DE1069153B - Hohlschaufeln für Turbinen ader Verdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hohlschaufel für Turbinen oder Verdichter, die zwischen dem vom Treibmittel umströmten Schaufelblatt und dem Schaufelfuß eine die Innenwand des Treibmittel-Strömungskanals bildende, dem Wärmeschutz des Schaufelfußes und des Laufrades dienende, wesentlich parallelogrammförmige Abdeckplatte und einen zwischen der Abdeckplatte und dem Schaufelfuß sich erstreckenden Schaft hat.

Bei der bekannten Schaufel dieser Art ist nur das Schaufelblatt hohl, aber der zwischen der Abdeckplatte und dem Fuß sich erstreckende Schaft massiv; die Schaufel ist so geformt, daß sie gegossen oder im Gesenk geschmiedet oder aus dem Vollen herausgespant werden muß.

Es liegt der Wunsch nahe, die Schaufel statt dessen aus Blech oder Rohr herzustellen, was bei Turbinenoder Verdichterschaufeln um der Gewichts- und Kostenersparnis vielfach getan wird. Eine Schaufelform, die dieses Herstellungsverfahren gestattet, ist eines der beiden Ziele der Erfindung.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß der Schaft hohl ist und den Umriß der Abdeckplatte hat und wesentlich gleiche Wandstärke wie das Schaufelblatt besitzt.

Dieser Form das Herstellungsverfahren anzupassen, ist das zweite Ziel der Erfindung.

Bei einer bekannten Hohlschaufel, deren Blatt aus Blech gebogen und an einen massiven Fuß angeschweißt ist — bei ihr ist zwischen Blatt und Fuß keine wärmeschützende Abdeckplatte und kein Schaft vorhanden —, wird das Blatt dadurch aus Blech hergestellt, daß ein ebener Blechzuschnitt, der zwecks Bildung des Schaufelblattes durch Pressen eine vertiefte und eine erhabene Wölbung, deren eine wie die konvexe und deren andere wie die konkave Kante des Schaufelblattprofils profiliert ist, erhält und danach längs der Übergangslinie zwischen der vertieften und der erhabenen Wölbung gefaltet wird. Dies Verfahren sieht auch die Erfindung vor für den Fall, daß die Schaufel aus Blech gefertigt werden soll; aber sie gestaltet es dadurch aus, daß zwecks Bildung des Schaufelschaftes beim Pressen im Bereich des Schaufelschaftes aus der vertieft gewölbten Seite der Faltlinie zu einem ebenwandigen Trog vom Profil des Schaufelschaftes vertieft wird und auf der erhaben gewölbten Seite der Faltlinie eben bleibt.

Wenn man die Schaufel aus einem Rohr herstellt, vermeidet man im Bereich des Schaufelschaftes die Schweißnaht, die bei der Herstellung aus Blech nötig ist; lediglich im Bereich des Schaufelblattes wird an der Austrittskante eine solche Naht nötig, denn dort muß das Rohr an dieser Kante beschnitten werden.
Der Fuß kann j ede gewünschte Form aufweisen, und Hohlschaufel]!
für Turbinen oder Verdichter

Anmelder:
D. Napier & Son Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,

Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität;
Großbritannien vom 14. März 1956

Leonard James Dennis,

Carpenders Park, Hertfordshire (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

diese Form richtet sich nach der jeweiligen Konstruktion; beispielsweise kann der Fuß die übliche Tannenbaumform oder eine Halbwulstform aufweisen.

Wenn bei der fertigen Schaufel erhebliche Unterschiede bezüglich der Wandstärke vorgesehen sind (abgesehen von solchen Unterschieden, die sich durch einfaches Verjüngen des Blechs erzielen lassen), müssen manche Arbeitsgänge, z. B. bestimmte Preßarbeiten, unter Druck- und Temperaturbedingungen durchgeführt werden, bei denen das Metall in erheblichem Ausmaß plastisch fließt.

