Schaufelkranz für Radialströmungsturbomaschinen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schau felkränze für Radialströmungsturbomaschinen, wie Kompressoren und Turbinen mit zwei oder mehr Schaufeln tragenden Ringen.
Bei Maschinen der genannten Art, und insbeson dere bei Maschinen für hohe Geschwindigkeiten, tre ten beim Betrieb der Maschine Kräfte auf, welche eine schädliche Wirkung auf die Schaufelbefestigungs- stellen und auf die Tragringe für die Schaufeln aus üben und die sowohl die Schaufeln als auch die Trag ringe deformieren. Insbesondere sind die von der Achse der Maschine am weitesten entfernten Ringe diesen Wirkungen unterworfen.
Bekanntlich ist bereits vorgeschlagen worden, die schädlichen Kräfte dadurch zu reduzieren, dass an den den Schaufeln entgegengesetzten Seiten der Trag ringe verteilt angeordnete Vorsprünge vorgesehen sind, um damit die von den Schaufeln während der Rotation des Kranzes hervorgerufenen Kräfte auszu- gleichen. Solche Gegengewichte haben jedoch den Nachteil, dass die Erzeugungsfläche des Tragringes unterteilt ist, wodurch zwischen den Vorsprüngen Kräftekonzentrationen entstehen, welche die Bruch gefahr erhöhen.
Ferner ist zu bemerken, dass bei sol chen Kränzen, bei denen die Schaufeln auf bekannte Weise an einer Endfläche des Tragringes befestigt sind, das Biegemoment und der Auflagedruck von dieser Endfläche aufgenommen wird, was bewirkt, dass der Ring sich verkantet und das Biegemoment auf die Schaufel vergrössert. Bei dieser genannten Art der Ausbalancierung des Tragringes musste ein Biege moment mittels der Befestigung zwischen dem Trag ring und dem Blatt auf letzteres übertragen werden.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Schaufelkranzes, bei welchem die genannten Nach teile vermieden sind. Gemäss der Erfindung weist jede Schaufel an min destens einem Ende einen überhängenden Teil auf, welcher als Ausgleichgewicht dient, um die Biege momentbelastung auf die Schaufeln zu reduzieren und die übertragung von Biegemomenten vom Tragring auf die Schaufeln zu verhindern.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Die Fig. 1, 2 und 3 sind Axialschnitte dreier Schaufelkränze.
Fig.4 ist eine schaubildliche Darstellung eines Teiles eines Schaufelkranzes mit seiner Tragvorrich tung.
Fig. 5 ist eine schaubildliche Darstellung der ge nannten Tragvorrichtung ohne den Schaufelkranz, und Fig. 6 ist eine Detailansicht. In Fig. 1 ist 1 eine Schaufel und 2 und 3 sind die dazugehörenden Tragringe. Die Schaufeln weisen Füsse 4 und 5 auf, mit Nuten 6, welche die Trag ringe fassen.
Die Rohlinge der Schaufeln werden vor zugsweise von langen Stücken, welche bereits die Form der Schaufelfüsse aufweisen, abgeschnitten, wo nach die Nuten 6 auf einer Drehbank geschnitten werden, während die Rohlinge in einer Aufspann- vorrichtung gehalten sind. Danach werden die wirk samen Teile der Schaufeln durch Fräsen und Schlei fen bearbeitet.
Die fertigen Schaufeln werden einzeln zwischen die Tragringe gebracht und zum Schluss wird jeweils ein Schaufelkranz ausgeglichen, indem die Schaufeln längs des Umfanges verteilt werden, wenn nötig durch zusätzliches Einfügen dünner pro filierter, gleichmässig längs des Umfanges angeordneter Füllstücke. Als Variante können im Fall, dass die Schaufeln flache Nuten 6 aufweisen, die Tragringe aufgeschrumpft werden, währenddem die Schaufeln in einer Aufspannvorrichtung gehalten sind.
Die Schaufel ist ausbalanciert, da an jedem Ende ein überhängender Teil 7 vorgesehen ist. Es ist klar, dass die Schaufelfüsse mit dem zugehörigen überhängen den Teil sowohl der Befestigung der Schaufel am Tragring dienen und auch als Gegengewicht wirken.
Der Schaufelkranz als Ganzes ist mit einem Lauf rad, z. B. einer Turbinenscheibe 8, durch Mittel, die eine radiale Verschiebung gestatten, verbunden.
Um die Schaufeln auch bei Stillstand des Schau felkranzes an den Tragringen zu halten, ist eine seit liche Kante jedes Tragringes mit einem Vorsprung 9 versehen, und es sind jeweils die Seiten der Nuten der Schaufelfüsse entsprechend geformt, damit sie sich mit Spannung hinter dem Vorsprung halten. Beim Betrieb werden die Seiten der Nut im Schaufelfuss die Tragringe fest umschliessen.
Fig. 6 zeigt eine andere Haltevorrichtung. In den zusammenwirkenden Seiten eines Tragringes 3 und einer Nut 6 eines Schaufelfusses 5 sind aufeinander angerichtete Nuten 16, 17 vorgesehen. In dem so gebildeten ringförmigen Raum ist ein ringförmiges unterteiltes oder nicht unterteiltes federndes Halte organ 18 in Form eines V-förmigen Blechbandes oder dergleichen angeordnet, das anfänglich in die Nut 16 eingepresst wird, welches nachgibt, wenn die Schau fel montiert wird, und das danach wieder zurück federt und auch in die Nut 17 eingreift, um auf diese Weise eine zuverlässige Halterung zu bewirken.
Die Fig. 2 und 3 zeigen Teile eines sogenannten Trommelringes, d. h. eines Schaufelkranzes mit mehr als einem Durchlass für das treibende Fluidum, von denen zwei mit<I>a bzw.</I> mit<I>m</I> bezeichnet sind. Der Durchlass a kann ein zentraler Durchlass sein mit bei derseits angeordneten Durchlässen m. Die Anzahl der Durchlässe ist beliebig.
In Fig.2 ist die Schaufel 5 mit überhängenden Teilen 7 wie bei Fig. 1 versehen.
In Fig. 3 ist der überhängende Teil so ausgebildet, dass er einen zusätzlichen Kanal für das treibende Fluidum bildet, wie bei n gezeigt. Bei dieser Ausfüh rung sollten die Dimensionen der Durchlässe<I>a, m</I> und n und der überhängenden Teile so bemessen sein, dass die seitlichen Durchlässe m und die überhängen den Teile n die vollkommene Ausbalancierung des mittleren Durchlasses a nicht beeinträchtigen.
Nimmt man an, dass die Durchlässe und die über hängenden Teile dasselbe Gewicht pro Längeneinheit aufweisen, und nimmt man ferner an, dass<I>a, m</I> und n axiale Längen seien, dann verschwindet die Beein trächtigung der vollkommenen Ausbalancierung, wenn das Verhältnis zwischen dem Durchlass und den überhängenden Teilen der Formel:
EMI0002.0032
entspricht. Es ist klar, dass die Trommel auch so ausgebildet sein kann, dass sie nur zwei Durchlässe für das trei bende Fluidum aufweist, d. h. dass kein mittlerer, sondern nur zwei seitliche Durchlässe vorhanden sind.
Bei der Fig. 1 umfasst die Verbindung des Schau felkranzes und einer drehbaren Scheibe 8 der Ma schine, z. B. einer Turbinenscheibe, einen Ring 10, der von der genannten Scheibe getragen ist und der mittels Stiften 11 mit einem Tragring 3 des Schaufel kranzes verbunden ist.
In den Fig.4 und 5 ist ein Verbindungsring 10 dargestellt, der auf der dem Schaufelkranz zugewen deten Seite einen nach innen ragenden ringförmigen Flansch 13 aufweist, der in eine im überhängenden Element ausgebildeten Nut 14 eingreift, die so tief ist, dass sie die radiale Dehnung dieses Flansches und dieses Elementes in bezug auf einander nicht verhin dert. Sowohl zum Ausrichten als auch zum übertra gen tangential gerichteter Kräfte kann der Flansch 13 mit Halteorganen, wie z. B. mit axial herausragenden Bolzen 15, versehen sein, die in entsprechende Aus- nehmungen in den überhängenden Elementen eingrei fen.
Die in den überhängenden Teilen angeordneten Schaufeln können entweder als Turbinenschaufeln (für eine nach aussen gerichtete Strömung) oder als Kompressorschaufeln (für eine nach innen gerichtete Strömung) ausgebildet sein, um einem Verlust von treibendem Fluidum am freien Ende des Schaufel kranzes entgegenzuwirken.
Vane rings for radial flow turbomachines The present invention relates to vane rings for radial flow turbomachines, such as compressors and turbines having two or more vaned rings.
In machines of the type mentioned, and in particular in machines for high speeds, forces occur during operation of the machine which have a harmful effect on the blade attachment points and on the support rings for the blades and both the blades and the blades Deform support rings. In particular, the rings furthest from the axis of the machine are subject to these effects.
As is known, it has already been proposed to reduce the damaging forces by providing projections arranged in a distributed manner on the sides of the support rings opposite the blades in order to compensate for the forces caused by the blades during the rotation of the ring. However, such counterweights have the disadvantage that the generating surface of the support ring is subdivided, as a result of which concentrations of forces arise between the projections which increase the risk of breakage.
It should also be noted that with such rings, in which the blades are attached in a known manner to an end surface of the support ring, the bending moment and the contact pressure is absorbed by this end surface, which causes the ring to tilt and the bending moment on the Shovel enlarged. With this type of balancing of the support ring mentioned, a bending moment had to be transferred to the latter by means of the attachment between the support ring and the sheet.
The invention aims to create a blade ring in which the aforementioned parts are avoided. According to the invention, each blade has an overhanging part at least at one end, which serves as a counterweight to reduce the bending moment load on the blades and to prevent the transfer of bending moments from the support ring to the blades.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing.
FIGS. 1, 2 and 3 are axial sections of three blade rings.
Fig.4 is a perspective view of part of a blade ring with its Tragvorrich device.
Fig. 5 is a perspective view of the ge called support device without the blade ring, and Fig. 6 is a detailed view. In Fig. 1, 1 is a shovel and 2 and 3 are the associated support rings. The blades have feet 4 and 5, with grooves 6, which grasp the support rings.
The blanks of the blades are preferably cut off from long pieces which already have the shape of the blade roots, after which the grooves 6 are cut on a lathe while the blanks are held in a jig. Then the effective parts of the blades are machined by milling and grinding.
The finished blades are placed individually between the support rings and at the end a ring of blades is leveled out by distributing the blades along the circumference, if necessary by adding thin, profiled fillers evenly arranged along the circumference. As a variant, in the case that the blades have shallow grooves 6, the support rings can be shrunk on while the blades are held in a clamping device.
The bucket is balanced as an overhanging part 7 is provided at each end. It is clear that the blade roots with the associated overhanging part both serve to attach the blade to the support ring and also act as a counterweight.
The blade ring as a whole is wheel with a running, z. B. a turbine disk 8, connected by means allowing radial displacement.
In order to keep the blades on the support rings even at a standstill of the blade ring, a lateral edge of each support ring is provided with a projection 9, and the sides of the grooves of the blade roots are shaped accordingly so that they are kept under tension behind the projection . During operation, the sides of the groove in the blade root will firmly enclose the support rings.
Fig. 6 shows another holding device. Grooves 16, 17 aligned with one another are provided in the interacting sides of a support ring 3 and a groove 6 of a blade root 5. In the annular space thus formed, an annular, subdivided or undivided resilient retaining organ 18 is arranged in the form of a V-shaped sheet metal band or the like, which is initially pressed into the groove 16, which yields when the blade is mounted, and that afterwards springs back again and also engages in the groove 17 in order to effect a reliable retention in this way.
Figs. 2 and 3 show parts of a so-called drum ring, i. H. a blade ring with more than one passage for the driving fluid, two of which are designated with <I> a and </I> with <I> m </I>. The passage a can be a central passage with passages m arranged on the other side. The number of passages is arbitrary.
In FIG. 2, the blade 5 is provided with overhanging parts 7 as in FIG. 1.
In Fig. 3 the overhanging part is designed so that it forms an additional channel for the floating fluid, as shown at n. In this embodiment, the dimensions of the passages <I> a, m </I> and n and the overhanging parts should be such that the side passages m and the overhanging parts n do not impair the perfect balance of the central passage a.
If one assumes that the passages and the overhanging parts have the same weight per unit length, and one further assumes that <I> a, m </I> and n are axial lengths, then the impairment of perfect balance disappears, if the ratio between the passage and the overhanging parts of the formula:
EMI0002.0032
corresponds. It is clear that the drum can also be designed in such a way that it has only two passages for the floating fluid, i. H. that there are no central, but only two lateral openings.
In Fig. 1, the connection of the blade ring and a rotatable disc 8 of the Ma machine, for. B. a turbine disk, a ring 10 which is carried by said disk and which is connected by means of pins 11 to a support ring 3 of the blade wreath.
4 and 5, a connecting ring 10 is shown, which on the side facing the blade ring has an inwardly projecting annular flange 13 which engages in a groove 14 formed in the overhanging element, which is so deep that it is the radial Expansion of this flange and this element with respect to each other is not prevented. Both to align as well as to transfer conditions tangentially directed forces, the flange 13 with holding members, such as. B. be provided with axially protruding bolts 15, which einrei fen into corresponding recesses in the overhanging elements.
The blades arranged in the overhanging parts can either be designed as turbine blades (for an outwardly directed flow) or as compressor blades (for an inwardly directed flow) in order to counteract a loss of floating fluid at the free end of the blade ring.