DE1601635A1 - Beschaufelter Rotor - Google Patents

Description

DR MÜLLER-BORt DiPL.-lNQ. 6RALFS OR. MANITZ PATENTANWÄLTE 1601635

München, den 1. Juni 1967 ■■■_.."'' Fi/Sch - R 266

THE HOVER COMPANY LIMIiDED

Meteor Works,- Lode Lane, Solihull, Warvrlckstiire, England

Beschaufelter Rotor -

Die Erfindung betrifft einen beschaufelten Rotor vom Axialtyp, und insbesondere »inen Rotor, dessen Schaufeln einer hohen Betriebstemperatur,.beispielsweise in der Größenordnung von 110O⁰G₁ standhalten können.

Es ist bekannt, Schaufeln aus einem, keramischen oder einem anderen nichtmetallischen Material herzustellen· Derartige Schaufeln haben jedoch den Nachteil, daß sie eine geringere Zugfestigkeit als Metallschaufeln aufweisen. Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Rotors mit hoher Zugfestigkeit, der Schaufeln aus keramischem oder nichtmetallischem Material aufweist, die einer hohen Betriebstemperatur standhalten.

Gemäß der Erfindung besteht ein beschaufelter Rotor vom ^J Axialtyp aus einem Rumpfteil mit einer Mehrzahl von sich

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*» radial nach außen erstreclcendeni auf dem Umfang verteil- '

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w ten und Schauf ein tragenden A8&ä£se&_t einer Mehr zahl το« auf diesen Ansätzen angebrao&ten Schaufeln _r von deatn

3 ede die ϊοηα einer rohrfürnigeii Hülse nit offenen Enden aufsei ü i;, ^r;/obei J euer Ans ata in Radiali'ichtun^· über das radial außen gelegene Ende der von ilim ge tzⁱager&n Hülse vorsteht . arid an den radial außen gelegeneu Ende des Ansatzes eine Haltekappe befestigt ist, die sich von der Außenfläche des Ansatzes nach außen erstreckt; und einen Anschlag für das radial außen gelegene Ende der Hülse bildet, wodurch diese Hülse während der Drehung des Rotors entgegen, der Zentrifugalb erregung auf dem Ansatz gehalten wird," sowie aus einer Schaufelrampe, die sich von dem radial innen-gelegenen-Ende einer jeden Hülse kreisförmig, nach außen erstreckt und zusammen mit den Rampen der angrenzenden Hülsen derart zusammenarbeitet,.daß die radial innen gelegene V/andung des Strömungsweges des Arbeitsfluids zwischen den Schaufeln festgelegt und außerdem die Außenfläche des Sumpfteiles zwischen den Ansätzen von dem Arbeitsfluid abgeschirmt wird. ■

Jede Hülse ist mit geeignet"losem Sitz auf dem Hrägeransatz angebracht, wodurch zwischen den aneinander.gr enz enden flächen des Ansatzes und der Hülse ein Raum ausgebildet ist, der am ' radial innen gelegenen Ende der Hülse mit einer Druekluft-

und quelle zur Kühlung der Hülse und des Ansatzes/am radial außen gelegenen Ende der Hülse mit der StrÖmungsbahn des Arbeitsfluids zwischen den Schaufeln in Terbindung steht» Die radial

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außen gelegene Stirnseite der Hülse oder die radial iimen gelegene Stirnseite der zugehörigen Haltekappe oder ^eCa dieser Stirnflächen, kann mit Rillen versehen sein, weiche Auslaßdurchgänge bilden, die gewährleisten, daß Kühlluft von dem Baum zwischen Hülse und JLnsatz in die -Strömung sbahn des Arbeitsfluids gelangen kann, wenn die_ Hülse aufgrund der Zentrifugalkraft an der Haltekappe anliegt. Es kann jedoch auch in den radial außen gelegenen Enden ^3dei' Hülse Auslaßlöcher angebracht sein, die ein Ausströmen · der Kühlluft aus dem Kaum zwischen der Hülse und dem sie tragenden Ansatz ermöglichen. Die Kühlluft wird den Räumen geeigneterweise aus zwischen den Rampen und der Außenfläche des Rumpfteiles zwischen den Ansätzen gelegenen Räumer. zugeführt. Alternativ dazu konueii die Ai.cütse hohlau^obildet oder mit inneren. KülilluftdurchläEseii versehe- .:;ein, welche mit den Räumen durch Löcher verbunden sind, "die · in der Mähe der radial innen gelegenen Enden der Ansär^·? vorgesehen,sind. ■