Zwar wird die Schaufel im wesentlichen aus einem einzigen Materialstück hergestellt, doch können für bestimmte Zwecke auch zusätzliche Teile vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Schaufel einen Umlenkteil umfassen, der sich durch das Innere des Schaufelschaftes und zum Teil auch des Schaufelblattes erstreckt und den Kühlmittelstrom von einem im Fuß vorgesehenen Einlaß aus durch den Schaufelschaft hindurch längs des Innern der Vorderkante des Schaufelblattes sowie über die Oberkante des Umlenkteils hinweg und durch öffnungen, die längs der Hinterkante des Schaufelblattes verteilt sind, nach außen zu leiten. Ferner kann im Fuß ein Einsatzstück vorgesehen sein, um die Festigkeit des Fußes zu steigern und seine Wandstärke zu vergrößern. Dieses Einsatzstück kann auch einen Verschluß für eine Seite des Fußes bilden, um zu verhindern, daß das an der anderen Seite des Fußes zugeführte Kühlmittel entweicht. Ferner kann das Einsatzstück als querliegende Trennwand zwi-

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sehen dem Fuß und dem Schaufelschaft wirken, beispielsweise, um das Kühlmittel von einem Einlaß am rückwärtigen Teil des Fußes zu einer Stelle zu leiten, die vor dem weiter oben erwähnten Umlenkteil liegt. Weiterhin können an der Außenseite des Schaftes oder des Fußes nach Bedarf Vorsprünge oder Fortsätze zur Abdichtung oder zu anderen Zwecken angeschweißt sein.

Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen bereits teilweise geformten Blechzuschnitt;

Fig. 2 ist die Stirnansicht des in Fig. 1 gezeigten Zuschnitts mit dem Blick in Richtung des Pfeils II;

Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht des Zuschnitts nach dem Faltvorgang;

Fig. 4, 5 und 6 sind schematische Seitenansichten des Schaufelfußes und des Schaufelschaftes in verschiedenen Herstellungsstadien des S chaufel fuß es; Fig. 7 ist eine Seitenansicht der fertigen Schaufel;

Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung der fertigen Schaufel und zeigt die Austrittskante und die konvexe Flanke des Schaufelschaftes;

Fig. 9 und 10 sind Teilschnitte, die abgeänderte Ausbildungsformen des Fußes erkennen lassen.

Die in den Zeichnungen dargestellte Schaufel wird im wesentlichen aus einem Blechzuschnitt 10 hergestellt. Vor dem Zuschneiden kann das Blech gewalzt oder auf irgendeine andere Weise derart gepreßt werden, daß die größeren derjenigen Wandstärkeänderungen herbeigeführt werden, die bei der fertigen Schaufel erwünscht sein mögen. Hierauf wird aus dem Blech der Zuschnitt 10 von der gewünschten — im vorliegenden Falle annähernd rechteckigen Form hergestellt. Als nächstes wird das zugeschnittene Blech in einem oder mehreren Arbeitsgängen in die aus Fig. 1 und 2 ersichtliche Form gepreßt.

Sein Abschnitt 11, der das Schaufelblatt bilden soll, erhält in an sich bekannter Weise eine konvexe Wölbung 13 und eine konkave Vertiefung 14, die sich beide parallel zur Längsachse des Zuschnitts 10 erstrecken. Die Wölbung 13 bildet später die konvexe Flanke des Schaufelblattes, während die Vertiefung 14 die konkave Schaufelblattflanke bildet. Die Übergangslinie 15 zwisehen der Wölbung und der Vertiefung ist diejenige Linie, längs welcher der Zuschnitt später gemäß Fig. 3 gefaltet wird, und bildet schließlich die Vorderkante des Schaufelblattes.

In dem Abschnitt 12, der den Schaufelschaft und den Fuß bilden soll, wird die mit der Wölbung 13 auf einer Linie liegende Fläche zu einem Trog 16' vertieft. Der übrige Teil des Blechzuschnitts bleibt als flacher Lappen 17 unverändert.

Hierauf wird der Blechzuschnitt 10 in an sich bekannter Weise längs der Übergangslinie 15 gefaltet, so daß der vertiefte Teil 14 in den Hohlraum auf der Rückseite der Wölbung 13 gebracht wird, und der Lappen 17 wird nach hinten umgelegt, so daß er die öffnung des Troges 16 abdeckt und eine kastenförmige Form bildet, die gemäß Fig. 3 parallelogrammförmigen Querschnitt aufweist.

Die einander benachbarten freien Kanten des Lappens 17 und des Troges 16 werden dann durch Hartlöten oder Schweißen miteinander verbunden, was an sich bekannt ist.

