Beschauflung für radial beaufsehlagte Kreiselmaschinen. Bei der Anordnung radial durchströmter Beschauflungen für radial beaufschlagta Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen, hat es sich als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, die Schaufeln an beiden Enden durch in sich geschlossene Tragringe zu halten. Von diesen Ringen überträgt dann der eine - Fussring genannt - das von der. Schaufeln ausgeübte Drehmoment auf die anzutreibende Welle oder das Gehäuse und hält auch die Schaufeln in zentrischer Lage fest.
Der andere Tragring - Kopfring ge nannt - hält ebenfalls infolge seiner in sich geschlossenen Form die Schaufeln gegen die auftretenden Kräfte, insbesondere Flieh kräfte, zusammen, muss aber von den Schau feln selbst getragen werden. Durch eine der artige Anordnung entsteht der grosse Vorteil, dass jeder Ring nur die halben Schaufel kräfte aufzunehmen braucht,
dass weiterhin durch die bei den umlaufenden Schaufeln auftretenden Fliehkräfte die in den Ringen befestigten und hierdurch geschwächten Schaufelenden praktisch nur auf Sclierung und nicht auf Biegung beansprucht werden und dass schliesslich das durch die Umfangs kräfte .der Schaufeln an deren Enden er zeugte Biegungsmoment sich auf zwei Schau felenden verteilt, also pro Schaufelende nur halb so gross ist. Es ist infolgedessen mög lich, mit sehr billigen, durch Schiweissen und Einwalzen bewirkten Schaufelbefestigungen auszukommen.
Sobald jedoch grössere Leistungen von einer Schaufel übertragen werden müssen, wird die Biegungsbeanspruchung der Schau felenden durch das durch die Umfangskräfte erzeugte Biegungsmoment selbst bei Vertei lung auf beide Schaufelenden grösser, als den durch die billige Befestigungsart geschwäch ten Schaufelenden zugemutet werden darf.
Es müssen dann gefräste Schaufelprofile und Schaufelenden zur Verwendung gelangen, deren Herstellungskosten ein Vielfaches der für schwächere Belastungen zulässigen ein fachen Herstellung aus gewalzten Profilen, welche verschweisst und eingewalzt werden, betragen.
Um die Schaufelenden von dem Biegungs- moment in Umfangsrichtung, welches durch die Leistungsabgabe entsteht, zu entlasten und so die billige Beschauflungsweise auch für hochbelastete Schaufeln brauchbar zu machen, ist bereits vorgeschlagen worden, Kopf- und Fussring durch Anordnung zu sätzlicher, schräg zur Mittelachse der Ma schine in Umfangsrichtung geneigten Stützen zu verspannen.
Hierdurch entstehen in be kannter Weise Verspannungsdreiecke, durch welche die Biegungsbeanspruchungen in Zug- und Druckspannungen umgesetzt werden. Diese Lösung hat aber infolge praktischer Unausführbarkeit keine Bedeutung erlangt. Die zusätzlichen Stützen müssen, da sie schräg zu den Schaufeln angeordnet sind, eine grössere Länge als diese haben. Sie wer den also bei umlaufenden Schaufeln durch die Fliehkraft, welche in der Mitte die höchste Biegungsbeanspruchung erzeugt, noch höher beansprucht als die Schaufeln selbst., das heisst ihre radiale Dicke muss mindestens so gross bemessen werden, wie die der Schau feln.
Da sich die Schaufelringe ganz dicht umlagern müssen, wenn eine ausreichende Schaufelzahl untergebracht werden soll, so ist naturgemäss kein Platz vorhanden zwi schen den einzelnen Schaufelringen, um Stützen von gleicher Höhe wie die Schaufeln selbst unterzubringen. Theoretisch möglich wäre die Anordnung nur beider letzten, das heisst äussersten Schaufelreihe. Hier sind jedoch die umlaufenden Schaufeln selbst in den meisten Fällen bereits durch die Flieh kraft in ihrem Mittelquerschnitt auf das äusserst zulässige Mass beansprucht.
Auf noch etwas grösserem Durchmesser, das heisst bei noch grösserer Fliehkraft längere Stützen an zuordnen als die Schaufeln, scheitert deshalb daran, dass die Stützen nicht mehr fest genug gegen die Fliehkraft ausgeführt werden können.
Hier setzt die vorliegende Erfindung ein. Sie bezweckt, den Schaufeln eine auch für grösse Belastungen bei grossen Schaufellängen ausreichende Festigkeit gegenüber den Um fangskräften in tangentialer Richtung zu geben, ohne die billige Schweiss- und Ein walzbefestigung verlassen zu müssen. Die Erfindung besteht darin, dass die einzelnen Schaufeln in Umfangsrichtung der Be- sehauflung eine zur Mittelachse der Ma schine sich fortlaufend ändernde Neigung be sitzen.
Es wird hierdurch erreicht, dass die gewollte Form von Verspannungsdreiecken auftritt, ohne da.ss die Strömungsverhältnisse in .den Schaufeln nachteilig beeinflusst wer den. Es wird vermieden, dass die Schaufel kanäle sich einseitig zu stark verengen oder erweitern und dass sich hierdurch entweder die Führung des Antriebsmediums ver schlechtert oder die Wandreibung unzulässig erhöht. Die Biegungskräfte werden durch Zug- und Druckkräfte in den Schaufeln selbst aufgenommen, ohne dass die Schaufeln biegungsfest zu sein brauchen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch den abgewickelten Umfang von nach der Erfin dung beispielsweise ausgebildeten Schaufel ringen in der Draufsicht; die Fig. 3 gibt ein einzelnes Schaufelsegment in der Ansicht von oben wieder; Fig. 4 stellt eine Seitenansicht dar in der Richtung des Pfeils A der Fig. 3, wobei sich das Schaufelsegment noch in urgebogenem Zustande befindet;
Fig. 5 ist eine Seitenansicht auf das Ende des Schaufelsegmentes der Fig.4; Fig. 6 stellt die gleiche Seitenansicht dar wie Fig.4, mit dem einzigen Unterschied, dass das Schaufelsegment bereits entsprechend dem mittleren Schaufeldurchmesser gebogen worden ist; Fig. 7 schliesslich veranschaulicht das Einwalzen des Schaufelsegmentes in zwei Tragringe, welche längs der Mittelachse des Schaufelringes geschnitten siäd.
In Fig. 1 stellen die geraden Linien 1-8 die Seitenleisten von Schaufelsegmenten dar, mit denen die ebenfalls mit geraden Linien angedeuteten Schaufeln 9 verschweisst oder sonstwie verbunden sind. Die Leisten 1-8 werden in bekannter Weise in die Kopf- und Fussringe eirige -alzt, um den betriebsfähigen Schaufelring herzustellen. Gemäss Fig. 1 be steht der gesamte Umfang aus den vier Schaufelsegmenten, deren Leisten mit 1-2, 3-4, 5-6 und 7-8 bezeichnet sind. Es können natürlich auch beliebig mehr Seg inente angeordnet sein.
Gemäss Fig. 1 ist zum Beispiel die Teilung der Leisten 1, 4, 5 und 8 die gleiche und kleiner als die Teilung der Leisten 2. 3, 6 und 7, welche wiederum für diese Leisten die gleiche ist. Es kommen also nur zwei verschiedene Teilungen und Sorten von Leisten zur Anwendung, so da.ss die Her stellung einfach und billig ist. Beim Schau felsegment mit den Leisten 1-2 steht die erste Schaufel ganz oben senkrecht zu den Leisten. Dadurch, dass die Teilung der Leiste 2 grösser ist als die Teilung der Leiste 1, neigen, sich die Schaufeln mehr und mehr b#:: zu einer maximalen Schrägung am untern Ende des Segmentes.
Da der Teilungsunter schied nur gering ist, so wird die Form des Schaufelkanals praktisch nicht ungünstig be- einflusst.
Diese vorteilhafte Wirkung entsteht da durch, dass die Teilung an den Leisten 1, 1, 5, 8, welche das eine Schaufelende einer Vielzahl von Schaufeln halten, einen fort laufend verteilten Unterschied gegenüber der Teilung der das andere Schaufelende halten den Leisten 2, 3, 6, 7 aufweist. Eine beson ders gleichmässig fortschreitende Neigungs änderung der Schaufeln wird am einfachsten erreicht. wenn für sämtliche Schaufeln die Teilungen der beiden Schaufelenden vonein ander abweichen, wie es in den F'ig. 1 und 2 durch Verwendung von Leisten durchweg verschiedener Teilung an beiden Enden der Schaufeln erreicht ist.
Dabei sind, über den Umfang der Beschauflung verteilt, verschie dene Schaufelteilungen angewendet, zum Bei spiel sind links in Fig. 1 die Teilungen der Leisten 1 und 5 verschieden von denjenigen der Leisten 3 und 7, damit eine mehrfache Rückkehr zu der zur Mittelachse des Schau felringes parallelen Lage stattfindet.
Die Verwendung von mehreren entlang einer Schaufelgruppe konstanten, aber für ver- schiedene Gruppen voneinander abweichenden Teilungen - zweckmässig nur zwei - ergibt besonders günstige Verhältnisse bezüglich Herstellungskosten und Schaufelkanalform, ohne dass dies ein Erfordernis für die erfin dungsgemässe Konstruktion bildet.
Da die Schaufeln aus Herstellungsgründen meist zu Gruppen von 10 bis 30 Schaufeln in Form von einbaufertigen Segmenten vereinigt wer den, so ist die Herstellung besonders einfach, wenn innerhalb jedes Segmentes die Neigung der Schaufeln gegenüber der Mittelachse der Maschine in Umfangsrichtung von Null auf ein gewolltes Maximum ansteigt, indem die Teilung auf einer Seite grösser als auf der andern Seite gewählt wird, oder umgekehrt. Hierbei kann die Neigung stets nach der glei chen Seite verlaufen oder noch besser ab wechselnd nach der einen und andern Seite.
Vorteilhaft wird die Anordnung derart ge troffen, dass die Schaufeln auf dem ganzen Umfang der Beschauflung bei einseitiger Neigung in ihrer Aufeinanderfolge minde stens zweimal, bei zweiseitiger Neigung min destens viermal in die parallele Lage zur Mittelachse der Maschine zurückkehren. Das Segment mit den Leisten 3-4 beginnt zum Beispiel mit der maximalen Schrägstellung der Schaufeln. Da aber die Teilung der Leiste 3 grösser ist als die Teilung der andern Leiste 4, so nähern sich die Schaufeln mehr und mehr wieder der Lage senkrecht zu den Leisten, welche am untern Ende erreicht wird.
Das Segment mit den Leisten 5-6 ist im Schaufelring genau symmetrisch angeord net zum Segment mit den Leisten 1-2, das Segment mit den Leisten 7-8 symmetrisch zum Segment mit den Leisten 3-4. Besteht der ganze Umfang aus diesen vier Segmen ten, so wird durch die symmetrische An ordnung erreicht, dass der Kopfring seine parallele Lage zum Fussring auch unter den V"arschiebungskräften beibehält.
Sind zum Beispiel die Leisten 1, 3, 5 und 7 im Kopf ring befestigt, die Leisten 2, 4, 6 und 8 im Fussring, so dass sie sich gegeneinander nicht verschieben können, so treten alle Kräfte, welche die Ringe voneinander entfernen bezw. einander nähern wollen, immer genau diametral gegenüberliegend auf. Ein Kippen des Kopfringes aus der parallelen Lage zum Fussring kann also nicht auftreten. Von dieser genauen Symmetrie kann natürlich in bewissen Grenzen unbedenklich abgewichen werden. Je mehr Segmente zur Verwendung gelangen, das heisst je häufiger die Schaufeln von der maximalen Schräge zur Senkrechten auf dem Umfang wechseln, desto weniger braucht auf Symmetrie Wert gelegt zu wer den.
Fig. 2 zeigt eine entsprechende Ausfüh rung, wenn die Neigung der Schaufeln nach beiden Richtungen sich ausdehnt. Hier haben die Leisten 10, 13, 15 und 16 die gleiche Teilung, welche kleiner ist als die ebenfalls unter sich gleiche Teilung der Leisten 11, 12, 14 und 17.
Die Wirkung ist genau die gleiche wie diejenige der in Fig. 1 gezeigten. Die zur Erreichung völliger Symmetrie erforderliche Mindestzahl von Segmenten oder Neigungs wechseln beträgt hier B. Bei einer grösseren Anzahl braucht auf genaue Symmetrie auch hier weniger geachtet zu werden.
Die Fig. 3 bis 7 dienen nur zur Erleich terung der körperlichen Vorstellung und ver anschaulichen ein einzelnes Schaufelsegment, bei dem von Profilstahl geschnittene Schau felstücke 9 mit Leisten 1 und 2 verschweisst sind. Es gelten die Bezugsziffern der Fig. 1 und 2, nur in Fig. 7 sind die Tragringe 18 und 19, in welche die Schaufelsegmente ein gewalzt werden, neu hinzugekommen. Das Einwalzen geschieht .durch Anpressen des -Materials an den Stellen 20 und 21.
Vor dem Einführender Leisten 1 und 2 der Schaufel segmente (und der übrigen Leisten 3-17) in die Tragringe 18 und 19 werden die Schaufelsegmente von Hand oder durch ent sprechende Vorrichtungen auf den Durch messer der Tragringe gebogen, wie es in der Fig.6 gegenüber der noch geraden Form der Fig. 4 angedeutet ist.
Aus den Figuren geht hervor, dass Ver- spannungsdreiecke entstehen, welche eine gegenseitige Verdrehung von Kopf- und Fuss- ring verhindern, ohne dass die Schaufelenden Biegungsmomenten widerstehen müssen. In bekannter Weise treten nur Zug- und Druck kräfte hierbei auf. Die Verspannungsdreiecke sind derart gebildet, dass . unzulässige Er weiterungen oder Verengungen der Schaufel teilung nicht auftreten, obwohl keine andern Stützstreben als die Schaufeln selbst ver wendet werden.
Mit dieser Anordnung kön nen deshalb bei Verwendung billigster Schau felbefestigung grosse Umfangskräfte über tragen werden, ohne dass andere, praktisch fühlbar werdende Nachteile auftreten.