DE502796C - Turbine mit gegenlaeufigen Raedern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Turbinen mit gasförmigem Triebmittel mit zwei in entgegengesetzter Richtung sich drehenden Laufrädern, die miteinander mittels eines Differentialgetriebes verbunden und mit einer Kupplungsvorrichtung versehen sind, durch welche die Laufräder abwechselnd mit der Antriebswelle der Turbine verbunden werden können. Die Erfindung bezweckt, Verbesserungen zu schaffen, durch die eine einfache, billige, gedrungene Maschine von leichter Bauart und geringem Gewicht erzielt wird, und besteht im wesentlichen darin, daß sämtliche Organe der Turbine und die Teile dieser Organe, wie. z. B. Gehäuse, Laufräder, Schaufeln, Dichtungen, Kupplungsvorrichtung und Differentialgetriebe, durch Aufschrauben eines Teils oder eines Organs auf das andere in Richtung der Turbinenachse und konzentrisch zu dieser zusammengesetzt sind.

ao Hierdurch werden im Gegensatz zu den üblichen Befestigungsarten folgende Vorteile erreicht :

Die Herstellung wird vereinfacht und gleichförmig gestaltet, da sämtliche Verbindungen der

as verschiedenen Organe aus einfachen, konaxialen Verschraubungen bestehen. Die Ausführung wird dadurch erheblich billiger als bei den üblichen Verbindungen der verschiedenen Teilet z. B. mittels Flanschen.

Der Auf- und Abbau der verschiedenen Maschinenteile lassen sich in vereinfachter und schneller Weise durchführen, so daß die Instandhaltung erleichtert und die Ausführung verbilligt wird.

Die Zugänglichkeit zu irgendeinem Maschinenteil zwecks Reinigung, Ausbesserung oder Ersatz ist einfach und leicht zu erreichen, indem eine Gruppe von Organen gleichzeitig in einem Stück entfernt wird.

Infolge des Fehlens jeglicher Verbindungsflanschen oder Anschläge ergibt sich eine größere Dichtigkeit und ein geringeres Gewicht der Maschine.

Auch läßt sich eine bessere Abdichtung der Kupplungen ohne Verwendung von Dichtungen erzielen, die oft ersetzt werden müssen und eine sorgfältige Instandhaltung erfordern. Ferner wird durch den Erfindungsgegenstand eine Lockerung der Organe voneinander vermieden, da die Richtung des Gewindes so gewählt ist, daß die Verbindungen während des Betriebs zusammengepreßt werden.

Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer umkehrbaren Turbine, bei der beide Laufräder sich in umgekehrtem Sinne frei drehen können, beispielsweise dargestellt.

Abb. ι ist ein senkrechter Längsschnitt durch die Turbine.

Abb. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 der Abb. i.

Abb. 3 ist ein Teil des Schnitts der Abb. 1

in vergrößertem Maßstab.

Abb. 4 ist eine schaubildlicheTeilansicht eines Dichtungslabyrinthteils.

Abb. 5 stellt die Kupplungsvorrichtung teilweise im Schnitt dar.

Abb. 6 ist ein Schnitt längs der Linie 6-6 der Abb. 5.

Abb. 7 ist ein Diametralschnitt durch dfe Scheibe, aus der die Schaufeltrennringe nach Stoßen der Nuten erhalten werden.

Abb. 8 ist ein Diametralschnitt durch einen der Widerstandsringe des äußeren Luftrades.

Abb. 9 ist eine schaubildliche Teilansicht eines Schaufeltrennrings.

Abb. 10 ist ein radialer Schnitt durch eines der Teile, die dazu bestimmt sind, die Schaufeiao trennringe zu tragen.

Abb. 11 ist ein ähnlicher Schnitt, der die Befestigung der Schaufeln am Träger darstellt. Abb. 12 ist ein ähnlicher Schnitt, der eine Arbeitsstufe des Trägers darstellt. Abb. 13 ist ein radialer Schnitt durch den fertigen Träger.

Abb. 14 ist ein Schnitt längs der Linie 14-14 der Abb. 13.

Abb. 15 ist ein Längsschnitt durch das Dichtungslabyrinth vor dem Zusammenbau.

Abb. 16 ist ein Längsschnitt durch das Dichtungslabyrinth in endgültiger Stellung.

Abb. 17 ist ein Längsschnitt durch eine Abart vom Dichtungslabyrinth, und Abb. 18 ist eine Einzelheit in vergrößertem Maßstab der Dichtung.

