DE2235961A1 - TURBINE ROTOR - Google Patents
TURBINE ROTORInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
- F01D5/063—Welded rotors
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Description
PATENTANWAtr 8 Mündien 21 - Gotthordsfr. SIPATENT APPLICATION 8 mouths 21 - Gotthordsfr. SI
Telefon S61762Telephone S61762
7133 - V7133 - V
Societe Generale de Constructions Electriques et Mecaniques (ALSTHOM)Societe Generale de Constructions Electriques et Mecaniques (ALSTHOM)
Paris 16eme, 38, avenue Kleber (Prankreich)Paris 16eme, 38, avenue Kleber (France)
„Turbinenrotor""Turbine rotor"
Priorität vom 23. Juli 1971 aus der französischen Patentanmeldung 71/27 204Priority of July 23, 1971 from French patent application 71/27 204
Die Erfindung besieht sich auf einen Turbinenrotor und dabei insbesondere auf einen Rotor für eine Dampf- oder Gasturbine .The invention relates to a turbine rotor and in particular to a rotor for a steam or gas turbine .
Die Weiterentwicklung' von Turbinen; insbesondere vonThe advancement of turbines; especially from
Dampfturbinen mit dem Ziel, immer größere Leistungen zu erzielen, führt zu einer Zunahme des Gewichts der Rotoren, womit wiederum ein Anwachsen der Kräfte, wie z.B. der auf die Auflagen wirkenden dynamischen Kräfte, der wechselnden Biegebeanspruchung bei der Rotationsbewegung, der ständig oder übergangsweise auftretenden thermischen Spannungen verbunden ist, aus denen sich demzufolge Probleme hinsichtlich der Festigkeit der Welle, der kritischen Flexionsgeschwindigkeiten usw. ableiten.Steam turbines with the aim of achieving ever greater outputs lead to an increase in the weight of the rotors, which in turn an increase in forces, such as those acting on the conditions dynamic forces, the changing bending stresses during the rotational movement, those that occur continuously or temporarily thermal stresses, which consequently give rise to problems with regard to the strength of the shaft, the critical Derive flexion speeds, etc.
Es ist daher wesentlich, das Gewicht der Rotoren weitestgehend zu beschränken.It is therefore essential to reduce the weight of the rotors as much as possible to restrict.
Handelt es sich um aus einem Stück bestehende Turbinenrotoren für sehr hohe Leistungen, so haben die an der Gesenkschmiede Arbeitenden Bohrungen in der Achse von Teilen eines sehr grossen Durchmessers einzubringen, um die Homogenität des verwendeten Werkstoffes zu prüfen. Unbeabsichtigt ergibt sich hierdurch zwarIn the case of turbine rotors consisting of one piece for very high outputs, those at the drop forge To make working holes in the axis of parts of a very large diameter in order to ensure the homogeneity of the used To check the material. This results unintentionally
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eine bestimmte Gewichtsverringerung, da jedoch die Bohrung die am stärksten belasteten Teile des Rotors in gleicher Weise wie die anderen erfaßt, entsteht somit eine Zunahme der Spannungen im Rotor. Die durch eine Aneinanderreihung von Vollscheiben gebildeten Rotoren, die gegebenenfalls mit einer Axialöffnung versehen sind, die durch die gesamte Gruppierung läuft, können zwar durch eine Stärkenverringerung der Scheiben in ihrem mittleren Teil erleichtert werden, demgegenüber ist jedoch die hierdurch erzielte Gewichtsabnahme nur unbedeutend.a certain reduction in weight, but since the bore engages the most heavily loaded parts of the rotor in the same way as the others, there is thus an increase in the stresses in the rotor. The rotors formed by a row of solid disks, which may be provided with an axial opening that runs through the entire grouping, can be made easier by reducing the thickness of the disks in their central part, but the weight loss achieved is only insignificant.
In der Zielsetzung der Erfindung liegt demnach die Schaffung eines Turbinenrotors einer neuen Konzeption, die einen großen Spielraum in der Dimensionierung der einzelnen Teile des Rotors schaft und dabei ermöglicht, das Gewicht unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften des verwendeten Materials auf das erforderliche Minimum zu beschränken. Dieser Rotor wird dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest teilweise durch eine axiale Folge von miteinander verschweißten Ringen gebildet wird, deren Innendurchmesser und Radialstärke sich gegenläufig von einem zum anderen Ring entsprechend den Kräften ändern, denen der betreffende Ring während des Betriebs der Turbine ausgesetzt wird.The aim of the invention is therefore to create a turbine rotor of a new concept, the one large leeway in the dimensioning of the individual parts of the rotor shaft while allowing the weight to be taken into account to limit the mechanical properties of the material used to the necessary minimum. This rotor will characterized in that it is at least partially formed by an axial sequence of rings welded together, the inside diameter and radial thickness of which change in opposite directions from one ring to the other according to the forces exerted by the respective ring Ring is exposed during operation of the turbine.
Es erweist sich hierbei als besonders vorteilhaft, die Abmessungen der Ringe in der Form zu wählen, daß die auftretenden Kräfte in den einzelnen Ringen gleichmäßig verteilt werden und sich in Nähe der zulässigen Einsatzgrenzen des bzw. der diese Ringe bildenden Werkstoffe bewegen.It proves to be particularly advantageous here to choose the dimensions of the rings in such a way that the occurring Forces in the individual rings are evenly distributed and are close to the permissible limits of use of this Move materials that form rings.
Handelt es sich um eine mit veränderlichem Medium arbeitende Turbine und insbesondere um eine Dampfturbine, so treten die stärksten Kräfte in der letzten Ausdehnungsstufe auf. Erfindungsgemäß wird eine axiale Folge der obenbeschriebenen Schaufelringe den ersten Stufen einer Entspannung bzw. Ausdehnung des veränderlichen Mediums zugeordnet und diese axiale Folge von Ringen auf eine Vollscheibe mit Schaufeln geschweißt, die die letzte Stufe dieses AusdehnungsVorgangs bildet.If the turbine is working with a variable medium, and in particular a steam turbine, the strongest forces in the last expansion stage. According to the invention there is an axial sequence of the above-described blade rings assigned to the first stages of a relaxation or expansion of the variable medium and this axial sequence of rings on a solid disk with blades is welded, which forms the final stage of this expansion process.
Im weiteren Verlauf wird anhand der beigefügten Schema-In the further course, based on the attached scheme
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Zeichnung ein nicht einschränkend aufzufassendes, erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel beschrieben.Drawing a non-restrictive, according to the invention Embodiment described.
- Figur 1 - zeigt somit im Längsschnitt einen DoppeIfluß-Dampfturbinenrotor, wobei auf die Darstellung der Schaufeln verzichtet wurde.- Figure 1 - thus shows a double-flow steam turbine rotor in longitudinal section, the blades are not shown.
Der doppeltgerichtete Dampffluß tritt im Mittelteil des Rotors bei 1 ein. Ein erster Fluß durchfließt den Rotor von links nach rechts und wird somit nacheinander über die (nicht dargestellten) Schaufeln der Ringe 2, 3 und 4 und eine Vollscheibe 5 geleitet, die auf das Ende eines Wellenabschnitts 6 geschweißt ist. In gleicher Weise durchfließt ein zweiter Dampffluß den Rotor von rechts nach links und wird somit nacheinander über die (nicht dargestellten) Schaufeln der Ringe 7, 8 und 9 und eine Vollscheibe 10 geleitet, die auf das Ende eines Wellenabschnitts 11 geschweißtThe bidirectional flow of steam occurs in the central part of the Rotor at 1 a. A first flow flows through the rotor from left to right and is thus successively via the (not shown) Blades of the rings 2, 3 and 4 and a solid disk 5, which is welded to the end of a shaft section 6. In in the same way a second stream of steam flows through the rotor of right to left and is thus successively over the blades (not shown) of the rings 7, 8 and 9 and a solid disk 10 which is welded onto the end of a shaft section 11
Die einzelnen Ringe 2, 3, 4, 7, 8, 9 sowie die Vollscheiben 5 und 10 bilden die Elemente einer Einheit, die durch die Schweißverbindungen wie z.B. 12 entlang der benachbarten Flächen der sie bildenden Elemente entsteht.The individual rings 2, 3, 4, 7, 8, 9 and the solid discs 5 and 10 form the elements of a unit, which is achieved by the welded joints such as 12 along the adjacent surfaces of the elements that make it up.
Die Anzahl der Ringe wie z.B. 2, 3, 4 bzw. 7, 8, 9 entspricht der Anzahl der Stufen bzw. Ausdehnungs-Stufengruppen, die die Turbine umfaßt und zwar abzüglich der letzten Stufe, der eine Vollscheibe 5 bzw. 10 zugeordnet ist. Der Innendurchmesser und die Radialstärke jeder dieser Ringe sind hierbei in der Form gewählt, daß unter der Einwirkung der Zentrifugalkräfte und Temperaturen die Verschiebung in Höhe der geschweißten Verbindungen wie z.B. 12 der des benachbarten Teiles entspricht. Der Innendurchmesser eines Ringes ist umso größer und damit die Gewichtsersparnis umso bedeutender, je näher sich dieser Ring am Dampfeinlaß befindet, da die im Rotor auftretenden Kräfte vom oberen zum unteren Teil des Ausdehnung sr aumes hin zunehmen. Die Innendurchmesser nehmen somit vom Ring 2 zum Ring 4 und vom Ring 7 zum Ring 9 hin ab.The number of rings such as 2, 3, 4 or 7, 8, 9 corresponds to the number of stages or expansion stage groups that the turbine includes minus the last stage to which a solid disk 5 or 10 is assigned. The inside diameter and the Radial thickness of each of these rings are chosen in such a way that under the action of centrifugal forces and temperatures the displacement at the level of the welded connections such as 12 corresponds to that of the adjacent part. The inside diameter of a The ring is the bigger and therefore the weight saving all the more significant, the closer this ring is to the steam inlet, since the forces occurring in the rotor from the upper to the lower part of the expansion sr aumes to increase. The inner diameter thus decrease from ring 2 to ring 4 and from ring 7 to ring 9.
Die Vollscheiben 5 und 10 werden geschmiedet, wobei diese im dargestellten Beispiel nicht aufgebohrt sind, das einem Turbinenrotor sehr hoher Leistung entspricht, bei dem die Möglichkei-The solid disks 5 and 10 are forged, although these are not drilled open in the example shown, that of a turbine rotor corresponds to a very high performance, with the possibility of
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ten des Ausgangsmaterials voll ausgeschöpft werden. Bei anderen Anwendungsfällen könnten diese Scheiben 5 und 10 jedoch eine mittlere Ausbohrung in den Fällen aufweisen, in denen die auftretenden Kräfte dies ermöglichten. Diese Vollscheiben 5 und 10 besitzen nach außen zur Gruppe der Ringe und Scheiben hin gerichtet axiale Verlängerungen 13 und 14 für die Verbindungen sowie Auflagen für die Welle und die Anordnung von nicht dargestellten Abdichtungsorganen . the starting material can be used to the full. In other applications, however, these disks 5 and 10 could be a medium one Have bore in those cases where the forces involved made this possible. These full disks 5 and 10 have directed outwards to the group of rings and washers axial extensions 13 and 14 for the connections and supports for the shaft and the arrangement of sealing members, not shown.
Im dargestellten Rotor sind die auftretenden KräfteIn the rotor shown are the forces that occur
gleichmäßig verteilt und auf den größtmöglichen Wert abgestimmt, der in der letzten Ausdehnungsstufe auftritt. Der Rotor wird dadurch auf seinen größtmöglichen Einsatzwert gebracht, daß die die einzelnen Elemente bildenden Werkstoffe gleichmäßig bis auf ihre zulässigen Einsatzgrenzen beansprucht werden.evenly distributed and adjusted to the greatest possible value that occurs in the last expansion stage. The rotor is thereby brought to its greatest possible use value that the materials forming the individual elements are evenly down to their permissible application limits are claimed.
Ein in dieser Form aufgebauter Rotor wird unter Berücksichtigung der zulässigen Grenzen auf ein Mindestgewicht gebracht und weist darüber hinaus zahlreiche Vorteile auf wie z.B. besseres Rotationsverhalten infolge größerer Steifigkeit, höhere Geschwindigkeiten für kritische Flexionswerte, geringere dynamische Wirkung auf die Auflageelemente, statischer Biegewert und wechselnde Flexionsbelastung unterhalb der bisherigen Grenzen sowie geringste thermische Spannungen.A rotor constructed in this way is brought to a minimum weight, taking into account the permissible limits and also has numerous advantages such as better rotation behavior due to greater rigidity, higher speeds for critical flexion values, lower dynamic effect on the support elements, static bending value and changing Flexion load below the previous limits and minimal thermal stress.
Handelt es sich um eine mit nur einem Fluß arbeitende Turbine, so würde der Rotor nur aus den Teilen 11, 2, 3, 4, 5 und 6 bestehen, wobei die Teile 11 und 2 miteinander verschweißt würden und die Teile 10, 9, 8 und 7 entfielen.If the turbine is working with only one flow, the rotor would only consist of parts 11, 2, 3, 4, 5 and 6 exist, with parts 11 and 2 being welded together and parts 10, 9, 8 and 7 omitted.
Handelt es sich um einen mit mehr als zwei Flüssen arbeitenden Rotor einer Turbine, so würde dieser zumindest einen Teil des für den Doppelfluß dargestellten Rotors bzw. einen solchen gemäß der für einen Fluß erläuterten Variante enthalten.If the turbine rotor is working with more than two flows, it would at least be part of it of the rotor shown for the double flow or such according to the variant explained for one flow.
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Paris 16eme, 38, avenue Kleber (Frankreich)et Mecaniques (ALSTHOM)
Paris 16eme, 38, avenue Kleber (France)
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