DE1816308A1

DE1816308A1 - Small turbine for turbo pumps

Info

Publication number: DE1816308A1
Application number: DE19681816308
Authority: DE
Inventors: Singelmann Dipl-Ing Dietrich E
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1968-12-21
Filing date: 1968-12-21
Publication date: 1970-07-02

Description

Kleinturbine für Turbopumpen Die Erfindung bezieht sich auf eine radial durchstrolnte Kleinturbine, insbesondere für Turbopumpen von Raketentriebwerken.Small turbine for turbo pumps The invention relates to a radial Infused small turbine, especially for turbo pumps in rocket engines.

Da derartige Turbinen, wenn es sich um Nebenstromtriebwerke handelt, ein großes Wärmegefälle zu verarbeiten haben, wurde vorgeschlagen, sie in Curtis-Bauweise mit axial beaufschlagten Geschwindigkeitsstufen auszuführen.Since such turbines, when it comes to bypass engines, To have to handle a large heat gradient, it has been suggested to use the Curtis construction method to be carried out with axially loaded speed levels.

Dabei ergab sich jedoch der große Nachteil, daß Curtis-Rader nur unter erheblichem Kostenaufwand herzustellen sind, da Jede Laufschaufel einzeln in der Gußform fixiert werden muß.However, there was the great disadvantage that Curtis-Rader was only under produce considerable expense are there every blade must be fixed individually in the mold.

Bekannt sind einstufige Radialturbinen mit einseitig offenen Rotoren, die kostensparend herzustellen sind und ein geringes Baugewicht ergeben; der erreichbare llirkurgsOred solcher Turbinen ist aber bei hohem zu verarbeitenden Gefälle und der dadurch entstehenden großen Ventilationsverluste nicht immer zufriedenstellend. Single-stage radial turbines with rotors open on one side are known, which are inexpensive to manufacture and have a low overall weight; the achievable llirkurgsOred of such turbines is however to be processed with high gradient and the resulting large ventilation losses are not always satisfactory.

Darüberhinaus ist eine mehrstufige Turbine für Dampf und andere elastische Treibmittel benannt, deren Trommeiläufer aus mehreren axial hintereinander geschalteten, zweistufigen, radial durchströmten Laufrädern zusammengesetzt ist, die auf beiden Stirnseiten der Radscheibe symmetrisch zur Scheibenmittelebene jeweils einen Schaufelkranz aufweisen (deutsche Patentschrift 170 535). Dabei handelt es sic um vergleichsweise große Läufer für stationäre Anlagen, bei denen die Schaufelbefestigung mittels in Ringnuten gehaltenen Profilfüßen der Schaufeln erfolgt. Durch die Mehrstufig-Xeit dieser bekannten Turbinen wird der Herstellungsaufwand relativ groß, da für jede Doppelstufe zwei Umlenkkanäle angeordnet werden müssen und zwar einer radial außerhalb der Schaufelkränze, der andere innerhalb. ußerdern ist die bezeichnete, herkömmliche Art der Schaufelbefestigung ziemlich aufwendig. In addition, a multi-stage turbine for steam and other is elastic Propellant named, the drum rotor of which consists of several axially connected, two-stage, radial flow impellers is composed on both Front sides of the wheel disk each have a blade ring symmetrically to the disk center plane have (German patent specification 170 535). These are comparative large runners for stationary systems where the blade attachment is made using in Profile feet of the blades held by annular grooves. Due to the multi-stage Xeit These known turbines, the production cost is relatively large, as for each Double stage two deflection channels must be arranged, one radially outside the blade rings, the other inside. In addition, the designated, conventional Type of blade attachment quite complex.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kleinturbine zu schaffen, die ein großes zur Verfügung stehendes Gefälle nutzbringend und mit gutem Wirkungsgrad verarbeitet, dabei ein sehr niedriges Baugewicht aufweist, da sie in einen Flugkörper eingebaut werden soll und die vor allem besonders niedrige Herstellungskosten bedingt. The object of the present invention is to create a small turbine, which have a large available gradient usefully and with good efficiency processed, it has a very low structural weight, since it is in a missile is to be installed and which, above all, requires particularly low manufacturing costs.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine Turbine eingangs genannter Art vorgeschlagen, die durch eine@ seiner äußeren Form nach vorbekannten mehrstufigen Rotor mit auf beiden Stirnseiten der hotorscheibe symmetrisch zur Scheibermittelebene angeordneten Schaufelkränzen gekennzeichnet ist, deren Schaufeln von zur Rotorachse parallelen Flächen gebildet werden oder die sich von der Scheibenebene aus in axialer Richtung verjüngen, so daß der fertige Rotor ohne Anwendung von Kernen als Gußteil herstellbar ist. To solve this problem, a turbine is provided according to the invention at the beginning proposed by a @ its external shape according to previously known Multi-stage rotor with both ends of the rotor disk symmetrically to the disk center plane arranged blade rings is characterized, the blades of the rotor axis parallel surfaces are formed or which extend axially from the plane of the disk Taper direction so that the finished rotor without the use of cores as a casting can be produced.

Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß durch entsprechende Gestaltung der Rotorschaufeln ein selner makroskopischen Form nach aus dem Dampfturbinenbau bekannten mehrstufiges Laufrad so billig herzustellen ist, daß es für eine Kleinturbine anwendbar wird, und daß hierdurch ein ho@es Stufengefälle verarbeitet werden kann, wobei gleichzeitig @@@ Forderung nach geringst möglichem Gewicht erfüllt wird.The main advantage of the invention is that by appropriate Design of the rotor blades in a macroscopic form based on the construction of steam turbines known multi-stage impeller is so cheap to manufacture that it is suitable for a small turbine becomes applicable, and that a high gradual gradient can be processed as a result, whereby @@@ requirement for the lowest possible weight is met at the same time.

Für den gennnter Anwendungsfall kommen vor @@@@fterweise als Laufschaufeln Gleichdruckschaufern in Frage, die @@@ um eine parallel zur Rotorachse stehende Raumachse gekrümt sind.For the mentioned application, @@@@ often come before as rotor blades Equal pressure vanes in question, the @@@ around a parallel to the rotor axis The spatial axis are curved.

Durch die Erfindungsgemäße Ausbildung der Laufschaufeln ist es möglich, den Rotor ohne Anwendung von Kernen als @@rtigteil zu vergieder, wobei bei entsprechender Güte des Gute@ keinerlei mechanische Nachteileitung der Schaufelpartie notwendig ist.The inventive design of the blades, it is possible to forge the rotor as a component without the use of cores, whereby with the appropriate Quality of the good @ no mechanical disadvantageous conduction of the blade section necessary is.

Für Fälle, in denen die Schaufeln aufgrud besonders wobei geforderter estigkeit aus den Vollen gefrächt werden sollen, ergibt sich der Vorteil, daß das Fräsen der eine konstante Kanalweite aufweisender Schaufelkanäle in einen einzigen Arbeitsgang mit Hilfe von auf beide Seiten gleichzeitg arbeitenden Schaftfräsern erfolg@n kann.For cases in which the shovels ongrud particularly being demanded strength should be worked out from the full, there is the advantage that the Milling of the blade channels with a constant channel width in a single one Operation with the help of end mills working on both sides at the same time success @ n can.

In weiterer Ausgestaltung der Kleinturbine wird diese durch innerhalb des einen Laufschaurelkranzes tangential angeordnete Frischgasdüsen teilbeaufschlagt. Diese Maßnahme dient in vorteilhafter Weise der guten Anpassungsfähigkeit an verschiedene Belastungszustände und ermöglich ferner eine Raum und Gewicht sparende Bauweise für die Turbine.In a further refinement of the small turbine, it is through within of the tangentially arranged fresh gas nozzles is partially acted upon. This measure is used in an advantageous manner for good adaptability to different Load conditions and also enables a space and weight-saving design for the turbine.

Schließlich sollen nach einem Vorschlag der Erfindung die nahezu ebenen Urn}-cehrleitschaufeln in das Turbinengehäuse eingegossen werden. Auch diese Maßnahme ist dazu geeignet, die Herstellungskosten und das Gewicht der Turbine niedrig zu halten, da die Leitschaufeln vor dem Vergießen als schwach verwundene Blechschaufeln leicht und billig herstellbar sind.Finally, according to a proposal of the invention, the almost flat Urn} -cehrleitschaufeln be cast into the turbine housing. Also this measure is capable of making the manufacturing cost and the weight of the turbine low hold, since the guide vanes are slightly twisted sheet metal vanes before potting are easy and cheap to manufacture.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.

