DE1007565B - Hohle Turbinenschaufel fuer in Axialrichtung von gasfoermigen Treibmitteln beaufschlagte Turbinen - Google Patents

Description

Bei in Axialrichtung von gasförmigen Treibmitteln beaufschlagten Turbinen besteht oft die Forderung, daß die Gaskanäle in ihrem Verlauf durch den Schaufelkranz ihren angestrebten, leicht trapezförmigen Querschnitt nach Form und Größe nicht oder nur wenig ändern.

Diese Forderung führt bei solchen Turbinen, insbesondere wenn deren Räder nur kleinen Durchmesser und wenige Schaufeln besitzen, insofern zu Schwierigkeiten, als bei ihnen der je Schaufel und Gaskanal zur Verfügung stehende Winkel ziemlich groß wird und demgemäß der Kopfquerschnitt der Schaufel erheblich größer würde als der Fußquerschnitt.

Damit würde die Beanspruchung am Schaufelfuß bei den meist hohen Umfangsgeschwindigkeiten unzulässig hohe Werte erreichen.

Nun macht man zwar den Gaskanal am Schaufelkopf breiter als am Schaufelfuß — also den Querschnitt trapezförmig —, weil nur durch diese Maßnahme verhindert werden kann, daß die meist an sich schon dünn ausgeführte Schaufelzunge am Gasaustritt a.m Fuß noch dünner wird als am Kopf. Diese Maßnahme genügt aber noch nicht, um den Gesamtquerschnitt der Schaufel am Kopf kleiner zu machen als am Fuß, zum Zwecke, die Fußbeanspruchung herabzusetzen.

Um dieses zu erreichen, hat man sich bisher — unter Verzicht auf Beibehaltung von gleicher oder fast gleicher Form und Größe des Gaskanalquerschnittes in seinem Verlauf durch den Schaufelkranz — so geholfen, daß man die Schaufel vom Fuß bis zum Kopf verjüngt hat durch entsprechende Wegnahme von Werkstoff am Schaufelrücken.

Diese Maßnahme verursacht aber wegen der erheblichen Querschnittsveränderung der Gaskanäle, besonders am Schaufelkopf Strahlablösungen, Wirbelbildungen., oft auch führungslosen Gasaustritt und damit Verschlechterung des Wirkungsgrades.

Es sind auch Hohlschaufeln bekanntgeworden, bei denen eine Verjüngung des Werkstoffquerschnittes vom Kopf bis zum Fuß erzielt wurde, entweder bei gleichbleibendem Hohlraumquerschnitt durch Verjüngung des Gesamtquerschnittes der Schaufel oder bei gleichbleibendem Gesamtquerschnitt durch Anwachsen des Hohlraumquerschnittes, beide Male in Richtung vom Fuß bis zum Kopf.

Da aber bei diesen Hohlschaufeln der Hohlraum zu Kühlzwecken von einem Kühlmittel durchströmt ist und seine Form deshalb abhängig ist von dessen Strömungsverhältnissen, so ist dort eine Verjüngung des Werkstoffquerschnittes vom Fuß bis zum Kopf oft nur eine nebensächliche oder zufällige Erscheinung.

Bei keiner bekanntgewordenen Ausführung von Vollschaufeln und Hohlschaufeln ist jedoch ein An-

Hohle Turbinenschaufel

für in Axialrichtung von gasförmigen

Treibmitteln beaufschlagte Turbinen

Anmelder:

Holzwarth Gasturbinen G.m.b.H.,
Oberhausen (RhId.), Lothringer Str. 62/64

Dipl.-Ing. Michael Sedlmeir, Mülheim/Ruhr,
ist als Erfinder genannt worden

wachsen des Gesamtquerschnittes der Schaufel vom Fuß bis zum Kopf festzustellen.

Bei vorliegender Erfindung einer Hohlschaufel für axial durch gasförmige Treibmittel beaufschlagte Turbinen vorzugsweise bei Rädern mit kleinen Durchmessern und wenigen Schaufeln wächst nun der Hohlraumquerschnitt vom Schaufelfuß bis zum Schaufelkopf in zwar an sich bekannter Weise an, aber erfindungsgemäß so stark an, daß in gleicher Richtung

a) eine Verjüngung des Werkstoffquerschnittes der Schaufel in an sich bekannter Weise und

b) ein Anwachsen des Gesamtquerschnittes der Schaufel eintritt,

wodurch als Folge von a) Herabsetzung der Beanspruchung der Schaufel am Fuß oder die Möglichkeit der Erhöhung der Drehzahl und als Folge von b) die Bildung von Gaskanälen mit leicht trapezförmigen und nach Form und Größe sich nicht oder nur wenig ändernden Querschnitten ermöglicht wird, wodurch eine möglichst verlustarme Gasführung und demzufolge höchster Wirkungsgrad erzielt wird.

