DE1576970C3

DE1576970C3 - Centripetal flow through a radial turbine wheel

Info

Publication number: DE1576970C3
Application number: DE19671576970
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.Techn. 8000 Muenchen Hagen
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1967-09-16
Filing date: 1967-09-16
Publication date: 1975-10-23
Also published as: DE1576970B2; DE1576970A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein zentripetal durchs strömtes Radialturbinenrad, insbesondere für eine Gasturbine, mit einer am Außenumfang der Radscheibe vorgesehenen wulstartigen Verdickung.The invention relates to a centripetal through Flowed radial turbine wheel, in particular for a gas turbine, with one on the outer circumference of the wheel disk provided bead-like thickening.

Ein derartiges Radialturbinenrad ist aus der CH-PS 399 832 bekannt.Such a radial turbine wheel is known from CH-PS 399 832.

Beim Anfahren, Abstellen und bei Lastwechsel einer Gasturbine treten am Turbinenrad durch die zeitlich und örtlich schnell wechselnden und unterschiedlichen Temperaturen Thermospannungen auf. Sie können sehr groß werden, so daß der Werkstoff überbeansprucht wird und besonders am Außenumfang der Radscheibe und im Bereich der Eintrittskanten der Laufschaufeln radiale Risse auftreten.When starting up, shutting down and changing the load of a gas turbine, the time occurs on the turbine wheel and locally rapidly changing and different temperatures thermal voltages. You can become very large, so that the material is overstressed and especially on the outer circumference of the wheel disc and radial cracks occur in the area of the leading edges of the rotor blades.

Einer solchen Rißbildung an der Radscheibe infolge schnellwechselnder Temperaturen, sogenannte Thermoschocks, wirkt eine wulstartige Verdickung am Außenumfang der Radscheibe, wie sie etwa bei einer Radscheibe einer Gasturbine in der CH-PS 399 832 angedeutet ist, entgegen, ohne daß dabei eine merkliche Gewichtszunahme des Turbinenrades in Kauf genommen werden müßte. Die Gefahr einer Rißbildung an den Schaufeleintrittskanten kann durch diese Maßnahme aber nicht beseitigt werden.Such cracks on the wheel disc as a result of rapidly changing temperatures, so-called thermal shocks, acts a bead-like thickening on the outer circumference of the wheel disc, as it is about a Wheel disk of a gas turbine is indicated in CH-PS 399 832, on the other hand, without any noticeable An increase in the weight of the turbine wheel would have to be accepted. The risk of cracking however, the blade leading edges cannot be eliminated by this measure.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein zentripetal durchströmtes Radialturbinenrad zu schaffen, bei dem beim Auftreten von Thermoschocks nicht nur die gefährdeten Teile der Radscheibe, sondern auch die besonders gefährdeten Eintrittskanten der Laufschaufeln vor Beschädigungen geschützt sind, ohne daß sich dadurch eine nennenswerte Gewichtszunahme des Turbinenrades ergibt.The object of the present invention is therefore to provide a centripetal flow-through radial turbine wheel create, in which when thermal shocks occur, not only the endangered parts of the wheel disc, but also the particularly endangered leading edges the blades are protected from damage without causing a significant increase in weight of the turbine wheel results.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Radialturbinenrad der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Dicke der Laufschaufeln im Bereich des Außendurchmessers in Richtung der Eintrittskanten zunimmt.In order to achieve this object, the invention is carried out in a radial turbine wheel of the type specified at the outset suggested that the thickness of the blades in the area of the outer diameter in the direction of Leading edge increases.

Dadurch erhalten die Laufschaufeln an ihren Eintrittskanten erhöhte Festigkeit gegen Thermospannungen, ohne über ihre Gesamtfläche mit mehr Gewicht belastet zu sein und damit die Gefahr von Unwuchten zu erhöhen. Die Verdickung der Eintrittskante verbessert zugleich die Anströmverhältnisse bei normal auftretender Schräganströmung.This gives the blades increased strength against thermal stresses at their leading edges, without being burdened with more weight over their entire area and thus the risk of imbalances to increase. The thickening of the leading edge also improves the flow conditions in normal occurrences Inclined flow.

Es sind zwar aus der CH-PS 427 851 axial durchströmte Laufschaufeln bekanntgeworden, deren Dicke in Richtung ihrer Eintrittskante zunimmt. Bei den dort gezeigten Laufschaufeln handelt es sich jedoch um ein tragflächenähnliches Profil, bei dem die Profildicke nahezu über die gesamte Profillänge zunimmt und nicht etwa nur im Bereich der Eintrittskante. Darüber hinaus lassen sich die· Konturen von Axialschaufeln auf Grund der unterschiedlichen Belastungsverhältnisse und der unterschiedlichen Strömungsverhältnisse nicht ohne weiteres auf Radialschaufeln übertragen. Auf Grund der nahezu über die gesamte Profillänge erfolgenden Zunahme der Profildicke würde eine solche Ausbildung bei Radialschaufeln eine viel zu große Massenanhäufung im radialäußeren Bereich einer Radialschaufel mit sich bringen und damit die Festigkeitseigenschaften solcher meist durch Fliehkräfte bis an ihre äußerste Grenze belastenden Radialschaufeln bzw. Laufräder verschlechtern. Es kommt also darauf an, daß eine Zunahme der Dicke der Radialschaufeln tatsächlich nur im Bereich des Außendurchmessers, d. h. der Eintrittskante, in Richtung zu den Eintrittskanten hin erfolgt. It is true that from CH-PS 427 851 axially traversed blades have become known, their thickness increases in the direction of its leading edge. The rotor blades shown there are, however, a Airfoil-like profile in which the profile thickness increases and does not increase over almost the entire profile length for example only in the area of the leading edge. In addition, the contours of axial blades can be based on the different load conditions and the different flow conditions not without further transferred to radial blades. Due to the fact that they take place over almost the entire length of the profile An increase in the profile thickness would result in such a configuration in the case of radial blades being far too large an accumulation of mass bring with them in the radially outer area of a radial blade and thus the strength properties such radial blades or impellers, which are usually loaded to their extreme limit by centrifugal forces worsen. It is therefore important that an increase in the thickness of the radial blades is actually only in the area of the outside diameter, d. H. the leading edge, in the direction of the leading edges.

In weiterer Ausbildung eines erfindungsgemäßen Turbinenrades sollen die Radscheibe an ihrem Außenumfang und die Laufschaufeln im Bereich der Eintrittskanten durch Eindiffundieren eines geeigneten Materials, insbesondere durch Inchromieren oder durch geeigneten Werkstoffüberzug eine höhere Festigkeit gegen Wärmerisse erhalten. Da besonders die Oberflächenspannung des Turbinenrades bei Betriebsverhältnissen, wie sie durch Lastwechsel erzeugt werden, sehr hoch ist, ergibt sich durch Verwendung eines hochwarmfesten Werkstoffes als Überzugsmaterial eine wesentliche Verbesserung der Thermoschockempfindlichkeit. In a further embodiment of a turbine wheel according to the invention, the wheel disk should be on its outer circumference and the blades in the area of the leading edges by diffusing in a suitable material, a higher resistance to Get heat cracks. Since the surface tension of the turbine wheel in particular under operating conditions how they are generated by load changes, is very high, results from the use of a highly heat-resistant Material as a coating material a significant improvement in thermal shock sensitivity.

Das Überziehen von Turbinenschaufeln im Bereich ihrer Eintrittskanten mit metallischen Schutzschichten zur Verminderung der Thermoschockempfindlichkeit ist aus der DT-PS 1 086 951 für sich bereits bekanntgeworden. Wenn diese Maßnahme für sich allein auch noch nicht zu einem sicheren Erfolg führt, so kann sie doch bei Anwendung auf Laufschaukeln, deren Eintrittskante verdickt ist, nicht nur einfacher durchgeführt werden, sondern bringt als zusätzliche Hilfsmaßnahme zusammen mit der verdickten Eintrittskante die gewünschte Unempfindlichkeit gegen Thermoschocks.The coating of turbine blades in the area of their leading edges with metallic protective layers to reduce the thermal shock sensitivity has already become known from DT-PS 1 086 951 per se. If this measure does not lead to a sure success on its own, it can but when used on running swings, the leading edge of which is thickened, not only carried out more easily but brings the desired one together with the thickened leading edge as an additional auxiliary measure Insensitivity to thermal shocks.

Auch eine weitere Ausbildung eines erfindungsgemäßen Radialturbinenlaufrades, die darin besteht, daß insbesondere im Eintrittsbereich die Laufschaufeldicke gegen die Radscheibe hin leicht zunimmt, ist an sich aus der DT-AS 1 076 444 bekannt, bringt aber im Zusammenhang mit den geschilderten Maßnahmen durch einen stetigen Übergang vom dünnen Schaufelblatt zur Radscheibe einen guten Wärmeübergang zwischen Laufschaufel und Radscheibe und damit einen guten Temperaturausgleich, was wiederum in besonderer Weise dazu beiträgt, eine Rißbildung infolge Thermoschocks zu vermeiden.Another embodiment of a radial turbine impeller according to the invention, which consists in that in particular in the inlet area the blade thickness increases slightly towards the wheel disk, is in itself enough the DT-AS 1 076 444 known, but brings through in connection with the measures outlined a steady transition from the thin blade to the wheel disk a good heat transfer between Blade and wheel disk and thus a good temperature equalization, which in turn is special Way helps to avoid cracking due to thermal shocks.

Ein ■ Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigtAn ■ embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows

F i g. 1 ein Radialturbinenrad im Achsschnitt,F i g. 1 a radial turbine wheel in axial section,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie ABm F i g. 1.
Das Radialturbinenrad mit der Radscheibe 2 und dem Nabenteil 3 besitzt eine Anzahl Laufschaufeln 1,F i g. 2 shows a section along the line ABm F i g. 1.
The radial turbine wheel with the wheel disk 2 and the hub part 3 has a number of rotor blades 1,

die direkt mit der Radscheibe 2 verbunden sind. Am Außenumfang der Radscheibe 2 befindet sich eine wulstartige Verdickung 4. Die Laufschaufeln 1 sind im Bereich der Eintrittskante an der Stelle 5 leicht verstärkt. which are directly connected to the wheel disc 2. On the outer circumference of the wheel disc 2 there is one Bead-like thickening 4. The rotor blades 1 are slightly reinforced at the point 5 in the area of the leading edge.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Centripetal flow through a radial turbine wheel, in particular for a gas turbine with a bead-like provided on the outer circumference of the wheel disk Thickening, characterized in that the thickness of the rotor blades (1) is in the range the outside diameter increases in the direction of the leading edges.

2. Centripetal flowed through radial turbine wheel according to claim 1, characterized in that the Wheel disc (2) on its outer circumference and the rotor blades (1) in the area of the leading edges by diffusing in a suitable material, in particular by chromating and / or suitable Material coating to obtain increased resistance to heat cracks.

3. Centripetal flowed through radial turbine wheel according to claims 1 or 2, characterized in that that especially in the entry area the blade thickness against the wheel disk (2) in in a known manner increases slightly.