DE1045730B

DE1045730B - Device on metallic blade carriers for fastening rotor blades made of sproenic materials, especially for gas turbines

Info

Publication number: DE1045730B
Application number: DEM36192A
Authority: DE
Inventors: Walter Handschuher
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1957-12-18
Filing date: 1957-12-18
Publication date: 1958-12-04

Description

Feuerfeste Werkstoffe, besonders die keramischen, weisen sich bekanntlich durch hohe Sprödigkeit aus; ihre Verwendung für die Herstellung von Turbinenschaufeln bereitet daher erhebliche Einspannschwierigkeiten. Außerdem haben sie auch einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der im allgemeinen auf Stahlbasis aufgebaute Läuferwerkstoff. Dies führt vor allem bei der Befestigung von keramischen Laufschaufeln in Gasturbinenläufern zu beträchtlichen Schwierigkeiten, da die unterschiedlichen Dehnungen zwischen Schaufelfuß und Träger im keramischen Werkstoff Zusatzspannungen hervorrufen, die ihn überbeanspruchen.Refractory materials, especially ceramic ones, are known to have a high degree of brittleness; their use for the production of turbine blades therefore causes considerable clamping difficulties. In addition, they also have a different coefficient of thermal expansion than that in general Steel-based rotor material. This is especially important when fastening ceramic Blades in gas turbine rotors cause considerable difficulties because the different Expansion between the blade root and the carrier in the ceramic material causes additional stresses, who overuse him.

Um dies zu vermeiden, hat man schon elastische Schichten zwischen der Nutenwand und dem Schaufelfuß angeordnet, wobei als Material für die elastische Zwischenschicht Gewebe aus keramischen Fasern, z. B. Asbest, Glas- oder Schlackenwolle, empfohlen wurden. Diese Stoffe sind zwar sehr hitzebeständig, doch haben sie nur eine geringe Festigkeit, so daß sie als Zwischenschichten der kraftübertragenden Stützflächen nicht in Frage kommen können. Die bekannten metallischen Werkstoffe hingegen sind bei den hohen Treibmitteltemperaturen nicht mehr elastisch.To avoid this, one already has elastic layers between the groove wall and the blade root arranged, wherein the material for the elastic intermediate layer fabric made of ceramic fibers, z. B. asbestos, glass or slag wool, were recommended. These fabrics are very heat-resistant, but they have only a low strength, so that they are used as intermediate layers of the force-transmitting support surfaces out of the question. The known metallic materials, however, are at the high Propellant temperatures no longer elastic.

Aus diesen Gründen hatte man versucht, durch Anordnung mehrschichtiger metallischer Zwischenlagen zwischen den Stützflächen des Schaufelfußes und der schwalbenschwanzförmigen Befestigungsnut Gleitschichten zu schaffen, so· daß auch bei fehlender Werkstoffelastizität Dehnbewegungen ermöglicht werden könnten. Doch diese mehrschichtigen metallischen Zwischenlagen konnten offenbar wegen der veränderten Reibungsverhältnisse bei hohen Temperaturen nicht befriedigen.For these reasons attempts had been made by arranging multilayered metallic intermediate layers sliding layers between the support surfaces of the blade root and the dovetail-shaped fastening groove to create, so that stretching movements are made possible even in the absence of material elasticity could. However, these multilayered metallic intermediate layers could apparently because of the changed Unsatisfactory friction conditions at high temperatures.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an metallischen Schaufelträgern zur Befestigung von Laufschaufeln aus spröden Werkstoffen, die mit hammerkopf- oder keilförmigem Fuß versehen sind, dessen Stützflächen an den Gegenstützflächen der in Umfangs- oder axialer Richtung verlaufenden Befestigungsnut des Läufers anliegen. Die Erfindung besteht darin, daß die Gegenstützflächen der Befestigungsnut von dünnen, biegsamen Metallwänden gebildet sind, die auf der dem Schaufelfuß abgewendeten Seite unter der Einwirkung eines Druckmittels stehen, dessen Druck regelbar ist. Eine derartige Einspannung der Schaufeln ermöglicht es, auf den Schaufelfuß in jeder Betriebsphase immer nur den zum Halten der Schaufel notwendigen Stützdruck einwirken zu lassen, so daß Überbeanspruchungen des S chaufel werkstoff es von der Einspannung her ausgeschlossen sind. Die dünne Wandstärke und die Biegsamkeit der die Gegenstützfläche bildenden Wand bieten zugleich die Gewähr für ein sattes Anliegen von Stütz- und Gegenstützflächen, EinrichtungThe invention relates to a device on metallic blade carriers for fastening rotor blades made of brittle materials, which are provided with a hammer-head or wedge-shaped foot, whose Support surfaces on the counter-support surfaces of the fastening groove running in the circumferential or axial direction of the runner. The invention consists in that the mating support surfaces of the fastening groove are formed by thin, flexible metal walls, which are below on the side facing away from the blade root the action of a pressure medium, the pressure of which can be regulated. Such a clamping of the Shoveling makes it possible to only hold the shovel on the shovel root in each operating phase necessary support pressure to act so that overstressing of the S shovel material it from the restraint are excluded. The thin wall thickness and the flexibility of the counter support surface forming wall at the same time guarantee that support and counter-support surfaces are in good contact with each other, Facility

an metallischen S chaufel trägem
zur Befestigung von Laufschaufelnsluggish on metallic shovel
for fastening rotor blades

aus spröden Werkstoffen,
insbesondere für Gasturbinenmade of brittle materials,
especially for gas turbines

Anmelder:Applicant:

Mas chinenf abrik
Augsburg-Nürnberg A. G.,
Augsburg 2, Stadtbachstr. 7Machinenf abrik
Augsburg-Nürnberg AG,
Augsburg 2, Stadtbachstr. 7th

Walter Handschuher, Augsburg,
ist als Erfinder genannt wordenWalter Handschuher, Augsburg,
has been named as the inventor

war vor allem für Schaufeln aus keramischen Werkstoffen, deren Oberflächen beim Brennen leicht verworfen werden können, grundlegend wichtig ist.was mainly for blades made of ceramic materials, the surfaces of which are easily discarded during firing is fundamentally important.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigtIn the following the invention will be explained on the basis of a few exemplary embodiments. It shows

Fig. 1 einen zweistufigen Läufer im Axialschnitt, bei dem das Druckmittel unmittelbar auf die dünne Stützwand einwirkt,Fig. 1 shows a two-stage runner in axial section, in which the pressure medium directly on the thin Supporting wall acts,

Fig. 2 einen zweistufigen Läufer im Axialschnitt, bei dem das Druckmittel nicht unmittelbar auf die dünne, biegsame Stützwand einwirkt,Fig. 2 shows a two-stage rotor in axial section, in which the pressure medium is not directly on the thin, flexible retaining wall acts,

Fig. 3 einen Läufer im Axialschnitt, bei dem der Stützdruck teilweise durch Fliehgewichte erzeugt wird, Fig. 4 einen Läufer im Axialschnitt, bei dem das Druckmittel zugleich zur Läufer- und Schaufelfußkühlung dient.3 shows a rotor in axial section, in which the supporting pressure is partially generated by flyweights, 4 shows a runner in axial section, in which the pressure medium is used to cool the runner and the blade root at the same time serves.

Fig. 5 und 6 sind Diagramme, welche die Druckverteilung innerhalb des Läufers in Abhängigkeit vom Abstand r von der Drehachse darstellen. Auf der Ordinate sind die Drücke^ in kg/mm² und auf der Abszisse die Radien r in mm aufgetragen. T₁ und r₂ sind jeweils der innere bzw. der äußere Radius der Stützfläche. Der von der Schaufel ausgelöste Auflagedruck in den Stützflächen ist mit p_A eingetragen.FIGS. 5 and 6 are diagrams showing the pressure distribution within the rotor as a function of the distance r from the axis of rotation. The pressures in kg / mm ² are plotted on the ordinate and the radii r in mm on the abscissa. T ₁ and r ₂ are the inner and outer radius, respectively, of the support surface. The contact pressure triggered by the shovel in the support surfaces is entered with p _A.

