CH280628A - Stahlläufer für axial druchströmte Turbinen mit keramischer Beschaufelung. - Google Patents

Stahlläufer für axial druchströmte Turbinen mit keramischer Beschaufelung.

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CH280628A
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CH
Switzerland
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rotor
steel
runner
ceramic
platelets
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English (en)
Inventor
Ag Maschine Augsburg-Nuernberg
Original Assignee
Maschf Augsburg Nuernberg Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3084Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers the blades being made of ceramics

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description


  Stahlläufer für axial durchströmte Turbinen mit keramischer     Beschaufelung.       Die Erfindung betrifft einen Stahlläufer  für axial durchströmte Turbinen mit kerami  schen Schaufeln, mit dessen Hilfe hohe     Treib-          mitt.eltemperaturen    angewendet werden kön  nen. Man sucht beim Läufer mit schmied  baren Sonderstählen auszukommen, ist. aber  bei den hohen Temperaturen, welche die  keramischen Werkstoffe erlauben,     gezwungen,     entweder     hochwarmfeste    Baustähle mit sehr  hohem Legierungsgehalt zu wählen oder sieh  in der Auslegung der Schaufelhöhe und Um  fangsgeschwindigkeit, also hinsichtlich Schluck  fähigkeit und Stufenbelastung, gewisse Be  schränkungen aufzuerlegen.  



  Die Behebung dieser baulichen Einengun  gen wird erfindungsgemäss dadurch ermög  licht, dass die Oberflächenteile des Läufers  zwischen den Schaufelreihen und an der  Stirnseite     zwecks    Vermeidung ihrer Berüh  rung durch das Treibmittel durch keramische  Plättchen abgedeckt sind.  



  Dadurch wird die Betriebstemperatur in  den     Randzonen    des Läufers gegenüber der  jenigen der     Schaufelung    abgesenkt Dies ist  von Vorteil, da auch für hochlegierte Stähle  bei den mit Keramik ermöglichten Tempera  turen die Dauerstandfestigkeit stark abnimmt  und trotz der spezifisch leichten Keramik  schaufeln beachtliche Spannungen an den       wulstartigen,    den z.

   B.     hammerkopfförmigen     Schaufelfuss     umfassenden    Kranzteilen des Läu  fers     auftreten.       In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh  rungsbeispiele von Turbinenläufern nach der  Erfindung dargestellt, und     zwar    zeigen:

         Fig.    1 einen     Meridiansehnitt    durch den  ersten Stufenteil eines aus einzelnen Scheiben  zusammengesetzten Läuferkörpers nach den  Linien     I-I    in     Fig.    2 und 3,       Fig.    2 einen Teilquerschnitt nach der Linie       II-II    in     Fig.1.        Fig.    3 einen Teilquerschnitt nach der Linie       III-III    in     Fig.1.        Fig.    4 eine Draufsicht auf ein stirnseitiges       Abdeckplättchen,

            Fig.    5 einen     Meridianschnitt    durch die erste  Stufenfolge eines     Massivläufers,          Fig.    6 einen Teilquerschnitt nach der  Linie     VI-VI    in     Fig.    5 und       Fig.    7 eine Ansicht der Stirnseite des Läu  fers mit teilweise abgenommenen Deckplatten.

    Bei dem Ausführungsbeispiel. nach     Fig.1     weist der Läufer stählerne Scheibenkörper la,       1b,        1c,        1d    auf, zwischen deren Kränzen die  Keramikschaufeln 2a, 2b, 2c mit. der bekann  ten     Doppelkegelflächenhalterung    angeordnet  sind; mit deren Hilfe kann trotz verschiedener  Dehnung und Temperatur der zusammenge  bauten Teile bei allen Betriebszuständen ein  spielfreier und von Zwangskräften unberühr  ter Sitz gewährleistet werden.

   Die Verbindung  der einzelnen Scheibenkörper zu einem ge  nügend biegesteifen     C*esamtläufer    erfolgt bei  spielsweise, wie für Scheibe     1.a,        1b    dargestellt,  über     Clewindeansätze        3a,    3b (wobei eine ge-      wisse     Schrumpfwirkung    herangezogen werden  kann) oder durch am mittleren Umfang ver  teilte Bolzen 4 mit entsprechend geneigtem  Kegelsitz zur     Kompensierung    von     Dehnungs-          und    Temperaturunterschieden.

   Letzterer Fall  ist für das Scheibenpaar     1b,   <I>1c</I> dargestellt,  wobei in axialer Richtung jeweils die Ge  windewarze 5b, die durchbohrte Stützwarze 6c  und der     kegelige    Sitz des Schraubenkopfes 4  für ein Scheibenpaar     hintereinanderliegen.     entweder sind diese Verbindungselemente für  das nächste Scheibenpaar versetzt angeordnet,  oder man benützt gleich den Kopf des Bol  zens 4 als Verankerung für die Verbindung  des nachfolgenden Scheibenpaares.

   Die Schei  benkörper sind als Scheiben möglichst gleich  mässiger Festigkeit ausgebildet und mit Rück  sicht auf möglichst geringe Wärmespannungen  bei Änderung des Wärmezustandes des Läu  fers weitgehend durch Eindrehungen erleich  tert, so dass die entstehenden Hohlräume 7  als     Wärmedämmräume    wirken können oder in  Verbindung mit Bohrungen 8 für eine Durch  flutung der     Läuferrandzonen    durch vorver  dichtete Luft verwendet werden können, welche  aus Hohlräumen vom Läuferinnern her oder  ausgehend von der Läuferstirnseite dem Läu  fermantel entlang zugeführt wird, wodurch  sich über die Stahlteile ein sich stets erneuern  der Luftschleier legt,

   da sich diese     Kühllift     nach einer gewissen Aufwärmung längs der  Spalte zwischen den Keramikplättchen dem  sich entspannenden     Treibmittelstrom    zumischt.  Der Schutz des Läuferumfanges zwischen den  einzelnen     Laufschaufelreihen    wird von kera  mischen Plättehen 9 übernommen, deren keil  förmige     Befestigungsfortsätze    10 in entspre  chenden, in axialer Richtung eingearbeiteten  Nuten 11 sitzen, wobei hinsichtlich Form  gebung sowohl auf einfache Herstellung als  auch auf zwangsfreien, kraftschlüssigen Sitz  geachtet ist.

   Zu diesem Zweck sind, wie in       Fig.    2 an der Stelle der Schnittlinie     I-I    an  gedeutet, die Tragflächen des Schwalben  schwanzfusses und die Sitzflächen an der Un  terseite der     Abdeckplättchen    9 nach einer ge  meinsamen Geraden (in dem Schnittbild der       Fig.2    nur als Punkt sichtbar) ausgerichtet.    Am einfachsten wird die Nut für die Auf  nahme der     Plättchenköpfe    axial angeordnet,  so dass z. B. bei einem Läufer mit gleichblei  bendem     Fusskreisdurehmesser    der     Beschaufe-          lung    diese Nuten den gleichmässig verteilten  Mantellinien eines Zylinders entsprechen und  bequem bearbeitet werden können.

   Damit die       Besehaufelung    und das Bearbeiten dieser  axialen Nuten 11 erleichtert wird, sind die  die äussern     Abstützfläehen    aufweisenden  Stützringe 12 zu beiden Seiten des Lauf  schaufelteilfusses vom Radkörper getrennt vor  gesehen. Sie können auch aus besonders     zun-          derfestem    Werkstoff hergestellt sein, oder  man kann, wie am Laufkranz 2e angedeutet,  diesen Stützring auch unter der     Plättehen-          abdeckung    9 verschwinden lassen. Es ist, unter  der Voraussetzung, dass die Festigkeit des  schaufeltragenden     Seheibenwulstringes    noch  genügt, das heisst wenn durch die Nuten<B>1.1</B>  .

    vom abstützenden Scheibenumfang nicht all  zuviel weggenommen wird, möglich, auf diese  getrennten Stützringe 12 überhaupt     zu    ver  zichten.  



  Für die Abdeckung der Läuferstirnseite  sind in vorliegendem Beispiel sieh am Um  fang zu einem Ring ergänzende Plättchen 13  vorgesehen mit Klauen 14a,, 14b an der Läu  ferseite, die sich zwischen entsprechende, war  zenförmige Erhebungen     15a,    15b an der Läu  ferstirnseite mit kreuzartig angeordneten Keil  sitzflächen schieben und mittels einer Schraube  16 darauf festgehalten werden. Für die isolie  rende Wirkung wird angestrebt, möglichst viel  Hohlräume zwischen den Keramikplättchen  und dem Läuferkörper vorzusehen, z.

   B. die  Hohlräume     17a,    17b an der     Plättchenbefest.i-          gung    9/11, welche Wirkung zudem durch eine  möglichst auf kleinste Auflageflächen be  schränkte Berührung der sehr heissen kera  mischen     Abschirmteile    mit dem tragenden  Stahlläufer unterstützt werden kann.  



  Für einen     Massivläufer    nach     Fig.    5 ist  wegen der hier vorliegenden baulichen Ab  weichungen auf einige andere     Möglichkeiten     hingewiesen. Der Läufer 18 trägt in im  Querschnitt hakenförmigen Ringnuten die Ke  ramikschaufeln     19a,    19b mit entsprechend aus-      gebildetem Fussprofil für einwandfreien Sitz  bei allen Betriebszuständen. Am Kranz 19a ist  eine     Stenunverbindung    bekannter Art für die       Einfüllücke    20 der Ringnut veranschaulicht.

         Bemerkenswert    ist die hier gewählte Ausfüh  rung der Abstützung der äussern Schaufelfuss  keilsitzfläehe mittels einer     spanlos    geformten  Blechspange 21, die durch Einlassen in den  Läuferrand und durch Abbiegen eines Lap  pens bequem zum Verhindern des     Schaufel-          wanderns    in Umfangsrichtung herangezogen  werden kann.

   Die Ausbildung der den Um  fang     abschirmenden    Plättchen 22 und der zu  gehörigen axialen Befestigungsnuten 23 ist  gleichartig wie vorher, nur wurden aus Grün  den einer genügenden Festigkeit der einsei  tigen Schaufelabstützung am     Läuferwulstring     die Teilung der Plättchen wesentlich erhöht,  um weniger tiefe Einschnitte desselben zu er  halten. Für die Befestigung der einzelnen       Plättehen.    24 der     Stirnseitenabschirmung    sind  am Läufer umlaufende, keilartig wirkende  Sitzflächen 25 vorgesehen, wobei das Anpres  sen der Sitzflächen der Plättchen an die Läu  ferstirnseite durch einen gemeinsamen Stahl  ring 29 mittels Schrauben 26 erfolgt.

   Die Nei  gung der durch eine     Ringandrehung    gebil  cleten Sitzflächen am Läufer ist dabei so ge  wählt, dass diese sich im montierten Zustand  längs eines gemeinsamen Schnittkreises auf  der Auflagefläche der Keramikplättchen<U>94</U>  am Stahlring 29 schneiden. Schlitze 27 durch  brechen die durch die     Ringandrehung    gebil  deten Sitzflächen 25 am Läufer mehrmals, um  gegebenenfalls verdichtete Luft dem Randteil  des Läufers zuzuführen, die dann durch die       IIohlräume    unter den Plättchen 22 und durch       Ausnehmungen    28 am Schaufelfuss längs des  Läuferumfanges vordringen kann.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Stahlläufer für axial durchströmte Tur binen mit keramischer Beschaufelung, da- durch gekennzeichnet, dass die Oberflächen teile des Läufers zwischen den Schaufelreihen und an der Stirnseite zwecks Vermeidung ihrer Berührung durch das Treibmittel durch keramische Plättchen abgedeckt sind. UNTERANSPRÜCHE 1. Stahlläufer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Befestigung dieser Plättchen am Läuferumfang in axial eingeschnittenen Nuten mit keilförmigen Sitz flächen erfolgt. 2.
    Stahlläufer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Befestigung der am Umfang der Läuferstirnseite verteilten Keramikplättchen durch warzenförmige Vor sprünge an den Plättchen und der Läufer stirnseite mit kreuzförmig angeordneten Keil sitzflächen erfolgt. 3. Stahlläufer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Befestigung der am Umfang der Läuferstirnseite verteil ten Keramikplättchen mittels einer keilartig wirkenden, als Sitz dienenden Ringandrehung des Läufers in Verbindung mit einem Spann ring erfolgt, wobei im montierten Zustand die Sitzflächen am Läufer sich längs eines gemein samen Schnittkreises auf der Auflagefläche der Keramikplättchen am Stahlring schnei den.
    Stahlläufer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zwischen Plättchen und Läuferkörper Hohlräume zum Zwecke der Wärmeisolation vorgesehen sind. 5. Stahlläufer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Hohlräume 7wi- sehen Plättchen und Läuferkörper unter sich verbunden sind, damit sie von verdichteter Luft durchströmt werden können zwecks Bil dung eines die tragenden Stahlbauteile vor Überhitzung schützenden Kühlluftschleiers.
CH280628D 1948-10-01 1949-08-25 Stahlläufer für axial druchströmte Turbinen mit keramischer Beschaufelung. CH280628A (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE972310C (de) * 1952-05-22 1959-07-02 Siemens Ag Aus Scheiben und Ringen zusammengesetzter Turbinenlaeufer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE972310C (de) * 1952-05-22 1959-07-02 Siemens Ag Aus Scheiben und Ringen zusammengesetzter Turbinenlaeufer

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