DE1086490B - Schaufel fuer eine Turbine mit innerer Verbrennung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufel für eine Turbine mit innerer Verbrennung, welche mit sich axial zur Schaufel für den Durchfluß von Kühl- und/oder Heizfluida erstreckenden Kanälen ausgebildet ist, wobei einer oder mehrere der Kanäle von abgeflachtem elliptischem oder linsenförmigem Querschnitt sind.

Bei bekannten, durch Schmieden oder Ziehpressen hergestellten Schaufeln, die Kanäle von abgeflachtem elliptischem Querschnitt besitzen,⁼war die Anordnung der größeren Achsen der Kanäle durch die Erfordernisse des angewendeten Verfahrens begrenzt. Weil Schmieden oder Ziehpressen im wesentlichen quer zur Profilmittellinie der Schaufel stattfindet, liegen solche größeren Achsen im wesentlichen parallel zu dieser Linie.

Es ist ferner bekannt, in der Nähe von Leit» bzw. Hinterkante der Schaufel liegende Kanäle mit der größeren Achse ihrer Querschnittsform unter einem spitzen Winkel schräg zur Schaufelprofilmitte anzuordnen. Bei den im mittleren Bereich liegenden Kanälen verlaufen jedoch die größeren Achsen senkrecht zur Profilmittellinie der Schaufel, so daß die Kanäle, wenn sie sich von einer Oberfläche der Schaufel zur anderen erstrecken, um eine gute Kühlung durchzuführen, den tragenden Querschnitt der Schaufel erheblich vermindern.

Ferner sind elektrische Bohrverfahren bekannt, bei denen die Entfernung von Metall durch elektrische Funkenwirkung, elektrische Anodenwirkung oder durch elektrische Lichtbogenerosion oder -zerkleinerung erfolgt.

Die Erfindung beseitigt die Nachteile der bekannten Ausführungen dadurch, daß einer oder mehrere der etwa im mittleren Drittel der Schaufelprofilerstreckung liegenden Kanäle mit der größeren Achse ihrer Querschnittsform unter einem spitzen Winkel schräg zur Schaufelprofilmittellinie angeordnet sind.

Hierdurch wird der Verlust an tragendem Querschnitt weitestgehend vermieden, so daß bei vorzüglicher Kühlung eine Schaufel erheblicher Festigkeit erreicht wird.

_ Bei der erfindungsgemäßen Ausführung erstrecken sich dabei die Querschnitte einer oder mehrerer Kanäle vorteilhaft von einem Punkt an der konvexen Oberfläche der Schaufel zu einem Punkt an der konkaven Schaufeloberfläche. Dabei kann ein anderer der Kanäle von abgeflacht elliptischem oder linsenförmigem Querschnitt sein und an der Hinterkante der Schaufel ausgebildet sein, wobei die größere Achse der Kanalquerschnittsform im wesentlichen parallel zur Schaufelprofilmittellinie liegt. Ein solcher Kanal kann durch ein elektrisches Bohrverfahren oder durch ein Ziehpressen oder Schmieden in bekannter Weise Schaufel für eine Turbine
mit innerer Verbrennung

Anmelder:

Rolls-Royce Limited,
Derby (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. A. van der Wefth, Patentanwalt, Hamburg-Harburg 1, Wilstorfer Str. 32

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 20. November 1956

Frank Henry Stark, Chellaston, Derby

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

hergestellt sein. Gewünschtenfalls kann mindestens einer der Kanäle an der Leitkante der Schaufel ausgebildet sein und jeden gewünschten Querschnitt besitzen, z. B. kreisförmig, in welchem Fall er durch normales Bohren oder ein elektrisches Bohrverfahren hergestellt sein kann, oder beispielsweise kann er linsenförmig oder abgeflacht elliptische Form besitzen, in welchem Fall er durch ein Schmieden oder Ziehpressen oder statt dessen durch ein elektrisches Bohrverfahren hergestellt sein kann.

Bei der erfindungsgemäßen Schaufel haben vorteilhaft einer oder mehrere Kanäle über die Längserstrekkung gewundene Form, wodurch sie die gleiche An-Ordnung in bezug auf das äußere Schaufelprofil an einem beliebigen Querschnitt behalten. Ein solch gewundener Kanal kann durch einen schraubenförmigen Bohrer erzeugt werden, welcher um den erforderlichen Betrag relativ zur Schaufel während des elektrischen Bohrens gedreht wird.

