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.