DE334359C

DE334359C - Turbine runner

Info

Publication number: DE334359C
Application number: DE1919334359D
Authority: DE
Original assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Current assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Priority date: 1918-05-16
Filing date: 1919-08-24
Publication date: 1921-03-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Turbinen und insbesondere auf Läufer, bei welchen die Laufschaufeln an Scheiben oder Rädern sitzen, die auf der Welle befestigt sind. Bisher werden solche Räder oder Scheiben in der Regel auf der Welle aufgeschrumpft und festgekeilt mit dem Ergebnis, daß die Drehuttgsbeanspruchung von der Scheibe auf die Welle übertragen, wird, nicht aber die Zentrifugalkräfte der Schaufel und der Scheibe. Bei dieser bekannten Ausführung*sform muß daher die Scheibe oder das Rad von genügender Stärke sein, um alle aus den· Zentrifugalkräften herrührenden Beanspruchungen aufzunehmen. In den Fällen, wo der Durchmesser der Scheibe verhältnismäßig klein ist und die Bohrung verhältnismäßig groß, ist es aber schwierig, eine Scheibe mit genügender Stärke zur Aufnahme der Zentrifugalkräfte zu bauen. Eine weitere Schwierigkeit beruht darin, daß, um ein Loswerden einer solchen Scheibe auf der Welle zu vermeiden, wenn sie mit großer Geschwindigkeit läuft, es notwendig ist, eine beträchtliche Schrumpfungsklemmung zwischen Scheibe und Schaft anzuwenden, was die Schwierigkeit des Aufreihens und des Abziehens der Scheiben von der Welle vergrößert.
Die vorliegende Erfindung erzielt einen neuen Turbinenläufer, welcher eine oder mehrere Scheiben, Räder oder auch Ringsegmente trägt, welche zusammen die Scheibe oder das Rad bilden und die in sich selbst nicht genügend stark sind, um der ganzen Zentrifugalkraft der Scheibe, der Räder oder Ringsegmente und der auf diesen befestigten Schaufeln zu widerstehen, bei welchem die obigen Nachteile vermieden sind und das Läufergewicht wesentlich verringert werden kann. Gemäß der Erfindung sind zwar die Schaufeln an der Scheibe, dem Rad oder den Ringsegmenten in irgendeiner geeigneten bekannten Weise befestigt; aber diese Scheibe, das Rad oder die Segmente sind mit der Läuferwelle in solcher Weise verbunden, daß der größere Teil der Zentrifugalkräfte der Schaufeln sowie der Scheibe und Segmente unmittelbar auf die Welle übertragen wird. Bei der Ausführung der Erfindung können die Schaufeln irgendeine geeignete Form haben und ebenso die Scheiben oder Segmente. Indessen erfolgt die Befestigung im wesentlichen getrennt und unabhängig voneinander und so, daß die Zentrifugalkraft von der Schaufelbefestigung nach der Scheibenbefestigung durch die Scheibe oder die Segmente, welche im späteren als Schaufelträger bezeichnet sind, so unmittelbar - als möglichThe invention relates to turbines and, more particularly, to rotors in which the blades are seated on disks or wheels mounted on the shaft. Up to now, such wheels or disks have generally been shrunk onto the shaft and wedged tightly, with the result that the rotational stress is transmitted from the disk to the shaft, but not the centrifugal forces of the blade and the disk. In this known embodiment, the disk or the wheel must therefore be of sufficient strength to absorb all the loads resulting from the centrifugal forces. In cases where the diameter of the disk is relatively small and the bore relatively large, it is difficult to build a disk with sufficient strength to absorb the centrifugal forces. Another difficulty is that in order to avoid getting rid of such a washer on the shaft when it is running at high speed, it is necessary to apply a substantial shrinkage clamping between the washer and the shaft, which increases the difficulty of lining up and pulling the washers enlarged by the shaft.
The present invention achieves a new turbine runner which carries one or more disks, wheels or ring segments, which together form the disk or the wheel and which in themselves are not strong enough to withstand the entire centrifugal force of the disk, the wheels or ring segments and to withstand the blades mounted on them, in which the above disadvantages are avoided and the rotor weight can be reduced significantly. In accordance with the invention, it is true that the blades are attached to the disc, wheel or ring segments in any suitable known manner; but this disk, wheel or segments are connected to the rotor shaft in such a way that the greater part of the centrifugal forces of the blades as well as the disk and segments are transmitted directly to the shaft. In practicing the invention, the blades can be of any suitable shape, as can the disks or segments. In the meantime, the fastening takes place essentially separately and independently of one another and in such a way that the centrifugal force from the blade attachment after the disk attachment by the disk or the segments, which are later referred to as the blade carrier, is as direct as possible

übertragen wird, vorteilhaft aber nicht notwendigerweise in radialer Richtung. Die Befestigung des Schaufelträgers an der Welle muß genügend kräftig sein, um zusätzlich zu den Zentrifugalkräften der Schaufel und der Schaufeldichtung, wenn solche vorhanden ist, auch die Zentrifugalkräfte des Schaufelträgers selbst aufzunehmen.is transmitted, advantageously but not necessarily in the radial direction. The attachment of the blade carrier on the shaft must be strong enough to, in addition to the centrifugal forces of the blade and the Blade seal, if any, also the centrifugal forces of the blade carrier record yourself.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen schematisch dargestellt.Various embodiments are shown in the drawing shown schematically.

In Fig. ι ist ι die Turbinenwelle, welche mit einem gerillten Bund 2 versehen ist. Der Schaufelträger 3, der aus zwei oder mehr Segmenten besteht, ist an seinem Innenumfang mit Zungen 4 versehen, welche in die Rillen 5 des Bundes 2 der Welle passen. Der Schaufelträger ist an der Welle bzw. an deren Bund mittels Bolzen oder Nieten 6 befestigt, welche sowohl durch den Bund 2 der Welle als auch Zungen 4 des Schaufelträgers 3 hindurchgeht. Die Turbinenschaufeln 7 können an dem Schaufelträger 3 in irgendeiner bekannten geeigneten Weise befestigt sein, und zwar geschieht dies bei dieser Ausführung mittels Zungen 8, welche an der Schaufelwurzel ausgebildet sind und zu den Umfangsrillen 9 im Schaufelträger passen, sowie mittels einer doppelten Reihe von Nieten 10.In Fig. Ι ι is the turbine shaft, which is provided with a grooved collar 2. The blade carrier 3, which consists of two or more Segments is provided on its inner circumference with tongues 4, which in the Grooves 5 of the collar 2 fit the shaft. The blade carrier is on the shaft or on its Collar fastened by means of bolts or rivets 6, which both through the collar 2 of the shaft and tongues 4 of the blade carrier 3 passes through it. The turbine blades 7 can be attached to the blade carrier 3 in any known suitable manner, and although this is done in this embodiment by means of tongues 8, which are located on the blade root are formed and fit to the circumferential grooves 9 in the blade carrier, as well as by means of a double row of rivets 10.

Bei Fig. 2 ist die Ausführungsform ähnlich der der Fig. 1, mit dem Unterschied, daß der Ringbund 2 der Welle und die Zungen 4 am Schaufelträger 3 eine größere Tiefe haben, so daß zwei Reihen von Bolzen oder Nieten 6 benutzt werden können, um eine sichere Befestigung zu erzielen.In Fig. 2, the embodiment is similar to that of FIG. 1, with the difference that the The collar 2 of the shaft and the tongues 4 on the blade carrier 3 have a greater depth, so that two rows of bolts or rivets 6 can be used to provide a secure attachment to achieve.

In Fig. 3 ist die Bauart dadurch noch verstärkt, daß der Schaufelträger 3, wie ersichtlich, in seiner Stärke an der Befestigungsstelle auf der Welle verbreitert ist. Die den Schaufelträger bildenden Segmente können entweder aus einem Stück bestehen, wie bei den Fig. 1 bis 3, oder aus einer Mehrzahl von Lamellen, die Seite an Seite liegen, wie aus Fig. 4 ersichtlich. Wenn, wie es die Regel, eine Mehrzahl von Schaufelträgern | Seite an Seite auf der Welle befestigt sind, j so wird es häufig vorteilhaft sein, nur einen ■ einzigen Satz von Nieten oder Bolzen 6 zu ι benutzen, welche durch sämtliche Schaufel- ; träger und die Ringbunde der Welle hindurchgehen. Bei den bisherigen Figuren muß der , Schaufelträger 3 mindestens aus zwei Teilen bestehen, um ihn in die Rillen des Ringbun- , des der Welle einsetzen zu können, doch kann er gewünschtenfalls auch mehrteilig sein. Abänderungsweise kann der Schaufelträger auch 1 nur eine einzige Rille an seinem Innenumfang haben, in welche ein Ringbund oder Flansch der Welle paßt, so daß der Schaufelträger 1 gewissermaßen auf dem Ringbund reitet. ; Für die meisten Fälle würde diese Ausführungsform allerdings nicht kräftig genüg sein, so daß die eine oder andere Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4 vorzuziehen ist.In Fig. 3, the design is further reinforced in that the blade carrier 3, as can be seen, is widened in its strength at the fastening point on the shaft. The segments forming the blade carrier can either consist of one piece, as in FIGS. 1 to 3, or of a plurality of lamellae lying side by side, as can be seen from FIG. If, as is the rule, a plurality of blade carriers | Side by side are fixed on the shaft, j so it will often be advantageous to use only a single set of ■ rivets or bolts to 6 ι which by all shovel; go through the carrier and the collars of the shaft. In the previous figures, the blade carrier 3 must consist of at least two parts in order to be able to insert it into the grooves of the annular collar of the shaft, but it can also be made up of several parts if desired. As an alternative, the blade carrier 1 can also have only a single groove on its inner circumference, into which an annular collar or flange of the shaft fits, so that the blade carrier 1 rides, as it were, on the annular collar. ; For most cases, however, this embodiment would not be strong enough, so that one or the other embodiment according to FIGS. 1 to 4 is preferable.

Bei diesen Ausführungsformen erfolgt zusätzlich zu dem Radialzug an der Befestigung zwischen dem Schaufelträger und der Welle ein weiterer Zug in tangentialer Richtung, welcher sich am stärksten an den Nieten oder Bolzen zunächst den Verbindungsstellen zwi- 7" sehen den Segmenten des Schaufelträgers ; äußert. Um diesen Zug so klein wie möglich zu machen, werden, wie aus Fig. 5 ersichtlich, radiale Schlitze 11 in dem Schaufelträger 3 vorgesehen. Ein anderes vorteilhaftes Mittel ist, die Schaufelträgersegmente mit Anfangs-, spannung durch Erwärmung der Welle aufzuziehen, wobei die Welle während des Auf-, reihens der Schaufelträger erwärmt wird. Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher der Schaufelträger 3, der wie früher aus einer Reihe von Segmenten besteht, auf der Welle 1 in einer unterschnittenen Rille 12 gehalten wird. Ein Teil der Welle ι an dieser Rille ist ausgeschnitten, um das letzte Segment des Schaufelträgers 3 in Stellung zu bringen. Dieser Ausschnitt wird darauf durch ein Füllstück 13 geschlossen, welches in bekannter Weise mittels Schraubenbolzens 14 auf der Welle befestigt wird. gc Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 7. ι Hierbei ist an der Welle 1 ein Ringbund von ; Schwalbenschwanzform oder T-Form ausgebildet und der Schaufelträger 3 ist an ι seinem Innenrand mit einem entsprechenden ; schwalbenschwanz- oder T-förmigen Ring 16 ' versehen. Der Schaufelträger wird an -der Welle durch zwei Klemmringe 17 befestigt, ■ welche mit entsprechenden Nuten versehen sind, um auf die Ringe 15 und 16 der Welle und des Schaufelträgers zu passen. Die Befestigung der Klemmringe 17 erfolgt durch ' Bolzen oder Niete 18, von denen alle oder ein Teil durch die Ringe 15 und 16 der Welle : und des Schaufelträgers hindurchgehen.In these embodiments, in addition to the radial pull at the attachment between the blade carrier and the shaft, there is another pull in the tangential direction, which is most pronounced at the rivets or bolts, initially at the connection points between the segments of the blade carrier 5, radial slots 11 are provided in the blade carrier 3. Another advantageous means is to open the blade carrier segments with initial tension by heating the shaft, the shaft during the 6 shows a further embodiment in which the blade carrier 3, which as before consists of a series of segments, is held on the shaft 1 in an undercut groove 12. Part of the shaft This groove is cut out in order to position the last segment of the blade carrier 3. This cutout is then closed by a filler piece 13 which is fastened in a known manner by means of screw bolts 14 on the shaft. 7 shows a further embodiment. Here, on the shaft 1, an annular collar of; Dovetail shape or T-shape and the blade carrier 3 is at ι its inner edge with a corresponding; Dovetail or T-shaped ring 16 'provided. The blade carrier is mounted on -the shaft by means of two clamping rings 17, ■ which are provided with corresponding grooves in order to fit the rings 15 and 16 of the shaft and the blade carrier. The fastening of the clamp rings 17 is effected by 'bolts or rivets 18, of which all or a portion of the rings 15 and 16 of the shaft: and the blade carrier to pass.