Bei dem Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schaufeln werden vorteilhaft die Kanäle in der vorgefertigten Einzelschaufel durch an sich bekannte elektrische Bohrverfahren angebracht. Beispielsweise kann ein bereits vorgeschlagenes elektrisches Lichtbogenzerkleinerungsverfahren angewendet werden, bei welchem ein elektrischer Lichtbogenbohrer von einer Gestalt entsprechend der Gestalt des gewünschten Kanals bei der Herstellung des Kanals

009 569/151

allmählich durch die Schaufel geführt wird und relativ zur Schaufel hin und her geführt wird, wobei Lichtbogen zwischen dem Bohrer und der Schaufel in Gegenwart eines Stromes elektrolytischer Flüssigkeit erzeugt werden, welche durch eine hohle Ausbildung in dem Bohrer fließt.

Durch Anwendung des elektrischen Bohrverfahrens können die Kanalquerschnittsformen mit einem hohen Achsenverhältnis ausgeführt werden, wobei die größere Achse durch geeignete Anordnung der Elektrodenbohrer in bezug zur Schaufelprofilmittellinie eingestellt werden kann. Dadurch brauchen weniger Kanäle angebracht zu werden, und es wird die Einführung des Fluidums in die Kanäle erleichtert sowie die Herstellung der Schaufel überhaupt vereinfacht. Es läßt sich dabei im Betrieb eine gleichförmige Temperatur in der ganzen Schaufel erzielen. Die Anordnung, Zahl und Gestalt der kühlenden Luftlöcher können ausgewählt werden, um eine im wesentlichen gleichförmige Temperatur der Metallschaufel auf dem ganzen Querschnitt zu ergeben.

Ferner kann die Schaufel zur erwünschten Gestalt vor dem Bohren der Löcher dichtgeschmiedet werden.

Schließlich sollen die Gegenstände der Unteransprüche 2 bis 10 Schutz nur in Verbindung mit dem Gegenstand des Hauptanspruches genießen.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen erläutert, welche darstellen:

Fig. 1 einen Aufriß einer Turbinenschaufel,

Fig. 2 eine Ansicht der gleichen Schaufel in der Richtung im rechten Winkel zu Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Schnitte nach den Linien 3-3 und 4-4 von Fig. 1,

Fig. 5 einen Aufriß einer Vorrichtung zum Bohren der Löcher in den Schaufeln.

Fig. 1 bis 4 erläutern die vollständige Schaufel, welche einen eigentlichen Schaufelblatteil 10, eine Spitzenverstärkung 11, eine Plattform 12, einen Schenkelteil 13 und einen tannenbaumförmigen fest angeordneten Teil 14 besitzt, welcher in Schlitze auf der Turbinenscheibe 15 paßt. Spalte zwischen den Schenkelteilen benachbarter Schaufeln sind auf der einen Seite der Scheibe durch eine Platte 16 geschlossen.

Axial durch den Schaufelblatteil und in den Schenkelteil der Schaufel hinein führen Kühlkanäle 17, 18, 19, 20 und 21. Es ist zu beachten, daß die Kanäle von abgeflacht elliptischer oder linsenförmiger Querschnittsform sind, wobei die größeren Achsen solcher Kanalquerschnitte mit Ausnahme derjenigen der Kanäle 17 und 21 in einem beträchtlichen Winkel zur Profilmittellinie A-A der Schaufel liegen.

Es ist in Fig. 4 zu beachten, daß der Kanal 17 zusätzlich in einem beträchtlichen Winkel zur Profilmittellinie B-B ist. Gewünschtenfalls kann ein solcher Kanal 17 von gewundener Form sein, so daß die größere Achse seines Querschnittes auf der Profilmittellinie B-B liegt, wie in gestrichelten Linien bei 17a angedeutet. Solch ein gewundener Kanal kann durch die Verwendung eines schraubenförmigen Bohrers gemäß dem im Zusammenhang mit Fig. 5 zu beschreibenden Verfahren ausgebildet werden.

Somit liegen beispielsweise die Seitenflächen 18a, 18 b des Kanals 18 im wesentlichen der konvexen und konkaven Oberfläche 10 a, 10 b des Schaufelprofils gegenüber, während der Kanalquerschnitt sich von einem Punkt an der Oberfläche 10 a zu einem Punkt an der Oberfläche 10 b erstreckt.

Es ist aus Fig. 3 und 4 zu beachten, daß das Muster der gegenseitigen Zuordnung der Kanäle innerhalb des Schaufelquerschnittes sich von der Spitze zur Wurzel ändert, wobei die Kanalquerschnitte nach außen gegen die Wurzel hin abgeschrägt sind. Eine solche Anordnung schafft verbessertes Kühlen der Schaufel und ist durch die Erfindung ermöglicht.
Die Kanäle können durch die in Fig. 5 erläuterte Vorrichtung erzeugt werden.

