CH342239A - Verfahren zur Verwindung einer Hohlschaufel für axial durchströmte Turbomaschinen und Hohlschaufel zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Verwindung einer Hohlschaufel für axial durchströmte Turbomaschinen und Hohlschaufel zur Ausführung des Verfahrens

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CH342239A
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line
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Kress Herwig Dr Dipl-Ing
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Escher Wyss Ag
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    • 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
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
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    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades

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Description


  Verfahren     zur    Verwindung einer Hohlschaufel     für    axial durchströmte     Turbomaschinen:.     und     Hohlschaufel    zur     Ausführung    des     Verfahrens       Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ver  windung einer Hohlschaufel für axial durchströmte  Turbomaschinen und eine Hohlschaufel zur Aus  führung des Verfahrens.  



  Es ist bekannt, die Schaufeln von axial durch  strömten Turbomaschinen einzelner Räder um ihre  Längsachse drehbar zu lagern und im Betrieb oder  vorher als Ganzes zu verdrehen, um hierdurch bei  optimalem Wirkungsgrad eine Anpassung an ver  schiedene Betriebszustände, wie Veränderung der  Drehzahl oder Änderung der     Förderhöhe    usw. her  beizuführen. Vor allem bei den Schaufeln von Axial  verdichtern müssen die Schaufelwinkel sehr genau  eingehalten werden und es sind verschiedene Vor  schläge bekannt, wie die entsprechende Verdrehung  praktisch realisiert werden kann.

   Um jedoch eine  vollständige Anpassung zu erzielen, muss auch die  Verwindung der Schaufel, d. h. die Veränderung des       Anstellwinkels    des Schaufelprofils je nach Abstand  von der     Laufradachse    variiert werden, und zwar nicht  nur bei den     Leit-,    sondern auch bei den Laufschaufeln.  



  Für die Verwindung von aus Blech gebogenen  Schaufeln von Turbomaschinen ist schon vorge  schlagen worden, eine Profilkante offen zu lassen  und die Verwindung     durch    das Anbringen von Dreh  momenten an der Schaufel mit offener Profilkante  zu erzeugen. Es müssen dabei Schaufelfuss und Schau  felkopf gegeneinander verdreht werden. Um das er  forderliche Moment und das Gegenmoment von einer  Stirnseite der Schaufel aus ausüben zu können, was  meist aus konstruktiven Gründen notwendig ist, muss  das Moment auch durch das hohle     Schaufelinnere     vielfach z.

   B. mittels eines     Torsionsstabes        hindurch-          geleitet    werden, eine Massnahme, die bei     schlanken     Profilen beträchtliche Schwierigkeiten bereitet.  



  Nach dem erfindungsgemässen Verfahren erfolgt    nun die Verwindung auf einfachere Weise, indem bei  einer Hohlschaufel für axial durchströmte Turbo  maschinen, mit längs einer Mantellinie unterbroche  ner Wand, beiderseits der Unterbrechungslinie ent  gegengesetzte in     Richtung    der Unterbrechungslinie  wirkende     Kräfte    auf die Wand ausgeübt werden.  



  In der Zeichnung ist das erfindungsgemässe Ver  fahren erläutert und es sind auch Ausführungs  beispiele für eine Hohlschaufel dargestellt, bei wel  cher besondere     Massnahmen    zur Ausführung des  Verfahrens getroffen sind. Es zeigen:       Fig.    1 eine Hohlschaufel mit offener Austritts  kante zur Erläuterung des bisherigen     Verwindungs-          verfahrens,          Eig.    2 dieselbe Hohlschaufel mit     grundsätzlicher     Darstellung des     erfindungsgemässen        Verwindungsver-          fahrens,

            Fig.    3 eine Hohlschaufel mit besonderen Vorrich  tungen zur     Verwindung,          Fig.    4 bis 8 verschiedene     Ausführungsformen    von  in der Schaufelangebrachten Führungsteilen im Quer  schnitt durch die Schaufel und .  



       P'ig.    9 eine Variante für die Anordnung der Unter  brechungslinie.  