ι Fig. 8 zeigt eine gegenüber der Fig. 7 etwas abgeänderte Form, bei welcher die Innenfläche des Ringes 16 des Schaufelträgers auf der Außenfläche des Ringes 15 der Welle aufliegen. In diesem Falle haben die no Klemmringe 17 nur eine einzige Nut, welche die überstehenden Bunde oder Flansche beider Ringe 15 und 16 umfaßt. Bei dieser Ausführungsform genügt eine einzige Reihe von Nieten 18, welche die beiden Klemmringe 17 verbindet und teils in den Ring 15 und teils in den Ring 16 eingebettet sind.ι Fig. 8 shows a slightly modified form compared to FIG. 7, in which the Inner surface of the ring 16 of the blade carrier on the outer surface of the ring 15 of the On the shaft. In this case, the clamping rings 17 have only a single groove, which the protruding collars or flanges of both rings 15 and 16 includes. In this embodiment A single row of rivets 18, which fasten the two clamping rings 17, is sufficient connects and are partly embedded in the ring 15 and partly in the ring 16.

In einzelnen Fällen, wie in denen der Fig. 9, können die Klemmringe 17 zwischen zwei benachbarten Schaufelträgern 3 durch segmentförmige Abstandsstücke 19 in Stellung gehalten werden, Die Klemmringe 17In individual cases, as in those of FIG. 9, the clamping rings 17 can between two adjacent blade carriers 3 in position by segment-shaped spacers 19 are held, the clamping rings 17

sind mit einer unterschrittenen Ringnut am Boden versehen und das Abstandsstück 19 ist T-förmig, wie aus der Figur ersichtlich. Die Abstandsstücke werden durch einen Schlitz eingesetzt, welcher in seiner Breite dem breiten Teil des T-förmigen Abstandsstückes entspricht und dann in der Umfangsrichtung in Stellung geschoben ist. Zum Schluß wird der Schlitz durch ein Füllstück 19" geschlossen, das punktiert angedeutet ist und in seiner Lage durch eine Deckschraube 19^s gehalten wird.are provided with an undercut annular groove on the bottom and the spacer 19 is T-shaped, as can be seen from the figure. The spacers are inserted through a slot which corresponds in width to the broad part of the T-shaped spacer and is then slid into place in the circumferential direction. Finally, the slot is closed by a filler piece 19 ″, which is indicated by dotted lines and is held in its position by a cover screw 19 ^s .

Eine von den vorherigen Figuren abweichende Ausführungsform ist in den Fig. 10 bis 15 dargestellt, bei welcher Ausführung der Erfindung die Welle 1 mit achsialen Längsnuten 20 versehen ist und die Segtnente 3, welche den Schaufelträger bilden, an ihrer Innenkante mit Vorsprüngen 21 versehen sind, welche in den Nuten 20 gleiten. Die Form der Nuten 20 kann verschieden sein und die Vorsprünge der Segmente 3 müssen der Nutenform entsprechen. In der Fig. 10 sind die Nuten 20 pilzförmig und entsprechen auch den Vorsprüngen 21, während bei Fig. 13 die Nuten und Vorsprünge schwalbenschwanzförmig sind. In der Fig. 11 sind rechteckige oder etwas trapezförmige Nuten dargestellt und in Fig. 12 V-förmige, In letzterem Falle werden die Segmente 3 in den Nuten mittels geeigneter Stifte oder Keile festgehalten, wie bei 22 angedeutet ist.An embodiment that differs from the previous figures is shown in FIG. 10 to 15 shown, in which embodiment of the invention, the shaft 1 with axial Longitudinal grooves 20 are provided and the segments 3, which form the blade carrier, are attached their inner edge are provided with projections 21 which slide in the grooves 20. The shape of the grooves 20 and the projections of the segments 3 can be different must correspond to the shape of the groove. In Fig. 10, the grooves 20 are mushroom-shaped and also correspond to the projections 21, while in Fig. 13 the grooves and projections are dovetail-shaped. In Fig. 11 rectangular or somewhat trapezoidal grooves are shown and in Fig. 12 V-shaped, In the latter case, the segments 3 are in the grooves by means of suitable pins or Wedges held in place as indicated at 22.

In den Fig. 10 bis 13 ist die BeschaufelungIn FIGS. 10 to 13 the blading is shown

nicht dargestellt, doch, können die Schaufeln in den den Schaufelträger bildenden Segmenten in der Weise befestigt sein, wie in Fig. 14 und 5 dargestellt, oder auch in einer anderen geeigneten Weise.not shown, but the blades can be in the segments forming the blade carrier be attached in the manner as shown in Figs. 14 and 5, or in another appropriate way.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in den Fig. 16, 17 und 18 dargestellt. Hierbei sind an der Welle ι rund um ihren Umfang eine Mehrzahl von geradlinigen Quernuten 23 ausgebildet, und die Innenkanten der Segmente 3, welche den Schaufelträger bilden, sind mit entsprechenden geradlinigen Vorsprüngen 24 versehen, welche in die Nuten 23 der Welle eingeschoben werden können. Die Nuten 23 der Welle können, wie in Fig. 18 ersichtlich, unterschnittene oder schwalbenschwanzförmige Gestalt haben, wobei die Innenkanten der Segmente 24 des Schaufelträgers entsprechend geformt sind. Abänderungsweise können die Segmente 3 in den Nuten 23 der Welle mittels geeigneter Stifte oder Federkeile 25 gehalten werden, wie aus Fig. 37 ersichtlich. Wenn nach dem dargestellten Beispiel der Schaufelträger 3 aus vier Segmenten besteht, so können drei von diesen auf der Welle in der oben beschriebenen Weise angebracht werden, indem sie in den Nuten 23 in Stellung geschoben werden. Das vierte Segment wird dann in radialer Richtung in eine volle, d. h. nicht unterschnittene, Nut eingesetzt und in dieser mittels Keil, Schrauben o. dgl. festgehalten. Die in Fig. 16 dargestellte Ausführungsform beschränkt sich nicht auf einen ' Schaufelträger aus vier Segmenten, sondern es kann auch eine Zahl von sechs, acht oder mehr Segmenten gebraucht werden, unter 7c Anordnung der Nuten am Wellenumfang in der gleichen Anzahl.Another embodiment of the invention is shown schematically in FIGS. 16, 17 and 18 shown. Here are a plurality of shafts around its circumference formed by straight transverse grooves 23, and the inner edges of the segments 3, which form the blade carrier, are with corresponding rectilinear projections 24 which fit into the grooves 23 of the shaft can be inserted. The grooves 23 of the shaft can, as can be seen in Fig. 18, have undercut or dovetail shape with the inner edges of the segments 24 of the blade carrier are shaped accordingly. Modifications can the segments 3 in the grooves 23 of the shaft by means of suitable pins or spring wedges 25 as can be seen from FIG. 37. If, according to the example shown, the Blade carrier 3 consists of four segments, so three of these can be on the shaft in in the manner described above by placing them in the grooves 23 in place be pushed. The fourth segment is then in the radial direction in a full, d. H. not undercut, groove used and in this by means of wedge, screws or the like. held. The embodiment shown in Fig. 16 is not limited to a ' Blade carrier made up of four segments, but it can also be a number of six, or eight more segments are needed, under 7c arrangement of the grooves on the shaft circumference in the same number.

Wenn sämtliche Schaufelsegmente 3 auf der Welle mittels Keils oder Federkeils 25 befestigt sind, so besteht der Schaufelträger vorzugsweise aus nur zwei Segmenten und es werden für jedes Segment zwei Satz Keile oder Keilfedern benutzt. DieKeile jeden Satzes werden dann in annähernd tangentialer Richtung in einem Winkel von 90° das eine zum anderen angeordnet, doch kann es auch in einzelnen Fällen erwünscht sein, eine größere Anzahl von Keilen oder Keilfedern für jedes Segment des Schaufelträgers anzuwenden.When all the blade segments 3 are attached to the shaft by means of a wedge or spring wedge 25 are, the blade carrier preferably consists of only two segments and there are two sets of wedges for each segment or wedge springs are used. The wedges of each set are then approximately tangential one arranged at an angle of 90 ° to the other, but it may also be desirable in individual cases to use a larger one Number of wedges or wedge springs to be used for each segment of the blade carrier.

Wenn die Segmente des Schaufelträgers an der Welle durch tangential angeordnete Federkeile oder Keile in der beschriebenen Weise befestigt sind, so kann die Nut auf der Welle eine Umfangsnut sein, wobei die Innenkante der Segmente entsprechend geformt sein muß, wie dies in Fig. 19 ersichtlich. Bei dieser Figur besteht der Schaufelträger aus zwei Segmenten, von denen nur das eine dargestellt ist. Er wird in seiner Stellung in einer Umfangsnut 23 der Welle 1 mittels tangential eingetriebener Federkeile 25 gehalten. Auf einem einzigen Schaufelträger kann man auch zwei oder mehrere Schaufelreihen anbringen.When the segments of the blade carrier on the shaft by tangentially arranged spring wedges or wedges are attached in the manner described, the groove on the shaft can be a circumferential groove, the The inner edge of the segments must be shaped accordingly, as can be seen in FIG. In this figure, the blade carrier consists of two segments, only one of which is shown. He will be in his Position in a circumferential groove 23 of the shaft 1 by means of tangentially driven spring wedges 25 held. You can also use two or more rows of blades on a single blade carrier attach.

Claims

Patent claims: "

1. Turbine runner in which one or all of the blade carriers forming disks, wheels or segments are not sufficiently strong to the To withstand the entirety of the centrifugal forces of the blade carriers and the blades attached to them, characterized in that that the blade carriers are attached to "» the shaft in such a way that the all or the greater part of the centrifugal forces is transmitted to the shaft.

2. Turbine rotor according to claim 1, characterized in that the shaft with is provided with a grooved collar and the blade carrier carries tongues, which fit into the grooves of the collar, the connection being made by means of bolts or rivets that pass through the collar the shaft and the tongues of the blade carrier go through (Figs. 1 to 4).

3 · turbine rotor according to claim r and 2, characterized in that the Blade carriers are provided with radial slots, which after the inner circumference of the blade holder are too open, in order to reduce the tangential tension on the bolts or rivets, which go through the collar of the shaft and the tongues of the blade carrier (Fig. 5).

4. turbine rotor according to claim 1, characterized in that the shaft and the blade carriers are provided with dovetail or T-shaped rings and are encompassed by clamping rings, which with one or more appropriately shaped annular grooves over the rings of the shaft and the blade carrier grip and are connected by bolts or rivets, with or without the use of spacers (Fig. 7 till 9).

5. turbine rotor according to claim!, Characterized characterized in that the blade carrier with a dovetail or T-shaped ring is provided, which is held in position in a correspondingly shaped circumferential groove of the shaft (Figure 6).

6. Turbine rotor with blade carrier attachment according to claim 5, characterized in that that the dovetail or T-shaped ring on the blade carrier is shaped so that it is in accordance with shaped, axially directed slots of the turbine shaft engages (Fig. 10 and 13).

7. turbine rotor according to claim 1, characterized in that the shaft has a Has a plurality of straight transverse grooves formed on its periphery · while the inner edges of the segments that form the blade carrier with accordingly shaped rectilinear projections are provided, the attachment the vane carrier segments is done either in that the grooves and projections dovetail or Are T-shaped, or by means of wedges or spring wedges, which in approximately tangential Direction are inserted (Fig. 16 to 18).

1 sheet of drawings.