DE1551162B1 - Schaufelverbindung fuer Laeufer axial durchstroemter Turbomaschinen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufel- Fig. 6 eine weiter© Schaufelgruppe in Draufsicht, verbindung für Läufer axial durchströmter Turbo- ν Fig,7 die SehauMgfUPpe im Schnitt längs der

maschinen, bei welchen jede Schaufel eine Deck- Linie VTI-VII von F i g. ß,

platte aufweist und mehrere Deckplatten von einem Fig. 8 die Schaufelgruppe im Schnitt längs der

durchgehenden, mit den Deckplatten an einer oder 5 Linie VIII-VIII von F i g. 6,

beiden axialen Seitenflächen durch mindestens eine Fig.9 die Schaufelgruppe gemäß Fig.7 während

in Umfangsrichtung verlaufende, an den Stoßstellen einer Phase der Herstellung.

zweier Deckplatten mindestens teilweise unterbro- Gemäß den F i g. 1 bis 3 ist jede Schaufel 1 mit chene Schweißnaht verbundenen Deckband umfaßt einer Deckplatte 3 versehen, welche mit der Schausind. i° fell zusammen ein Stück bildet. Eine Anzahl sol-Es ist aus der USA.-Patentschrift 2 211 851 eine eher Schaufehl sind durch ein Deckband S zu einem Schaufelverbindpng bekannt, bei welcher mehrere Paket verbunden. Zur Verbindung des Deckbandes 5 Deckplatten der Schaufehl von einem durchgehen- mit den Deckplatten 3 sind zwei in Umfangsrichtung den Deckband umfaßt sind, das mit den Deckplatten auf den axialen Seitenflächen verlaufende Schweißan ihren axialen Seitenflächen durch in Umfangs- 15 nähte 7 vorgesehen.

richtung verlaufende Schweißnähte sowie durch Im Deckband 5 und in einem Teil der Deckplat-

Schweißmaterial verbunden ist, das in kreisrunde, ten 3 ist ferner ein in radialer Richtung nach außen

längs der Mittelachse des Deckbandes oberhalb der offener, in Umfangsrichtung verlaufender Kanal 9

Mittelpunkte der Deckplattenflächen vorgesehene angeordnet, welcher die Wurzeln der Schweißnähte 7

Öffnungen eingebracht ist. An den Stoßstellen der 20 anschneidet und in welchem zudem axiale Schlitze 11

Deckplatten sind hierbei die in Umfangsrichtung ver- münden. Die Schlitze 11 liegen hierbei im Bereiche

laufenden Schweißnähte unterbrochen, um das Deck- der Stoßstellen 13 benachbarter Deckplatten 3 und

band in radialer Richtung biegsam zu erhalten und erstrecken sich zudem in radialer Richtung nach

die Gefahr einer Rißbildung zwischen der Schweiß- innen über den inneren Rand der Schweißnaht hin-

naht und den durch sie verbundenen Flächen an den 25 aus, so daß die Deckplatten 3 an der Stelle der

Stoßstellen der Deckplatten herabzusetzen. Schlitze 11 kehl Schweißmaterial mehr aufweisen.

