Trommelförmiger Schaufelträger für Axial-Kreiselmaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf einen trommelförmigen Schaufelträger mit wenig stens einem Kranz von axial durchströmten, nach innen vorstehenden Schaufeln für Krei selmaschinen, insbesondere für Axialverdich- ter. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei gro sser Genauigkeit der Beschaufelung ein Mindestmass an Gewicht des Schaufelträgers zu erzielen.
Bei den bekannten Axialverdichtern mit je einem oder mehreren Lauf- und Leitschau- felkränzen werden die an der Gehäusetrom mel angeordneten, nach innen vorstehenden Schaufeln aus Blech hergestellt und in dem Gehäuse eingeschweisst oder eingegossen. Hierzu müssen die Schaufeln vor dem Schweissen oder vor dem Giessen genau aus gerichtet werden. Dies ist jedoch nur sehr umständlich durchzuführen. Ferner bleiben beim Schweissen wie beim Giessen die Schau feln meist nicht in der vorher eingestellten Lage, wodurch Änderungen der Schaufel winkel entstehen.
Solange es sich um niedrig belastete Verdichter handelt, sind diese meist geringen Winkeländerungen nicht von Be deutung. Ein weiterer, für niedrig belastete Verdichter ebenfalls belangloser Übelstand ist, dass beim Anschweissen der Schaufeln die am Fusse der Leitschaufeln angebrachten Schweissraupen, die nur sehr schwer zugäng lich sind und deshalb nicht sauber geglättet werden können, Störungen in der Strömung verursachen.
Gegenüber dem Bekannten werden aber viel strengere Forderungen gestellt, wenn es sich um sehr rasch laufende, hochbelastete Verdichter handelt, wie z. B. Auflader für Flugmotoren, Forderungen, die mit den eben beschriebenen Mitteln nicht mehr befriedigt werden können. Hierbei müssen, damit ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird, im Ver dichter alle Störungen in der Strömung und der Führung der Luft vermieden werden; dazu soll der Verdichter noch so leicht wie irgend möglich werden.
Man muss also eine Beschaufelung verwenden,- die einen sehr hohen Grad an Genauigkeit aufweist und dabei nur ein äusserst geringes Gewicht hat.
Eine Beschaufelung, die in hohem Masse diesen Forderungen nachkommt, ist aus dem Dampfturbinenbau schon bekannt. Bei die ser Beschaufelung werden die Schaufeln ein zeln gefräst, geschliffen und, wenn nötig, auch poliert, und erhalten somit eine sehr genaue Form. Zur Befestigung sind sie mit einem schwalbenschwanzartig oder ähnlich ausgefrästen Fuss versehen, mit dem sie in eine in die Gehäusetrommel eingedrehte Nut eingesetzt werden. Dies bedingt aber ein Ge häuse mit dafür ausreichender, recht be trächtlicher Wandstärke, welches sich für Dampfturbinen wohl noch ausführen lässt, weil es bei ihnen auf grosse Gewichtserspar nis nicht ankommt, für Verdichter im Flug zeugbau aber würde es viel zu schwer wer den.
Die aufgeführten Nachteile können durch die Ausbildung der Schaufelfüsse und deren Befestigung gemäss der Erfindung dadurch beseitigt werden, dass jede Schaufel eines Kranzes einzeln auf einem Ringsegment mit zylindrischer Aussenfläche sitzt, welches Ringsegment in einer mit gleichem Durch messer zylindrisch ausgedrehten Sitzfläche der Trommel eingesetzt und dort befestigt ist.
Mit der erfindungsgemässen Ausbildung der Schaufelfüsse wird ausser der Gewichts ersparnis noch der weitere Vorteil ermög licht, dass die Trommel nur sehr einfach her zustellende zylindrische Bohrungen erhält, die die Bearbeitung wesentlich vereinfachen.
Die beschriebene Ausbildung der Schau felfüsse lässt sich auch bei Verdichtern mit mehreren Stufen, also mit mehreren Kränzen von nach innen ragenden Schaufeln anwenden. Solche Verdichter werden oft mit in Strö mungsrichtung abnehmendem Querschnitt und dementsprechend mit von Stufe zu Stufe radial immer kürzer werdenden Schaufeln ausgeführt, so dass das Gehäuse eine konische Trommel bildet.
In diesem Fall werden die Sitzflächen in der Trommel für die zylindri schen Ringsegmente der verschiedenen Schau felkränze zweckmässigerweise als Ausdre- hungen mit in Strömungsrichtung zu- oder abnehmenden Durchmessern ausgeführt, wo durch die Herstellung gegenüber einer Trom mel mit konischer Ausdrehung wesentlich vereinfacht wird.