Die Schaufel 10 ist mit der Spitze nach unten in einem Träger 22 angebracht, welcher durch eine Welle 23 allmählich abwärts bewegt werden kann, an welcher

ίο der Träger befestigt ist und welche eine Zahnstange besitzt, mit welcher ein Ritzel 25 im Eingriff steht, das seinerseits von einer Welle 26 getragen wird, welche in Lagern von einem fest angeordneten Gestell 27 durch ein Gehäuse 28 abgestützt ist. Welle 26 trägt an einem Ende ein Ritzel 29, welches durch ein Ritzel 30 von einem Elektromotor angetrieben wird, dessen Geschwindigkeit durch einen Geschwindigkeitsregler 32 eingestellt wird. An dem anderen Ende der Welle 26 ist eine Riemenscheibe 33 mit Gewicht 34, welches dazu verhilft, die Schaufel 10 festzuhalten. Der elektromotorische Antrieb veranlaßt die Schaufel, mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 2 mm pro Minute nach unten zu gehen. Eine Verlängerung von oben von Welle 23 gleitet durch ein von dem festen Gestell 27 getragenes Lager 35 und führt die Welle 23 senkrecht.

Ein hohler rohrförmiger Bohrer 36 wird von einer Welle 37 in einem Lager 38 von dem festen Gestell getragen. Der Bohrer ist ferner abgestützt durch eine Reihe von X-förmigen Stäben 39 von einem aufwärts stehenden Zylinder 40, an welchem sie durch Muttern 41 befestigt sind. Die Stäbe tragen an ihren Schnittpunkten Ringlager 40a, welche den Bohrer gleitbar abstützen. Die Stäbe können der Reihe nach entfernt werden, wenn der Bohrer in das Loch hinein weitergeht, welches in der Schaufel gebildet wird. Eine Natriumsilikat- oder eine andere geeigneteElektrolytlösung wird durch Druckluft von einem Behälter 42 durch Leitung 43 dem hohlen Innern von Welle 37 zugeführt, von wo sie nach oben durch den hohlen Bohrer geht und den zerkleinerten Abfall fortwäscht und Bohrer und Schaufel an der Zerkleinerungsstelle kühlt, wonach sie nach unten zwischen dem Bohrer und den Wänden des Loches fließt, um den Bohrer von der Schaufel zu isolieren; darauf geht die Flüssigkeit aus dem Zylinder 40 durch Entleerungsleitung 45 weiter. Die Isolierung der Seitenflächen des Bohrers von dem Schaufelmaterial wird weiterhin durch die Bildung eines anodischen Films vergrößert, welcher durch das Hin- und Hergehen des Bohrers nicht zerrissen wird. Am unteren Ende der Welle 37 veranlaßt eine Exzenterscheibe oder Kurbel 46, angetrieben von einem Motor 47 über Riemen 48, die Welle 37, mit einer Frequenz von 3000 bis 4000 Zyklen pro Minute hin und her zu gehen oder vibrieren.

Ein Gleich- oder von einem Gleichstrom überlagerter Wechselstrom wird von Kabel 49 und Bohrer 36 über den Bogenspalt zwischen Bohrer und Schaufel durch die Schaufel 10, Halter 22 und Kabel 50 geleitet. Befriedigendes Bohren wurde unter Verwendung einer Spannung zwischen 6 und 24 Volt erhalten, wobei ein Strom in der Höchststärke von 100 Ampere verwendet wird.

Wenn die Löcher in dieser Weise gebohrt sind, wird noch weiter (s. 52, Fig. 2) durch den Schenkelteil 13 der Schaufel gebohrt, um mit der Basis der Löcher zu verbinden.

Es ist unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 zu beobachten, daß das ganze Muster der Zuordnung

der Kanäle sich von dem Spitzen- bis zum Wurzel-

υυυ rt&

querschnitt ändert, wobei die Löcher nach auswärts abgeschrägt sind. Solch eine Anordnung wird durch die vorliegende Erfindung ermöglicht, während sie nicht leicht mit den bisherigen Verfahren zu erzielen ist, wobei die Löcher durch Schmieden oder Ziehpressen gebildet werden.

Die Erfindung ist insbesondere geeignet für Turbinenlaufschaufeln, kann aber auch für Leitschaufeln angewendet werden.

