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.
Saw blades for gas and steam turbines. The present invention relates to blades for gas and steam turbines for propellants of high temperature. It consists in that at least some of the parts used to fasten the blades are designed to be elastic in such a way that, despite expansion due to the heating, there is no stress with permanent deformation of the material beyond the elastic limit.
The training is made in such a way that the blades are held firmly in place even when the propellant has cooled down considerably.
There is a certain temperature difference between the impeller and stator bodies and the blades used in the same, namely those of the gases respectively. Vapors acted upon are always hotter than these wheels themselves, which are partly with the turbine shaft respectively. are in communication with the turbine housing. In turbines with a medium propellant temperature, this has no harmful effects.
However, if the blowing agent temperature is selected to be high, as in gas and high-pressure steam turbines, permanent deformation tends to result, so that the blades then loosen when the turbine is cold. With the present invention, this drawback is now eliminated. This makes it possible that in spite of the permanent contact of the parts, no impermissible pressure loads and deformations arise, regardless of the blowing agent temperature acting on the blade.
The elasticity of the blade attachment can be achieved by installing elastic parts, by arranging slots in such parts, etc. These parts can be compressible in the direction of the turbine axis or across it. If. if they are too compressible in the direction of the turbine axis, this prevents the blades from moving in this direction.
If, on the other hand, the blades can be compressed transversely to the turbine axis, for example in the direction of the wheel circumference, this enables the blade parts to expand significantly in the tangential direction. Because of the considerable length of the blades and spacers that are lined up one after the other, the largest is found there.
Expansion through the heat takes place and there is then the risk that these parts, because there is no longer sufficient space in the tangential direction, enlarge in width and in the radial direction, hit the groove walls of the wheel and then permanently deform will. In a cold state or with a low load, there is clearance and the blades are loosened.
It can be the blade feet or the case or both resiliently together. be flexible. However, special elastic inserts can also be installed. The dimensions of these elastic parts can be chosen so that even when the turbine is cold, the parts used to fasten the blades are firmly pressed onto one another and the blades are thereby held. The blades are expediently placed so far from one another that this facilitates the formation of the fe-reducing parts of blades and shims and the special installation of such.
In the accompanying drawings, Figs. 1 to 9, some exemplary Ausführungsfor men of the subject invention are shown.
Fig. 1 shows the section through the foot of a blade. A, is a blade with a T-shaped foot b. The same is taken in a groove machined in the impeller body c. In the root of the blade, a slot d is now made in the radial direction in such a way that when the blade root expands in the axial direction, this root can be squeezed together. without the material being squeezed beyond the elastic limit even at the highest temperature. For this purpose, the thickness of the resilient part e and the length of the slot d must be selected accordingly.
At the point f, where the suspension is small, there can be a margin so as not to get excessive compression there.
Fig. 2 shows a blade seen in the radial direction from the outside. a are the blades again, g are the inserts between the blades. The more detailed formation of these blades and supplements can be seen from FIG. 3, which shows the same in the axial direction, partly in view, partly in section. The top shovel and insert is shown in a view. In this embodiment, a slot d is made in the supplement, near the second uppermost blade.
The resulting thin flap h is the elastic part, which allows compression in the agential direction. This tab can be designed to be tapered towards its end, for example as a flexure body of the same strength. In this case it would allow a large amount of deflection, which is desirable given the relatively small lengths of such parts. The second blade from the top has a slit base.
This creates two elastic members la, which allow double deflection. However, since the shovel is subjected to centrifugal force more than the shovel, care must be taken when making such slots that there is still sufficient strength for this stress. The second from the top shovel is supported by a shim g and a slotted intermediate piece i. with two lobes h. at the correct distance from the third shovel. This shovel has a full foot.
The following insert is slotted again, only the slot is made a little different from the first shovel. It is limited to the right by a hole. The side dish below the fourth scoop is full again. In addition, however, another S-shaped "" winding enclosure is built in. Such a ge equips with the same height a greater deflection than just two tabs. In such an embodiment, even more turns could be attached. In order not to allow too much leeway due to these S-shaped supplements, especially at the root of the blade, noses 1 can be attached.
All Aisführungsformen according to Fig. 2 and 3 allow a tangentia, les to compress the blade attachment. In order not to get rigid lying on top of each other in places where the parts are rigid, similar to that shown in FIG. In the case of the use of resilient inserts over their entire width, such play spaces are not necessary, for example when using the S-shaped inserts k.
So that no ventilation and Druckver losses arise through the slots or the resilient shims, the same are expediently housed in the parts of the wheel which are arranged in the groove so that outside, where movement and gas and steam pressure respectively. Only smooth, uninterrupted surfaces are present at speed.
In Fig. 4, the formation of a case is similar to that shown in the shovel of FIG. There is a slot d in it again, which allows to squeeze in the axial direction. Against the outer diameter of the wheel there is axial clearance so that the unyielding part of the supplement located there can expand freely. In Fig. 5, the resilient part is attached to the wheel c itself, that is, the same was crossed by turning a groove m to the wheel axle received. This allows the case to expand in the outer part of the wheel.
Towards the wider part of the groove, however, it would have to keep leeway.
An embodiment which allows the supplements and blades to spread over the full width of their axial guidance is shown in FIGS. It is the insert of S-shaped parts n, laterally at the narrowest point of the enclosures. This part n can be formed as a full ring or in segments of any length. Since the shovels and the case are wider at the top and bottom, it is easily secured against falling out when the shovels are assembled.
While in Fig. 1 and 4 to 7 an imple mentation is shown where axial compression takes place and in Figs. 2 and 3 such in tangential direction, Figs. 8 and 9 show two Ausfüh approximately examples in which it is prevented becomes that the expansion in the direction of the blade results in impermissible stresses. In FIG. 8 this is prevented by the fact that horizontal slots d are incorporated in the lower part of the blade and shim roots.
The groove in the wheel body is semicircular except men, as shown in Fig. 8 at o. When the blade root expands in the radial direction, the elastic ends e are bent slightly upwards. The middle part located in the middle of the wheel can, however, expand freely into the groove o. When fitting the blades and inserts, the elastic ends e can be pressed a little against the wheel so that the blade is held in its longitudinal direction even when it is cold.
When heated, the scoop or Insert neck p, but this does not result in any disadvantage, since it only creates a little more play at point q.
An apparatus serving the same purpose is shown in FIG. A cambered, fe-changing ring r is shown here as an elastic member. The same is best introduced as a cut ring through a special groove in the wheel body. But the same could also only be as wide as the shovel or Insert neck is to be executed. Appropriate exceptions in the enclosures etc. could then be secured against lateral displacement.
With one and the same blades, only one or more devices for the elastic compression of the parts forming the blade attachment can be in the present. For example, a fe-changing supplement k according to FIG. 3 after each or every second, third, etc. blade for tangential compression could be introduced;
At the same time, a resilient ring according to FIGS. 6 and 7 could be used for axial flexibility and an embodiment according to FIG. 9 with a resilient ring r could be present for expansion in the radial direction.
The designs shown in FIGS. 1 to 9 can also be used for idlers and radial turbines.