Es zeigen: Figur 1 einen Meridian-Schnitt einer Turbopumpe mit einer erfindungsgemäßen Kleinturbine, Figur 2 einen Schnitt nach der Linie I-I der Figur 1.The figures show: FIG. 1 a meridian section of a turbo pump with a Small turbine according to the invention, Figure 2 shows a section along the line I-I of the figure 1.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, besteht die Turbopumpe aus einem zweiteiligen Gehause la, 1b, in dem der Pumpenläufer 2 und der Turbinenläufer 3 auf einer gemeinsamen Welle 4 gelagert sind. Der Turbinenläufer 3 trägt symmetrisch zur Läuferscheibe 3a im Bereich des Außenumfanges auf jeder Seite einen aus Gleichdruck-schaufeln 3b besttlenden Schaufelkranz.As can be seen from Figure 1, the turbo pump consists of a two-part Housing la, 1b, in which the pump rotor 2 and the turbine rotor 3 on a common Shaft 4 are mounted. The turbine rotor 3 carries symmetrically to the rotor disk 3a in the area of the outer circumference on each side one of constant pressure blades 3b confirming the blade ring.

Die Frischgaseinlaßöffnungen sind mit 5 bezeichnet. Im Außenumfang des Gehäuses la sind Umkehrleitschaufeln 6 eingegossein. Das Abgasrohr der Turbine ist mit 7 bezeichnet.The fresh gas inlet openings are denoted by 5. In the outer circumference of the housing la reversing guide vanes 6 are cast. The turbine exhaust pipe is denoted by 7.

Der in der Figur 2 gezeigte Schnitt der Turbine veranschaulicht die tangentiale Anordnung der Frischgasdüsen 8, sowie den Querschnitt der verwendeten Gleichdruckschaufeln 3b.The section of the turbine shown in Figure 2 illustrates the tangential arrangement of the fresh gas nozzles 8, as well as the cross section of the used Constant pressure blades 3b.

Auch die geringe Verwindung der Umkehrleitschaufeln 6 ist in diesem Schnitt angedeutet.The slight twisting of the reversing guide vanes 6 is also present in this Section indicated.

Bei Beaufschlagung der Turbine strömt das Frischgas in Richtung der gezeichneten Pfeile zunächst durch die Frischgasdüsen 8 und die Einlaßöffnungen 5 radial von innen nach außen in die von den Turbinenschaufeln 21 gebildeten Schaufelkanäle'der ersten Stufe. Dort wird es unter Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit stark umgelenkt und gelangt durch die von den Umkehrschaufeln 6 gebildeten halbkreisförmigen Kanäle in die zweite Stufe, die radial von außen nach innen durchströmt wird. Anschließend verläßt das entspannte Gas die Turbine durch den Auslaßkanal 7.When the turbine is pressurized, the fresh gas flows in the direction of the arrows drawn initially through the fresh gas nozzles 8 and the inlet openings 5 radially from the inside to the outside into the blade channels formed by the turbine blades 21 first stage. There it becomes strong and the flow velocity is reduced deflected and passes through the semicircular formed by the reversing blades 6 Channels in the second stage, through which the flow radially from the outside to the inside. Afterward the expanded gas leaves the turbine through the outlet channel 7.

Durch die symmetrisch zu beiden Seiten der Turbinenscheibe angeordneten Laufschaufeln 3b und die Krümmung der Laufschaufeln nur um eine Raumachse, die parallel zur Rotorachse 9 steht, kann der Läufer ohne Verwendung von Kernen als fertiges Gußteil hergestellt werden, und zwar wird man ihn vorteilhafterweise so einformen, daß die Scheibenmittelebene 3m als Teilebene zwischen Ober- und Unterkasten einer Gießform dient.Due to the symmetrical arrangement on both sides of the turbine disk Rotor blades 3b and the curvature of the rotor blades only about a spatial axis that is parallel to the rotor axis 9, the rotor can be finished without the use of cores Cast part are produced, and it will advantageously be molded in such a way that that the disk center plane 3m as a sub-plane between the upper and lower box one Casting mold is used.

- - Patent ansprüche - - - Patent claims -

Claims

Claims 1. Small turbine with radial flow, in particular for turbo pumps of rocket engines, g e k e n n n z e i c h -n e t by one the outer shape according to known multi-stage rotor with on both ends of the Blade rings arranged symmetrically to the disc plane, their blades are formed by surfaces parallel to the rotor axis or which extend from the plane of the disk taper off in the axial direction, so that the finished rotor without the use of cores can be produced as a casting.

2. Turbine according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the blades are constant pressure blades.

3. Turbine according to claims 1 and 2, characterized g e k e n n -z e i c h n e t that they are arranged tangentially within the one rotor blade ring Fresh gas nozzles is partially pressurized.

4. Turbine according to claims 1 to 3, characterized g e -k e n nz e i c h n e t that the nearly flat reversing guide vanes are cast into the turbine housing are.

L e r s e i t e