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Laufacbaufel aus keramischen Massen für Kreiselradmaschinen, insbesondere Gasturbinen. Die Erfindung betrifft eine Laufschaufel für Iireiselradmaschinen, insbesondere Gasturbinen, aus keramischen Massen. Die keramische Schaufel ist geeignet, die Wärmewirtschaftlichkeit von Brennkraftanlagen, z. B. Gasturbinen, wesentlich zu verbessern, ohne dass wegen der erhöhten Betriebstemperatur komplizierte Verfahren zur Bauteilkühlung notwendig werden. Auch ihr geringer Preis fällt bei der Herstellung ins Gewicht.
Sie ist allerdings abgesehen von der ebenso notwendigen Unempfindlichkeit gegen Temperaturwechsel bei den üblichen Anforderungen hinsichtlich Schnelläufigkeit, Schluckvermögen usw. auch mechanisch sehr hoch beansprucht. Die Schaufelformen lassen sich jedoch nicht so vereinfachen, wie es für keramischen Werkstoff an sich wünschenswert wäre, und die Spannungen, die als Folge der notwendigen Formen beim Brennen und Schwinden entstehen, verlangen unbedingt Massnahmen zur Verbesserung der Gestaltfestigkeit.
Beider Befestigung im Radkörper aus Stahl (unter Beachtung der Gesichtspunkte für einen temperaturunabhängigen Formschluss trotz der verschiedenen Ausdehnungen) haben sich schräg zur Axialrichtung etwa parallel zur Strömungsrichtung des Arbeitsmittels verlaufende, keilförmige Nuten bewährt, in denen die entsprechend ausgebildeten Schwalbenschwanz-Schaufelfüsse sitzen. Die Verwirklichung einer wirksamen Gasführung bzw. Umlenkung im Schaufelgitter führt jedoch zu verhältnismässig breiten Schaufelblättern. Dabei ist es bekannt, dass ein gewisser Wert des Verhältnisses Teilung des Schaufelgitters zu Sehnenlänge des Schaufelblattes eingehalten werden muss, um eine bestimmte Umlenkung zu erreichen.
Die Unterbringung des Schaufelfusses in den keilförmigen Nuten des Radkörpers setzt das übrigbleiben eines genügenden Tragquerschnittes zwischen den Nuten voraus, wenn die Verbindung bei den hohen Umdrehungszahlen und den gesteigerten Betriebstemperaturen eine ausreichende Festigkeit aufweisen soll, das heisst also, dass eine gewisse Teilung des Schaufelgitters stets eingehalten werden muss. Die breiten Schaufelblätter mit ihren stark gewölbten, teilweise sogar verwundenen Oberflächen stehen aber in einem grossen Gegensatz zu den geradlinig verlaufenden Schaufelfüssen, die in die Keilnuten des Radkranzes eingreifen. Grosse Teile des Schaufelblattes stehen über dem Grundruss des Schaufelfusses über und ergeben bezüglich der mechanischen Gestaltfestigkeit besonders ungünstige keramische Gebilde.
Zur Verbesserung der Festigkeit der keramischen Laufschaufeln ist erfindungsgemäss die Schaufel einschliesslich des Schaufelfusses in ihrer Breite unterteilt, und die geraden Schaufelfüsse der Schaufelteilstücke sind in Anlehnung an den Verlauf der SchauTelkrüm- mung der einzelnen Teile des Schaufelblattes
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gegeneinander geneigt angeordnet. Das Blatt des einzelnen Schaufelteils wird dadurch schmäler. Die entstehenden Teilstücke des Profils werden in sich gleichmässiger und weniger gekrümmt, und ihnen können die zugehörigen Fussstücke besser angepasst werden.
Der dadurch ermöglichte allmähliche Übergang vom Blatt zum Fussteil, gleichgültig, ob die Schaufel durch Giessen oder Pressen entsteht, ist günstig für eine hohe Gestaltfestigkeit, weil dann die vom Brennen und Schwinden herrührenden Vorspannungen im Bauteil kleiner werden. Die kleinere Krümmung bewirkt auch kleinere Vorspannungen an der Übergangsstelle zum Fuss, neben einer höheren Profilmasshaltung. Die Teilprofile lassen sich ohne besondere kostspielige Bearbeitung so aneinander anschliessen, dass Sprünge in der Profilkrümmung wegfallen. Auch der Versatz zischen den Teilprofilen kann so gewählt werden, dass keine wesentliche Undichtheit zwischen Bauch- und Rückenseite des Blattes entsteht.
In der Zeichnung ist in schematischer Weise die Teilung der Schaufel an einem Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes erläutert, und zwar zeigen Fig.1 eine Seitenansicht einer geteilten Schaufel, Fig.2 eine Draufsicht auf den Radkranz mit einer geteilten Schaufel, Fig. 3 eine Draufsicht auf den Radkranz mit einer ungeteilten Schaufel entsprechend der bisherigen Ausführung.
Die in der Fig.1 in der Seitenansicht dargestellte keramische Laufschaufel ist einschliesslich des Schaufelfusses in ihrer Breite unterteilt. Dabei verläuft die Teilungslinie durch Schaufelblatt und -fuss zweckmässigerweise nicht eben, sondern ist, wie Fig. 2 zeigt, versetzt (Linie x). Da das Profil der Schaufel beim Fussende (Fug. 2) aus einem dicken Ein- trittsteil 1 mit einem Schaufelprofil, das im Mittel annähernd in die Axialrichtung fällt und einem dünnen Schwanzteil 2 mit einem gegenüber der Axialrichtung geneigten Profilverlauf besteht, können die Fussbreiten a1, a2 unterhalb demselben verschieden schmal gehalten werden.
Der gerade Schaufelfuss des Eintrittsteilstückes liegt in axialer Riehtung, während der gerade Schaufelfuss des Schwanzteilstückes gegenüber dieser Richtung geneigt ist (vgl. < E z rischen Axialriehtung und der einen Begrenzungskante des Schaufelfusses). Beide Fussteilstücke sind somit gegeneinander geneigt angeordnet. Besonders eindringlich zeigt sich der Vorteil der Schaufelteilung nach der Erfindung, wenn man sich einen durchlaufenden Keilfuss mit einer mittleren Neigung E) zur Axialrichtung entsprechend Fig.3 dagegenhält.
Es sind dort sowohl am dicken Eintrittsteil des Profils als auch am dünnen Schwanzteil frei überhängende Enden 3 und 4 des Schaufelblattes vorhanden, die beanspruchungsmässig schlecht zu weiten sind, durch entstehende Brennspannungen auch festigkeitsmässig benachteiligt sind und als vorspringende Teile leicht, beschädigt. werden können.
Auch das Vorhandensein von grösseren, festigkeitsmässig weniger ausgenützten Ecken 5 und 6 des Keilfusses und der kleinere Zugquerschnitt der Radköpfe .fällt bei der bisherigen Ausführung auf.
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Laufacbaufel made of ceramic masses for centrifugal machines, especially gas turbines. The invention relates to a rotor blade for Iireiselradmaschinen, in particular gas turbines, made of ceramic masses. The ceramic blade is suitable for increasing the thermal economy of internal combustion systems, e.g. B. gas turbines, without the need for complicated processes for component cooling due to the increased operating temperature. Their low price also plays a role in production.
However, apart from the equally necessary insensitivity to temperature changes, it is also subject to very high mechanical loads with the usual requirements in terms of speed, swallowing capacity, etc. However, the blade shapes cannot be simplified as it would be desirable for ceramic material, and the stresses that arise as a result of the necessary shapes during burning and shrinking necessarily require measures to improve the structural strength.
When fastening in the steel wheel body (taking into account the point of view of a temperature-independent form fit despite the different expansions), wedge-shaped grooves running obliquely to the axial direction approximately parallel to the flow direction of the working fluid, in which the appropriately designed dovetail blade roots are seated, have proven successful. However, the implementation of an effective gas guide or deflection in the blade grille leads to relatively wide blades. It is known that a certain value of the ratio of the pitch of the blade lattice to the chord length of the blade must be maintained in order to achieve a certain deflection.
The placement of the blade root in the wedge-shaped grooves of the wheel body assumes that there is sufficient support cross-section between the grooves if the connection is to have sufficient strength at the high speeds and the increased operating temperatures, i.e. that a certain pitch of the blade grid is always maintained must become. The wide blades with their strongly curved, sometimes even twisted surfaces are in great contrast to the straight blade roots that engage in the keyways of the wheel rim. Large parts of the blade protrude above the base of the blade root and result in ceramic structures that are particularly unfavorable in terms of mechanical structural strength.
To improve the strength of the ceramic rotor blades, according to the invention, the blade including the blade root is subdivided in its width, and the straight blade roots of the blade sections are based on the course of the blade curvature of the individual parts of the blade
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arranged inclined to each other. The blade of the individual blade part becomes narrower as a result. The resulting sections of the profile are more even and less curved, and the associated foot pieces can be better adapted to them.
The gradual transition from the blade to the base part made possible by this, irrespective of whether the blade is created by casting or pressing, is beneficial for high structural strength, because the pretension in the component resulting from burning and shrinking is then reduced. The smaller curvature also results in smaller pre-tensioning at the transition point to the foot, in addition to a higher profile dimensional maintenance. The partial profiles can be connected to one another without any particularly expensive processing so that there are no jumps in the profile curvature. The offset between the partial profiles can also be selected so that no significant leakage occurs between the belly and back of the sheet.
In the drawing, the division of the blade is explained in an exemplary embodiment of the subject matter of the invention in a schematic manner, namely FIG. 1 shows a side view of a divided blade, FIG. 2 a top view of the wheel rim with a divided blade, FIG Wheel rim with an undivided blade according to the previous version.
The ceramic rotor blade shown in the side view in FIG. 1 is subdivided in its width, including the blade root. In this case, the dividing line through the blade and root does not expediently run flat, but is offset, as FIG. 2 shows (line x). Since the profile of the blade at the foot end (joint 2) consists of a thick entry part 1 with a blade profile which on average falls approximately in the axial direction and a thin tail part 2 with a profile profile inclined with respect to the axial direction, the root widths a1, a2 below it are kept differently narrow.
The straight blade root of the inlet section lies in the axial direction, while the straight blade root of the tail section is inclined in relation to this direction (cf. <E z rischen Axialriehtung and the one limiting edge of the blade root). Both foot sections are thus inclined relative to one another. The advantage of the blade division according to the invention is shown particularly clearly if one holds against a continuous wedge root with a mean inclination E) to the axial direction according to FIG.
There are freely overhanging ends 3 and 4 of the blade both on the thick entry part of the profile and on the thin tail part, which are difficult to widen in terms of stress, are also disadvantageous in terms of strength due to the resulting combustion stresses and are easily damaged as protruding parts. can be.
The presence of larger corners 5 and 6 of the wedge base, which are less used in terms of strength, and the smaller tension cross-section of the wheel heads are also apparent in the previous version.