Während bei der beschriebenen Ausführung beabsichtigt ist, daß alle Kanäle mit möglicher Ausnahme von Kanal 21 durch ein elektrisches Bohrverfahren gebildet werden, ist zu beachten, daß statt dessen gewisse Kanäle, beispielsweise der an der Leit- und Hinterkante, durch Ziehpressen oder Schmieden gebildet werden können. In gleicher Weise können die Kanäle an der Leit- und Hinterkante gewünschtenfalls von kreisförmigem oder anderem beliebigem Querschnitt sein entsprechend der Gestalt der Schaufel in dieser Gegend.

Die Zufuhr von Kühlluft durch die Kanäle wird durch Bohrungen 52 in dem Schenkelteil 13 bewirkt. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein gebohrter Kanal axial zum Schenkelteil 13 zwecks Zuführung von Luft ausgebildet sein. Solch ein axialer Kanal kann gekrümmt sein, um mit den Enden der Kanäle 17, 18, 19, 20 und 21 längs einer gekrümmten Linie entsprechend etwa der Profilmittellinie B-B von Fig. 4 in Verbindung zu stehen. Der gekrümmte Kanal kann als ein Bogen um einen von dem Schenkelteil entfernten Mittelpunkt durch ein elektrisches Bohrverfahren unter relativer Bewegung der Schaufel ausgebildet sein.

Die dargestellten Kanalquerschnitte bilden ein Muster, welches die größte Kühlwirkung besitzt, aber um die Schaufelmetalltemperatur im Betrieb über den ganzen Schaufelquerschnitt möglichst gleichmäßig zu machen, kann die Anordnung der Kanäle erforderlichenfalls geändert werden. Somit können ein oder alle Kanäle ihre größeren Querschnittsachsen schräg in bezug auf die Schaufelprofilmittellinie besitzen, oder einige können im wesentlichen parallel dazu sein.

Claims (10)

Patentansprüche: 45

1. Schaufel für eine Turbine mit innerer Verbrennung, welche mit sich axial zur Schaufel für den Durchfluß von Kühl- und/oder Heizfluida erstreckenden Kanälen ausgebildet ist, wobei einer oder mehrere der Kanäle von abgeflachtem elliptischem oder linsenförmigem Querschnitt sind, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der etwa im mittleren Drittel der Schaufelprofilerstreckung liegenden Kanäle mit der größeren Achse ihrer Querschnittsform unter einem spitzen Winkel schräg .zur Schaufelprofilmittellinie angeordnet sind.

2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte eines oder mehrerer der Kanäle sich von einem Punkt an der konvexen Oberfläche der Schaufel zu einem Punkt an der konkaven Oberfläche der Schaufel erstrecken.

3. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein anderer der Kanäle von abgeflacht elliptischem oder linsenförmigem Querschnitt ist und an der Hinterkante der Schaufel ausgebildet ist, wobei die größere Achse der Kanalquerschnittsform im wesentlichen parallel zur Schaufelprofilmittellinie liegt.

4. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Kanal an der Lekkante der Schaufel ausgebildet ist.

5. Schaufel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Kanal an der Hinterkante der Schaufel ausgebildet ist.

6. Schaufel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer dieser zusätzlichen Kanäle von nichtlinsenförmigem Querschnitt ist.

7. Schaufel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der zusätzlichen Kanäle auch von linsenförmiger oder abgeflacht elliptischer Form ist.

8. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere Kanäle von über die Längserstreckung gewundener Form sind, wodurch sie die gleiche Anordnung in bezug auf das äußere Schaufelprofil an einem beliebigen Querschnitt 'behalten.

9. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Muster der gegenseitigen Zuordnung der Kanäle im Schaufelquerschnitt von der Spitze zum Wurzelquerschnitt ändert, wobei die Kanalquerschnitte nach außen zur Wurzel hin abgeschrägt sind.

10. Verfahren zur Herstellung der Schaufeln nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in der vorgefertigten Einzelschaufel durch an sich 'bekannte elektrische Bohrverfahren angebracht werden, bei denen die Entfernung von Metall durch elektrische Funkenwirkung, elektrische Anodenwirkung oder durch elektrische Lichtbogenerosion oder -zerkleinerung erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Französische Patentschrift Nr. 963 823; britische Patentschrift Nr. 742 476; »Flight«, Bd. 69, Heft 2460 vom 16. 3.1956, S. 294; »The Motor Ship«, Februarheft 1954, S. 499;

»Techn. Rundschau«, 47. Jahrgang, Nr. 23 (27.5. 1955), S. 19,21,23; 46. Jahrgang, Nr. 34 (13.8.1954), S. 25, 27.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 569/151 7.60