Gemäß Abb. 1 und 2 umfaßt der Maschinenrahmen eine Fußplatte 1, mit der ein zylindrisches Gehäuse 2 fest verbunden ist, das durch daran angeschraubte seitliche Deckel 3 und 4 abgeschlossen wird. Der Deckel 3 trägt auf der' äußeren Seite eine Hülse 5, auf deren freiem Ende ein Ring 6 aufgeschraubt ist, auf dem wiederum Hülsen 7 in radialer Richtung aufgeschraubt sind, in denen die Lagerstützen 8 gelagert sind, und der in eine Hülse 10 ausläuft, in der der Lagerring 11 in axialer Richtung eingeschraubt ist.

Im Gehäuse 2 sind, in entgegengesetzter Richtung drehbar, die beiden Laufräder der Turbine gelagert. Eines dieser beiden Laufräder, das klarheitshalber in folgendem das innere genannt werden soll, umfaßt ein die Schaufeln tragendes Rad 54, dessen Nabe 55 mittels Keils 56 unmittelbar auf einer mittleren Welle 12 verkeilt ist, die eine Verlängerung 13 besitzt, die in axialer Richtung durch die Hülse 5 und den Ring 6 hindurchgeht und am äußeren Ende ein Antriebsrad 17 trägt, dessen Nabe 18 durch den Ring 10 unter Dazwischenlagerung eines Kugellagers 19 getragen wird.

Das andere Laufrad, das äußeres Laufrad genannt wird, umfaßt ein die Schaufeln tragendes Rad 20, dessen Nabe 21 die Welle 12 und deren Fortsatz 13 umgibt und das Antriebsrad 22 trägt, das dem Rad 18 gegenüberliegt und mit der Nabe 21 mittels Aufschraubens der Nabe 23 bei 24 und Stellschraube 25 befestigt ist. Die Nabe 21 ist in der Hülse 5 unter Dazwischenläge des Kugellagers 26 gelagert.

Die Antriebsräder 17 und 22 kämmen mit den Planetenrädern 14, deren Zapfen 15 in den Lagerstützen 8 mittels der Kugellager 16 gelagert sind.

Die Hülsen 7 sind je mit einer Anzahl von Einschnitten 9 versehen, in die ein besonderes Werkzeug eingreift, um durch mehr oder weniger tiefes Aufschrauben der Hülse eine genaue Einstellung des Eingriffs der Planetenräder mit den Antriebsrädern zu erzielen.

. Das äußere Laufrad umfaßt außerdem ein Rad 27 mit einem ringförmigen Vorsprung 28 und einer Nabe 29, die durch ein mittleres Loch im Deckel 4 hinausragt und zusammen mit der Nabe 21 des Rades 20 die Hohlwelle des äußeren Laufrades bildet.

Auf die äußere Oberfläche des Deckels 4 ist ein Ring 30 aufgeschraubt, auf dem seinerseits ein Kupplungsgehäuse 31 aufgeschraubt ist, in das die Welle 12 ebenfalls hineinragt, umgeben go von dem mit Zähnen 33 versehenen Kupplüngsorgan 32, das auf dem Ende der Nabe 29, die im Ring 30 mittels des Kugellagers 34 (Abb. 5) gelagert ist, aufgeschraubt wird. An diesem Ende der Welle 12 ist das andere, mit Zähnen 36 versehene Kupplungsorgan 35 aufgeschraubt. Das Gehäuse 31 wird durch einen auf seinem freien Ende aufgeschraubten Deckel 45 abgeschlossen, und in demselben ist mittels eines Kugellagers 38 und dazugehörigen Deckels 39 die Motorwelle 37 gelagert, deren inneres Ende 14 in Gestalt eines Bechers das Kupplungsorgan 35 einschließt und mit fingerförmigen Ansätzen 41 versehen ist, die bis über die Zähne 33 reichen. Zwischen dem Zapfen 42 des Kupplungsorgans 35 und dem Becher 40 liegt ein Kugellager 43, während zwischen dem Becher 40 und dem Gehäuse 31 ein Kugellager 44 liegt. Gemäß Abb. 5 und 6 ist auf der Welle 12 zwischen den beiden Oberflächen 33 und 36 das bewegliche Kupplungsorgan frei gelagert, das aus einem Ring 46 besteht, der seitlich mit zum Eingreifen in die Flächen 33 und 36 bestimmten Zähnen 47 und 48 versehen ist. Der Ring 46 kann sich in der Nut eines Kreisflächenabichnitts 49 drehen, der wohl axiale, aber nicht Winkelverstellungen ausführen kann, da er mittels einer Stange 50 mit einem Schieber 52 verbunden ist, der in einen axialen Schlitz 51 am Gehäuse 31 eingreift. Ein Handgriff 53 dient zur Einstellung der Kupplung.

