwischen den Leiträdern und dem Turbinengehäuse beheizt werden, so daß die Wärmedehnung der Leiträder mit den Schrumpfringen auch größenmäßig der Dehnung des Läufers entsprechend beeinflußt werden kann.

Um der Möglichkeit vorzubeugen, daß durch stärkere Dehnungen der Schrumpfringe 11 gegenüber den Abstandsringen 14 die Zentrierung Spiel bekommt, sind, wie in Fig. 2 ersichtlich, in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Paßfedern 21 vorgesehen, von denen wenigstens drei am Umfang der Schrumpfringe verteilt sind. Diese Paßfedern greifen einerseits in Paßnuten am Außenumfang der Schrumpfringe ein und sind andererseits in einer entsprechenden Nut des Ringes 13 gegenüber dem Turbinengehäuse gehalten. Um eine einwandfreie Passung zu gewährleisten, werden die Nuten in den Schrumpf ringen nach Zusammenbau in einer entsprechenden Vorrichtung für die ganze Turbineneinheit durchgehend gefräst. Die Paßfedern bewirken, daß, wenn sich die Schrumpfringe und damit auch die Leiträder gegeneinander oder gegenüber dem Turbinengehäuse in radialer Richtung dehnen, also Spiel an den Rundzentrierungen auftritt, doch die Zentrierung gegeneinander, gegenüber dem Gehäuse und damit gegenüber dem Läufer genau erhalten bleibt.

Es ist die Regel, daß im Betrieb die aneinandergereihten Leiträder mit den Abstandsringen eine höhere Temperatur und damit auch eine größere Wärmedehnung in axialer Richtung annehmen als das Turbinengehäuse. Es würde dadurch in den Befestigungsschrauben der Verbindungen der Gehäuseteile und des Ringes 13 in Fig. 1 eine sehr große Beanspruchung auftreten. Um eine gewisse Aufnahmefähigkeit für Dehnungen dieser Teile zu schaffen, ist in Fig. 1 die Ausführung der Schrauben 17, mit denen der Ring 13 am Gehäuse 1 angeschraubt ist, als Dehnschraube vorgesehen. Es sind andere Ausführungen denkbar, bei denen nicht die Befestigung dieses Ringes durch eine Reihe von Dehnschrauben erfolgt, sondern an einer anderen Stelle der Verbindungskette eine Reihe von Dehnschrauben dazwischengeschaltet ist. Wesentlich ist, daß mindestens an einer Stelle ein Ausgleich von Wärmedehnungen durch eine Reihe von Dehnschrauben geschaffen ist.

In Fig. 2 ist eine andere Möglichkeit des Ausgleiches von Dehnungen in Achsrichtung dargestellt. Die Schrauben 22, die den Ring 13 an dem Gehäuse 1 befestigen, wirken nicht direkt auf den Ring 13, sondern unter Zwischenschaltung von Tellerfedern 23. Es wäre auch die Verwendung anderer Federn denkbar, doch besitzen die Tellerfedern eine besonders zweckmäßige Gestalt für den vorliegenden Zweck.

Eine weitere Maßnahme, um einen Ausgleich für Wärmedehnungen zu schaffen, besteht darin, die Abstandsringe 24 (Fig. 2) federnd auszubilden. Dies ist in der gezeichneten Ausführung dadurch erreicht, daß diese Ringe einen U-förmigen Querschnitt besitzen, bei dem die Auflage an den jeweils dazwischenliegenden Leiträdern an den Enden der U-Schenkel erfolgt, so daß sie in Achsrichtung eine wirksame Federung besitzen.

Die beschriebenen Maßnahmen zum Ausgleich der Längendehnungen können natürlich nicht nur einzeln, sondern auch in beliebiger Kombination verwendet werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Mehrstufige Gleichdruckturbine axialer Bauart (Kammerturbine), bei der die Leiträder in Achsebene geteilt sind, aber das Gehäuse in Achsebene ungeteilt ist und die Leiträder in Achsrichtung mittels vom Gehäuse einwärts hervorstehender Abschluß ringe gegeneinander und gegen das Gehäuse gespannt und in radialer Richtung mittels Ringschultern aneinander und ihr erstes und/oder letztes am Gehäuse zentriert sind, so daß zwischen dem Gehäuse und den Leiträdern ein freier Ringraum verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälften jedes Leitrades in an sich bekannter Weise durch einen Ring zusammengehalten werden, ferner daß dieser Ring auf die Leitradhälften aufgeschrumpft ist und daß der zwischen dem Gehäuse und den Leiträdern befindliche Ringraum in an sich bekannter Weise an eine Heizdampfquelle angeschlossen ist.

2. Gleichdruckturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Leiträdern vorgesehene, an sich bekannte Abstandsringe (14) in den Ringschultern der Schrumpfringe sitzen.

3. Gleichdruckturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung der Leiträder durch mindestens drei Paßfedern (21) aufrechterhalten wird, die in am Außenumfang angebrachten Nuten der sämtlichen Schrumpfringe und in entsprechenden Paßnuten eines Gehäuseteiles (13) angeordnet sind.

4. Gleichdruckturbine nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungskette der ringförmigen Gehäuseteile (2, 12, 1, 13) mindestens eine Reihe Dehnschrauben (17) vorgesehen ist.

5. Gleichdruckturbine nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbinditngskette der ringförmigen Gehäuseteile (2,

12, 1,13) wenigstehs einer Schraubenreihe Federn, insbesondere die Schrauben umfassende Tellerfedern (23), zugeordnet sind.

6. Gleichdruckturbine nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsringe (24) in Achsrichtung federnd ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 334 422, 453 281, 077, 520 624;

schweizerische Patentschrift Nr. 110 556; Buch »Konstruktionen aus dem Dampfturbinenbau«

von Loschge-Schnakig, Verlag Springer/Berlin, 1938, S. 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen