DE2527313C3 - Gehäuse für axial durchströmte Turbomaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für axial durch- »trömte Turbomaschinen mit Ringscheiben, die an ihrem Innenumfang beidseitig angeordnete axiale Voriprünge zur Aufnahme der Schaufelfüße von Leitichaufeln aufweisen, und mit über den Umfang verteilt angeordneten, axial ausgerichteten Abstandshaltern zwischen benachbarten Ringscheiben.

Ein derartiges Gehäuse ist aus der US^PS 2610786 bekannt. Bei seinem Aufbau werden über den fertigen beschaufeiten Rotor nacheinander jeweils abwechselnd ein aus mindestens zwei Segmenten bestehender, die Leitschaufeln tragender Ring und eine tinge" teilte Ringscheibe! mit beidseitigen axialen Vorsprünfne zur Aufnähme der LeitschäUfelringkänteri; Und von axial ausgerichteten Abstandshaltern axial aufgeschobeiii wobei allerdings die Segmente jedes Leitschaufelringes radial eingeschoben und durch Flanschschrauben als Ring zusammengehalten werden. Aufeinanderfolgende Ringscheiben sind durch axiale Bolzen verschraubt, und schließlich sind axiale ϊ Zugstangen vorgesehen, die das ganze Gehäuse durchsetzen und zusammenhalten. Die notwendigen Flansche in den Trennebenen der geteilten Ringe und ■ die Spannmittel erhöhen erheblich das Gehäusegewicht und beeinträchtigen die thermische Stetigkeit, ίο Die Herstellung und der Zusammenbau dieses Gehäuses erfordern zahlreiche aufwendige Bearbeitungsvorgänge, um insbesondere die erforderliche iConzentrizität von Rotor und Gehäuse und einen möglichst geringen Abstand zwischen Leitschaufeln Γι und Turbinenschaufeln zu erreichen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein solches Gehäuse so auszubilden, daß es ein möglichst geringes Gewicht und keine thermischen Unstetigkeiien aufweist, in zusammengebauiem Zustand gut be- -!o arbeitbar ist und zur Beschaufelung in einem Stück belassen werden kann, also insgesamt weniger und einfachere Herstellungs- und Bearbeitungsschritte erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem -'> Gehäuse der eingangs angegebenen Art gelöst, daß das aus den geschlossene Ringe bildenden Ringscheiben und den rippenförmigen Abstandshaltern bestehende Gehäuse einstückig ausgebildet ist, und daß die radial von außen in das Gehäuse eingebrachten «ι Schaufelfüße auf den Vorsprüngen der Ringscheiben mittels einer radial nach innen, direkt auf die Schaufelfüße einwirkenden Spannvorrichtung in Radialrichtung festgelegt sind.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unter-Ji ansprüchen gekennzeichnet.

Der erzielte technische Fortschritt besteht vor allem darin, daß die entscheidende gena\,„e Endbearbeitung der Ausnehmungen, Auflage- und Dichtungsflächen für die Leitschaufeln am zusammengebauten und so-4i) mit einstückig vorliegenden Gehäuse in einem einzigen Drehvorgang vorgenommen werden kann, wodurch eine genaue Konzentrizität gewährleistet ist, da diese Bearbeitung des Gehäuses erfolgt, nachdem es auf die Welle des Rotors aufgekeilt ist. Die Montage 4'. der Leitschaufeln jeder Stufe ist sehr einfach und kann unabhängig von der Beschaufelung der anderen Stufen erfolgen, wobei sich das axiale Spiel zwischen den Leitschaufeln und den Rotorschaufeln während des Montagevorgangs bequem messen und sehr gering Ί» einstellen läßt. Außerdem erfordert eine Untersuchung des Zustandes einer Stufe der Leitschaufeln oder Rotorschaufeln bei einer Revision nur eine teilweise Demontage ohne Ausbau des Rotors

Die Zellenbauweise ermöglicht einen besonders

>-, leichten dimensionsstabilen und verwindungssteifen Aufbau des Gehäuses ohne thermische Unstetigkeit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand der Zeichnung näher erläutert Es /eigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Gehäuse für einen 6» Axialkompressor in einem schematischen axialen Teilschnitt,

Fig. 2 einen Teilschnitt längs A^A der Fig, 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 einen Teilschnitt längs B'B der Fig. 2 im e5 gleichen Maßstab wie Fig, 2,

Fig. 4 und 5 eine abgewandelte Ausführung der Leitschaufelbefestigung in zwei zueinander senkrechten Teilschnitten.

Der in Fig. 1 gezeigte und mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Gehäuse versehene Axialkompressor weist sechs Stufen auf. Die Nabe 11 und die Laufschaufeln 12 des Rotors 10 dieses Kompressors sind in Fig. 1 nur sehr schemarisch dargestellt und werden nicht näher beschrieben, da eine nähere Beschreibung für das Verständnis der Erfindung unnötig ist.

Das Gehäuse 20 des Kompressors besteht aus aufeinanererfolgenden, ringförmigen Teilabschnitten, nämlich Endabschnitten 31 und Zwischenabschnitten 30, die sämtlich koaxial zueinander angeordnet sind und zwischen denen ringförmige Zwischenräume für den Durchgang und die Montage der feststehenden Leitschaufeln 40 vorgesehen sind. Die ringförmigen Zwischenabschnitte 30 sind von kranzförmig ausgebildeten Ringscheiben 70 und die Endabschnitte 31 von ebenfalls kranzförmigen, als Epdflansche ausgebildeten Ringscheiben Ti gebildet. Die Ringscheiben

70 und 71 haben sämtlich den gleichen Aubendurchmesser, und das Gehäuse 20 umschließt als Ganzes einen zylindrischen Raum. Jede Ringscheibe 70 und

71 ist mit den benachbarten Ringscheiben 70 bzw. 71 über eine Mehrzahl von als Radialrippen ausgebildeten axial ausgerichteten Abstandshaltern 80 verbunden, und das Gehäuse 20 stellt auf diese Weise eine ringförmige ZylinderstrukTur in Zellenbauweise dar. Das gesamte Gehäuse 20 oder einige seiner Stufen, beispielsweise die Hochdruckstufen, sind vorzugsweise mit einem äußeren Zylindermantel 94 umgeben, der eine zusätzliche Abdichtung der gesamten Turbomaschine nach außen hin gewährleistet.

Im folgenden werden der Aufbau des Gehäuses 20 und insbesondere seine Montage und die Befestigung der feststehenden Leitschaufeln 40 in den Zwischenräumen zwischen den ringförmigen Vorsprüngen 32 der Ringscheiben 70, 71 mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 erläutert.

Die Vorsprünge 32 der Ringscheiben 70 und 71 (Fig. 3) bilden zylindrische Lagerschalen, auf denen sich die Schultern 51 der Schaufelfüße 50 der feststehenden Leitschaufeln 40 abstützen. Die Schultern 51 weisen eine Kreisbogenform mit gleichem Radius wie der Radius der zylindrischen Vorsprünge 32 auf. Die Leitschaufel 40 werden von außen eingeführt und an die Vorsprünge 32 durch ein Spannband 92 angedrückt, das jeweils die Schaufelfüße 50 aller Leitschaufeln 40 dieser Stiue des Kompressors umgibt. Die Schaufelfüße 50 weisen periphere Abschnitte 52 auf, die im wesentlichen durch die Schultern 51 zu beiden Seiten der ringförmigen Zwischenräume zwischen den Teilabschnitten 30 und 31 begrenzt sind, und Ansätze 53, die in diese Zwischenräume einschiebbar sind. Die Höhe der Ansätze 53 ist so festgelegt, daß ihre Innenseiten, welche die Schaufelblätter 60 der Leitschaufeln 40 tragen, auf gleicher Höhe mit der durch die Innenbohrungen der Teilabschnitte 30 und 31 begrenzten Wandung zu liegen kommen.

Die Abdichtung der Leitschaufeln 40 wird durch Dichtungen 91 (Fig. 2, 3) gewährleistet, welche die Ansätze 53 umschließen, wobeisie einerseits zwischen die Schultern 51 und die Vorsprünge 32 und andererseits zwischen nach einer Seite hin tangential über die Abschnitte 52 hinausstehende Nasen 54 (Fig. 2) und ebenfalls tangential, jedoch nach entgegengesetzter Richtung über die Ansätze 53 hinäüsstehende Nasen 54 der Schaufeifüße 50 zu liegen kommen.

Die Abstandshalter «fO weisefi einen Y-förmigen

-Ό

Querschnitt auf, dessen Schaft 81 in einer Axialebene liegt und dessen Arme 82 radial nach außen weisen. Diese Form verleiht der Zellenstruktur des Gehäuses 20 eine ausgezeichnete Torsionssteifigkeit. Die Arme 82 der Rippen 80 besitzen abgeflachte Enden 83, die über den Außenumriß der Ringscheiben 70 und 71 hinausstehen, wodurch es möglich ist, rund um das gesamte Gehäuse 20 oder um dessen Hochdruckstufen den Zylindermantel 94 anzuordnen, der eine Verbesserung der Abdichtung und nötigenfalls auch der Schallisolierung ergibt.

In den jeweils den Schaft 81 bildenden Teilen der Abstandshalter 80 sind öffnungen 84 (Fig. 2) vorgesehen, die eine Einführung der SchaufelfüEe 50 in die ringförmigen Zwischenräume auf der Höhe der Schäfte 81 ermöglichen.

Die Außenseiten 56 der Schaufelfüße 50 sind gewölbt ausgeführt. Außerdem sind ι· <erseitig stark gewölbte periphere Nuten 57 (Fig. 3; vi rgesehen, die als Führung für die Spannbänder 92 dienen, die sich mit Hilfe von in der Zeichnung nicht näher dargestellten Schrauben zusammenziehen lassen, die eine gegenseiti.3e Annäherung von an den Enden der Spannbänder 92 vorgesehenen Spannflanschen 93 bewirken (Fig. 2). In Fig. 3 ist zur Vereinfachung der Darstellung lediglich ein einziges Spannband 92 gezeigt.

Die Erfindung ist hinsichtlich der Befestigung der feststehenden Leitschaufeln 40 nicht auf die oben beschriebenen Hilfsmittel beschränkt. So kann das Spannband 92 als elastisches Band oder als Gliederband ausgebildet sein, oder es kann anstelle der Spannbänder 92 auch eine andere Spanneinrichtung wie beispielsweise ein System von Spannkeilen verwendet werden (Fig. 4 und 5).

Bei einer Festlegung der Schaufeln 40 mit Hilfe von Spannkeilen kann jeder derselben so einjesetz' werden, daß er gleichzeitig mehrere Schaufeln oder aber nur eine einzige Schaufel festlegt. Eine solche Befestigur^sart ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt, wobei Fig. 4 einen Diametralschnitt und Fig. 5 einen Axialschnitt längs der Linie C-C der Fig. 4 wiedergibt Bei dieser Befestigungsart wird jeder Schaufelfuß 50 einer Schaufel 40 durch einen eigenen Spannkeil 95 mit geringer Steigung befestigt, der zwischen den jeweiligen Schaufelfuß 50 und eine Platte 96 eingezwängt wird, die ihrerseits in zwei Ringnuten 97 eingreift. Die Platte 96 kann aus nachgiebigem niedrig gekohltem Stahl mit hoher Dehnung bestehen, was eine Verringerung der erforderlichen Fertigungstoleranzen ermöglicht, da bei der Montage die Elastizitätsgrenze übersi-hritten werden kann. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel erfolgt die Montage im Uhrzeigersinn von links nach rechts, wobei jeder Spannkeil 95 jeweils durch den auf seiner rechten Seite befindlichen Schaufelfuß 50, also den Schaufelfuß der unmittelbar danach montierten Schaufel 40 festgehalten wird. Die in Fig. S mit 98 ^zeichnete Schaufel wird als letzte montiert, und für diese Schaufel ist kein Spannkeil 95, sondern ein anderes Spannelement, beispielsweise ein Schraubenschloß 99 vorgesehen.

Für die Herstellung und die Montage einer Turbomaschine mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse ergibt sich also folgendes:

Das Gehäuse 20 kann durch Verschraubung von ringförmigen Abschnitten aufgebaut werden, während Montägeebenen beispielsweise durch die diametralen Mittelebenen der Ringscheiben 70 hindurchgehen, wobei diese Abschnitte selbst durch Guß oder

Schweißarbeit hergestellt werden. Jedoch ist ein Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten Gehäuses 20, daß es sich von seiner Struktur her in hohem Maße für eine Fertigung der einzelnen Abschnitte oder sogar des ganzen Gehäuses aus einem Stück, beispielsweise durch Guß, Schweißurig öder auch durch Verschweißung von gegossenen Untereinheiten eignet.

Gleichgültig, weiche der erwähnten Arten des Zu-^ sammenbaus gewählt wird, wird anschließend das zusammengebaute Gehäuse durch Drehen bearbeitet, wobei in einem einzigen Drehvörgarig der Außenumfang der Ringscheiben 70 und 71, die Innenseite der ringförmigen Abschnitte 30 und 31 und der zylindrischen Vorsprünge (Lagerschalen) 32 (Fig. 3) sowie die ebenen Flächen der Abschnitte bearbeitet werden, welche die ringförmigen Durchlässe für die Montage der Leitschaufeln 40 begrenzen. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Gehäuses 20 ermöglicht daher eine einfache und rasche Bearbeitung.

Bei der Montage des Axialkompressors wird damit begonnen, daß der mit seinen Laufschaufeln 12 versehene Rotor 10 in das Gehäuse 20 eingeführt wird, sodann werden die mit den Dichtungen 91 versehenen Leitschaufeln 40 durch die von den Ringscheiben 70 und 71 und den Abstandshaltern 80 begrenzten Zwischenräumen eingeführt. Die Montage der Leitschaufeln, 40 und ihre Festlegung durch die radial nach innen wirkende Spannvorrichtung gestaltet sich dank der Zugänglichkeit der Durchlässe zwischen den Vorsprüngen 32 sehr einfach. Als letzter Schritt wird dann der zylindrische Außenmantel 94 aufgebracht und festgelegt.

Besondere Hervorhebung verdient noch:

- daß die Leitschaufeln 40 in durch Schweißung oder Guß zusammengefügten Gruppen montiert werden können;

— daß die Leitschaufeln 40 in den verschiedenen Stufen des Kompressors in beliebiger Reihenfolge montiert werden können;

- daß das Spiel zwischen den Schaufelfüßen 50 in ein Und derselben Stufe leicht verteilt werden kann;

- daß sich auch die letzte Leitschaufel 40 einer Stufe ohne Schwierigkeit montieren läßt, indem diese unter Einführung der Führungsnase 55 an ihrem Schaufelfuß 50 unter die Nase 54 des benachharten AhschniHs 52 eingesr.hnhen nnd anschließend die Lage dieser Leitschaufel 40 so berichtigt wird, daß die Führungsnase 54 auf die Fühi-ungsnase 55 der benachbarten Leitschaufel 40 zu liegen kommt;

— daß sich die Dichtigkeit ohne weiteres durch Einstellung der Spannbänder 92 oder der Spannkeile 95 gewährleisten läßt;

— !daß die Überwachung von Leckverlusten und d'ri Feststellung der Lage undichter Stellen in hohem Maße dadurch vereinfacht wird, daß die Abschnitte 30 und 31 zusammen mit den Ringscheiben 70 und 71 getrennte Räume bilden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gehäuse für axial durchströmte Turibomaschinen mit Ringscheiben, die an ihrem Innenumfang beidseitig angeordnete axiale Vorsprünge zur Aufnahme der Schaufelfüße von Leitschaufeln aufweisen, und mit über den Umfang erteilt angeordneten, Eixial ausgerichteten Abstandshaltern zwischen benachbarten Ringscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den geschlossene Ringe bildenden Ringscheiben (70, 71) und den rippenf örmigen Abstandshaltern (80) bestehende Gehäuse (20) einstückig ausgebildet ist, und daß die radial von außen in das Grehäuse eingebrachten Schaufelfüße (50) auf den Vorsprüngen (32) der Ringscheiben (70,71) mittels einer radial nach innen, direkt cvuf die Schaufelfüße (50) einwirkenden Spannvoirrichtung (92, 95) in Radialrichiung festgelegt sind.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Ausbildung des Gehäuses durch Verguß oder Verschweißung oder sonstige zum IBeschauf ein des Gehäuses (20) nicht lösbare Verbindungen hergestellt ist.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung aus die Schaufelfüße (50) einer Stufe umgebenden Spannbände η (92) besteht.

4. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung aus einem Satz von Spannkeilen (95^Λ und die Schaufelfüße (50) einer Stufe umgebenden Platten (96) besteht.

5. Gehäuse: nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den axialen Vorsprüngen (32) des Gehäuses (20) und der Auflagefläche der Schaufelfüße (50) Dichtungen (91) eingefügt sind.

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (80) einen Y-förmigen Querschnitt aufweisen, dessen Arme (82) radial nach außen weisen.

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20) von einem Zylindermantel (94) umgeben ist.