DE1808069A1

DE1808069A1 - Laufrad mit gekuehlten oder ungekuehlten Laufschaufeln

Info

Publication number: DE1808069A1
Application number: DE19681808069
Authority: DE
Inventors: Georg Kandler; Georg Klass
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1968-11-09
Filing date: 1968-11-09
Publication date: 1970-08-06
Also published as: FR2022952A1; GB1258837A

Description

München, den 4.November 1968

"Laufrad mit gekühlten oder ungekühlten Laufschaufeln"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad mit gefühlten oder ungekühlten Laufschaufeln einschließlich Einrichtungen zur Befestigung der Laufschaufeln sowie zur Befestigung und Kühlmittelzuführung vom Laufrad in die Laufscnaufein.

Es ist bereits bekannt, die Laufschaufeln bei Strömungsmaschinen stumpf auf die Radscheiben aufzuschweißen. Es ist weiter bereits bekannt, Laufschaufeln mittels eines Tannenbaumfußes, T-Fußes oder Hammerkopf-Fußes ausgestattet, in axial oder tangential im Laufrad angeordneten Nuten zu befestigen.

Die genannten Befestigungsarten der Laufschaufeln sind insbesondere bei hochtourigen Strömungsmaschinen, infolge der auf die Schaufeln einwirkenden hohen Zentrifugalkräfte, nur bedingt anwendbar.

Darüber hinaus verursachen die erwähnten, bekannten Schaufelfußausbildungen unzulässig hohe Spannungen, die nicht selten zu Schaufelbrüchen oder Beschädigungen des Laufrades führen.

Ferner verlangen die genannten Schaufelfußausbildungen, ins-

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besondere zum Zwecke der Kühlmittelzuführung vom Laufrad über den Schaufelfuß in die Schaufel, eine komplizierte. Herstellungsweise derselben.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Nachteile, bei den genannten, bekannten Schaufelbei'estigungen für gekühlte oder ungekühlte Laufschaufeln am Laufrad, zu beseitigen und eine formschlüssige Schaufelbefestigung zu schaffen, welche den bei hochtourigen Strömungsmaschinen auf die Schaufeln einwirkenden hohen Fliehkräften gewachsen ist. Ferner soll die Kühlmittelzuführung zur bzw. in die Scnaufel sowie die Schaufel selbst einen gegenüber bekannten Lösungen geringeren Herstellungsaufwand erfordern.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung hauptsächlich vor, daß die Laufschaufeln in mit in Form des Schaufelfußprofiles ausgestattete Einsenkungen des Laufrades eingesetzt mit diesem verlötet sind.

Das Schaufelfußprofil kann hierbei lediglich mit einem kurzen Fuß in der Form des Schaufelprofiles in eine Einsenkung eingesetzt sein, welche den Schaufelfuß vollkommen umschließen soll.

Die endgültige Befestigung der Schaufeln in den Einsenkungen kann durch Hochtemperatur-Löten erfolgen. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß man bei der Wahl des Schaufelwerkstoffes

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und der Wahl des Befestigungsmittels der Scnaufel auf die Lötbarkeit zu achten hat. Das Lötverfahren ist für die Anwendung der Erfindung besonders geeignet, da auf diese '-/eise eine Vielzahl von Werkstoffpaarungen möglich ist. Darüber hinaus ist das Löten für die Anwendung der Erfindung besonders geeignet, da in der Lötnaht die Schaufelfliehkraft in Form von Schubspannungen aufgenommen werden kann, welche infolge Elastizität der Lötnaht gehalten werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die iSinsenkungen in einem mit dem Laufrad zu verschweißenden Zwischenring anzuordnen.

Es können auf diese V/eise Laufrad und Zwischenring getrennt voneinander gefertigt werden.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, .lie Senaufelr. in der.

Zwischenring einzusetzen und diesen darauf folgend mit dem Laufrad zu verschweißen oder zunächst der: Zwischenring .mit dem Laufrad zu verschweißen und hiernach die Scnaufeln in die Einsenkungen des Zwischenringes einzusetzen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sollen die Sinsenkungen mit einem das Fußprofil einer jeden Schaufel umschließender. Pund ausgestattet sein.

Dieser. Bund ermöglicht einen festen Sitz der Scnaufel. Ss besteht hierzu die Möglichkeit, der: in die Einsenkung einzusetzenden kurzen FuS der Scr.aufei ebenfalls mit einem umlaufender,, dem Schaufelprofil angepaßten Buna auszustatten.

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Erfindungsgemäß wird hierzu weiter vorgeschlagen, den Zwischenring aus mehreren, am Umfang eines Laufrades aneinandergefügten Segmenten zu bilden.

Zwei aneinandergefügte Segmente können hierbei jeweils einen Schaufelfuß umschließen.

