EP1724437A1 - Turbine shaft - Google Patents
Turbine shaft Download PDFInfo
- Publication number
- EP1724437A1 EP1724437A1 EP05010794A EP05010794A EP1724437A1 EP 1724437 A1 EP1724437 A1 EP 1724437A1 EP 05010794 A EP05010794 A EP 05010794A EP 05010794 A EP05010794 A EP 05010794A EP 1724437 A1 EP1724437 A1 EP 1724437A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- turbine shaft
- thrust
- balance piston
- blade
- thrust balance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 241000191291 Abies alba Species 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
- F01D3/04—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like
-
- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/30—Arrangement of components
- F05D2250/31—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation
- F05D2250/314—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being inclined in relation to each other
Definitions
- the invention relates to a turbine shaft, in particular for a steam turbine or gas turbine, with a fastening region extending in the longitudinal direction of the turbine shaft for fastening at least one blade, which has preferably been designed according to the reaction principle, i. Pressure on the blade degrades.
- a turbine shaft 10 of such a steam turbine includes a longitudinally extending blade attachment portion 12 to which a plurality of blades 14 are secured.
- the turbine shaft 10 is surrounded by a fixed inner housing 18, on which opposite to the blades 14 vanes 20 are attached.
- Hot compressed steam is introduced into the steam turbine via an inflow chamber 22 located at one end of the attachment area 12.
- most of the steam flows into a blading passage 24 formed in the blade attachment portion 12 between the turbine shaft 10 and the inner case 18.
- Another part of the compressed vapor flowing in through the inflow chamber 22 flows in the opposite direction to one on the turbine shaft 10 in the form of a circumferential ridge trained thrust balance piston 16 out.
- the force exerted thereby on the thrust balance piston 16 in the axial direction of the turbine shaft serves to compensate the force exerted on the turbine shaft 10 in the opposite direction via the rotor blades 14.
- the flow profile of the steam introduced via the inflow chamber 22 within the steam turbine is indicated in FIG. 1 by arrows. Outwardly, the steam turbine is enclosed with an outer housing 26.
- the turbine shafts known in the state of the art are designed to be very solid due to the large axial forces transmitted via the rotor blades and are therefore very heavy and cost-intensive to manufacture. Furthermore, it has been found that, due to the spaces between the radially projecting ends of the rotor blades and the inner housing, relatively high gap losses occur because they are proportional to the gap mass flow and thus are diameter-dependent.
- the invention has for its object to improve a turbine shaft of the type mentioned in that it is less expensive to manufacture and that lower gap losses occur in turbine operation.
- the object is achieved according to the invention with a generic turbine shaft, wherein the distance of the mounting portion of the rotation axis of the turbine shaft decreases in the direction of the axial blade thrust of the turbine shaft.
- the turbine shaft has a "negative slope" in the attachment area.
- the invention is based on the finding that with the turbine shafts known in the state of the art, in that the distance of the fastening region from the axis of rotation of the turbine shaft in the direction of the axial blade thrust is increased or at least constant, high stresses occur between the thrust balance piston and the fastening region , These are due to the above-described function of the thrust balance piston to compensate for axial blade thrust forces.
- blade thrust portions of the rotor blade can already be compensated via the shaft cone, since these areas cause an axial thrust against the flow direction with the steam pressures acting on them.
- the axial stresses occurring within the turbine shaft can be remarkably reduced.
- conical design of the wave contour increases their rigidity in the highly stressed area, so that at the same borderline HCF and rotor dynamic interpretation of the mean diameter of the wave bale can be lowered. This in turn reduces the diameter-dependent gap losses in the blading and in the piston.
- bale diameter material is saved, resulting in a reduction in costs and a weight saving result.
- cheaper materials can also be used.
- the reduction in the forces acting in the turbine shaft further increases the reliability and functionality. Also, in the steam turbine using the turbine shaft according to the invention, the maximum conductible power in the hottest range can be increased and / or the efficiency can be improved.
- the attachment region for attaching the at least one blade with a Groove / foot connection designed on the turbine shaft may be provided with a groove into which a foot adapted thereto may be inserted on the blade.
- the groove can also be attached to the blade, in which case the turbine shaft is provided with a corresponding web for engaging with this groove.
- a mounted on the turbine shaft groove can be designed either as a longitudinal groove or as a radial groove. The thus achievable groove / web connection allows stable attachment of the blade to the turbine shaft.
- a technically particularly stable connection results if the fastening region has at least one fastening groove for receiving a blade root of a blade.
- a blade root may have the profile of a Christmas tree, a dovetail, or a hammer head.
- the associated groove advantageously has corresponding undercuts.
- the fastening region runs along the outer surface of the shell of a frustoconically shaped longitudinal section of the turbine shaft.
- the turbine shaft has a thrust balance piston arranged offset in relation to the fastening area in the opposite direction of the axial blade thrust.
- a thrust balance piston arranged offset in relation to the fastening area in the opposite direction of the axial blade thrust.
- the gap between the attachment region and the thrust balance piston is completely formed by a circumferential recess.
- the edge of the recess adjacent the end of the mounting area for the blades serves to deflect a portion of the incoming steam or gas toward the thrust balance piston, thereby enabling it to deploy its thrust balance function satisfactorily. Because the recess is continuous with the thrust balance piston, the piston can be relatively low, i. be carried out with a relatively low web height.
- the surface of the thrust balance piston facing away from the axis of rotation of the turbine shaft preferably has substantially the same distance from the axis of rotation as the end of the mounting area facing the thrust balance piston.
- a circumferential relief groove is arranged between the fastening region and the thrust balance piston.
- the steam flowing in via the inflow chamber is swirled in the relief groove, whereby a sufficient amount of steam to generate a thrust balance flows toward the thrust balance piston.
- a shaft portion is arranged, whose surface substantially the the same distance from the axis of rotation as the thrust balance piston facing the end of the mounting portion. That is, the mounting portion is lowered as a whole so far that the thrust balance piston facing the end of the mounting portion has the same distance from the axis of rotation as in a conventional embodiment in which the mounting portion has no slope relative to the axis of rotation of the turbine, that is formed cylindrically.
- the height of the thrust balance piston considered in the radial direction of the turbine shaft is smaller than the depth of the relief groove.
- Such a reduced thrust balance piston is sufficiently dimensioned due to the reduction in the distance of the mounting portion of the axis of rotation of the turbine shaft for receiving the residual thrust thrust, whereby a compact embodiment of the turbine can be achieved with respect to their radial extent.
- FIG. 2 a first embodiment of a turbine shaft according to the invention is shown. This has a frusto-conical mounting portion 12 for a variety from blades on. The direction of the blade thrust exerted on the turbine shaft by the blades in turbine operation is shown in the figure.
- the attachment portion 12 In longitudinal section view of the attachment portion 12 appears as an oblique line, which is also referred to as Beschaufelungspfad.
- the blading path of the first exemplary embodiment results by pivoting the same about a tilting point located in the center of the blasting path.
- the end of the attachment portion 12 facing a thrust balance piston 16 is raised to the height of the thrust balance piston 16 while the opposite end of the attachment portion 12 is correspondingly lowered.
- the end of the fastening area facing the thrust balance piston 16 can also be raised beyond the height of the thrust balance piston 16.
- the region between the fastening region 12 and the thrust balance piston 16 is formed by a continuous recess 28.
- This recess 28 has the function of ensuring the access of steam from the inflow chamber 22 of the associated inner housing 18 to the thrust balance piston 16 and at the same time acts as a relief notch for the first blade thrust.
- the thus deflected steam exerts pressure on the thrust balance piston 16 for compensating the blade pressure 12 exerted on the mounting area 12 via the rotor blades 20.
- the blade pressure is compensated by the oblique arrangement of the fastening area 12 associated Beschaufelungspfad.
- a second embodiment of a turbine shaft according to the invention is shown. This differs from the first exemplary embodiment according to FIG. 2 in that the bluffing path associated with the fastening region 12 is lowered by the amount by which the thrust balance piston 16 facing the end of Beschaufelungspfades shown in FIG. 2 is above the diameter of the recess 28.
- a circumferential relief groove 30 Adjacent to the attachment region of the second embodiment, a circumferential relief groove 30 is arranged to reduce the notch effect of the first blade groove, the function of which is perceived by the recess 28 in FIG.
- the thrust balance piston 16 itself is reduced in height.
- the second embodiment of the turbine shaft according to the invention thus has a reduced mean bale diameter, which brings a saving of material and thus weight reduction with it.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Turbinenwelle, insbesondere für eine Dampf- oder Gasturbine, mit einem in Längsrichtung der Turbinenwelle verlaufenden Befestigungsbereich zum Befestigen mindestens einer Laufschaufel, die vorzugsweise nach dem Reaktionsprinzip ausgelegt wurde, d.h. Druck über der Laufschaufel abbaut.The invention relates to a turbine shaft, in particular for a steam turbine or gas turbine, with a fastening region extending in the longitudinal direction of the turbine shaft for fastening at least one blade, which has preferably been designed according to the reaction principle, i. Pressure on the blade degrades.
Aus dem Stand der Technik bekannte Dampfturbinen weisen den in Fig. 1 schematisch im Längsschnitt dargestellten Aufbau auf. Eine Turbinenwelle 10 einer solchen Dampfturbine umfasst einen in ihrer Längsrichtung verlaufenden Laufschaufel-Befestigungsbereich 12, an dem eine Vielzahl von Laufschaufeln 14 befestigt sind. Die Turbinenwelle 10 ist von einem feststehenden Innengehäuse 18 umgeben, an welchem gegenüberliegend zu den Laufschaufeln 14 Leitschaufeln 20 befestigt sind. Heißer komprimierter Dampf wird über eine an einem Ende des Befestigungsbereichs 12 befindliche Einströmkammer 22 in die Dampfturbine eingebracht. Dabei strömt ein Großteil des Dampfes in einen im Laufschaufel-Befestigungsbereich 12 zwischen der Turbinenwelle 10 und dem Innengehäuse 18 ausgebildeten Beschaufelungskanal 24. Ein anderer Teil des durch die Einströmkammer 22 einströmenden komprimierten Dampfes strömt in die entgegengesetzte Richtung auf einen an der Turbinenwelle 10 in Form eines umlaufenden Steges ausgebildeten Schubausgleichskolben 16 hin. Die dadurch auf den Schubausgleichskolben 16 in Axialrichtung der Turbinenwelle ausgeübte Kraft dient zur Kompensation der in der entgegengesetzten Richtung über die Laufschaufeln 14 auf die Turbinenwelle 10 ausgeübten Kraft. Der Strömungsverlauf des über die Einströmkammer 22 eingeführten Dampfes innerhalb der Dampfturbine ist in Fig. 1 mit Pfeilen angezeigt. Nach außen hin ist die Dampfturbine mit einem Außengehäuse 26 umschlossen.Steam turbines known from the prior art have the construction shown schematically in longitudinal section in FIG. 1. A
Die im Stand der Technik bekannten Turbinenwellen sind aufgrund der großen über die Laufschaufeln übertragenen Axialkräfte sehr massiv ausgeführt und daher sehr schwer und kostenintensiv in der Herstellung. Weiterhin hat es sich gezeigt, dass aufgrund der zwischen den von der Turbinenwelle radial abstehenden Enden der Laufschaufeln und dem Innengehäuse vorliegenden Zwischenräumen relativ hohe Spaltverluste entstehen, da diese proportional den Spaltmassenstrom und damit durchmesserabhängig sind.The turbine shafts known in the state of the art are designed to be very solid due to the large axial forces transmitted via the rotor blades and are therefore very heavy and cost-intensive to manufacture. Furthermore, it has been found that, due to the spaces between the radially projecting ends of the rotor blades and the inner housing, relatively high gap losses occur because they are proportional to the gap mass flow and thus are diameter-dependent.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenwelle der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass diese kostengünstiger in der Herstellung ist und dass im Turbinenbetrieb geringere Spaltverluste auftreten.The invention has for its object to improve a turbine shaft of the type mentioned in that it is less expensive to manufacture and that lower gap losses occur in turbine operation.
Die Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit einer gattungsgemäßen Turbinenwelle gelöst, bei welcher der Abstand des Befestigungsbereichs von der Drehachse der Turbinenwelle sich in Richtung des axialen Schaufelschubes der Turbinenwelle verringert. Mit anderen Worten weist die Turbinenwelle im Befestigungsbereich eine "negative Steigung" auf.The object is achieved according to the invention with a generic turbine shaft, wherein the distance of the mounting portion of the rotation axis of the turbine shaft decreases in the direction of the axial blade thrust of the turbine shaft. In other words, the turbine shaft has a "negative slope" in the attachment area.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei den im Stand der Technik bekannten Turbinenwellen, dadurch dass der Abstand des Befestigungsbereichs von der Drehachse der Turbinenwelle in Richtung des axialen Schaufelschubs ansteigend oder zumindest gleich bleibend gestaltet ist, hohe Spannungen zwischen dem Schubausgleichskolben und dem Befestigungsbereich auftreten. Diese sind bedingt durch die oben beschriebene Funktion des Schubausgleichskolbens, axiale Schaufelschubkräfte auszugleichen. Durch das erfindungsgemäße Verringern des Abstandes des Befestigungsbereichs von der Drehachse der Turbinenwelle in Richtung des axialen Schaufelschubes der Turbinenwelle können Schaufelschubanteile der Laufbeschaufelung bereits über den Wellenkonus kompensiert werden, da diese Flächen mit den an ihnen wirksam werdenden Dampfdrücken einen Axialschub entgegen der Strömungsrichtung bewirken. Mit anderen Worten übt der in dem Beschaufelungskanal zwischen dem Laufschaufel-Befestigungsbereich und dem die Turbinenwelle umgebenden Innengehäuse unter Hochdruck befindliche Dampf Druck auf den Laufschaufel-Befestigungsbereich der Turbinenwelle aus. Aufgrund des sich in Richtung des axialen Schaufelschubs verringernden Abstands des Befestigungsbereichs von der Drehachse der Turbinenwelle spaltet sich der von dem Wasserdampf ausgeübte Druck in eine bezüglich der Drehachse der Turbinenwelle radiale und eine diesbezüglich axiale Komponente auf. Diese axiale Komponente des Drucks weist in die Gegenrichtung des axialen Schaufelschubes und kompensiert damit bereits einen Teil der über die Laufschaufeln auf den Befestigungsbereich ausgeübten Kräfte. Damit wird ein Großteil des Schaufelschubes bereits im Befestigungsbereich der Laufschaufeln kompensiert, weshalb nur noch eine geringere Axial-Kraft über den Schubausgleichskolben ausgeglichen werden muss.The invention is based on the finding that with the turbine shafts known in the state of the art, in that the distance of the fastening region from the axis of rotation of the turbine shaft in the direction of the axial blade thrust is increased or at least constant, high stresses occur between the thrust balance piston and the fastening region , These are due to the above-described function of the thrust balance piston to compensate for axial blade thrust forces. By reducing the distance of the fastening area according to the invention from the axis of rotation of the turbine shaft in the direction of the axial blade thrust of the turbine shaft, blade thrust portions of the rotor blade can already be compensated via the shaft cone, since these areas cause an axial thrust against the flow direction with the steam pressures acting on them. In other words, he practices in the blading channel Under high pressure steam is applied to the blade attachment area and the inner housing surrounding the turbine shaft pressure on the blade mounting area of the turbine shaft. Due to the decreasing distance of the mounting region from the axis of rotation of the turbine shaft in the direction of the axial blade thrust, the pressure exerted by the water vapor splits into a radial component relative to the axis of rotation of the turbine shaft and an axial component. This axial component of the pressure points in the opposite direction of the axial blade thrust and thus already compensates for part of the forces exerted on the mounting region via the rotor blades. Thus, a large part of the blade thrust is already compensated in the mounting region of the blades, which is why only a smaller axial force on the thrust balance piston must be compensated.
Folglich können die innerhalb der Turbinenwelle auftretenden Axial-Spannungen merklich verringert werden. Mit der Ausbildung der Wellenkontur mit negativer Steigung, insbesondere konischen Ausbildung der Wellenkontur erhöht sich deren Steifigkeit im höchst beanspruchten Bereich, so dass bei gleicher grenzwertiger HCF- und rotordynamischer Auslegung der mittlere Durchmesser des Wellenballens abgesenkt werden kann. Dies wiederum verringert die durchmesserabhängigen Spaltverluste in der Beschaufelung und im Kolben. Durch die Verringerung des Ballendurchmessers wird Material eingespart, was eine Kostenverringerung und eine Gewichtsersparnis zur Folge hat. Alternativ können auch preiswertere Werkstoffe eingesetzt werden. Die Verringerung der in der Turbinenwelle wirkenden Kräfte erhöht weiterhin die Betriebssicherheit und die Funktionalität. Auch lässt sich bei den die erfindungsgemäße Turbinenwelle verwendenden Dampfturbinen die maximal durchleitbare Leistung im heißesten Bereich erhöhen und/oder der Wirkungsgrad verbessern.As a result, the axial stresses occurring within the turbine shaft can be remarkably reduced. With the formation of the wave contour with a negative slope, in particular conical design of the wave contour increases their rigidity in the highly stressed area, so that at the same borderline HCF and rotor dynamic interpretation of the mean diameter of the wave bale can be lowered. This in turn reduces the diameter-dependent gap losses in the blading and in the piston. By reducing the bale diameter material is saved, resulting in a reduction in costs and a weight saving result. Alternatively, cheaper materials can also be used. The reduction in the forces acting in the turbine shaft further increases the reliability and functionality. Also, in the steam turbine using the turbine shaft according to the invention, the maximum conductible power in the hottest range can be increased and / or the efficiency can be improved.
In bevorzugter Ausführungsform ist der Befestigungsbereich zum Befestigen der mindestens einen Laufschaufel mit einer Nut/Fuß-Verbindung an der Turbinenwelle gestaltet. D.h., die Turbinenwelle kann mit einer Nut versehen sein, in die ein daran angepasster Fuß an der Laufschaufel eingeführt werden kann. Umgekehrt kann die Nut auch an der Laufschaufel angebracht sein, wobei dann die Turbinenwelle mit einem entsprechenden Steg zum in Eingriff treten mit dieser Nut versehen ist. Eine an der Turbinenwelle angebrachte Nut kann entweder als Längsnut oder als Radialnut ausgeführt sein. Die damit erzielbare Nut/Steg-Verbindung ermöglicht eine stabile Befestigung der Laufschaufel an der Turbinenwelle.In a preferred embodiment, the attachment region for attaching the at least one blade with a Groove / foot connection designed on the turbine shaft. That is, the turbine shaft may be provided with a groove into which a foot adapted thereto may be inserted on the blade. Conversely, the groove can also be attached to the blade, in which case the turbine shaft is provided with a corresponding web for engaging with this groove. A mounted on the turbine shaft groove can be designed either as a longitudinal groove or as a radial groove. The thus achievable groove / web connection allows stable attachment of the blade to the turbine shaft.
Eine technisch besonders stabile Verbindung ergibt sich, wenn der Befestigungsbereich mindestens eine Befestigungsnut zur Aufnahme eines Schaufelfußes einer Laufschaufel aufweist. Ein solcher Schaufelfuß kann das Profil eines Tannenbaums, eines Schwalbenschwanzes, oder eines Hammerkopfes aufweisen. Die dazu gehörige Nut weist vorteilhafterweise entsprechende Hinterschneidungen auf.A technically particularly stable connection results if the fastening region has at least one fastening groove for receiving a blade root of a blade. Such a blade root may have the profile of a Christmas tree, a dovetail, or a hammer head. The associated groove advantageously has corresponding undercuts.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Turbinenwelle verläuft der Befestigungsbereich entlang der Mantelaußenfläche eines kegelstumpfförmig gestalteten Längsabschnitts der Turbinenwelle. Damit wird eine gleichmäßige Verringerung des Abstands des Befestigungsbereichs von der Drehachse der Turbinenwelle in Axialrichtung erreicht. Dies ergibt eine weitestgehend homogene Axial-Krafteinleitung in die Turbinenwelle entlang des Befestigungsbereichs in der Gegenrichtung des Axialschubs durch den von außen anliegenden Dampfdruck. Gleichzeitig wird die durch die gleichmäßig entlang des Befestigungsbereichs der Turbinenwelle befestigte Vielzahl von Laufschaufeln ausgeübte Kraft optimal kompensiert.In a further advantageous embodiment of the turbine shaft according to the invention, the fastening region runs along the outer surface of the shell of a frustoconically shaped longitudinal section of the turbine shaft. Thus, a uniform reduction in the distance of the attachment portion from the rotational axis of the turbine shaft in the axial direction is achieved. This results in a largely homogeneous axial force introduction into the turbine shaft along the attachment region in the opposite direction of the axial thrust by the externally applied vapor pressure. At the same time, the force exerted by the plurality of blades uniformly secured along the mounting portion of the turbine shaft is optimally compensated.
Zur Kompensation von Restkräften in Richtung des axialen Schaufelschubes ist es vorteilhaft, wenn die Turbinenwelle eine in Bezug auf den Befestigungsbereich in Gegenrichtung des axialen Schaufelschubes versetzt angeordneten Schubausgleichskolben aufweist. Ein Teil des durch eine Einströmkammer in die Dampfturbine einströmenden Hochdruckdampfes wird entgegengesetzt zur Richtung des axialen Schaufelschubes auf den Schubausgleichskolben hin abströmen. Dieser Dampf übt eine Gegenkraft zum Schaufelschub aus, wodurch noch nicht kompensierte Schubkräfte ausgeglichen werden können.To compensate for residual forces in the direction of the axial blade thrust, it is advantageous if the turbine shaft has a thrust balance piston arranged offset in relation to the fastening area in the opposite direction of the axial blade thrust. Part of the through an inflow chamber high pressure steam flowing into the steam turbine will flow towards the direction of axial blade thrust against the thrust balance piston. This steam exerts a counterforce to the blade thrust, so that not yet compensated thrust forces can be compensated.
In bevorzugter Ausführungsform ist der Zwischenraum zwischen dem Befestigungsbereich und dem Schubausgleichskolben vollständig von einer umlaufenden Ausnehmung gebildet. Die an das Ende des Befestigungsbereichs für die Laufschaufeln angrenzende Kante der Ausnehmung dient zur Umlenkung eines Teils des einströmenden Dampfes bzw. Gases auf den Schubausgleichskolben hin, wodurch dieser seine Schubausgleichswirkung in zufrieden stellender Weise entfalten kann. Dadurch, dass die Ausnehmung zum Schubausgleichskolben hin durchgängig ist, kann der Kolben relativ niedrig, d.h. mit einer relativ geringen Steghöhe ausgeführt werden.In a preferred embodiment, the gap between the attachment region and the thrust balance piston is completely formed by a circumferential recess. The edge of the recess adjacent the end of the mounting area for the blades serves to deflect a portion of the incoming steam or gas toward the thrust balance piston, thereby enabling it to deploy its thrust balance function satisfactorily. Because the recess is continuous with the thrust balance piston, the piston can be relatively low, i. be carried out with a relatively low web height.
Um eine kompakte Ausführung der Turbine zu ermöglichen, weist vorzugsweise die von der Drehachse der Turbinenwelle wegweisende Oberfläche des Schubausgleichskolbens im Wesentlichen den gleichen Abstand von der Drehachse wie das dem Schubausgleichskolben zugewandte Ende des Befestigungsbereichs auf. Damit weist die Turbinenwelle im Kolbenbereich einen erhöhten Umfang auf, wodurch eine kompakte Ausführung der Turbine ermöglicht wird.In order to enable a compact design of the turbine, the surface of the thrust balance piston facing away from the axis of rotation of the turbine shaft preferably has substantially the same distance from the axis of rotation as the end of the mounting area facing the thrust balance piston. Thus, the turbine shaft in the piston area on an increased circumference, whereby a compact design of the turbine is made possible.
Um die Schubausgleichswirkung des Kolbens zu optimieren, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Befestigungsbereich und dem Schubausgleichskolben eine umlaufende Entlastungsnut angeordnet ist. Der über die Einströmkammer einströmende Dampf wird in der Entlastungsnut verwirbelt, wodurch eine zur Erzeugung eines Schubausgleichs ausreichende Dampfmenge auf den Schubausgleichskolben hin strömt.In order to optimize the thrust balance effect of the piston, it is advantageous if a circumferential relief groove is arranged between the fastening region and the thrust balance piston. The steam flowing in via the inflow chamber is swirled in the relief groove, whereby a sufficient amount of steam to generate a thrust balance flows toward the thrust balance piston.
In darüber hinaus vorteilhafter Ausführungsform ist zwischen der Entlastungsnut und dem Schubausgleichskolben ein Wellenabschnitt angeordnet, dessen Oberfläche im Wesentlichen den gleichen Abstand von der Drehachse wie das dem Schubausgleichskolben zugewandete Ende des Befestigungsbereichs aufweist. D.h., der Befestigungsbereich ist als Ganzes so weit abgesenkt, dass das dem Schubausgleichskolben zugewandte Ende des Befestigungsbereichs den gleichen Abstand von der Drehachse aufweist wie bei einer herkömmlichen Ausführungsform, bei der der Befestigungsbereich keine Steigung relativ zur Drehachse der Turbine aufweist, sprich zylindrisch ausgebildet wird.In addition, in an advantageous embodiment, between the relief groove and the thrust balance piston, a shaft portion is arranged, whose surface substantially the the same distance from the axis of rotation as the thrust balance piston facing the end of the mounting portion. That is, the mounting portion is lowered as a whole so far that the thrust balance piston facing the end of the mounting portion has the same distance from the axis of rotation as in a conventional embodiment in which the mounting portion has no slope relative to the axis of rotation of the turbine, that is formed cylindrically.
In darüber hinaus vorteilhafter Ausführungsform ist relativ zu dem dem Schubausgleichskolben zugewandten Ende des Befestigungsbereichs die in Radialrichtung der Turbinenwelle betrachtete Höhe des Schubausgleichskolbens kleiner als die Tiefe der Entlastungsnut. Ein derart reduzierter Schubausgleichskolben ist aufgrund der Abstandsverringerung des Befestigungsbereichs von der Drehachse der Turbinenwelle zur Aufnahme des Restschaufelschubs ausreichend dimensioniert, wodurch sich eine kompakte Ausführungsform der Turbine bezüglich ihrer radialen Ausdehnung erreichen lässt.In addition, in an advantageous embodiment, relative to the end of the mounting area facing the thrust balance piston, the height of the thrust balance piston considered in the radial direction of the turbine shaft is smaller than the depth of the relief groove. Such a reduced thrust balance piston is sufficiently dimensioned due to the reduction in the distance of the mounting portion of the axis of rotation of the turbine shaft for receiving the residual thrust thrust, whereby a compact embodiment of the turbine can be achieved with respect to their radial extent.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Turbinenwelle anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1
- eine Längsschnittansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Dampfturbine;
- Fig. 2
- eine Längsschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Turbinenwelle; sowie
- Fig. 3
- eine Längsschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Turbinenwelle.
- Fig. 1
- a longitudinal sectional view of a known from the prior art steam turbine;
- Fig. 2
- a longitudinal sectional view of a first embodiment of a turbine shaft according to the invention; such as
- Fig. 3
- a longitudinal sectional view of a second embodiment of a turbine shaft according to the invention.
In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Turbinenwelle dargestellt. Diese weist einen kegelstumpfförmigen Befestigungsbereich 12 für eine Vielzahl von Laufschaufeln auf. Die Richtung des von den Laufschaufeln im Turbinenbetrieb auf die Turbinenwelle ausgeübten Schaufelschubs ist in der Figur eingezeichnet.2, a first embodiment of a turbine shaft according to the invention is shown. This has a frusto-
In Längsschnittansicht erscheint der Befestigungsbereich 12 als schräge Linie, die auch als Beschaufelungspfad bezeichnet wird. Ausgehend von einer herkömmlichen Turbinenwelle mit zur Drehachse der Welle parallelem (zylindrischem) Beschaufelungspfad ergibt sich der Beschaufelungspfad des ersten Ausführungsbeispiels durch eine Verschwenkung desselben um einen im Zentrum des Beschaufelungspfades liegenden Kipppunkt.In longitudinal section view of the
Als Ergebnis der Verschwenkung wird das einem Schubausgleichskolben 16 zugewandte Ende des Befestigungsbereichs 12 auf die Höhe des Schubausgleichskolbens 16 angehoben, während das entgegengesetzte Ende des Befestigungsbereichs 12 entsprechend abgesenkt wird. Schubabhängig kann das dem Schubausgleichkolben 16 zugewandte Ende des Befestigungsbereichs auch über die Höhe des Schubausgleichskolbens 16 hinaus angehoben werden. Der Bereich zwischen dem Befestigungsbereich 12 und dem Schubausgleichskolben 16 ist von einer durchgängigen Ausnehmung 28 gebildet.As a result of the pivoting, the end of the
Diese Ausnehmung 28 hat die Funktion, den Dampfzutritt von der Einströmkammer 22 des dazugehörigen Innengehäuses 18 zum Schubausgleichskolben 16 hin zu gewährleisten und wirkt gleichzeitig als Entlastungskerbe für den ersten Laufschaufelschub. Der derart umgelenkte Dampf übt Druck auf den Schubausgleichskolben 16 zur Kompensation des über die Laufschaufeln 20 auf den Befestigungsbereich 12 ausgeübten Schaufeldrucks 12 aus. Weiterhin wird der Schaufeldruck durch die schräge Anordnung des dem Befestigungsbereich 12 zugeordneten Beschaufelungspfades kompensiert.This
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Turbinenwelle dargestellt. Dieses unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 darin, dass der dem Befestigungsbereich 12 zugeordnete Beschaufelungspfad um den Betrag abgesenkt ist, um den das dem Schubausgleichskolben 16 zugewandete Ende des Beschaufelungspfades gemäß Fig. 2 oberhalb des Durchmessers der Ausnehmung 28 liegt.In Fig. 3, a second embodiment of a turbine shaft according to the invention is shown. This differs from the first exemplary embodiment according to FIG. 2 in that the bluffing path associated with the
Angrenzend an den Befestigungsbereich des zweiten Ausführungsbeispiels ist eine umlaufende Entlastungsnut 30 zur Verringerung der Kerbwirkung der ersten Laufschaufelnut angeordnet, deren Funktion bei Fig. 2 von der Ausnehmung 28 wahrgenommen wird. Der Schubausgleichskolben 16 selbst ist in seiner Höhe verringert.Adjacent to the attachment region of the second embodiment, a
Das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Turbinenwelle weist somit einen verringerten mittleren Ballendurchmesser auf, was eine Materialersparnis und damit Gewichtsverringerung mit sich bringt.The second embodiment of the turbine shaft according to the invention thus has a reduced mean bale diameter, which brings a saving of material and thus weight reduction with it.
Claims (10)
insbesondere für eine Dampf- oder Gasturbine,
mit einem in Längsrichtung der Turbinenwelle verlaufenden Befestigungsbereich (12) zum Befestigen mindestens einer Laufschaufel (14),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstand des Befestigungsbereichs (12) von der Drehachse (11) der Turbinenwelle sich in Richtung des axialen Schaufelschubes der Turbinenwelle verringert.Turbine shaft,
especially for a steam or gas turbine,
with a fastening region (12) extending in the longitudinal direction of the turbine shaft for fastening at least one moving blade (14),
characterized in that
the distance of the attachment portion (12) from the rotational axis (11) of the turbine shaft decreases in the direction of the axial blade thrust of the turbine shaft.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsbereich (12) zum Befestigen der mindestens einen Laufschaufel (14) mit einer Nut/Fuß-Verbindung an der Turbinenwelle gestaltet ist.Turbine shaft according to claim 1,
characterized in that
the attachment portion (12) is configured to secure the at least one blade (14) to a groove / root connection on the turbine shaft.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsbereich (12) mindestens eine Befestigungsnut zur Aufnahme eines Schaufelfußes einer Laufschaufel (14) aufweist.Turbine shaft according to claim 1 or 2,
characterized in that
the fastening region (12) has at least one fastening groove for receiving a blade root of a blade (14).
dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsbereich (12) entlang der Mantelaußenfläche eines kegelstumpfförmig gestalteten Längsabschnitts der Turbinenwelle verläuft.Turbine shaft according to one of the preceding claims,
characterized in that
the attachment region (12) runs along the outer shell surface of a frustoconically shaped longitudinal section of the turbine shaft.
gekennzeichnet durch
einen in Bezug auf den Befestigungsbereich in Gegenrichtung des axialen Schaufelschubes versetzt angeordneten Schubausgleichskolben (16).Turbine shaft according to one of the preceding claims,
marked by
a thrust balance piston (16) arranged offset with respect to the attachment area in the opposite direction of the axial blade thrust.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zwischenraum zwischen dem Befestigungsbereich (12) und dem Schubausgleichskolben (16) vollständig von einer umlaufenden Ausnehmung (28) gebildet ist.Turbine shaft according to claim 5,
characterized in that
the space between the attachment area (12) and the thrust balance piston (16) is completely formed by a circumferential recess (28).
dadurch gekennzeichnet, dass
die von der Drehachse (11) der Turbinenwelle wegweisende Oberfläche des Schubausgleichskolbens (16) im Wesentlichen den gleichen Abstand von der Drehachse (11) wie das dem Schubausgleichskolben (16) zugewandte Ende des Befestigungsbereichs (12) aufweist.Turbine shaft according to claim 5 or 6,
characterized in that
the surface of the thrust balance piston (16) facing away from the axis of rotation (11) of the turbine shaft has substantially the same distance from the axis of rotation (11) as the end of the mounting area (12) facing the thrust balance piston (16).
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Befestigungsbereich (12) und dem Schubausgleichskolben eine umlaufende Entlastungsnut (30) angeordnet ist.Turbine shaft according to claim 5,
characterized in that
between the fastening region (12) and the thrust balance piston, a circumferential relief groove (30) is arranged.
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Entlastungsnut (30) und dem Schubausgleichskolben (16) ein Wellenabschnitt angeordnet ist, dessen Oberfläche im Wesentlichen den gleichen Abstand von der Drehachse (11) wie das dem Schubausgleichskolben (16) zugewandte Ende des Befestigungsbereichs (12) aufweist.Turbine shaft according to claim 8,
characterized in that
between the relief groove (30) and the thrust balance piston (16) a shaft portion is arranged, the surface of which has substantially the same distance from the axis of rotation (11) as the end of the attachment region (12) facing the thrust balance piston (16).
dadurch gekennzeichnet,
dass relativ zu dem dem Schubausgleichskolben (16) zugewandten Ende des Befestigungsbereichs (12) die in Radialrichtung der Turbinenwelle betrachtete Höhe des Schubausgleichskolbens (16) kleiner ist als die Tiefe der Entlastungsnut (30).Turbine shaft according to claim 8 or 9,
characterized,
in that, relative to the end of the attachment region (12) facing the thrust balance piston (16), the height of the thrust balance piston (16) considered in the radial direction of the turbine shaft is smaller than the depth of the relief groove (30).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP05010794A EP1724437A1 (en) | 2005-05-18 | 2005-05-18 | Turbine shaft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP05010794A EP1724437A1 (en) | 2005-05-18 | 2005-05-18 | Turbine shaft |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP1724437A1 true EP1724437A1 (en) | 2006-11-22 |
Family
ID=35058874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP05010794A Withdrawn EP1724437A1 (en) | 2005-05-18 | 2005-05-18 | Turbine shaft |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1724437A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH699978A1 (en) * | 2008-11-26 | 2010-05-31 | Alstom Technology Ltd | Steam turbine. |
| DE102010046714A1 (en) | 2009-09-30 | 2011-05-05 | Alstom Technology Ltd. | Steam turbine with relief groove on the rotor |
| EP2708630A1 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-19 | Samsung Electronics Co., Ltd | Drum Washing Machine |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2300758A (en) * | 1941-05-13 | 1942-11-03 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Blading and balancing piston arrangement |
| US2304994A (en) * | 1941-06-20 | 1942-12-15 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Turbine cylinder cooling |
| GB1167906A (en) * | 1966-10-21 | 1969-10-22 | John William Hill | Controlling the Position of the Rotor Relative to the Stator in a Turbo Machine. |
| JP2001140604A (en) * | 1999-11-19 | 2001-05-22 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Apparatus and method for adjusting thrust of compressed air storage type gas turbine |
-
2005
- 2005-05-18 EP EP05010794A patent/EP1724437A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2300758A (en) * | 1941-05-13 | 1942-11-03 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Blading and balancing piston arrangement |
| US2304994A (en) * | 1941-06-20 | 1942-12-15 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Turbine cylinder cooling |
| GB1167906A (en) * | 1966-10-21 | 1969-10-22 | John William Hill | Controlling the Position of the Rotor Relative to the Stator in a Turbo Machine. |
| JP2001140604A (en) * | 1999-11-19 | 2001-05-22 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Apparatus and method for adjusting thrust of compressed air storage type gas turbine |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 22 9 March 2001 (2001-03-09) * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH699978A1 (en) * | 2008-11-26 | 2010-05-31 | Alstom Technology Ltd | Steam turbine. |
| US8454306B2 (en) | 2008-11-26 | 2013-06-04 | Alstom Technology Ltd. | Steam turbine |
| DE102010046714A1 (en) | 2009-09-30 | 2011-05-05 | Alstom Technology Ltd. | Steam turbine with relief groove on the rotor |
| US8684663B2 (en) | 2009-09-30 | 2014-04-01 | Alstom Technology Ltd. | Steam turbine with relief groove on the rotor |
| DE102010046714B4 (en) | 2009-09-30 | 2021-07-29 | General Electric Technology Gmbh | Steam turbine with relief groove on the rotor |
| EP2708630A1 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-19 | Samsung Electronics Co., Ltd | Drum Washing Machine |
| CN103668872A (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-26 | 三星电子株式会社 | Drum Washing Machine |
| CN103668872B (en) * | 2012-09-14 | 2017-07-04 | 三星电子株式会社 | Roller washing machine |
| US9994990B2 (en) | 2012-09-14 | 2018-06-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Drum washing machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE19816645B4 (en) | Turbocharger turbine | |
| EP3315728B1 (en) | Damped guide vane bearing | |
| EP1898054B1 (en) | Gas turbine | |
| EP1353041A1 (en) | Turbocharger with means on the shaft to axially restrain said shaft in the event of the compressor bursting | |
| EP1092081B1 (en) | Rotor for a turbomachine | |
| WO2002090722A1 (en) | Burst protection device for radial compressors pertaining to turbochargers | |
| EP2320030A1 (en) | Rotor and rotor blade for an axial turbomachine | |
| DE10311205B3 (en) | Guiding device for a radial turbine of a turbocharger of a lifting piston I.C. engine operating with heavy oil has blades with shafts positioned in a housing part of the device facing a compressor of the turbocharger | |
| EP1690011B1 (en) | Rotor for a compressor | |
| EP1457642B1 (en) | Device for fixing blades to the rotor | |
| DE60217039T2 (en) | Blade blade foot and disc groove contour | |
| DE69919459T2 (en) | Attachment of an airfoil to a rotor | |
| DE60217038T2 (en) | Flange connection between compressor shaft and turbine wheel | |
| EP3379037B1 (en) | Seal on the inner ring of a guide blade assembly | |
| EP2394028B1 (en) | Sealing apparatus at the blade shaft of a rotor stage of an axial turbomachine and the use thereof | |
| EP3524778B1 (en) | Lever connection of a guide vane adjustment for turbomachines and associated method of manufacturing | |
| EP1724437A1 (en) | Turbine shaft | |
| EP1163426B1 (en) | Turbomachine blade | |
| EP3025027B1 (en) | Turbine blade and gas turbine | |
| DE2422289A1 (en) | CONNECTION BETWEEN A COMPRESSOR IMPELLER AND A DRIVE SHAFT | |
| EP3460187A1 (en) | Blade for a turbomachine | |
| DE102008048261A1 (en) | Axial turbomachinery rotor with a paddle lock and method of making the same | |
| DE102007053135A1 (en) | Gas turbine component, in particular aircraft engine component or compressor component | |
| DE112019002640B4 (en) | rotating body and turbocharger | |
| EP3312388A1 (en) | Pultdach dichtfin |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
| AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR |
|
| AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL BA HR LV MK YU |
|
| AKX | Designation fees paid | ||
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
| 18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20070523 |
|
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: 8566 |