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.