In Fig. 1 bis 4 sind die Laufschaufeln mit 1 und der stählerne Läufer, der aus mehreren Teilen zusammengesetzt und geschweißt sein kann, mit 2 bezeichnet. Die Schaufeln 1 sind jeweils in Umfangsnuten 3 aufgenommen.In Fig. 1 to 4, the blades with 1 and the steel rotor, which is composed of several parts and can be welded, denoted by 2. The blades 1 are each in circumferential grooves 3 added.

Bei dem Läufer nach Fig. 1 sind die beiden Seitenwände der Umfangsnut als dünne, biegsame Metall-In the rotor according to Fig. 1, the two side walls of the circumferential groove are as thin, flexible metal

«09 697/1681«09 697/1681

wände 4 herausgearbeitet und am Umfang mit dem Läufer verschweißt, derart, daß hinter diesen Wänden 4 Räume 5 entstehen, die zur Aufnahme des durch die Kanäle 6 zugeführten Druckmittels dienen, das dem Raum 7 entnommen wird. Dieser Raum 7 ist nach, einer Seite hin von einer Membran 8 abgeschlossen, die von den Tellerfedern 9 belastet wird, um so dem Druckmittel schon bei nicht rotierendem Läufer einen bestimmten Vordruck aufzuprägen. Der bei der Rotation in dem Kanalsystem und in den Druckräumen 5 sich einstellende Druck ist im Diagramm der Fig. 5 mit der Parabel B-C-D eingetragen.Walls 4 worked out and welded on the circumference with the runner, in such a way that 4 spaces 5 are created behind these walls, which are used to receive the pressure medium supplied through the channels 6, which is taken from the space 7. This space 7 is closed off on one side by a membrane 8 which is loaded by the plate springs 9 in order to apply a certain pre-pressure to the pressure medium even when the rotor is not rotating. The pressure which occurs during the rotation in the duct system and in the pressure chambers 5 is entered in the diagram of FIG. 5 with the parabola BCD .

Bei dem Läufer nach Fig. 2 sind in die Umfangsnut 3 zu beiden Seiten dünne Metallbleche 14 als Stützwände eingesetzt, wobei hinter diesen Blechen wiederum Räume 15 verbleiben, die radial einwärts durch Membranen 20 abgeschlossen sind. In die Druckräume 15 ist ein Füllmittel mit einem geringeren spezifischen Gewicht als das Druckmittel eingebracht, welch letzteres dem Ringkanal 21 durch die Kanäle 16 zugeführt wird und so die Membranen 20 beaufschlagt. Auf diese Weise wird der hohe Druckanstieg bei Läufern mit größeren Abmessungen verringert; es stellt sich nämlich ein Druckverlauf ein, wie er im Diagramm der Fig. 5 mit dem Linienzug E-C-P wiedergegeben ist.In the case of the rotor according to FIG. 2, thin metal sheets 14 are inserted into the circumferential groove 3 on both sides as support walls, with spaces 15 remaining behind these sheets, which are closed off radially inward by membranes 20. A filler with a lower specific weight than the pressure medium is introduced into the pressure chambers 15, the latter being fed to the annular channel 21 through the channels 16 and thus acting on the membranes 20. In this way, the high pressure increase in rotors with larger dimensions is reduced; This is because a pressure curve is set as it is shown in the diagram of FIG. 5 with the line ECP .

Bei dem Läufer nach Fig. 3 sind die dünnen Metallwände 24 wiederum aus dem Läufermaterial herausgearbeitet und am Umfang mit dem Läufer verschweißt, so daß Druckräume 25 gebildet werden, die mit einem Druckmittel gefüllt sind. In der Umfangsnut sind ferner Führungsleisten 22 angebracht, an denen Fliehgewichte 23 geführt sind. Bei der Rotation des Läufers wird in dem rotierenden Druckmittel ein Druck erzeugt, der durch die Fliehgewichte 23 erhöht wird, und zwar in dem Maße, wie es zur Stützung der Schaufeln 1 erforderlich ist. Der Druckverlauf ist im Diagramm der Fig. 6 mit der Linie G-H wiedergegeben. In the rotor according to FIG. 3, the thin metal walls 24 are again worked out of the rotor material and welded to the rotor at the periphery, so that pressure spaces 25 are formed which are filled with a pressure medium. In the circumferential groove guide strips 22 are also attached, on which flyweights 23 are guided. When the rotor rotates, a pressure is generated in the rotating pressure medium, which pressure is increased by the flyweights 23, to the extent that it is necessary to support the blades 1. The pressure curve is shown in the diagram of FIG. 6 with the line GH .

Im Läufer nach Fig. 4 dient das Druckmittel gleichzeitig zur Kühlung des Läufers. Analog den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen sind in die Umfangsnut de§ Läufers beidseitig dünne, biegsame Wände 34 eingesetzt, hinter denen die Räume 35 und 35' eingearbeitet sind, die in diesem Falle durch die Kanäle 33 miteinander verbunden sind. Das Druckmittel gelangt durch die Kanäle 36 in den Druckraum 35 und von hier aus durch die Kanäle 33 in den Druckraum 35', von wo aus es über die Kanäle 37 in den Sammelraum 38 geführt wird. Vom Sammelraum 38 wird das Druckmittel durch die Rohrleitung 39 zu einem Kühler gefördert, um dann wieder durch die Kanäle 36 dem Kühlkreislauf zugeführt zu werden. Der Druckmittelumlauf wird dabei selbsttätig durch die Rotation des Läufers bewirkt. Die Druckverteilung im Kanalsystem ist im Diagramm der Fig. 6 mit dem Linienzug I-K-L eingetragen.In the rotor according to FIG. 4, the pressure medium also serves to cool the rotor. Analogous to the exemplary embodiments explained above, thin, flexible walls 34 are inserted into the circumferential groove of the rotor on both sides, behind which the spaces 35 and 35 'are incorporated, which in this case are connected to one another by the channels 33. The pressure medium passes through the channels 36 into the pressure chamber 35 and from here through the channels 33 into the pressure chamber 35 ′, from where it is guided via the channels 37 into the collecting chamber 38. The pressure medium is conveyed from the collecting space 38 through the pipeline 39 to a cooler, in order then to be fed back to the cooling circuit through the channels 36. The pressure medium is automatically circulated by the rotation of the rotor. The pressure distribution in the sewer system is entered in the diagram in FIG. 6 with the line IKL .

Abschließend ist noch darauf hinzuweisen, daß als Druck- und Füllmittel für die Ausführungen nach Fig. 1 bis 3 nicht unbedingt flüssige Stoffe zu verwenden sind, es können vielmehr auch gas- oder dampfförmige oder sogar feste Stoffe, beispielsweise in Pulverform, verwendet werden.Finally it should be pointed out that as pressure and filler for the remarks according to Fig. 1 to 3 are not necessarily to use liquid substances, it can rather also gas or vaporous or even solid substances, for example in powder form, can be used.

Claims

Patent claims:

1. Device on metallic blade carriers for fastening moving blades from brittle Materials with a hammer-head or wedge-shaped foot, their supporting surfaces rest on the mating support surfaces of the fastening groove running in the circumferential or axial direction, in particular for gas turbines, characterized in that the counter-support surfaces of the fastening groove (3) from thin, flexible metal walls (4) are formed, which on the blade root facing away are under the action of a pressure medium, the pressure of which can be regulated is.

2. Device according to claim 1, characterized in that the pressure of the pressure medium increases proportionally to the centrifugal force occurring during rotation.

3. Device according to claim 1, characterized in that the side next to the blade roots arranged pressure medium spaces (5) through channels (6) in the running disk with a central arranged pressure medium accumulator (7) are connected, in which additional clamping means (e.g. a spring-loaded membrane (8), a displacement piston or the like) an overlay pressure is generated (Fig. 1).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure spaces (15) filled with a filler of a lower specific weight than the pressure medium and radially inwards are closed by membranes (20), which are acted upon by the pressure medium (Fig. 2).

5. Device according to claim 4, characterized in that the overlay pressure of Flyweights (23) is generated (Fig. 3).

6. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the pressure chambers (35 and 35 ') are connected by channels (33) and the pressure medium with the involvement of a cooler a Cycle describes.

7. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the pressure medium is liquid.

8. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the pressure medium gas or is vaporous.

9. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the pressure medium is fixed, for. B. is powdery.

Considered publications:
German patent specification No. 879 488.

1 sheet of drawings

11.5 »