Die von den Ansätzen getrageiEii Ealtekappen könner. "cüeir-ander getrennt sein. Es kenne:! -leCocIi auch' die Hai rskaprcii von ZMei oder xaehr aneiiianaergreiiseiideii Ansätzen susanmengefaßt und den Ansätzen gemeinsam sein, wobei disse Ealtekappen dann die Eorm eines Ringes oc.er eine;S aufweisen können. " -.- "

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Jede Hülse kann mit einem aus dem gleichen Teil geformten und sich vom äußeren Ende der Hülse entsprechend dem Umkreis erstreckenden Mantel versehen sein, wobei die Mantel der aneinandergrenzenden Hülsen in der Weise zusammenwirken, daß ein die radial außen gelegene Wandung der Strömungsbahn des Arbeitsflusses festlegender Ringmantel gebildet wird.

Die Hülsen bestehen geeigneterweise aus einem keramischen oder einem anderen, einer hohen Betriebstemperatur, beispielsweise mit Größenordnung von 110O⁰G, standhaltenden nichtmetallischen Material, und der Rumpfteil, die Ansätze und Haltekappen bestehen aus Hetall.

IIach dem Anbringen der Hülsen auf den Ansätzen können die Haltekappen ..in geeigneter Weise durch Schweißen oder Hartlöten befestig/u worden. Sollen die Kappen an die Ansätze geschweißt werden, so kann mittels Elektronenstrahlscnweißting gearbeitet -,-/erden.

Dan Rumpfteil einschließlich der aus dem gleichen Teil geformten Ansä'cze r„ssteht vorzugsweise aus einem Präzisionsgußteil. Ss. kann jedoch auch auf andere V/eise hergestellt werden. Beispielsweise kann auch ein aus einem Teil bestehender Ring mit den Ansätzen gegossen werden, der dann. an einer kreisförmigen Habe, beispielsweise mittels Elek-tronenstrahlschweiJBung, befestigt wird.. .

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WeitereEinzelheiten der Erfindung werden bei der nach—

Beschreibung . . :■ .

folgenden dreier alternativer Ausführungsformen eines erfindungsgeniäßen Axialrotors anhand der Zeichnung erläutert$ in dieser zeigen: ■

ig. Λ eine perspektivisclx dargestellte Explosions ansieht eines Teiles des Rotors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindungj

Fig. 2 einen zur "Hälfte dargestellten Axialschnitt durch den Eotor nach Fig. 1 im. zusammengebauten Zustand,

ig. 3 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Rotors im zusammengebauten-Zustand,

Fig. 4· eine der Fig. J ähnliche perspektivische Darstellung eines ÜÜeiles des Rotors gemäß einer zweiten Ausführungsform, und - ' ,-■■-".

Fig. 5 eine der Fig. 3 ähnliche.perspektivische Ansicht eines !Teiles des Rotors gemäß einer dritten Ausfüh— rungsform, wobei -jedoch eine Schaufel gebrochen dargestellt ist, . .

Nach den Fig. 1 bis„5 besteht der Rotor aus einem Rumpfteil 1

BAD OBiGiNAL

mit aus dem gleichen. Teil geformten, die Schaufeln tragenden Ansätzen 2, die auf dem umfang des Rumpfteiles verteilt sind. D -s Rumpfteil 1 und die Ansätze 2 sind als Präzisionsguß gefertigt. Jeder Ansatz trägt eine Schaufel 3, die als Hülse rait offenen Enden ausgebildet ist und aus keramischem oder einem anderen nichtmetallischen Haterial besteht. Die Hülse ο weist" im Querschnitt eine Schaufelform auf und besitzt einen Nitteldurchlaß 4, durch den der Ansatz 2 tritt* Die Hülse 3 ist mit losem Sitz auf dem Ansatz angebracht, so daß zwischen den aneinandergrenzenden "J?iäehen des Ansatzes und der Hülse ein Spiel vorhanden ist* ITach dem Anbringen

* einer jeden Hülse auf einen: Ansatz wird an das vorstehende, radial außen gelegene' Ende des Ansatzes 2 eine Endkappe 5 geschweißt oder in ähnlicher Weise befestigt, beispielsweise' durch Eloktronenstrahlschweißung,.-Das Profil der Haltekappe entspricht; im wesentlichen in "Form und.Größe der äußeren Randfläche der Hülse 3 und erstreckt sich demgemäß über den gesamten Querschnitt des Ansatzes 2 nach außen, so daß ein Anschlag entsteht, gegen den die Hülse bei Drehen des Rotors stößt. Dadurch wird verhindert, daß sich die Hülse 3 aufgrund der Wirkung der Zentrifugalkraft von dem Ansatz 2 wegbewegt» Die ' radial außen gelegene Endseite der Hülse 3 ist mit Rillen 6 versehen, die eine Verbindung zwischen dem zwischen der Hülse 3 und dem Ansatz 2 gelegenen Raum und der ßtrömungsbahn des Arbeitsfluids gewährleisten, wenn sich der Rotor

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dreht tuid $e<le Hülse 5 aufg^iuid der Zeiitrifegalkraft: an der geweiligen Halteltappe 5 ■ sum-Anschlag- gekommen ist.

Das radial innen gelegene Ende einer geden Hülse 3 mit einer aus dem gleichen Seil geformten B?mpe.7 -versehen, die -beim zusammengebauteix Sg tar an den Rampen der angrenzendenHülsenanliegt. Dadurch Wird eine ringförmige Wandung ausgebildet»welche dia radial innen gelegene Fren ze -dö2? BtrÖfflungsbahn des ikrb.eitsfluida festlegt und auch eiiie Abschirmung der zwischen den Ansätzen 2 gelegenen Außenfläche 8 des Rümpft eile s 1 von dem Arbeit sfluid be-

Im Betriöb wird entspreehend den Darstellungen in den Figuran 2 und 3 den Eäumen zwischen der Außenfläche Ö des Rumpf Teiles 1 und den Rampen 7 Kühlluft augeführt. Diese Luft s'tröaii; Iu Hichtung der JP'feilö-X nacii- außen durch die ziii sehen peeler Hülse 3 wnd deia jeweiligen irägeransatz 2 gelegenen Räume und tritt an 'den radial außen gelegenen Enden der Hülse durch die Hillen 6 in die Strömungsbahn des Arbeitsfluids ein* Auf diese Weise "Worden die AuAenflactie 8, die Ansätze TiXLd die Hülsen 5 gekühlt ♦ Durch die nichtmetallische Hülse und ihre fiampe 7 \ierden auch die Ansätze 2 und die Außenfläche S "Von dem heä&n Arbeitsfluid abgeschirmt. Die Halte-kappe 5 ist mit einem Schutzmaterial überzogen^ das der

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hohen Arbeit stemper a tür standhält.'

Bei dieser Konstruktion wird die Zugbelastung von den Ansätzen und nicht iron den nichtmetallischen Hülsen 3 getragen. Aus diesem Grunde kann diese Konstruktion bei einer hohen Arbeitstemperatur betrieben werden und sie weist dabei eine Zugfestigkeit auf, die mit der eines Rotors mit Hetallschaufeln verglichen werden kann,

Pie Kühlluft kann von irgendeiner geeigneten Quelle abgeleitet sein. Beispielsweise kann sie von einem Kompressor einer Maschine entnommen werden, die mit dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Rotor ausgerüstet ist. Dabei wird die Kühlluft durch einen die Rotorwelle umgebenden ringförmigen Durchlaß 9 (siehe Figur 2) zu einem ringförmigen Durchlaß 10 geführt, der auf einer Seite durch eine Stirnseite des Rumpfteiles 1 und auf der anderen Seite durch ein Gehäuse 11 begrenzt ist. Von dem ringförmigen Durchlaß iO wird die Kühlluft dann den zwischen der Außenfläche S des Rump ft eile s 1 und den Rsanpen 7 gelegenen Räumen zugeführt.

Die in Figur 4 dargestellte zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors entspricht der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß an-

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stelle der getrennten Haltekappen 5 eine ringförmige Platte 15 oder aus Eingteilen bestehende Platten vorgesehen sind, . die entsprechend den Hältekappen 5 dazu dienen, die Hülsen 3 auf den Jeweiligen Ansätzen -2 zu halten. Mittels dieser ringförmigen Platte 15 oder den Seilringplatten werden nach dem

zwei .--.".

Anbringen der Hülsen J auf den Ansätzen /. oder mehr am Umfang des Rumpfteiles aneinandergrenzende Ansätze 2 miteinander verbunden. Die Platte bzw. die Platten I5 bilden auch eine Ummantelung, welche die radial außen gelegene Grenze des-Arbeitsfluiddurchlasses zwischen den Schaufeln festlegt. Die Platte ader, die Platten 15 kann bzw. können an den radial außen gelegenen Enden.der Ansätze '2 durch Schweißen, beispielsweise mittels Elektronenstrahlschweißung, befestigt werden. Mit Ausnahme des Bezugszeichens 15 entsprechen alle" Bezugszeichen der Figur 4- den für gleiche leile verwendeten Bezugszeichon der Figuren 1 bis 3.

Die in Figur 5 dargestellte dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen liotors entspricht der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die Hülsen 3 enger auf den Ansätzen 2 sitzen, so daß zwischen Ansätzen und Hülsen kein Si>iel vorhanden ist. Stattdessen sind die Ansätze 2 hohl oder weisen sich in Axialrichtung der Ansätze erstreckende Durchlässe 16 auf. Die Durchlässe 16 stehen an ihren radial innen gelegenen Enden mit den zwischen den

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Rampen 7 "und der Außenfläche 8 des Rumpfteiles 1 ausgebildeten Räumen in Verbindung, und an ihren radial außen gelegenen Enden sind diese Durchlässe mit den Rillen 6 verbunden. Die Kühlluft strömt dabei in Richtung der Pfeile X¹. In «den Figuren 1 bis 3 und in Figur 5 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen» Anstelle von getrennten Haltekappen 5 können entsprechend der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform eine ringförmige Platte 15 oder teilringförmige Halteplatten vorgesehen sein.

- Patentansprüche -

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Claims (1)

1. Ί001635

   ,a t 6 nt a a s; ρ r ü Ch β

   i. Beeöhattf&lter Ector vom Axialtypj dadurch g e k e η η *- 2 e l~c Il net, daß j ede SciLaiifel aus einer offene Enden aufweisentien rohrföimiBen H-tilse 3 tsestent, die auf einem sicit im weseirtJiiQiaen Radial mm. Roiomwapi (1) erstreckenden ^agai/Z (2) ang&b5^QHt ist, daß geder Ansatg (2) radial ■übt3? das^ radial außen gelegene Eaäe der ταη um getragenen Hiilse i5) yorstent^ daß an dem radial amßen gelegenen Ende oe§.es Ansatzes eine^Haltelcappe (5) fcefestigt ist, daß sieh die Haltelcappe (5) über die Außenfläche des Ansatzes (2) nach außen erstre^jskt, um einen Ansclilag zu bilden, ■ der verhindert^ daß 0ichdie Hülse J während der Drehung dea Hötors aufgrund der Zentrifugalkraft auf dem Ansatz nach außen "bevfegt, daß jede Hülse eine Sclaauf elranpe ('/) aufweist, welche sich von dem radial innen gelegenen E?ide der Hülse entsprechend dem Umkreis nach außen erstreckt, und daß die Eampen von aiieiiiandergrenzendeii Hülsen in der Weise ZUsaamenarbeiten, daß die radial innen gelegene Wandung des Strömungsweges des Ärbeitsfluida Sviischen den festgelegt und außerdem die zwischen den Ängelegene Außenfläche des Eotorrumpfes von dem Ar— heitsfluid abgeschirmt vjirä» /" ^:

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   2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch g-e k e η u ζ e lehnet, daß jede Hülse (5) wit losem SiLs aui" dein jeweiligen Ansatz (2) angebracht ist und dadurch zwischen den aneinandergrense„don Fläche' cos Ansatzes und der Hülse ein Raum entsteht ux.d daß dieser Raum angrenzend on das radial innen gplegene Ende co::· Hülse m.t einer Dri'ckluftquelle zur Kühlung der Hülse v.::d Czz k^szszz'ii: und r-ugiOiizend an das radial außen gelegene -iirJ-e car Hülse nit dem Strömungsweg des Arbeitsfluicls sv/ischen den iSchaufeln in Verbindung stoht.

   >. Reter :::;CJu Anspruch 2, dadurch ge k e η η ζ ei c h η e t, c.zß dio radial außon golegene Stirnseite der Hülse (3), oder die radial iriue:! golegoi-o öti:.-:-_t-;oite der zugehörigen Iialte- ::app.; (^) o-'-.er jede dieser £>'^-;irrxseiuon mit Rillen (6) vereeLer. ic", ::.io Auslfißdurciigä^go bilden und gewährleisten, r^!."ß dio il'iiill'afr wi'Iireiicl des Boti'iets des Rotors, wenn die 1-ü.L-se au^grur^d dor Z^^-jrifugalrrafi: an der Haltekappe an-Iic-2'¹J, vci. i_-y/z st-~-v,::. i_. i.oi_ Sarönungsweg cos Arbeitsfluids i*lie£on I:ar,i-.

   •^:·-. Reter 2_r.oh A:. ,_r.;cL 2, dadurch gekennzeichnet, de£ da~ raiiai außer=, gelegene jSnde eix.er jeden Hülse mit Auslaß]."oli ;.·.τ_ Tars^e^ is J₁ die ein Aussurönen dor Kühlluft van ;:·»._ Ξ-.viscL-sr. der Hülse und ihrem ürägerguisstz ge-

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   1801635

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   5. Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4-, dadurch, g e k e η η s ei eh. net,- . daß.zwischen den Ramp en (?) "und der Außenfläche (8) des Rumpf teile s zwischen den Ansätzen (2) Räume ausgebildet sind, denen Kühlluft zugeführt, werden kann.,, und daß diese Räume mit den Räumen zwischen den Hülsen C3) und. den Ansätzen. (2) : in Verbindung stehen. - .- . ■

   6. Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis. 4, dadurch g e k e η ή ζ eic h η et, daß die Ansätze (2) hohl sind oder im Inneren mit Eühlluftdurcniässen (16) "versehen sind, welche mit- den Räumen zwischen den Hülsen und den Ansätzen durch Löcher in. Verbindung stehen., die in den Ansätzen angrenzend an-die radial innen gelegenen Enden dieser Ansätze vorgesehen sind. ■-.."'

   7. Rotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden dadurch g e Ic e η η ζ. e ic h η e t, " daß jjeder Ansatz (2) eine Haltekappe (5) trägt, die von den auf den anderen Ansätzen angebrachten Haltekappen getrennt ist.

   8. Rotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e Ic e η n ze ic h η et, daß eine von zwei · oder mehreren auf dem. Umfang aneinander grenz end angeordne'-

   . ten Ansätzen getragene Haltekappe (15) diesen Ansätzen ge-, meinsam ist und in Porm eines Ringes oder eines Teilringes

   ausgebildet ist. BAD

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   9. Rotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß jede Hülse einen aus dem gleichen Teil geformten und ausgehend vom äußeren Ende der Hülse kreisförmig verlaufenden Mantel aufweist und daß die Mantel der auf dem Umkreis aneinandergrenzenden Hülsen in der Weise zusammenwirken, daß ein ringförmiger, die radial außen gelegene Wandung des Strömungsweges des Arbeitsfluids festlegender Mantel gebildet wird.

   10, Rotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei c h η et, daß die Hülsen (3) aus einem keramischen oder einem anderen, einer hohen Arbeitstemperatur standhaltenden nichtmetallischen Material bestehen und daß der Rotorrumpf (1), die Ansätze (2) und die Haltekappen (3) aus Metall bestehen»

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