Sehaufelung für Gas- und Dampfturbinen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schaufelungen für Gas- und Dampftur binen für Treibmittel von hoher Temperatur. Sie besteht darin, dass mindestens ein Teil der, der Schaufelbefestigung dienenden Teile derart elastisch ausgebildet ist, dass trotz Ausdehnung durch die Erwärmung keine über die Elastizitätsgrenze hinausgehende Beanspruchung mit bleibender Deformation des Materials stattfindet.
Dabei ist die Aus bildung so getroffen, dass die Schaufeln auch bei starker Abkühlung des Treibmittels in ihrer Fassung genügend festgehalten werden.
Zwischen den Lauf- und Leiträderkörpern und den in dieselben eingesetzten Schaufeln besteht ein gewisser Temperaturunterschied, und zwar sind die von den Gasen bezw. Dämpfen beaufschlagten Schaufeln immer heisser als diese Räder selbst, die teils mit der Turbinenwelle bezw. dem Turbinengehäuse in Verbindung stehen. Dies hat nun bei Tur binen mit mittlerer Treibmitteltemperatur keine schädlichen Einflüsse.
Wird aber die Treibmitteltemperatur hoch gewählt, wie bei Gas- und Hochdruckdampfturbinen, so erge ben sich gern bleibende Deformation, so dass dann bei kalter Turbine die Schaufeln sich lockern. Mit der vorliegenden Erfindung wird nun dieser Übelstand beseitigt. Es wird dadurch ermöglicht, dass trotz der dauernden Berührung der Teile keine unzulässigen Druckbeanspruchungen und Deformationen entstehen, und zwar unabhängig von der auf die Sehaufelung einwirkenden Treibmittel temperatur.
Die Elastizität der Schaufelbefestigung kann durch Einbau von elastischen Teilen, durch Anordnung von Schlitzen in solchen Teilen etc. erreicht werden. Dabei' können diese Teile in Richtung der Turbinenachse oder quer dazu zusammendrückbar sein. Wenn. sie in Richtung der Turbinenachse zu sammendrückbar sind, so wird vermieden, dass die Schaufeln in dieser Richtung sich be wegen lassen.
Ist hingegen die Schaufelung quer zur Turbinenachse zusammendrückbar, also zum Beispiel in Richtung des Radum fanges, so ermöglicht dies eine grosse Aus dehnung der Schauf elungsteile in tangentialer Richtung. Dort findet nämlich, wegen der er heblichen Länge der sich aneinander reihen den Schaufeln und Zwischenstücke die grösste.
Ausdehnung durch die Wärme statt und ist die Gefahr dann vorhanden, dass diese Teile, weil sie in tangentialer Richtung keinen ge nügenden Platz mehr finden, in der Breite und in radialer Richtung sich vergrössern, an den Nutenwä,nden des Rades anstossen und dann bleibend deformiert werden. In kaltem Zustand oder bei kleiner Belastung entstehen dann Spielräume, und es tritt Lockerung der Schaufelung ein.
Es können die Schaufelfüsse oder die Bei lagen oder beide zusammen federnd bezw. nachgiebig ausgebildet sein. Es können aber auch besondere elastische Beilagen eingebaut werden. Dabei können die Abmessungen die ser elastischen Teile so gewählt sein, dass auch in kaltem Zustand der Turbine, die der Schaufelbefestigung dienenden Teile fest auf einander gepresst sind und die Schaufelung dadurch gehalten wird. Die Schaufeln wer den zweckmässigerweise so weit voneinander gestellt, dass dadurch die Ausbildung der fe dernden Teile von Schaufeln und Beilagen und der besondere Einbau solcher erleichtert wird.
In der beiliegenden Zeichnung, Fig. 1 bis 9, sind einige beispielsweise Ausführungsfor men des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 stellt den Schnitt durch den Fuss einer Laufschaufel dar. a, ist eine Laufschau fel mit einem T-förmigen Fusse b. Dieselbe ist in einer im Laufradkörper c eingearbei teten Nute gefasst. In dem Fuss der Schaufel ist nun in radialer Richtung ein Schlitz d derart angebracht, dass bei einer Ausdehnung des Schaufelfusses in achsialer Richtung ein Zu sammendrücken dieses Fusses möglich ist. ohne dass auch bei höchster Temperatur ein über die Elastizitätsgrenze hinausgehendes Quetschen des Materials stattfindet. Es ist dazu die Dicke des federnden Teils e und die Länge des Schlitzes d entsprechend zu wählen.
An der Stelle f, wo die Federung klein ist, kann ein Spielraum angebracht sein, um dort kein übermässiges Zusammendrücken zu erhalten.
Fig. 2 zeigt eine Schaufelung in radialer Richtung von aussen gesehen. a sind wieder die Schaufeln, g die zwischen den Schaufeln befindlichen Beilagen. Die nähere Ausbil dung dieser Schaufeln und Beilagen ersieht man aus Fi-. 3, welche dieselben in achsialer Richtung, teils in Ansicht, teils im Schnitt zeigt. Die oberste Schaufel und Beilage ist in Ansicht dargestellt. Bei dieser Ausfüh rungsform ist in der Beilage, nahe der zweit obersten Schaufel, ein Schlitz d angebracht.
Der dadurch entstehende dünne Lappen h ist der elastische Teil, welcher ein Zusammen drücken in ta.agentialer Richtung gestattet. Dieser Lappen kann gegen sein Ende ver jüngt ausgebildet sein, zum Beispiel als Bie- gungskörper gleicher Festigkeit. In diesem Fall v"ürde er eine grosse Durchbiegung zu lassen, was bei den verhältnismä,ssig kleinen Längen solcher Teile erwünscht ist. Bei der zweitobersten Schaufel ist ihr Fuss geschlitzt.
Dadurch entstehen zwei elastische Glieder la, welche die doppelte Durchbiegung zulassen. Da die Schaufel aber mehr als die Beilage auf Fliehkraft beansprucht ist, muss bei der Anbringung solcher Schlitze darauf Bedacht genommen werden, dass für diese Beanspru chung noch genügend Festigkeit vorhanden ist. Die zweitoberste Schaufel wird durch eine Beilage g und ein geschlitztes Zwischen stück i. mit zwei Lappen h. gegenüber der dritten Schaufel im richtigen Abstand gehal ten. Diese Schaufel hat einen vollen Fuss.
Die folgende Beilage ist wieder geschlitzt, nur ist der Schlitz etwas anders ausgeführt als bei der ersten Schaufel. Er ist gegen rechts durch eine Bohrung begrenzt. Die unterhalb der vierten Schaufel folgende Beilage ist wieder voll. Daneben ist aber eine weitere S-förmi"" gewundene Beilage eingebaut. Eine solche ge stattet bei gleicher Höhe noch eine grössere Durchbiegung als nur zwei Lappen. Es könn ten bei einer solchen Ausführungsform noch mehr Windungen angebracht sein. Um durch diese S-förmigen Beilagen keine allzu grossen Spielräume, namentlich an der Schaufelwur zel entstehen zu lassen, können Nasen 1 ange bracht sein.
Alle Aisführungsformen nach Fig. 2 und 3 gestatten ein tangentia,les Zu sammendrücken der Schaufelbefestigung. Um an unnachgiebigen Orten kein starres Aufeinanderliegen der Teile zu erhalten, kön nen ähnlich wie in Fig. 1 gezeigt, dort ent sprechende Spielräume f vorgesehen sein. Im Falle der Verwendung von auf ihrer ganzen Breite federnden Beilagen sind solche Spiel räume nicht notwendig, wie zum Beispiel bei der Verwendung der S-förmigen Beilagen k.
Damit durch die Schlitze oder die federnden Beilagen keine Ventilations- und Druckver luste entstehen, werden dieselben zweckmässig in den Teilen des Rades untergebracht, welche in der Nute angeordnet sind, so dass aussen, wo Bewegung und Gas- und Dampf druck bezw. Geschwindigkeit herrscht nur glatte, undurchbrochene Flächen vorhanden sind.
In Fig. 4 ist die Ausbildung einer Bei läge ähnlich wie bei der Schaufel nach Fig. 1 gezeigt. Es ist darin wieder ein Schlitz d angebracht, der in achsialer Richtung ein Zu sammendrücken gestattet. Gegen den äussern Durchmesser des Rades ist achsial Spielraum vorhanden, damit sich der dort befindliche, unnachgiebige Teil der Beilage frei ausdeh nen kann, In Fig. 5 ist der federnde Teil am Rad c selbst angebracht, das heisst derselbe wurde durch Eindrehen einer Rinne m quer zur Rad achse erhalten. Hierdurch wird es der Bei lage erlaubt, sich im äussern Teil des Rades auszudehnen.
Gegen den breiteren Teil der Nute hin, müsste sie hingegen Spielraum er halten.
Eine Ausführung, welche eine Verbrei tung der Beilagen und Schaufeln auf der gan zen Breite ihrer achsialen Führung gestattet, ist in Fig. 6 und 7 dargestellt. Es handelt sich dabei um die Einlage von S-förmigen Teilen n, seitlich an der engsten Stelle der Beilagen. Dieser Teil n kann als voller Ring oder in Segmenten von beliebiger Länge aus gebildet sein. Da die Schaufeln und die Bei lagen oben und unten breiter sind, ist er ge gen Herausfallen bei zusammengesetzter Schaufelung ohne weiters gesichert.
Während in Fig. 1 und 4 bis 7 eine Aus führungsform gezeigt ist, wo ein achsiales Zusammendrücken stattfindet und in den Fig. 2 und 3 ein solches in tangentialer Rich tung, zeigen die Fig. 8 und 9 zwei Ausfüh rungsbeispiele, bei welchen es verhindert wird, dass die Ausdehnung in Richtung der Schaufel unzulässige Spannungen ergibt. In Fig. 8 wird dies dadurch verhindert, dass im untern Teil der Schaufel- und Beilagenfüsse horizontale Schlitze d eingearbeitet sind.
Die Nute im Radkörper ist halbrund ausgenom men, wie in Fig. 8 bei o gezeigt ist. Bei einer Ausdehnung des Schaufelfusses in radialer Richtung werden die elastischen Enden e etwas nach aufwärts gebogen. Der mittlere, in der Radmitte liegende Teil kann sich hin gegen in die Nute o hinein frei ausdehnen. Beim Einpassen der Schaufeln und Beilagen kann man die elastischen Enden e schon etwas gegen das Rad andrücken lassen, so dass die Schaufel in ihrer Längsrichtung auch in kaltem Zustand festgehalten ist.
Bei der Erwärmung dehnt sich dann der Schaufel- bezw. Beilagenhals p auch aus, dies hat aber keinen Nachteil zur Folge, da dadurch nur an der Stelle q etwas mehr Spiel entsteht.
In Fig. 9 ist eine den gleichen Zwecken dienende Vorrichtung aufgezeichnet. Als elastisches Glied ist hier ein bombierter, fe dernder Ring r eingezeichnet. Derselbe wird am besten als aufgeschnittener Ring durch eine besondere Nute in den Radkörper einge führt. Derselbe könnte aber auch nur so breit, wie der Schaufel- bezw. Beilagenhals ist, ausgeführt werden. Durch entsprechende Ausnahmen in den Beilagen etc. könnte dann derselbe gegen seitliche Verrückung gesichert werden.
Bei ein und derselben Schaufelung kön nen nun nur eine oder mehrere Vorrichtungen zum elastischen Zusammendrücken der die Schaufelbefestigung bildenden Teile vorhan den sein. So könnte zum Beispiel eine fe dernde Beilage k entsprechend Fig. 3 nach je der oder jeder zweiten, dritten etc. Schaufel für die tangentiale Zusammendrüekung ange bracht sein;
gleichzeitig könnte für die ach- siale Nachgiebigkeit ein federnder Ring nach Fig. 6 und 7 Verwendung finden und für die Ausdehnung in radialer Richtung eine Ausführung nach Fig. 9 mit federndem Ring r vorhanden sein.
Die in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Aus führungen können auch bei Leiträdern, sowie radialen Turbinen Verwendung finden.