Die Räder 20 und 54 sind auf ihren Innen-

wänden mit dünnen zylindrischen Rippen 57 und 58 versehen, die zur Welle 12 konzentrisch und an ihrer Innenwand 59 mit Gewinde versehen sind.

An die Rippen 57 und 58 werden die Tragringe 60 aufgeschraubt, die die Schaufelkränze tragen, die an ihrem freien Ende durch Kopfringe 61 verbunden und zusammengehalten sind. Die Kopfringe sind mit einem Paar kreisförmiger Rippen 62 versehen, die bei fertiger Zusammenstellung voneinander so abstehen, daß sie mit leichter Reibung auf den zylindrischen Innenflächen der anliegenden Tragringe 60 und der anliegenden Rippe 57 oder 58 streifen. Die Schaufellänge der verschiedenen konzentrischen Kränze ändert sich vom Mittelpunkt gegen den Rand, und zwar wird diese Veränderung dadurch erzielt, daß man die inneren Flächen der Räder 20 und 54 gegen außen abstehend macht. Man erleichtert auf diese Weise die Herstellung, da die zusammenzustellenden Teile so für alle Schaufelkränze gleich sind.

Die Trag- und Kopf ringe 60 und 61 sind an ihrer inneren Oberfläche mit einer Kreisrinne 63 (Abb. 10 und 11) versehen. In diese Kreisrinne werden die Schaufeltrennringe 64 eingesetzt. Wie aus Abb. 11, 12 und 13 ersichtlich ist, ist jede Schaufel 65 an ihrem Ende mit einem schwalbenschwanzförmigen Ansatz 66 versehen, der in den Ring 64 eingefügt wird. Zu diesem Zweck wird der letztere Teil mittels einer besonderen Maschine hergestellt, die zum Ausschneiden der Schaufeltrennringe 64 aus einer Scheibe 67 bestimmt ist, nachdem in sie die Bogennuten 68 zur Aufnahme der schwalbenschwanzförmigen Ansätze 66 gestoßen worden sind. Nachdem die Ansätze 66 in die Einschnitte 68 eingefügt worden sind, werden die Scheiben mit den Ringen und den Schaufeln in eine geeignete Stauchmaschine gebracht, die die Seiten 63 der Einschnitte unmittelbar auf die Schaufelansätze staucht, die so in eine schwalbenschwanzförmige Öffnung eingeschlossen werden, die durch die geneigten Flächen und durch die Seiten 64'des Ringes 64 begrenzt ist. Die Abb. 12 und 13 stellen das Ergebnis dieses Vorgangs dar. Wie aus den Abb. 10, n und 12 ersichtlich ist, werden die kreisförmigen Rippen 6 senkrecht zur zylindrischen Oberfläche des Kopfringes 61 hergestellt und späterhin mittels einer Maschine oder eines Werkzeugs 69, das gegen sie angelegt wird, auseinandergebogen, um die in der Abb. 13 dargestellte Lage zu erzielen.

Die Räder 20 und 27 des äußeren Laufrades sind durch Ringe 70 verbunden, die auf die zylindrischen, mit Gewinde versehenen Oberflächen dieser Räder aufgeschraubt sind und den äußeren Schaufelkranz tragen. Zu diesem Zweck ist jeder von ihnen an seiner inneren Oberfläche mit einer Rinne mit parallelen Flächen 71 versehen, die dazu bestimmt ist, die Schaufeltrennringe aufzunehmen, die in der bei den Scheiben 60 und 61 bereits beschriebenen Weise befestigt werden.

Die Hülse 5 ist mit Öffnungen 72 versehen, an die das Dampfzuleitungsrohr 73 angeschlossen wird. Der Dampf tritt durch dieses Rohr ein, gelangt in den ringförmigen Raum 74 zwischen der Hülse 5 und der Nabe 21 und dann durch die Öffnungen 75 an der Nabe 21 zum Mittelpunkt der Laufräder.

Um die Berührung des FYischdampfes mit der Welle 12 zu verhindern, ist die Nabe 55 der Scheibe 54 mit einer röhrenförmigen isolierenden Verlängerung 76 versehen, die den mittleren Teil der Welle 12 umfaßt, von der sie entsprechend entfernt gehalten wird und auf die sie bei 77 gleich nach dem Dampfeinlaßrohr 73 aufgeschraubt ist.