Da die von der Luft auf die Leitschau- feln ausgeübten Kräfte, die vom Schaufel fuss auf das Gehäuse übertragen werden müs sen, nicht sehr gross sind, kann die Befest.i- gting der Schaufeln im Gehäuse dadurch wesentlich vereinfacht werden, dass die Schau feln zum Beispiel nur durch die Ringseg mente übergreifende Halteringe in ihrer Lage gehalten erden, während die Umfangskraft vom Schaufelfuss auf das Gehäuse durch Rei bung übertragen wird. Dabei ist gleichgültig, ob das Gehäuse längs seiner Achse in einer Mittelebene geteilt ist oder nicht.
Im einen Falle sind dann die Halteringe in Umfangs richtung geteilt und zum Beispiel durch Schrauben radial befestigt, im andern Falle dürfen sie ungeteilt sein und werden dann zweckmässig durch einen Druckring axial zu sammengehalten.
Die Ringsegmente werden meist vor und hinter der Schaufel durch je einen Haltering gehalten, oft genügt aber auch nur ein auf einer Seite angebrachter Haltering, besonders bei den erwähnten, axial durch einen Druck ring zusammengehaltenen Schaufelkränzen.
Die Erfindung lässt sich nicht nur für Axialverdichter anwenden, bei denen das trommelförmige Gehäuse mit einem oder mehreren Leiträdern feststeht, sie kann eben- sogut bei gegenläufigen Axialverdichtern an gewendet werden, bei denen die Trommel mit der an ihr befestigten Schaufelung in einem dem Drehsinn des Läufers entgegen gesetzten Drehsinn mit der gleichen oder einer andern Drehzahl wie der Läufer an getrieben wird.
Da die umlaufende Trommel hierbei meist über den in Strömungsrichtung gesehen eisten oder letzten Schaufelkranz an getrieben und ebenfalls der Axialschub über einen dieser beiden Schaufelkränze auf eine M'elle übertragen wird, wird zweckmässig jeder dieser beiden Schaufelkränze mit einer Radscheibe und einem Aussenkranz aus einem Stück hergestellt, und nur die zwischen ihnen liegenden Schaufelkränze sind nach der Er findung ausgebildet.
Die Schaufeln in einem umlaufenden Schaufelträger werden als Arbeitsschaufeln wesentlich höher belastet als die Leitschau- feln in einem feststehenden Gehäuse, so dass eine grössere Anpressungskraft zur Übertra gung der Kraft zwischen Schaufelfuss und Trommel erforderlich ist. Die an den Schau feln wirkende Zentrifugalkraft, die ein Mehrhundertfaches der an den Schaufeln an greifenden, von der Luft herrührenden Kraft beträgt, übt aber die erforderliche hohe An pressung schon aus, so dass auch hier die ein fache Befestigung mit übergreifenden, unge teilten Halteringen ohne besondere Befesti gung der Schaufelfüsse durch Schrauben aus reicht.
Die Wand des umlaufenden Gehäuses wird daher durch keinerlei Schraubenlöcher geschwächt und darf deswegen mit sehr klei ner Stärke ausgeführt werden, womit das er wünschte Mindestmass an Gewicht erreicht werden kann.
Zur glatten Führung der Strömung im trommelförmigen Schaufelträger wird zweck mässig jeder durch die Ringsegmente gebil dete Ring so ausgedreht, dass die Halteringe eingelassen werden können oder die Ring segmente derart überdecken, dass ein in Längsrichtung stetig verlaufendes Strö mungsrohr mit veränderlichem oder gleich bleibendem Querschnitt entsteht.
Die Erfindung ist nicht auf Verdichter beschränkt, sondern kann genau so gut bei andern axial durchströmten Kreiselmaschi nen angewendet werden.
Die Erfindung wird in der Zeichnung an zwei Beispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 Längsschnitt durch einen in Längs richtung geteilten, mehrstufigen Axialver- dichter mit Leit- und Laufschaufeln, Fig. 2 Querschnitt durch den Verdichter der Fig. 1, Fig. 3 Längsschnitt durch einen in Längs richtung ungeteilten, mehrstufigen, gegen läufigen Axi.alverdichter. In Fig. 1 bedeutet 1 ein Laufrad, auf dem zwei Schaufelkränze - angeordnet sind.
Zu diesen Kränzen gehören drei Leitschaufel- kränze, die in einer feststehenden Trommel 2 mit nach innen ragenden Schaufeln ange bracht sind. Die Ausbildung der drei Leit- schaufelkränze ist vollkommen gleichartig und wird daher nur für den mittleren be schrieben. Jede Schaufel 3 dieses Kranzes ist zusammen mit dem als Ringsegment 4 aus gebildeten Fuss aus einem Stück gearbeitet. Das Ringsegment ist an der Fläche 5 zylin drisch gedreht und sitzt in einer entspre chenden Ausdrehang der Trommel 2.
Zur Befestigung aller Ringsegmente dieses Schau felkranzes dienen Halteringe 6 und 7, von denen Ring 6 den gleichen Aussendurchmes ser wie die Ringsegmente 4, und Ring 7 den gleichen Aussendurchmesser wie die Ring segmente des in Strömungsrichtung nachfol- geraden Leitschaufelkranzes hat. Die in Um fangsrichtung geteilten Halteringe greifen über Vorsprünge 8 und 9 der Ringsegmente und werden durch Schrauben 10 und 11 in radialer Richtung befestigt.
Bei mehrstufi gen Verdichtern, wie die Zeichnung einen zeigt, kann zwischen zwei Schaufelkränzen jeweils ein Haltering dadurch erspart wer den, dass jeder Haltering die Ringsegmente zweier benachbarter Schaufelkränze festhält.
Damit die Leitschaufelkränze der Trom mel in Achsrichtung den richtigen Abstand zueinander erhalten, werden bei der Bearbei tung die Masse 12 und 13 genau eingehalten, während bei 14 und 15 Spiel bleibt. Hier durch ergibt sich der Vorteil einer einfachen Bearbeitung, weil die Zylinderbohrungen nur im Durchmesser genau, in ihrer axialen Länge aber lediglich reichlich lang ausge führt werden müssen.
Die an den Leitschaufeln angreifende, von der Luft ausgeübte Kraft wird auf das Gehäuse durch Reibung in der Zylinderflä che 5 und in den Stirnflächen der Ringseg mente übertragen.
Fig. 2 zeigt die zylindrischen Ringseg mente 4 auch in der andern Ansicht nach Schnitt A -B der Fig. 1. Die beiden Ge- häusehälften werden durch Schrauben in den Flanschen 16 und 17 zusammengehalten.
In Fig. 3 ist die Befestigung der Ring segmente durch Zusammenpressen in Achs richtung des Verdichters an einem gegen läufigen Axialverdichter, bei dem also die Trommel mit ihren Schaufeln entgegen gesetzt zum Läufer umläuft, gezeigt. Bei einem solchen Verdichter ist dann die Trom mel zweckmässig ungeteilt; von den an der Trommel angeordneten Schaufelkränzen die nen meist der erste und der letzte gleichzei tig dazu, die Trommel über Radscheiben mit einer Welle zu verbinden.
Der gegenläufige Verdichter weist einen Läufer 101 mit vier Schaufelkränzen und einen trommelförmigen Schaufelträger 102 mit fünf Schaufelkränzen auf. Der erste Schaufelkranz 103 der Trommel 102 ist mit einer in der Zeichnung nur angedeuteten Radscheibe 104 und dem Aussenkranz <B>105</B> aus einem Stück hergestellt; desgleichen der letzte Schaufelkranz 106 mit der Radscheibe 107 und dem Aussenkranz 108. Die Trom mel enthält vier zylindrische Ausdrehungen mit in Strömungsrichtung abnehmenden Durchmessern mit den in axialer Richtung eingeschobenen Schaufelkränzen, und zwar als ersten der im Durchmesser kleinste Schaufelkranz 106, der sich mit seinem Aussenkranz<B>108</B> an einen Anlagering 109 der Trommel 102 anlegt.
Darnach wird ein ungeteilter Haltering 110 eingeschoben und dann die Ringsegmente 112 des Schaufel kranzes 111, der gemäss der Erfindung aus gebildet ist. Jede Schaufel 111 sitzt auf einem den Fuss bildenden Ringsegment 112, in dessen Eindrehung 113 der Haltering 110 eingreift und die Schaufel radial abstützt. Nach diesem Schaufelkranz ist wieder ein Haltering 114 eingeschoben, darnach wieder die Ringsegmente eines Schaufelkranzes und so fort. Das Ganze wird mit dem als Druck ring ausgebildeten Aussenkranz 105 des er sten Schaufelkranzes 103 durch Schrauben 115 in Achsrichtung zusammengepresst.
Bei der dargestellten Ausführung der Ringsegmente und Halteringe müssen die Masse 116 und 117 und die entsprechenden Masse bei andern Kränzen bei der Bearbei tung genau eingehalten werden, damit die Schaufeln in Achsrichtung in die richtige Lage kommen. Dagegen ist bei<B>118</B> Spiel vorhanden. Somit kommt auch hier wieder der Vorteil hinzu, dass die Trommel sehr ein fach hergestellt werden kann, weil die zylin drischen Ausdrehungen mir im Durchmesser, nicht aber in ihrer axialen Länge genau aus gefiihrt sein müssen. In der Länge müssen sie nur so reichlich sein, damit zwischen dem Schaufelfuss und der Trommel bestimmt Spiel bleibt.
Die Halteringe könnten auch statt in Strömurigsrielitung hinter dem Schaufel kranz, wie Fig. 3 zeigt, davor angeordnet sein.
Aus Fig. 1 und 3 ist auch zu erkennen, dass die Halteringe die Ringsegmente derart übergreifen, dass ein glattes, sich konisch ver jüngendes Strömungsrohr entsteht.