DE1208946B - Einseitige Befestigung von Leitschaufeln fuer Stroemungsmaschinen, insbesondere Axial-Gasturbinen - Google Patents

Description

• Einseitige Befestigung von Leitschaufeln für Strömungsmaschinen, insbesondere Axial-Gasturbinen Die Erfindung betrifft eine einseitige Befestigung von Leitschaufeln für Strömungsmaschinen, insbesondere Axial-Gasturbinen, mittels Schaufelteller und kreiszylindrischem Schaufelfuß in einem Außenring, in dem für jede Leitschaufel eine schräg zur Achsrichtung verlaufende Nut und eine von jeder Nut abgehende radiale Bohrung vorgesehen sind.
• Bei einer bekannten einseitigen Befestigung einer hohlen Leitschaufel mit hohlem rohrförmigem kreiszylindrischem Fuß ist der Fuß in seiner Länge über die Bohrung im Außenring hinausgeführt, kragenförmig umgebördelt und in einer zum Fuß koaxialen Ringnut verstemmt. Diese Leitschaufel wird nur durch das Verstemmen und Umbördeln gegen Verdrehen und Herausfallen in der Bohrung gesichert.
• Darüber hinaus ist von radial beaufschlagten Gas-oder Dampfturbinen her eine einseitige Schaufelbefestigung mit kreiszylindrischem Fuß bekannt. Die Befestigung dieser Schaufeln im Schaufelträger wird durch Verstemmen oder durch Auftreiben des mit einer koaxialen konischen Bohrung versehenen Schaufelfußes bzw. durch einen im Schaufelfuß kurz hinter der Übergangsstelle vom Schaufelblatt zum Schaufelfuß quersitzenden, beiderseits überstehenden Stift, der in einer Umfangsrille des Schaufelträgers zu liegen kommt und in dieser verlötet, verschweißt oder verstemmt ist, bewirkt.
• All den vorgenannten bekannten Befestigungen haftet insbesondere der Mangel an, daß diese Befestigungsarten der kreiszylindrischen Schaufelfüße im Schaufelträger, insbesondere bei langen Leitschaufeln von Axialverdichtern für Gasturbinen, den durch Schaufelschwingungen verursachten Beanspruchungen nicht genügen. Insbesondere die Schwächung des Schaufelfußes durch eine Querbohrung wirkt sich bezüglich des Schwingungsverhaltens der Schaufeln besonders nachteilig aus. Des weiteren sind bei all den geschilderten Befestigungsarten besondere Maßnahmen, beispielsweise in Form von anzufertigenden Vorrichtungen, erforderlich, um den vorbestimmten Schaufelwinkel beim Einbau der Schaufeln in den Schaufelträger zu erhalten.
• Den letztgenannten Nachteil umgeht man bei einer ebenfalls bekannten Schaufelbefestigung mit kreiszylindrischem Fuß, der aus gezogenem Schaufelprofilmaterial herausgearbeitet ist, dadurch, daß für jede Schaufel im Tragkörper eine Quernut für die Einhaltung des Schaufelanstellwinkels eingearbeitet ist. Um eine etwas größere Anlagefläche des gekrümmten Schaufelprofils in der ungekrümmten Quernut zu erhalten, sind die Schaufelkanten entsprechend der Tiefe der Quernut angeflacht. Das Profil füllt die Quernut jedoch nicht vollkommen aus, so daß eine Vertiefungen und Unebenheiten aufweisende, die Strömung des Arbeitsmediums ungünstig beeinflussende Durchtrittsfläche entsteht. Die Halterung des kreiszylindrischen Fußes in der von der Quernut abgehenden radialen Bohrung erfolgt lediglich durch leichtes Verstemmen des Fußes im Tragkörper. Zur Schwingungsdämpfung sind zusätzlich Deckbänder angeordnet. Für einseitig befestigte Axialverdichterschaufeln ohne Bindedrähte und Deckbänder genügt diese Halterung nicht, da sie der Forderung nach starker Schwingungsdämpfung nicht nachkommt.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Berücksichtigung der Vielzahl bekannter Schaufelbefestigungen mit kreiszylindrischem Fuß, eine Halterung für einseitig befestigte Leitschaufeln für Strömungsmaschinen, insbesondere für Axial-Gasturbinen, vorzuschlagen, die den Forderungen nach starker Schwingungsdämpfung und nach Einhaltung einer minimalen Abweichung der Eigenfrequenzen der einzelnen Schaufeln einer Stufe vom Mittelwert der Eigenfrequenz aller Schaufeln nachkommt, die einen verwirbelungsfreien Durchtritt des Arbeitsmediums gewährleistet und die schließlich einen wirtschaftlichen Materialeinsatz bei spanabhebender Fertigung auf Grund geringer Stückzahlen zuläßt.
• Diese Forderungen werden erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale erfüllt: a) der Schaufelfuß steckt im Außenring mit einem Schrumpfsitz; b) am freien Ende ist der Schaufelfuß in bekannter Weise leicht umgebördelt; c) der Schaufelteller bildet in bekannter Weise ein das Schaufelblatt nahe umschreibendes, die Nut bündig ausfüllendes Parallelogramm.
• Die Nut und der Schaufelteller weisen vorteilhafterweise einen Paßsitz auf, der eine leichte Montage zuläßt und der innerhalb der Toleranz des Anstellwinkels der Schaufel liegt. Die Stärke des Schaufeltellers und die Tiefe der Nut im Außenring sind so gewählt, daß sie den Beanspruchungen der Leitschaufeln im Betrieb an dieser Stelle genügen. Im Grund der Nut liegt der Schaufelteller satt an. Zu diesem Zweck ist am Übergang vom Schaufelteller zum Schaufelfuß vorzugsweise eine Freidrehung vorgesehen, deren Querschnitt so groß zu wählen ist, daß das Verhältnis des Widerstandsmomentes an der Übergangsstelle vom Schaufelblatt zum Schaufelteller zu dem Widerstandsmoment der Freidrehung gleich der Formzahl ak der Freidrehung ist. Für das Schrumpfen ist der Durchmesser des Zapfens so bemessen, daß bei Verwendung von Material mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten auch im Betriebszustand ein genügend fester Schrumpfsitz im Außenring gewährleistet ist.
• Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Ausschnitt des Leitgitters einer Strömungsmaschine in der Seitenansicht, F i g. 2 den Schnitt A-B nach F i g.1, F i g. 3 die Abwicklung der Ansicht C nach F i g. 1. Im Gehäuse 1 einer Strömungsmaschine ist der Außenring 2 des Leitgitters geführt. Im Außenring 2 sind Leitschaufeln 3 einseitig befestigt, die aus einem Schaufelblatt 4, einem Schaufelteller 5 und einem kreiszylindrischen Schaufelfuß 6 bestehen. Im Außenring 2 sind am Umfang gleichmäßig verteilt Nuten 7 eingearbeitet, in denen die Schaufelteller 5 geführt sind. An jede Nut 7 schließt sich als Sitz für den Schaufelfuß 6 eine radiale Bohrung 8 an, die den Außenring 2 durchdringt. Der Schaufelfuß 6 ist an der Stelle 9 leicht umgebördelt. Zu diesem Zweck ist das äußere Ende der Bohrung 8 konisch und der Schaufelfuß 6 zylindrisch ausgesenkt. Um eine satte Anlage des Schaufeltellers 5 im Grund der Nut 7 zu erhalten, ist am Übergang vom Schaufelteller 5 zum Schaufelfuß 6 eine Freidrehung 11 vorgesehen. An Stelle dieser Freidrehung kann auch die Bohrung 8 freigearbeitet und der Schaufelfuß 6 nur mit einer nicht dargestellten Hohlkehle versehen sein.
• In ganz besonderen Fällen ist es im Rahmen der Erfindung durchaus möglich, die einseitig befestigten Leitschaufeln 3 durch Dämpfungsdrähte und/oder Deckbänder zusätzlich gegeneinander abzustützen. Auch können an den Leitschaufeln 3 nicht dargestellte Zwischenböden aufgehängt sein. Darüber hinaus ist für den Gegenstand der Erfindung die Form des Außenringes 2 und dessen Befestigung im Gehäuse der Strömungsmaschine sowie die geteilte oder ungeteilte Ausführung des Außenrings 2 nicht von Bedeutung.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Einseitige Befestigung von Leitschaufeln für Strömungsmaschinen, insbesondere Axial-Gasturbinen, mittels Schaufelteller und kreiszylindrischem Schaufelfuß in einem Außenring, in dem für jede Leitschaufel eine schräg zur Achsrichtung verlaufende Nut und eine von jeder Nut abgehende radiale Bohrung vorgesehen ist, g e k e n n z e i c hn e t d u r c h die Kombination folgender Merkmale: a) der Schaufelfuß (6) steckt im Außenring (2) mit einem Schrumpfsitz; b) am freien Ende (9) ist der Schaufelfuß (6) in bekannter Weise leicht umgebördelt; c) der Schaufelteller (5) bildet in bekannter Weise ein das Schaufelblatt nahe umschreibendes, die Nut (7) bündig ausfüllendes Parallelogramm. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 803 471, 844 518, 904 610, 932 042; schweizerische Patentschrift Nr. 224 737; USA.-Patentschrift Nr. 2195 325.