Der Zwischenraum 78 zwischen der V erlängerung 76 und der Welle 12 bildet einen Wärmeschutz für letztere. Eine an die Dampfeinlaßöffnung anschließende Dichtung verhindert eine Dampfentweichung durch die verschiedenen Drehflächen. Diese Dichtung umfaßt einen Ring 79, der auf die Hülse 5 aufgeschraubt ist und gegen das Innere mit einem Flansch 80 versehen ist, der in der Nähe der öffnung 75 gegen die Nabe 21 ragt. Zwischen der Nabe 21 und dem Ring 79 ist eine Dichtung 81 eingefügt, die durch den Flansch 80 festgehalten wird, gegen den sie durch einen inneren, auf den Teil 79 aufgeschraubten und mit Zähnen 83 zum Eingreifen mit einem Regelwerkzeug versehenen Ring 82 gedrückt wird. Eine ähnlich gebaute, in der Abb. 1 einfach mit 84 bezeichnete Dichtung hat den Zweck, den Dampfaustritt durch den ringförmigen Raum 85 zwischen der Nabe 21 und der Verlängerung 76 der Welle 12 gegen das Differentialgetriebe zu verhindern.

Das Kupplungsgehäuse 31 ist von der Auspuffkammer 86 durch eine ähnliche, zwischen der Nabe 29 und dem Deckel 4 gelegene Dichtung 87 getrennt. Eine ähnliche Dichtung 89 liegt ebenfalls zwischen der Nabe 29 und der Welle 12 und dient zur Abdichtung der durch das Rad 27 zum Ausgleich des Schubes des Rades "54 gebildeten Kammer 88.

Dampfaustritte aus dem Einlaßrohr 73 gegen die Auspuffkammer 86 werden durch eine be- no sondere Labyrinthdichtung verhindert, die in ihren Einzelheiten in den Abb. 3, 15, 16, 17 und 18 dargestellt ist. Auf der Nabe 21 sind Ringe 90 in unmittelbarer Berührung mit dem Rad 20 aufgeschraubt, und ähnliche Ringe 91 sind auf einer radialen Rippe der inneren Oberfläche der Hülse 5 so aufgeschraubt, daß sie eine Wand zwischen der Einlaßkammer 74 und dem Innern des Gehäuses bilden.

Zylinderförmige Ansätze 93 (Abb. 4) ragen von den Ringen 91 konzentrisch zu jenen der Ringe 90 und abwechselnd mit diesen hervor.

Diese Ansätze tragen auf ihrer äußeren Oberfläche eine Anzahl von kreisförmigen, parallelen -Rippen 94, die gegen die Dampf flugrichtung geneigt und so ausgebildet sind, daß sie mit der zylindrischen Oberfläche des nebenanliegenden Vorsprungs zusammenwirken. Die Nabe 21 trägt auf ihrer äußeren Fläche ebenfalls kreisförmige Rippen 95, die die Dichtung vervollständigen.

Der Winkel zwischen den Rippen und den zylindrischen Flächen beträgt vorzugsweise 45 °. Jeder Teil wird aus einem metallischen Zylinder hergestellt, auf dessen Fläche eine Anzahl von U -förmigen geneigten Rinnen mittels eines Werkzeugs gestoßen ist, und die Ränder der Rippen sind bei 96 mittels eines Werkzeugs geschliffen (Abb. 18).

Die Teile der Labyrinthdichtung erhalten solche Abmessungen, daß, wenn die Dichtung zusammengestellt wird, die geschliffenen Kanten der Rippen mit den inneren Flächen des anliegenden Teils in Berührung kommen. Läßt man dann die Turbine durch ein Hilfsmittel einige Umdrehungen ausführen, so wetzen sich die geschliffenen Ränder 96 ab und lassen enge Durchlässe zwischen den Rändern und den zylindrischen Flächen frei. Der von der Kammer 74 herkommende Dampf legt einen Schlangenweg durch die Dichtung zurück und dehnt sich in jeder Rinne dieser aus, bis er jede praktische Wirksamkeit bei beendetem Durchgang verloren hat.

Wie bereits gesagt, ist die Kammer 88 in der inneren Fläche des Rades 27 vorgesehen, um die Wirkung des Rades 54 auszugleichen. Selbstverständlich ist die innere Fläche des Rades 54 dem Druck des Frischdampfes, der durch die Laufräder strömt, ausgesetzt. Der Frischdampf gelangt auch in die Kammer 88 aus dem ringförmigen Raum 85 durch die öffnungen 97 an dem Rad 54. Damit der Frischdampf nicht von der Ausgleichskammer 88 unmittelbar in die Auspuffkammer 86 ausströmt, ist, wie aus der Abb. 17 ersichtlich ist, eine andere Labyrinthdichtung vorgesehen, deren Teile 99 am kreisförmigen Vorsprung 28 des Rades 27 und die Teile 98 an dem Rad 54 befestigt sind. Die Teile 98 und 99 sind mit Flanschen versehen, die abwechselnd an dem Rad 54 und am Vorsprung 28 mittels Schrauben 100 befestigt sind.

Die in den Abb. 15 und 16 dargestellte Dichtung, bei der die mit Gewinde versehenen Ringe 90 und 91 mit verhältnismäßig langen Ansätzen versehen sind, ist dann vorzuziehen, wenn ein in axialer Richtung weiter und in radialer Richtung enger Raum zur Verfugung steht. Die in der Abb. 17 dargestellte Form hingegen, die verhältnismäßig kurze Flanschen und zylindrische Oberflächen umfaßt, ist vorzuziehen, wenn der zur Verfugung stehende Raum in axialer Richtung kurz und in radialer Richtung j weit ist. Eine Labyrinthdichtung 101 zwischen dem Rad 20 und dem Ende des ersten Schaufelkranzes des Rades 54 verhindert den Dampf am Ausströmen aus der Kammer 85 durch jenen Zwischenraum.

Die Fußplatte 1 und das Gehäuse 2 sind mit Auslaß öffnungen 102 und 103 versehen, von denen die eine oder die andere benutzt werden kann.

Angenommen, das Laufrad 54 drehe sich im Uhrzeigersinn, so drehen sich die Räder 20 und im umgekehrten Sinne. Das innere Laufrad, das durch die Nabe 55 mit der Welle 12 verbunden ist, dreht diese im Uhrzeigersinn.

Die Scheibe 20 des äußeren Laufrades, das sich in zürn Uhrzeigersinn entgegengesetztem Sinne dreht, führt das Antriebsrad 22 mit, dessen Bewegung durch die Planetenräder 14 dem Antriebsrad 17 im umgekehrten Sinne mitgeteilt wird. Auf diese Weise bewegt auch das Antriebsrad 17, das auf der Achsverlängerung 13 verkeilt, die Welle 12 im Uhrzeigersinn.

Die Drehung der Welle 12 wird der Motorwelle 37 mitgeteilt, indem man den Handgriff 53 so bewegt, daß die Zähne 36 und 48 eingreifen. Bewegt man hingegen den Handgriff 53 in entgegengesetztem Sinne, d. h. derart, daß die Kupplungszähne 33 und 47 miteinander eingreifen, so wird die Motorwelle im umgekehrten Sinne bewegt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Turbine mit zwei gegenläufigen, durch ein Differentialgetriebe verbundenen und mit einer Kupplung versehenen Laufrädern, die abwechselnd mit der Motorwelle in Verbindung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß alle Turbinenorgane und die Teile dieser Organe, wie z. B. Gehäuse, Laufräder, Schaufeln, Dichtungen, Kupplungs- und Differentialgetriebe, durch Aufschrauben des einen Teils oder Organs auf das andere in Richtung der Turbinenachse und konzentrisch zu dieser angebracht sind.

2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Enden der in bekannter Weise das innere Laufrad tragenden Welle ein Antriebsrad des Differentialgetriebes und ein Kupplungsteil gleichachsig no aufgeschraubt sind, während mit den Enden der rohrförmigen, konzentrischen Welle des äußeren Laufrades das andere Rad des Differentialgetriebes und der andere feste Kupplungsteil verschraubt sind und die Planetenräder des Differentialgetriebes auf einem auf der einen Seite des Turbinengehäuses konaxial aufgeschraubten Ring und das bewegliche Kupplungsglied in einer an der entgegengesetzten Seite des Turbinen- iaa gehäuses konaxial angeschraubten Büchse angeordnet sind.

3· Turbine nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmigen Schaufelkränze durch Aufschraubung ihres Tragringes auf zylinderförmige, konzentrische und mit Gewinde versehene Rippen an den Laufrädern befestigt sind.

4. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Laufrad aus zwei durch den kreisförmigen Umfangskranz von Schaufeln verbundenen Rädern besteht, deren Tragringe am Umfang dieser Räder angeschraubt sind, wobei das eine Rad Rippen zum Anschluß der anderen Schaufelkränze hat, und das andere zwischen dem Gehäuse und dem inneren Laufrad angeordnete Laufrad eine Ausgleichskammer bildet.

5. Turbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden der Teile der Labyrinthdichtung je auf einem zweier in verschiedenem Drehsinn beweglichen Organe konzentrisch verschraubt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen