DE2140816A1 - ROTOR FOR FLOW MACHINERY - Google Patents
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Description
? 1 L Ω ß 1 R? 1 L Ω ß 1 R
MOTOREN- UND TURBINEN-UNION * IHUO IOENGINE AND TURBINE UNION * IHUO IO
MÜNCHEN GMBH.MUNICH GMBH.
München, den 9· August 1971Munich, August 9, 1971
Rotor für StrömungsmaschinenRotor for turbo machines
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für Strömungsmaschinen, bei dem mehrere Laufradscheiben durch in diese eingeschweißte Zwischenringe untereinander verbunden sind.The invention relates to a rotor for turbomachines, in which several impeller disks are welded into them Intermediate rings are interconnected.
Derartige Rotoren sind in der Regel nicht zerlegbar, so daß kaum eine Möglichkeit besteht, beschädigte Teile, insbesondere im äußeren Umfangsbereich des Rotors, wie beispielsweise die am Rotor bzw. an den Laufradscheiben zu befestigenden Laufschaufeln, auszutauschen.Such rotors are usually not dismantled, so that there is hardly any possibility of damaged parts, in particular in the outer circumferential area of the rotor, such as the blades to be attached to the rotor or to the impeller disks, to exchange.
Weiter bereitet es bei derartigen Rotoren erhebliche konstruktive Schwierigkeiten, bei einer erwünschten lösbaren Befestigung der Laufschaufeln an den Laufradscheiben und bei Vorhandensein im Bereich des äußeren Umfanges des Rotors eingeschweißter Zwischenringe eine aerodynamisch günstige, also glattflächige Wandstimktur zwischen den Schaufelplattformen am Rotor zu erzielen.Furthermore, there are considerable structural difficulties in such rotors when a desired detachable attachment of the Rotor blades on the rotor disks and, if there are intermediate rings welded into the area of the outer circumference of the rotor an aerodynamically favorable, i.e. smooth-surfaced wall structure between the blade platforms on the rotor.
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Weiter bereitet es bei derartigen Rotorkonstruktionen - unter Zugrundelegung der vorgenannten Forderungen - nicht unerhebliche Schwierigkeiten, das Eigengewicht relativ niedrig zu halten. Furthermore, with rotor constructions of this type - on the basis of the aforementioned requirements - there are not inconsiderable difficulties in keeping the dead weight relatively low.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den zuvor genannten Rotoren für Strömungsmaschinen nachgesagten Nachteile zu beseitigen und einen Rotor zu schaffen, welcher im Rahmen der eingangs genannten Forderungen und bei einem relativ ) geringen Eigengewicht mit relativ hohen Drehzahlen gefahren werden kann und die hierfür erforderlichen festigkeitsmäßigen Eigenschaften mit sich bringt.The invention is based on the object of the aforementioned To eliminate rotors for fluid flow machines said disadvantages and to create a rotor, which in the frame the requirements mentioned above and with a relatively) low weight driven at relatively high speeds can be and brings the necessary strength properties with it.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem Rotor für Strömungsmaschinen nach der eingangs genannten Gattung vor, daß die Zwischenringe jeweils aus einem eingeschweißte inneren Teil und einem auf diesen aufgeschobenen äußeren Teil bestehen, welcher zusammen mit den Plattformen benachbarter Laufschaufeln eine glattflächige Innenwand des zugehörigen Strömungskanals bildet.To solve the problem, the invention proposes a rotor for turbo machines according to the one mentioned at the beginning Kind before that the intermediate rings each welded in from one inner part and an outer part pushed onto this, which together with the platforms of adjacent Blade forms a smooth inner wall of the associated flow channel.
Dabei können die jeweiligen inneren Teile der Zwischenringe durch Elektronenstrahl- oder Reibschweißung unlösbar mit den Laufradscheiben verbunden sein. Die inneren Teile der Zwischenringe können weiter aus Einzelsegmenten zusammengesetzt sein.The respective inner parts of the intermediate rings can be inextricably linked to the by electron beam or friction welding Be connected to impeller disks. The inner parts of the intermediate rings can also be composed of individual segments.
In weiterer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes soll derIn a further development of the subject matter of the invention
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äußere Teil jedes Zwischenringes ein in sich geschlossener Ring sein, der mit einer radial innen liegenden Verzahnung in axialer Richtung in zugeordnete Nuten des inneren Teils des Zwischenringes einschiebbar ist, wobei die jeweilige Form und Anzahl bzw. die Teilung dieser Nuten - unter Gewährleistung einer unbehinderten Einschiebbarkeit des äußeren Teils - im wesentlichen identisch mit der Form und der Teilung der zu den übrigen inneren Teilen gehörigen Nuten sein soll.outer part of each intermediate ring be a self-contained ring with a radially inner toothing in the axial Direction can be pushed into assigned grooves of the inner part of the intermediate ring, the respective shape and number or the division of these grooves - while ensuring that the outer part can be pushed in unimpeded - is essentially identical with the shape and pitch of the grooves belonging to the other inner parts.
Auf diese Weise wird der jeweils äußere Teil der Zwischenringe im Betrieb an einer unzulässigen radialen Aufweitung gehindert. Durch eine relativ große Zahl vorteilhafter angewendeter Schwalbenschwanzzähne und -nuten wird eine gute Zentrierung der jeweils äußeren Teile der Zwischenringe erreicht.In this way, the respective outer part of the intermediate rings is prevented from inadmissible radial expansion during operation. A relatively large number of advantageous dovetail teeth and grooves used ensure good centering of the each outer parts of the intermediate rings reached.
Die Schwalbenschwanznuten in den inneren Teilen der Zwischenringe und in den äußeren Teilen der Zwischenringe können durch Räumen in ähnlicher Weise wie die Schwalbenschwanznuten in den Schaufelkränzen der Laufradscheiben hergestellt werden. Die Schwalbenschwanznuten in den inneren Teilen der Zwischenringe werden ebenso wie diejenigen in den Laufradscheiben vor dem Zusammenschweißen geräumt.The dovetail grooves in the inner parts of the intermediate rings and in the outer parts of the intermediate rings can be made by broaching in a similar manner to the dovetail grooves in the Blade rings of the impeller disks are made. The dovetail grooves in the inner parts of the intermediate rings are just like those in the impeller disks before Welding cleared.
Dabei kann die erreichbare Form- und Teilungsgenauigkeit der zur Verzahnung dienenden Nuten des jeweils äußeren und inneren Teiles der Zwischenringe in der Größenordnung derjenigen derThe achievable accuracy of shape and division of the grooves used for the toothing of the outer and inner Part of the intermediate rings in the order of magnitude of that of the
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Sehwalbenschwanznuten in den Rotorscheiben liegen. Da die jeweils äußeren Teile* der Zwischenringe in Grenzen elastisch ausgeführt sein können, werden geringe Formabweichungen der äußeren Teile der Zwischenringe bei der Montage leicht ausgeglichen.Sehwalbenschwanznuten lie in the rotor disks. Because the outer parts * of the intermediate rings are elastic within limits can be, slight deviations in shape of the outer parts of the intermediate rings are easily compensated for during assembly.
Bei flach ansteigender Innenkontur des Schaufelkanals kann für mehrere Stufen dasselbe, auf gleichen Radius liegende Schwalbenschwanzprofil verwendet werden, so daß die gleiche Anzahl von fe jeweils äußeren Teilen der Zwischenringe mit ihren Zähnen durch die Nuten der inneren Teile der Zwischenringe geschoben werden kann.With a gently rising inner contour of the blade channel, the same dovetail profile on the same radius can be used for several stages be used so that the same number of fe each outer parts of the intermediate rings with their teeth through the grooves of the inner parts of the intermediate rings can be pushed.
Zum Ausgleich, sich gegebenenfalls bei der Herstellung ergebender, geringfügiger Teilungsungenauigkeiten kann ein Spiel zwischen Zähnen und Nuten vorgesehen sein. Infolge ihrer Elastizität legen sich jedoch die äußeren Teile der Zwischenringe schon bei niedriger Drehzahl infolge der Fliehkraftaufweitung an. Die sich dabei ergebende Exzentrizität der äußeren Teile " der Zwischenringe kann in zulässigen Grenzen gehalten werden.To compensate for any resulting, minor pitch inaccuracies can result in a play between Teeth and grooves may be provided. Due to their elasticity, however, the outer parts of the intermediate rings lay down even at low speed due to the expansion of the centrifugal force at. The resulting eccentricity of the outer parts "of the intermediate rings can be kept within permissible limits.
Erfindungsgemäß können weiter die Laufschaufeln und damit auch die äußeren Teile der Zwischenringe durch Sicherungselemente in ihrer axialen Lage gehalten werden.According to the invention, the rotor blades and thus also the outer parts of the intermediate rings can also be secured by securing elements their axial position are kept.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch Nachbearbeitung der inneren Teile der Zwischenringe auf eineAnother advantage of the invention is to be seen in the fact that by reworking the inner parts of the intermediate rings on a
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Form z.B. mit Labyrinthsp^itzen eine nachträgliche Umrüstung des z.B. für einen Verdichter anzuwendenden Rotors auf einen Verdichter'mit Leitgittern, welche Innenringe aufweisen, möglich ist.Form e.g. with labyrinth points a subsequent conversion of the rotor to be used e.g. for a compressor on a compressor with guide grids, which have inner rings, is possible.
Anhand einiger"Ausführungsformen in den Zeichnungen wird die Erfindung beispielhaft weiter erläutert; in den Zeichnungen istBased on some "embodiments in the drawings Invention further explained by way of example; is in the drawings
Pig. 1 der Mittellängsschnitt eines erfindungsgemäßen ι Rotors, bei welchem der schrittweise Zusammenbau desselben näher erkenntlich ist,Pig. 1 the central longitudinal section of a ι according to the invention Rotor, in which the step-by-step assembly of the same can be seen in more detail,
Fig. 2 der fertige Rotor nach.Fig. 1 und ebenfalls als Mittellängsschnitt dargestellt,Fig. 2 the finished rotor nach.Fig. 1 and also as Center longitudinal section shown,
Fig. 5 ein Teilschnitt nach der Linie II - II der Fig. 2,Fig. 5 is a partial section along the line II - II of Fig. 2,
Fig. 4 eine die Schaufelfußausbildung und -Befestigung an einer der Laufradscheiben nach der Fig. 1 und erläuternde Einzelheit und4 shows the blade root formation and attachment to one of the impeller disks according to FIGS. 1 and explanatory detail and
Fig. 5 eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. und 2 wfeiter abgewandelte Rotorausbildung.FIG. 5 shows a comparison with the exemplary embodiment according to FIG. and 2 further modified rotor design.
Fig. 1 erläutert die Erfindung an einem Axialverdichterrotor 2, welcher im wesentlichen aus den Laufradscheiben 2* 4, 5 und 6 zusammengesetzt ist. Im jeweiligen Bereich der zugehörigen Schaufelkränze 7, 8, 9, Io sind die Laufradscheiben 5* 4, 5, β durch1 explains the invention on an axial compressor rotor 2, which essentially consists of the impeller disks 2 * 4, 5 and 6 is composed. In the respective area of the associated blade rings 7, 8, 9, Io, the impeller disks 5 * 4, 5, β are through
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eingeschweißte innere Teile 11, 12, 13 der Zwischenringe 14, 15 und 16 untereinander verbunden.welded-in inner parts 11, 12, 13 of the intermediate rings 14, 15 and 16 connected to each other.
Der so zusammengeschweißte Axialverdichterrotor 2 wird zweckmäßigerweise in Halation zu einem sich gegebenenfalls in Strömungsrichtung verengenden Verdichterluftkanal 17 (Fig· 2) von links nach rechts abwechselnd mit Laufschaufeln 18, 19., 2o, 21 und den jeweils äußeren Teilen 22, 25, 24 der Zwischenringe 14, 15, l6 bestückt (Fig. l).The axial compressor rotor 2 welded together in this way is expediently in halation to a compressor air duct 17 (FIG. 2) that may narrow in the direction of flow from the left to the right alternating with blades 18, 19., 2o, 21 and the respective outer parts 22, 25, 24 of the intermediate rings 14, 15, l6 equipped (Fig. 1).
Am Beispiel nach Fig. 1 werden also zunächst die jeweils mit einem Schwalbenschwanzfuß, z.B. 25 (Fig. 4), ausgerüsteten Laufschaufeln 21 in axialer Richtung in entsprechend ausgeformte Nuten des Sehauf elkranzes> Io eingesetzt und gegen axiales Verschieben durch ein mit dem Schaufelkranz Io verbundenes Sicherungsblech 2$ gehalten. Hierauf wird der als in sich geschlossener Ring ausgebildete äußere Teil 24 des Zwischenringes 16 auf den zugehörigen inneren Teil 1J> aufgeschoben, bis er mit seiner Endkante an den Schaufelplattformen 27 der Laufschaufeln 21 anliegt. Durch eine Schwalbenschwanzverzahnung 28 ist der äußere Teil 24 am inneren Teil 13 des Zwischenringes l6 sowohl in Umfangs- als auch in Radialrichtung gehalten. Die Zahnteilung und Profilgebung der Zähne, bzw. der zugehörigen Nuten der Verzahnung 28 sind hierbei etwa identisch mit den Verzahnungen 29, 30 (Fig. l) der Zwischenringe 15, l4, so daß der äußere, als in sich geschlossener Ring ausgebildete Teil 24 ohne weiteres mit seinen Zähnen durchUsing the example according to FIG. 1, the rotor blades 21, each with a dovetail foot, e.g. 25 (FIG. 4), are first inserted in the axial direction into appropriately shaped grooves of the Sehauf elkranzes> Io and against axial displacement by a connected to the blade ring Io Lock washer $ 2 held. The outer part 24 of the intermediate ring 16, designed as a closed ring, is then pushed onto the associated inner part 1J> until its end edge rests against the blade platforms 27 of the rotor blades 21. By means of a dovetail toothing 28, the outer part 24 is held on the inner part 13 of the intermediate ring 16 both in the circumferential and in the radial direction. The tooth pitch and profile of the teeth or the associated grooves of the toothing 28 are approximately identical to the toothings 29, 30 (Fig. 1) of the intermediate rings 15, l4, so that the outer, designed as a closed ring part 24 without another with his teeth
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die zu den Verzahnungen 29, 5° gehörigen Nuten der inneren Teile 11, 12 der Zwischenringe 14, 15 geschoben werden kann. Die Befestigung bzw. Montage der übrigen äußeren Teile 22, 25 und der Laufschaufeln 2o, 19, 18 erfolgt dann weiter sinngemäß in der Reihenfolge von links nach rechts - in entsprechender Weise, wobei jeweils auch die übrigen äußeren Teile 22, 25 der Zwischenringe 14, 15 eine glattflächige Innenwand des Strömungskanals 17 (Fig. 2) mit den weiteren Plattformen 31, 52, 55 der Laufschaufeln l8, 19, 2o bilden.the grooves of the inner parts belonging to the teeth 29, 5 ° 11, 12 of the intermediate rings 14, 15 can be pushed. the Attachment or assembly of the remaining outer parts 22, 25 and of the rotor blades 2o, 19, 18 is then carried out analogously in FIG the sequence from left to right - in a corresponding manner, with the remaining outer parts 22, 25 of the Intermediate rings 14, 15 a smooth inner wall of the flow channel 17 (Fig. 2) with the other platforms 31, 52, 55 of the Forming blades 18, 19, 2o.
Fig. 5 erläutert beispielhaft eine solche schwalbenschwanzförmige Verzahnung 29 zwischen dem eingeschweißten inneren Teil und dem später in axialer Richtung aufgeschobenen äußeren Teil am Zwischenring 15·Fig. 5 exemplifies such a dovetail Toothing 29 between the welded-in inner part and the outer part later pushed on in the axial direction on the intermediate ring 15
Aus Fig. 2 sind im übrigen weitereSicherungsbleche 54, 55, 56 ersichtlich, welche jeweils stirnseitig die Verbindung Schaufelfuß/Scheibe begrenzen und zwischen den jeweiligen Schaufelkränzen 7, 8, 9 (Fig. 1) undden Schaufelplattformen 51, 52, 55 angeordnet sind.Further securing plates 54, 55, 56 are shown in FIG can be seen which is the front side of the connection blade root / disk delimit and between the respective blade rings 7, 8, 9 (Fig. 1) and the blade platforms 51, 52, 55 arranged are.
Weiter ist aus Fig. 2 die äußere Kanalwand 57 des Verdichterluft» kanals 17 mit Leitschaufeln 58, 59, 4o ersichtlich.Furthermore, from Fig. 2, the outer duct wall 57 of the compressor air » channel 17 with guide vanes 58, 59, 4o can be seen.
Es besteht weiter stets die Möglichkeit, unter Beibehaltung einer gleichen Zahnteilung bzw. Nutenprofilgebung für die VerzahnungenThere is also always the possibility of maintaining the same tooth pitch or groove profile for the teeth
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zwischen den äußeren und inneren Teilen der Zwischenringe, das Zahnspiel zur Gewährleistung einer unbehinderten Aufschiebbarkeit der äußeren Teile auf die inneren Teile - bezogen auf Fig. 1 und 2 - von rechts nach links sinngemäß leicht anwachsen zu lassen.between the outer and inner parts of the intermediate rings, the tooth play to ensure that they can be pushed open without hindrance the outer parts to the inner parts - based on Fig. 1 and 2 - grow slightly from right to left accordingly allow.
Die Figuren 1 und 2 veranschaulichen beispielhaft einen Axialverdichterrotor 2 mit innenringlosen Leitgittern, d.h. die ^ jeweils fest angeordneten äußeren Teile 22, 23, 24 der Zwischenringe 14, 15, 16 bewegen sich beim Verdrehen des Rotors 2 vollkommen frei, d.h. ohne Zwischenschaltung von Dichteinrichtungen unterhalb der freien Enden der Leitschaufeln 38, 59* 4o hinweg.Figures 1 and 2 illustrate an example of an axial compressor rotor 2 with guide grids without inner rings, i.e. the fixed outer parts 22, 23, 24 of the intermediate rings 14, 15, 16 move completely freely when the rotor 2 is rotated, i.e. without the interposition of sealing devices below the free ends of the guide vanes 38, 59 * 4o away.
Fig. 5 veranschaulicht einen Axialverdichterrotor 4l, der gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 und 2 dahingehend umgerüstet ist, daß durch Nachbearbeitung eines vormals beispielsweise mit Nuten für die Verzahnung 29 zugestatteten inneren Teils 12 eines Zwischenringes 15 dieser Innere Teil 42 (Fig. 5) nunmehr auf eine * Form mit Labyrinthsp/itzen 4^ nachbearbeitet worden ist, die zusammen mit einem an Leitschaufeln 44 befestigten Innenring 45 eine berührungslose bzw. eine Berührungsdichtung bilden können. Die Laufradscheiben sind in Fig. 5 mit 46, 4γ und die zugehörigen Laufschaufeln mit 48, 49 bezeichnet.Fig. 5 illustrates an axial compressor rotor 4l, the opposite the embodiment according to FIGS. 1 and 2 is converted to the effect that by reworking a formerly, for example, with grooves for the toothing 29 allowed inner part 12 of an intermediate ring 15, this inner part 42 (Fig. 5) now on a * Shape with labyrinth points 4 ^ has been reworked, the together with an inner ring 45 fastened to guide vanes 44 can form a non-contact or a contact seal. The impeller disks are shown in Fig. 5 with 46, 4γ and the associated Rotating blades are designated by 48, 49.
Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte und erläuterte Erfindung ist sinngemäß auch bei einem Turbinenrotor anwendbar.The invention illustrated and explained in Figures 1-5 is can also be used analogously with a turbine rotor.
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1972
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- 1972-08-14 GB GB3790872A patent/GB1395957A/en not_active Expired
- 1972-08-14 US US280142A patent/US3894324A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1395957A (en) | 1975-05-29 |
| US3894324A (en) | 1975-07-15 |
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