Etwa die Hälfte von jeder der kürzeren Seiten 18 und 19 des kastenförmigen Abschnitts wird dann weggeschnitten, so daß dieser Teil des gefalteten Zuschnitts zwei vorspringende Zungen 20 und 21 trägt, wie es aus Fig. 4 ersichtlich ist. Wenn der Schaufelfuß Tannenbaumform erhalten soll (Fig. 7 und 8), unterzieht man die vorspringenden Zungen 20 und 21 zunächst einem auf elektrischem Wege durchgeführten Stauchvorgang, durch den die Zungen entsprechend Fig. 5 verkürzt und verdickt werden. Nunmehr werden die gestauchten Abschnitte vorbereitend gewellt, d. h. in sie werden parallele Querrillen eingewalzt, die für einen tannenbaumförmigen Schaufelfuß kennzeichnend sind (Fig. 6).

In einem geeigneten Zeitpunkt während des Faltvorgangs oder danach, jedoch bevor die Zungen20 und 21 gemäß Fig. 6 nach innen gebogen werden, wird ein Umlenkteil 33 (Fig. 7) in die Schaufel eingesetzt. Dieser Vorgang wird weiter unten näher beschrieben.

Die Zungen 20 und 21 werden dann durch einen Preßvorgang zusammengedrückt. Dieser Preßvorgang verursacht eine gewisse plastische Verformung des Metalls und gibt dem Tannenbaumfuß im wesentlichen seine endgültige Form.

Als nächstes führt man ein Einsatzstück 22 (Fig. 7 und 8) in den Raum zwischen den beiden Zungen 20 und 21 ein. Dieses Einsatzstück besteht aus Blech und ist annähernd zur Form eines umgekehrten U gebogen, wobei der eine Schenkel 23 länger ist als der andere Schenkel 24. Die Länge des Einsatzstücks ist größer als die Abmessung des Fußes von vorn bis hinten (s. Fig. 7), so daß seine Enden über die Seiten des Fußes hinausragen. Der gebogene Teil der U-Form bildet eine querliegende Trennwand zwischen den Innenräumen des Fußes 25 und des Schaftes 26, und in der Nähe der Vorderseite der Schaufel ist aus dem gebogenen Abschnitt der U-Form eine Zunge 27 ausgeschnitten und nach unten umgebogen, so daß in dem gebogenen Abschnitt eine öffnung 28 entsteht. Ein Fortsatz 29 am hinteren Ende des Einsatzstückes wird nach oben gegen den unteren Teil der Rückwand 19 des Schaufelschaftes umgebogen und bildet eine Abdichtung, und ein weiterer Fortsatz 30 wird seitwärts umgebogen, so daß er über die Stirnfläche des Tannenbaumfußes hinwegragt, so daß er die Lage des Schaufelfußes in der Läufernut in der Längsrichtung bestimmt. An der Vorderseite der Schaufel wird ein Fortsatz 31 des Einsatzstückes nach unten umgebogen, um das vordere Ende des Fußes 25 zu verschließen. Am rückwärtigen Ende der Fußzone verbleibt eine öffnung 32, durch die hindurch ein Kühlmittel in die Schaufel eingeleitet werden kann.

Wie bereits erwähnt, wird in die Schaufel ein Umlenkteil (Fig. 7) eingeführt. Dieser Umlenkteil erstreckt sich durch den Schaufelschaft 26 und durch einen Teil des Schaufelblattes 34 hindurch. Der Umlenkteil kann in Form eines Preßteils aus einem einzigen Blechstück hergestellt sein und hat die Form zweier langestreckter konkaver Abschnitte, die sich wie die beiden Hälften eines Rasiermessergriffs zusammenklappen lassen; die Hälften des Umlenkteils tragen erhabene Rippen oder Vorsprünge 35, die an den Innenflächen der Flanken des Schaufelblattes angreifen. Innerhalb des Schaufelschaftes 26 besitzt der Umlenkteil die Querschnittsform eines Kanals mit parallelen Wänden, und eine Seite 36 oder beide Seiten 36 sind mit der Innenfläche bzw. den Innenflächen der Seitenwände des Schaufelschaftes verschweißt. Die Querwand 37 des den kanalförmigen Querschnitt aufweisenden Teils des Umlenkteils endet in der Nähe der Hinterkante der öffnung 28 des Einsatzstücks 22, so daß das Kühlmittel, das durch die öffnung 32 an der Rückseite der Schaufel einströmt und durch die öffnung 28 hindurch nach oben strömt, durch die Wand 37

und den vor den Wulsten 35 liegenden Abschnitt des Umlenkteils nach oben in das Innere der Schaufel in der Nähe der Schaufelvorderkante 38 geleitet wird.