Da bei dieser bekannten Schaufelverbindung von Zweck und Wirkung des Kanals 9 und der Schlitze den Unterbrechungsstellen der in Umfangsrichtung 11 können wie folgt beschrieben werden: verlaufenden Schweißnähte ausgehende, ebenfalls in Das Deckband S ist hohen Beanspruchungen durch Umfangsrichtung sich erstreckende Schweißkerben 30 Fliehkraft und Dampfkraft unterworfen, so daß es zwischen der Innenseite der Schweißnähte und der bei hohen Temperaturen sehr massiv ausgeführt wer-Oberfläche der Deckplatten vorliegen, besteht die den muß, was eine große Biegesteifigkeit in radialer Gefahr, daß unter der Wirkung der radialen Wech- Richtung bewirkt. Diese Biegesteifigkeit führt aber selkräfte der Schaufehl die Schweißnähte an ihren dazu, daß unter der Wirkung der Fliehkraft nicht den Stoßstellen der Deckplatten zugekehrten Enden 35 alle Schaufehl in der Befestigungsnut des Schaufelanreißen und sich der Riß längs der genannten fußes gleichmäßig zum Anliegen kommen, so daß Schweißkerbe in der Schweißnaht fortsetzt. die Fliehkraft und Dampfkraft dieser Schaufeln auf Es liegt die Aufgabe vor, diesen Nachteil zu ver- die benachbarten Schaufehl abgelenkt wird. Die gemeiden. Diese Aufgabe wird bei Schaufelverbindun- samte Beanspruchung der Schaufel im Querschnitt gen der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß 40 einer Befestigungsnut des Schaufelfußes setzt sich dadurch geslöst, daß zwischen den Deckplatten und aus der mittleren Beanspruchung und der wechselndem Deckband ein sich über einen Teil der axialen den Beanspruchung durch die Dampfkraft zusammen Breite der Deckplatten und in Umfangsrichtung er- und liegt innerhalb der zulässigen Beanspruchung, streckender Kanal vorgesehen ist, der in axialer Rieh- Wenn nun eine Schaufel in den Befestigungszacken tung die Schweißnähte anschneidet und in welchen 45 nicht anliegt, so wird ihre Fliehkraft über das Deckaxiale, an den Stoßstellen zweier Deckplatten min- band auf die benachbarten Schaufehl übertragen, destens teilweise in den Schweißnähten liegende Öff- deren mittlere Zugspannung somit steigt. Die genungen münden. samte Zugspannung mindestens einer benachbarten Der hierdurch erzielte technische Fortschritt be- Schaufel kann dadurch größer werden als die Bruchsteht darin, daß durch die nachträgliche Abarbeitung 50 festigkeit des Schaufelwerkstoffes und die Schaufel der Schweißkerben die Gefahr einer Rißbildung kann infolgedessen brechen.

durch Wechselbeanspruchung erheblich vermindert Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Anordnung wird. stellt nun eine Schaufelverbindung dar, die in radia-Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes ler Richtung elastisch genug ist, um ein gleichmäßiwerden nachstehend an Hand von Figuren erläutert. 55 ges Tragen der Befestigungszacken der miteinander Es zeigt durch das Deckband 5 verbundenen Schaufeln 1 zu F i g. 1 ausschnittweise eine Schaufelgruppe in gewährleisten. Anderseits ist jedoch die Schaufelveraxialer Ansicht, bindung in tangentialer und axialer Richtung steif F i g. 2 die Schaufelgruppe im Schnitt längs der genug, um die Dampfkräfte der einzelnen Schaufehl Linie Π-ΙΙ von F i g. 1, 60 auf das ganze Paket und auf die Welle zu übertra-F i g. 3 die Schaufelgruppe im Schnitt längs der gen. Es ist aus F i g. 1 ersichtlich, daß das Deck-Linie ΠΙ-ΙΠ von F i g. 1, band 5 im Bereiche der Stoßstellen 13 der Deckplat-F i g. 4 die Schaufelgruppe gemäß F i g. 1 in einem ten 3 eine Brücke 15 bildet, welche die geringe, axialen Schnitt während einer ersten Phase der Her- radiale, unbedingt nötige Ausdehnung der Schaustellung, 65 felnl im Deckband 5 ermöglicht. Die Dicke dieser Fig.5 die Schaufelgruppe gemäß Fig. 1 in einem Brücke wird so gewählt, daß deren Beanspruchung axialen Schnitt während einer zweiten Phase der Her- unter der Fliehkraft einer Schaufel mindestens die Stellung, Streckgrenze des Materials erreicht. Dadurch er-

reicht man die Wirkung des gleichmäßigen Anliegens der Schaufelfüße.

Da im Bereiche der Stoßstellen 13 der Deckplatten 3 durch die Schlitze U alles Schweißmaterial der Schweißnaht7 entfernt ist (Fig, 1 und 3), können an dieser Stelle durch unterschiedliche radiale Verschiebungen der Schaufeln 1 auch keine Risse in der Schweißnaht auftreten. Darüber hinaus ist nun aber im Gegensatz zur erwähnten bekannten Schaufelver-

35 verbundenen Deckbandes 37,38 in axialer und tangentialer Richtung genügend groß.