       Gemäss    den     Fig.    1, 2 und 3 besteht die Wand der  Hohlschaufel aus einem um die Eintrittskante 1 um  gebogenen Blech 2. Die Wand ist längs einer Mantel  linie 3, welche mit der Austrittskante zusammenfällt,  unterbrochen.  



  Nach bisherigem Verfahren wurde eine Ver  windung der Schaufel dadurch erzielt, dass gemäss       Fig.    1 an den beiden Schaufelenden Drehmomente M  ausgeübt wurden, was jedoch, wie eingangs erwähnt,  oft gewisse Schwierigkeiten bietet.  



  Erfindungsgemäss werden nun, wie in     Fig.    2 dar  gestellt, beiderseits der     Unterbrechungslinie    3 ent-      gegengesetzte, in     Richtung    der Unterbrechungslinie  wirkende Kräfte S auf die Wand 2 ausgeübt. In den       Fig.    1 und 2 ist     lediglich    der     Profilteil    der Schaufel  dargestellt, um das Prinzip des Verfahrens erläutern  zu können. Sowohl bei     Leit-    wie auch bei Lauf  schaufeln ist aber     mindestens    an einer Stirnseite noch  ein Fussstück vorzusehen, wenn die Schaufel aus  Blech geformt ist.

   Bei     Leitschaufeln    wird man gegebe  nenfalls auch an beiden Schaufelenden je ein Fuss  stück anbringen, welches ein- oder mehrteilig sein  kann.  



  Bei- dem Ausführungsbeispiel nach     Vig.    3 ist die  Wand 2 der Hohlschaufel ebenfalls längs einer Mantel  linie unterbrochen, welche mit der Austrittskante 3  zusammenfällt. Die Unterbrechung wird durch Kan  ten 3' und 3" gebildet und diese Kanten sind in Rich  tung der     Mantellinie    3 verschiebbar. Die Wand 2  trägt beiderseits der Unterbrechungslinie 3 Vorsprünge,  welche durch Fussteile 4' und 4" gebildet werden und  die Möglichkeit bieten, die die Verwindung erzeugen  den Kräfte     angreifen    zu lassen. Mit den Fussteilen 4'  bzw. 4" wird die Schaufel in den Schaufelträger, d. h.  in das Laufrad oder das Leitrad, eingesetzt.  



  Das Fussteil 4" besitzt einen Ansatz 5, der eine       hammerkopfartige    Befestigung im Lauf- oder Leitrad  gestattet, während das Fussteil 4' gegenüber dem Fuss  teil 4" an der Unterbrechungsstelle in Richtung der  Unterbrechungslinie 3, d. h. in Richtung des ein  getragenen     Doppelpfeils    verschiebbar ist, wobei auf  das Fussteil 4' je nach der Verschiebungsrichtung  eine Kraft S nach oben oder nach unten auszu  üben ist.  



  Da die Saug- und Druckseite des     Profilbleches    2  längs der Eintrittskante 1 zusammenhängen, ergibt  sich unter dem     Einfluss    der Kraft S eine Drehbewe  gung des Fussteils 4' etwa um eine Achse 6, welche  von der Unterbrechungslinie 3 entfernt liegt. Durch  Anbringen eines Drehstiftes 7 kann die Drehachse  gesichert werden. Je nachdem, ob die     Kraft    aufwärts  oder abwärts wirkt, wird die Verwindung des     Schau-          felprofils    in der einen oder andern Richtung verändert.  



       Befinden    sich die Fussteile 4' und 4" in einem  um die Längsachse der Schaufel hier nicht gezeigten  drehbaren Einsatz, so kann die Schaufel nicht nur  als Ganzes gedreht, sondern auch durch die Ver  änderung ihrer Verwindung mittels der Kraft S jeder  praktisch vorkommenden Änderung des Betriebs  zustandes sehr weitgehend angepasst werden. Es ist  natürlich ohne weiteres möglich, bereits die Fuss  stücke 4' und 4" so     auszubilden,    dass sie im     Lauf-          oder    Leitrad drehbar sind.  



  Um zu     verhindern,    dass die an der Austrittskante       aneinanderliegenden    Schaufelblechenden durch die  Veränderung des     Verwindungswinkels    mittels der  einwirkenden Schubkraft S bei grösserer Länge der  Schaufeln örtlich     auseinanderklaffen,    können ver  schiedene Massnahmen getroffen werden, durch die  die gegenüberliegenden Seiten der Schaufel in der Nähe  der Austrittskante zusammengehalten werden. Die       hiefür        erforderlichen    Einrichtungen müssen so ge-    wählt werden, dass die Längsverschiebung der gegen  überliegenden Schaufelteile trotzdem gewährleistet ist.  Ausführungsbeispiele hierfür sind in     Fig.    4 bis 8  wiedergegeben.

   Die Wand ist dabei in der Nähe der  Unterbrechungslinie mit Führungen versehen, die  eine gegenseitige Verschiebung der die Unterbre  chungslinie bildenden Kanten in Richtung der Unter  brechungslinie gestatten, jedoch eine wesentliche Ver  schiebung senkrecht dazu verhindern.  



  Bei     Vig.    4 ist am Schaufelteil 2" ein Halteblech 7"  und am Schaufelteil 2' ein Halteblech 7' befestigt.  Damit ist eine Längsverschiebung, jedoch keine Be  wegung senkrecht zur Blattebene möglich. Bei     Fig.    5  ist die Halteeinrichtung, die mit jedem Blatteil der  Schaufel verbunden ist, zweiteilig und besteht aus  den Teilen 8" und 9" bzw. 8' und 9'. Das Ausführungs  beispiel nach     Fig.    6 zeigt eine Variante, bei der nur  am einen Blatteil 2" eine Halteeinrichtung 10" be  festigt ist, die in eine mit dem Blatteil 2' in Verbindung  stehende Verdickung 10' hineinragt.

   Um den vorge  sehenen Zweck der gleitenden Halterung zu erreichen,  muss das Haltestück 10" noch um die vorspringenden  Nasen der Verdickung 10'     aufgeweitet    werden.     Fig.    7  zeigt eine Kombination aus einem zweiteiligen Halte  stück 11" und 12", das mit dem Blatteil 2" verbunden  ist, während das mit dem Blatteil 2' verbundene  Haltestück 11' einteilig ist.  



  Um die Schaufel durch Biegen um die Eintritts  kante herstellen zu können, kann es vorteilhaft sein,  gemäss     Fig.    8 eine Einrichtung zu verwenden, bei der  Halteteile 13' und 13" vor dem Biegen mit den     Blatt-          teilen    2' und 2" verbunden werden und ein Zwischen  stück 14 erst, nachdem die Blattform gebildet ist, in  Profillängsrichtung eingeschoben wird. Dieses Zwi  schenstück bewirkt die Fixierung der beiden Blatteile  2' und 2" in Richtung senkrecht zur Blattebene. Es  kann nachträglich sowohl mit dem Blatteil 2' wie 2"  oder im Schaufelfuss befestigt werden. Bei kurzen  Schaufellängen sind Vorrichtungen zum Zusammen  halten der Austrittskante entbehrlich.

   Vielfach ge  nügt es bereits, dem Schaufelprofil ausserhalb des       Beaufschlagungsgebietes,    das der eingeleiteten Schub  kraft S gegenüberliegt, eine gewisse Führung zu  verleihen.  



  Die vorstehend beschriebenen Massnahmen zur  Veränderung der Verwindung einer Schaufel durch  Einleitung einer Schubkraft können sowohl bei     Leit-          und    Laufschaufeln bei stillstehender Maschine als auch  im Betrieb derselben verwendet werden.  



  Ebenso sind sie vorteilhaft bei der Produktion von  verwundenen Schaufeln anwendbar, wenn Schaufeln  mit unveränderlichem     Verwindungswinkel    in ver  wundenem Zustand geschweisst werden sollen. Die  Werkzeuge zur Erzeugung der Verwindung werden  dadurch vor allem bei grossen Schaufeln wesentlich  einfacher und leichter, wenn nur von einer Seite aus  eine Schubkraft in die Schaufel eingeleitet werden  muss und nicht ein Haltebügel um die Schaufel herum  gelegt werden muss, der das     Verwindungsmoment    ge  mäss     Fig.    1 aufzunehmen hätte.

        Um die Möglichkeiten, die sich aus der Ver  windung der Schaufeln ergeben, voll ausnutzen zu  können, ist es vielfach zweckmässig, die Veränderung  der Verwindung bei allen Schaufeln eines Rad  kranzes     gleichzeitig    erfolgen zu lassen. Man kann auf  diese Weise auch mehrere Stufen gleichzeitig bezüglich  der Verwindung verändern. Gut geeignet sind     hierfür     Ringe ausserhalb oder innerhalb des     Schaufelkranzes     mit konischen und/oder spiralig verlaufenden Flächen,  die axial oder     tangential    bewegt werden und mittels  dieser Flächen auf das Schaufelblatt die Kraft     S    aus  üben. Die spiralig verlaufenden Flächen können z. B.  als Gewindegänge hergestellt werden.  



  Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen befand  sich die nicht geschlossene Mantellinie der Hohl  schaufel, deren Verwindung veränderlich sein sollte,  jeweils auf der Austrittskante der Schaufel. Wie aus       Fig.    9 hervorgeht, kann es jedoch unter Umständen  zweckmässig sein, die Unterbrechung der Mantel  linie an einer andern Stelle des Profilumfangs vor  zusehen, um z. B. den entstehenden Spalt für     Grenz-          schichtabsaugung    am Profil heranzuziehen. In     Fig.    9  bezeichnet 15 eine Nase am Schaufelteil 2" und 16  den zwischen Schaufelteil 2' und 2" verbleibenden  Spalt. Ein solcher kann im Bedarfsfall natürlich auch  in der Austrittskante vorgesehen werden.

   In jedem  Fall kann dieser Spalt in an sich bekannter Weise  auch als     Durchtrittskanal    für ein Heiz-, Kühl- oder  Brennmittel verwendet werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Verwindung einer Hohlschaufel für axial durchströmte Turbomaschinen, mit längs einer Mantellinie unterbrochener Wand, dadurch ge kennzeichnet, dass beiderseits der Unterbrechungs- linie (3) entgegengesetzte, in Richtung der Unter brechungslinie wirkende Kräfte (S) auf die Wand ausgeübt werden.
    II. Hohlschaufel für axial durchströmte Turbo maschinen zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (2) der Schaufel entlang einer Mantellinie (3) unterbrochen ist und. ihre die Unterbrechung bil denden Kanten (3', 3") in Richtung dieser Mantel linie gegeneinander verschiebbar sind, und dass die Wand beiderseits der Unterbrechungslinie Vorsprünge (4', 4") zum Angreifen der die Verwindung erzeugen den Kräfte trägt. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Hohlschaufel nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand in der Nähe der Unterbrechungslinie mit Führungen (T, 7") versehen ist, die eine gegenseitige Verschiebung der die Unter brechung bildenden Kanten in Richtung der Unter brechungslinie gestatten, jedoch eine Verschiebung senkrecht dazu verhindern. 2. Hohlschaufel nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel einen zweiteiligen, längs der Unterbrechungslinie der Wand geteilten P'uss (4', 4") aufweist, und dass das eine Fussteil (4') gegenüber dem andern (4") an der Unterbrechungs stelle in Richtung der Unterbrechungslinie (3) ver schiebbar ist. 3.
    Hohlschaufel nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fussteile (4', 4") gegeneinander um eine von der Unterbrechungslinie entfernte Achse (6) verdrehbar sind.
CH342239D 1955-03-31 1956-03-23 Verfahren zur Verwindung einer Hohlschaufel für axial durchströmte Turbomaschinen und Hohlschaufel zur Ausführung des Verfahrens CH342239A (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2589461A1 (de) * 2011-11-01 2013-05-08 United Technologies Corporation Laufschaufel mit geklebter Abdeckung

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