Es sind Vorkehrungen getroffen, damit das Kühlmittel längs der Hinterkante 39 der Schaufel entweichen kann. Zu diesem Zweck sind dort in an sich bekannter Weise dünne Abstandsstück 40 eingesetzt; alternativ können, was ebenfalls bekannt ist, die beiden Flanken der Schaufel in der Nähe der Hinterkante mit kleinen Vorsprüngen versehen und in Abständen miteinander verschweißt sein. Auf diese Weise erhält man eine Reihe von öffnungen 41 längs der Hinterkante der Schaufel, und durch diese öffnungen kann das Kühlmittel entweichen.

Das Einsatzstück 22 wird durch Hartlöten oder Schweißen befestigt, und danach erfolgt die maschinelle Fertigbearbeitung des tannenbaumförmigen Fußes.

Um die Schaufel fertigzustellen, wird an den Vorderteil 18 der Plattformzone ein als Abdichtung dienender Vorsprung 42 angeschweißt.

Vorzugsweise ist aus jeder Seite des Schaufelschaftes eine Beule so herausgedrückt, daß diese Beulen auf den einander benachbarten Seiten benachbarter Schaufeln dann, wenn die Schaufeln in die Läuferscheibe oder -trommel eingesetzt sind, aufeinander drücken, so daß sie als Amplitudenbegrenzungseinrichtung wirken und Schaufelschwingungen verhindern, die zu unerwünscht hohen Spannungen im Schaufelfuß sowie in der Läuferscheibe oder -trommel führen würden.

Gegebenenfalls kann man an Stelle des tannenbaumförmigen Fußes abgeänderte Schaufelbefestigung vorsehen. Man kann den Schaufelfuß z. B. halbwulstförmig gemäß Fig. 9 ausbilden: In diesem Falle werden die Enden 43 und 44 der vorspringenden Zungen 20 und 21 jeweils in der dargestellten Weise auf sich selbst zurückgebogen, also die Dicke der Zungen verdoppelt, und die nicht gedoppelten Teile der Zungen werden dann zusammengepreßt, um den Hals 45 des Befestigungswulstes auszubilden; der so entstandene Wulst von halbbirnenförmigem Querschnitt wird in eine entsprechend unterschnittene Nut 46 in dem Turbinenläufer eingeschoben.

Eine weitere Möglichkeit, den Schaufelfuß von halbbirnenförmigem Querschnitt auszubilden, geht aus Fig. 10 hervor. In diesem Falle sind die Enden der Zungen 20 und 21 des Schaufelfußes in an sich bekannter Weise um einen Stab 37 herumgelegt, und die diesem Stab benachbarten Abschnitte der Zungen sind zusammengepreßt, um einen Hals 48 zu bilden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hohlschaufel für Turbinen oder Verdichter, die zwischen dem vom Treibmittel umströmten Schaufelblatt und dem Schaufelfuß eine die Innenwand des Treibmittel-Strömungskanals bildende, dem Wärmeschutz des Schaufelfußes und des Laufrades dienende, wesentlich parallelogrammförmige Abdeckplatte und einen zwischen der Abdeckplatte und dem Schaufelfuß sich erstreckenden Schaft hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft hohl ist und den Umriß der Abdeckplatte hat und wesentlich gleiche Wandstärke wie das Schaufelblatt besitzt.

2. Verfahren zur Herstellung einer Schaufel nach Anspruch 1 aus Blech, dadurch gekennzeichnet, daß ein ebener Blechzuschnitt, der zwecks Bildung des Schaufelblattes in an sich bekannter Weise durch Pressen eine vertiefte und eine erhabene Wölbung, deren eine wie die konvexe und deren andere wie die konkave Kante des Schaufelblattprofils profiliert ist, erhält und danach längs der Übergangslinie zwischen der vertieften und der erhabenen Wölbung gefaltet wird, zwecks Bildung des Schaufelschaftes beim Pressen im Bereich des Schaufelschaftes auf der vertieft gewölbten Seite der Faltlinie zu einem eben wandigen Trog vom Profil des Schaufelschaftes vertieft wird und auf der erhaben gewölbten Seite der Faltlinie eben bleibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 767 546, 767 990,
416, 926 397, 927 509, 968 525;
britische Patentschrift Nr. 742 477.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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