Die axiale Breite des Kanals 39 ist so groß, daß von ihm die Schweißnähte 7 angeschnitten werden, wodurch eine geringere Beanspruchung der Trennstelle zwischen der Schweißnaht? und dem Deckband 37,38 bzw. der Deckplatte 35 auf der zulaufenden Seite der Schweißfuge erzielt wird. Wie bei der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform

bindung auch eine Rißbildung in den an die Schlitze io ist demnach auch hier im Bereich der Stoßstelle 13 11 angrenzenden Schweißnähten vermieden. Da der benachbarter Deckplatten 35 nicht nur durch die Kanal 9 die Wurzeln, d. h. die inneren Endflächen,
der Schweißnähte7 anschneidet (Fig.2), kommen

die Deckplatten 3, die Schweißnähte 7 und das Deck-

Ausnehmungen 43 alles Schweißmaterial entfernt, sondern durch die axiale Ausdehnung des Kanals 39, der die Wurzeln der Schweißnähte 7 anschneidet,

band 5 längs keiner gemeinsamen Linie mehr in Be- 15 eine Kerbe zwischen der Deckplatte 35, der Schweiß

naht 7 und den Deckplattenteilen 37 vermieden. Es besteht also keine Stelle, von der aus ein Anriß bei unterschiedlicher radialer Ausdehnung der Schaufeln in die Schweißnaht 7 eindringen könnte.

Das Deckband 37,38 besteht aus drei Teilen, nämlich den beiden äußeren Bändern 37 und einem mittleren Band 38 (F i g. 6 bis 8). Das letztere ist in die beiden äußeren Bänder 37 eingesetzt und mit ihnen durch Schweißnähte 41 verbunden. Die Not

rührung, so daß keine Kerbe mehr vorliegt, von der aus ein Anriß in die Schweißnaht eindringen könnte. Die in radialer Richtung elastische Schaufelverbindung kann sich demnach in vorteilhafter Weise voll auswirken, ohne eine Beschädigung der Schweißnähte hervorzurufen.

In den F i g. 4 und 5 sind zwei Phasen eines Vorganges zur Herstellung einer Schaufelverbindung gemäß den F i g. 1 bis 3 dargestellt. Wenn alle Schaufeln 1 mit ihren Deckplatten 3 im Läufer eingesetzt 25 wendigkeit dieser Deckbandausbildung ergibt sich sind, wird die Oberfläche der Deckplatten 3 gemäß daraus, daß der Kanal 39 die Schweißnähte 7 ander in Fig.4 gezeigten Form angedreht. Auf die schneiden soll.

so bearbeiteten Schaufeln wird ein Ring 17 auf- Zur Herstellung der in F i g. 8 dargestellten Schaugeschrumpft, dessen der Schaufel zugekehrte Seite felverbindung werden, wie in F i g. 9 ersichtlich, die ebenfalls, wie in F i g. 4 dargestellt, bearbeitet ist. 30 Deckplatten 35 der in den Läufer eingesetzten Schau-Der Ring 17 weist zudem mehrere radiale Bohrun- fehl 1 gemäß der Linie 45 überdreht. Hierauf wird gen 21 auf. Nach dem Aufschrumpfen des Ringes 17 auf die Deckplatten 35 ein Ring 47 mit im wesentauf die Deckplatten 3 der Schaufehl 1 entsteht zwi- liehen rechteckigem Querschnitt aufgeschrumpft und sehen den Deckplatten 3 und dem Ring 17 ein Hohl- mit diesen unter Bildung der Schweißnähte 7 verraum 19. Dieser Hohlraum 19 ist beim nachfolgen- 35 schweißt. Im Ring 47 ist auf seiner den Schaufeln 1 den Schweißen für die Aufnahme von Gas bestimmt, zugekehrten Seite eine Rinne eingedreht, welche zudas durch die am Umfang verteilten Bohrungen 21 sammen mit den Deckplatten 35 einen Hohlraum 49 zu- und abgeführt wird. bildet, in welchen durch nicht dargestellte Bohrun-