Eine Schaufel nach vorliegender Erfindung erhält vom Kopf bis zum Fuß diejenige Außenform, welche zusammen mit der Nachbarschaufel den für die gewünschte Gasströmung geeignetsten Gaskanalquerschnitt von meist trapezförmigem Querschnitt ergibt, dessen Form und Größe sich im Verlauf durch den Schaufelkranz nicht oder nur wenig ändert, wobei die Bildung der Kanalform durch Ausarbeiten aus dem vollen Kranz oder durch einzelne Schaufeln oder Schaufelgruppen erreicht wird, und wobei in den letzten zwei Fällen jede Schaufel aus weiteren Einzelteilen zusammengesetzt oder geschweißt werden kann.

Die Schaufel erhält die notwendige Werkstoffverjüngung vom Fuß bis zum Kopf durch Wegnahme von

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Werkstoff aus dem Schaufelkern durch geeignete Werkzeuge.

Wird die Schaufel beispielsweise aus zwei- Einzelteilen . durch Zusammenschweißen hergestellt,, so erhalten diese Teile vor dem Zusammenschweißen die-. jenigen Formen, welche nach dem Zusammenschweißen den gewünschten Hohlraum im Schaufelinnern und die gewünschte Außenform ergeben.

An den Stellen, welche die Außenform bilden, kann eine entsprechende Zugabe gemacht werden, um nach dem Zusammenschweißen eine Fertigbearbeitung zu ermöglichen.

In den Abb. 1 bis 7 sind Beispiele von erfindungsgemäß auszuführenden Schaufeln gezeichnet.

Abb. 1 ist dabei der Schnitt D-D von Abb. 2 bis 4;

Abb. 2 ist die Abwicklung des Schaufelkranzes am Außenumfang A-A, also an den Schaufelköpfen;

Abb. 3 ist die Abwicklung des Zylinderquerschnittes B-B auf Schaufelmitten und

Abb. 4 die Abwicklung des Zylinderquerschnittes C-C an den Schaufelfüßen;

Abb. 5, 6 und 7 sind Querschnitte am Kopf, in der Mitte und am Fuß einer z. B. aus zwei Teilen zusammengeschweißten Schaufel.

In den Abb. 1 bis 4 ist 1 der Gaskanal, 2 eine Schaufel und 3 der durch Wegnahme von Werkstoff erzeugte Hohlraum.

Um die Austrittszungen 4 der Schaufel vom Fuß bis zum Kopf aus Festigkeitsgründen zu verjüngen, wurde der Gaskanalquerschnitt entsprechend trapezförmig, aber nach Form und Größe im Verlauf durch den Schaufelkranz unverändert gehalten.

Bei dem gewählten kleinen Raddurchmesser und der geringen Schaufelzahl ergibt sich demgemäß ein vom Fuß (Abb. 4) bis zum Kopf (Abb. 2) anwachsender Gesamtschaufelquerschnitt.

Der Hohlraum querschnitt wächst jedoch vom Schaufelfuß (Abb. 4) bis zum Schaufelkopf (Abb. 2) so stark an, daß trotz Anwachsens des Gesamtschaufelquerschnittes eine Verjüngung des Werkstoff querschnittes und damit Herabsetzung der Beanspruchung des Fußquerschnittes erfolgt. In den Abb. 5, 6 und 7 ist eine Schaufel gezeichnet, welche aus den zwei zusammengeschweißten Teilen 5 und 6 besteht. Die Querschnittsformen der Schaufeleinzelteile sind dabei schon vor dem Zusammenschweißen so ausgeführt, daß sich nach dem Zusammenschweißen die geforderte Werkstoffverjüngung vom Fuß bis zum Kopf und die gewünschte Gesamtquerschnittsvergrößerung in gleicher Richtung ergibt, so daß mit der Nachbarschaufel der Gaskanal mit den gewünschten Ouerschnittsformen gebildet wird. Die Außenform der Schaufel kann auch nach dem Zusammenschweißen durch Nachbearbeiten gebildet werden.

Gegebenenfalls können^ die Eintrittskanten der Schaufeln abgerundet werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hohle Turbinenschaufel für gasförmige Treibmittel vorzugsweise für Räder mit kleinem Durchmesser und wenigen Schaufeln, bei welchen die Gaskanäle im Verlauf durch den Schaufelkranz ihren Querschnitt nach Form und Größe nicht oder nur wenig ändern, gekennzeichnet durch Anwachsen des Gesamtquerschnittes der Schaufel vom Fuß bis zum Kopf und durch so starkes Anwachsen des Hohlraumquerschnittes vom Fuß bis zum Kopf, daß eine Verjüngung des Werkstoffquerschnittes vom Fuß bis zum Kopf erfolgt.

2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei Teilen besteht, die durch Löten, Schweißen oder sonst geeigneten Maßnahmen verbunden sind, wobei die nachher den Hohlraum bildenden Flächen vor der Vereinigung die geforderte Form erhalten.

3. Turbinenschaufel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Teile vor der Vereinigung diejenige Form erhalten, welche nach der Vereinigung die gewünschte Außenform, gegebenenfalls durch Zugabe für Fertigbearbeitung, ergeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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