Andererseits bietet die Aufteilung des Zwischenringes in Segmente auch die Möglichkeit, aus aneinandergereihten Segmenten bestehende und mit Scnaufeln bestückte Schaufelteilkränze herzustellen, und diese zur Bildung eines geschlossenen Schaufelkranzes mit dem Laufrad zu verschweißen.

Um bei Anwendung von gekühlten Laufschaufeln neben einer geeigneten Befestigung sowohl eine intensive Kühlung des Schaufelfußes als auch die Kühlmittelzuführung in die Scnaufel zu gewährleisten, schlägt die Erfindung weiter vor, daß zwischen den Schaufelfußenden und den Böden der Einsenkungen über Bohrungen des Laufrades mit Kühlluft beaufschlagbare Zwischenräume angeordnet sind.

Für eine weitere zweckmäßige Art der Befestigung und Kühlung der Laufschaufeln schlägt die Erfindung schließlich einen gemeinsamen Ringkanal vor, welcher durch coaxial zur Laufrad-

längsmittelachse angeordnete Nuten des Zwischenringes und des Laufrades beim Verschweißen der letzteren miteinander entsteht und welcher über Bohrungen innerhalb des Laufrades und in dessen beiden gekröpften Enden mit Kühlluft für die Laufschaufeln beaufschlagbar ist.

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Es besteht auch hier die Möglichkeit, den Ringkanal für die Kühlluftzuführung in üit Schaufel durch aneinanderfügen von Einzelsegmenten zu bilden oder durch einen geschlossenen, mit Schaufeln bereits bestückten Zwischenring durch Verschweißen mit dem Laufrad zu bilden.

An Hand einiger Ausführungsformen in den Zeichnungen ist die Erfindung nachfolgend, beispielhaft, im einzelnen weiter erläutert; in den Zeichnungen ist

Fig. 1 die seitliche Ansicht einer ungekühlten Laufschaufel mit Befestigung an einem abgebrochen dargestellten Laufradende, in einer ersten Ausführung sform,

Fig. 2 die Ansicht eines mit mehreren Laufschaufeln nach Pig. I bestückten Laufradabschnittes von oben,

Fig. 3 die seitliche Ansicht einer gekühlten Laufschaufel mit Befestigung an einem abgebrochen dargestellten Laufradende sowie mit Einrichtungen zur Kühlmittelversorgung der Schaufel in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 4 die Ansicht eines mit Laufschaufeln nach Fig. 3 bestückten Laufradabschnittes von oben,

Fig. 5 die Schnittansicht nach der Linie I - I der Fig. 4 eines mit Laufschaufeln in der Befestigungsart nach Fig. 3 bestückten Laufradabschnittes,

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Fig. β die seitliche Ansicht einer ungekühlten Laufschaufel mit Befestigung an einem abgebrochen dargestellten Laufradende in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 7 die seitliche Ansicht e ner gekühlten Laufschaufel, einschließlich deren Befestigung und Kühlmittelzuführung an einem abgebrochen dargestellten Laufradende, in einer zweiten Ausführungsform,

fe Fig. 8 die seitliche Ansicht einer Laufschaufel ein

schließlich deren Befestigung und Künlrnittelzuführung an einem abgebrochen dargestellten Laufradende , in einer dritten Ausführungsform und Fig. 9' eine Schnittansicht eines entlang der Linie II-II der Fig. 8 eines mit mehreren in der Ausführung nach Fig. 8 bestückten Laufradabschnittes.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist die Laufschaufel 2 hier mit einem kurzen Fuß, 1 welcher lediglich eine Verlängerung der

^F Schaufel darstellt, in die Einsenkung 4 des Laufrades 5 eingesetzt ,Innerhalb der Einsenkung 4 ist die Laufschaufel 2 mit dem Laufrad verlötet.

Die Figuren ^ bis 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbei spiel für gekühlte Laufschaufeln 6.

Abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind in den Figuren 3 bis 5 die Laufschaufeln 6 jeweils in Einsenkungen 7 eines Zwischenringes 8 eingesetzt. Wie aus den Figuren 3 und 5 ersichtlich, ist der Zwischenring 8 mit dem Laufrad 9 an den Stellen Io und 11 verschweißt. Der Zwischenring 8 ist

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ferner mit einer coaxial zur Laufradachse (nicht dargestellt) angeordneten Nut 12 ausgestattet, welche deckungsgleich ist mit einer im Laufrad 9 befindlichen Nut 13. Die Nuten 12, \J> bilden im zusammengeschweißten Zustande des Zwischenringes 8 mit dem Laufrad 9 einen über die Bohrungen 14, 15 und 16 des Laufrades mit Kühlmittel zu beaufschlagenden Ringkanal, Von diesem Ringkanal aus gelangt das Kühlmittel in die hohlen Laufschaufeln 6. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Laufschaufeln 6 lediglich mit einem kurzen Fuß 3¹ als Verlängerung der Schaufel in die Einsenkungen 7 eingesetzt und mit dem Zwischenring 8 verlötet. Die Lötstellen sind aus Figur 5 ersichtlich und durch das Bezugszeichen 17 markiert.

Wie aus den Figuren 4 und 5 weiter erkennbar ist, besteht hier der Zwischenring 8 aus aneinandergefügten Se^r-nten a, b, c, d, e, zwischen jeder Laufschaufel 6. Die Stoßkanten der Segmente des Zwischenringes sind mit l8 in den Figuren 4 und 5 bezeichnet.

Figur 6 veranschaulicht eine ungekühlte Laufschaufel 19, welche in Abweichung von den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 5 am Schaufelfußende einen Bund 2o aufweist. Das mit einem Bund ausgestattete Schaufelfußprofil wird jeweils von einem weiteren Bund 21 des mit dem Laufrad 22 verschweißten Zwischenringes 2J> fest umschlossen. Hinsichtlich dieser Befestigungsart sind die weiteren Ausführungsformen nach den Figuren 7, 8 und 9 mit dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 identisch.

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Figur 7 weicht von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 dahingehend ab, daß die Laufschaufel 24 zu Kühlzwecken innen hohl ausgebildet sein soll und über eine das Laufrad 25 und den darauf aufgeschweißten Zwischenring 26 durchgehende Bohrung mit Kühlmittel beaufschlagbar ist. Wie aus Figur 7 erkennbar und in gleicher Ausführungsart auch den Figuren 8 und 9 zugehörig, befindet sich jeweils zwischen der Unterkänte am Schaufelfußende und dem Boden einer jeden zu einer Laufschaufel ⁽24 τ , gehörigen Einsenkung ein über die Bohrung 27 (Fig. J), bzw. 27" (Fig. 8) mit Kühlmittel beaufschlagbarer Ringspalt 28 (Fig.. 9), mit dessen Wirkung, neben dem Zwecke der Kühlmittelbeaufschlagung der Schaufel, der Schaufelfuß gleichmäßig gekühlt werden kann.

Figur 8 weicht von dem Ausführungsbeispiel der Fig. J lediglich dahingehend ab, daß ein von coaxial zur Laiifradachse (nicht dargestellt) angeordneten Nuten des Zwischenringes 2β⁴ und des Laufrades 25' gebildeter Ringkanal 29 vorgesehen ist, dem vom Laufrad 25^f über Bohrungen 27^f, 3o und 31 das Kühlmittel zugeführt wird, von wo es über den Ringspalt 28 (Flg. 9) in die Laufschaufeln gelangt. Auch hier ist der Zwischenring 26' in einzelne Segmente h, k, 1, m, n, fortlaufend zwischen den Laufschaufeln 24 aufgeteilt. Die Lätetellen 24 am Zwischenring 2β^? sind mit 32 bezeichnet. Eine Schweißnaht 33 zur Verbindung des Zwischenringes 26' mit dem Laufrad 25" ist aus den Fig, 8 und ersichtlich. Die zu den Segmenten h, k, 1, m, η gehörigen Stoßfugen sind mit 34 bezeichnet (Pig» 9)»

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Als Kühlmittel für die Laufschaufeln der Figuren 3 bis 9 kann beispielsweise - in den Zeichnungen nicht weiter dargestellt - vom Verdichter eines Gasturbinentriebwerk abgezapfte Luft angewendet werden.

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Claims

M.AeN. TURBO GMBH.

AO

München, den 4„ November 1968

Patentansprüche

|k 1. Laufrad mit gekühlten oder ungekühlten Laufschaufeln einschließlich Einrichtungen zur Befestigung der Laufschaufeln sowie mit Einrichtungen zur Befestigung und zur Kühlmittelzuführung vom Laufrad in die Laufschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln in mit in Form des Schaufelfußprofiles ausgestattete Einsenkungen des Laufrades eingesetzt mit diesem verlötet sind.
2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein-Senkungen in einem mit dem Laufrad zu verschweißenden Zwischenring angeordnet sind.
j5. Laufrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsenkungen mit einem das Pußprofil einer jeden
Schaufel umschließenden Bund ausgestattet sind.
4. Laufrad nacn den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring aus mehreren am Umfang eines Laufrades

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aneinandergefügten Segmenten besteht.
5. Laufrad nach den Ansprüchen 1 bis 4, mit gekühlten Laufschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schaufelfußenden und den Böden der Einsenkungen über Bohrungen des Laufrades mit Kühlluft beaufschlagbare Zwischenräume angeordnet sind.
6. Laufrad nach den Ansprüchen 1 bis 5> mit gekühlten Laufschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit den Einsenkungen in Verbindung stehender Ringkanal vorgesehen ist, welcher durch coaxial zur Laufradlängsmittelachse angeordnete Nuten des Zwischenringes und des Laufrades beim Verschweißen der letzteren miteinander entsteht und welcher über Bohrungen innerhalb des Laufrades und in dessen beiden gekröpften Enden mit KühlIuf. für die Laufschaufeln beaufscnlagbar ist.

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