Nach dem Aufschrumpfen wird der Ring 17 mit gen während des Schweißens Gas zu- und weggeführt den Deckplatten 3 längs den in Umf angsrichtung ver- 40 werden kann. Der Ring 47, die Deckplatten 35 und laufenden Fu^en 23 verschweißt. Nach dem Ver- die Schweißnähte 7 werden nun entlang der Kontur schweißen wird die Schaufelverbindung in die in 51 ausgedreht. Hierauf wird ein sich über mehrere, F i g. 3 dargestellte Form gebracht, indem der Ka- beispielsweise sieben Schaufeln erstreckendes Decknal 9 ausgedreht und die Schlitze 11 gefräst werden. bandstück 38, dessen Profil dem in F i g. 8 dargestell-

In den F i g. 6 bis 8 ist ein weiteres Ausführungs- 45 ten mittleren Deckband 38 entspricht, eingesetzt und beispiel der Schaufelverbindung dargestellt. Jede mit den beiden äußeren Deckbandteilen 37 (F i g. 9) Schaufell weist wiederum eine Deckplatte35 auf, längs den beiden Schweißnähten 41 verschweißt, welche die Form eines Parallelogramms hat (F i g. 6). Schließlich werden in die Deckplatten 35, die Ein in Umf angsrichtung verlaufendes durchgehen- Schweißnähte 7 und die Deckbandteile 37 die Ausdes, aus mehreren Teilen zusammengesetztes Deck- 50 nehmungen 43 eingefräst, deren tangentiale Lage und band 37,38 ist mit den Deckplatten 35 durch zwei Abmessungen in F i g. 6 ersichtlich sind,
auf den axialen Seitenflächen der Deckplatten und
des Deckbandes vorgesehene Schweißnähte 7 verbunden (Fig. 8). Zwischen dem Deckband 37, 38
und den Deckplatten 35 liegt ein in Umf angsrichtung 55
verlaufender Kanal 39. An den Stoßstellen 13 der

Claims (7)

Patentansprüche: Deckplatten 35 sind Ausnehmungen 43 eingefräst (Fig.7), durch welche die Schweißnaht an diesen Stellen vollständig entfernt wird. Zudem erstrecken sich die Ausnehmungen 43 bis zum Kanal 39, so daß zwischen den Deckplatten 35 und dem Deckband 37, 38 an den Stoßstellen 13 in axialer Richtung ein durchgehender freier Raum vorliegt. Dadurch wird eine brückenartige Verbindung der Schaufelenden bzw. ihrer Deckplatten 35 erzielt, die einen radialen Längenausgleich der Schaufeln ermöglicht. Gleichzeitig ist aber die Steifigkeit des durch die angeschnittenen Schweißnähte 7 mit den Deckplatten

1. Schaufelverbindung für Läufer axial durchströmter Turbomaschinen, bei welchen jede Schaufel eine Deckplatte aufweist und mehrere Deckplatten von einem durchgehenden, mit den Deckplatten an einer oder beiden axialen Seitenflächen durch mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende, an den Stoßstellen zweier Deckplatten mindestens teilweise unterbrochene Schweißnaht verbundenen Deckband umfaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Deckplatten (3, 35) und dem Deckband (5,37,38) ein sich über einen Teil der axialen Breite der Deckplatten (3, 35) und in Umfangsrichtung erstreckender Kanal (9, 39)

vorgesehen ist, der in axialer Richtung die Schweißnähte (7) anschneidet und in welchen axiale, an den Stoßstellen (13) zweier Deckplatten (3,35) mindestens teilweise in den Schweißnähten (7) liegende Öffnungen (11,43) münden.

2. Schaufelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal in radialer Richtung als nach außen offener Kanal (9) ausgebildet ist.

3. Schaufelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (39) von den Deckplatten (35), dem Deckband (37,38) und den Schweißnähten (7) allseitig begrenzt ist.

4. Schaufelverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckband mehrere, durch in Umfangsrichtung verlaufende Schweißnähte (41) verbundene Teile (37,38) aufweist.

5. Schaufelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (11,43) sich in radialer Richtung über den inneren Rand der Schweißnähte (7) hinaus erstrecken.

6. Schaufelverbindung nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen als in Umfangsrichtung liegende Schütze (11) ausgebildet sind.

7. Schaufelverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen als in radialer Richtung nach außen offene Ausnehmungen (43) ausgebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen