DE1963024A1

DE1963024A1 - Erosionsgeschuetzte Turbinenschaufel

Info

Publication number: DE1963024A1
Application number: DE19691963024
Authority: DE
Inventors: Jones David Geraint; Peter Roberts
Original assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Current assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Priority date: 1968-12-11
Filing date: 1969-12-11
Publication date: 1970-07-02
Also published as: GB1233730A

Description

196302A

ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LTD.

1 Stanhope Gate
London W. 1 / Großbritannien

Panzer/hd Erf.-Ur.: B I 69/147

Erosionsgeschützte Turbinenschaufel

Die Erfindung betrifft eine erosionsgeschützte, aus Werkstoffen verschiedener Erosionsbeständigkeit zusammengesetzte Turbinenschaufel.

In den Niederdruckstufen von Dampfturbinen unterliegen die Vorderkanten der Turbinenschaufeln infolge der Einwirkung von winzigen im Dampf enthaltenen Wassertropfen einer starken Erosion. Um diese Erosion zu verhindern hat man bisher eine Vielzahl von Schutzstücken eines erosionsbeständigen Materials nebeneinander an der Vorderkante in einer längs der Vorderkante in der Schaufel befindlichen Nut angeordnet. Diese Art des ErosionsSchutzes hat sich als unzulänglich erwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenschaufel anzugeben, die wirksam gegen Erosion an den Stellen der Schaufel geschützt ist, wo die Erosion besonders stark auftritt und die außerdem eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist.

009827/1342

·- 2 - B I 69/147

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Turbinenschaufel aus einem Grundkörper, einem keilförmig spitzzulaufenden Schutzstück und einem dreieckförmigen Teil derart zusammengesetzt ist, daß das keilförmig spitzzulaufende Schutzstück den mittleren Bereich der Vorderkante der Schaufel bildet, während das sich an das breitere Ende des keilförmig spitzzulaufenden Schutzstückes und den Grundkörper anschließende dreieckförmige Teil die vordere obere Ecke des Schaufelendes bildet, wobei das keilförmig spitzzulaufende Schutzstück aus erosionsbeständigerem Material besteht als der Grundkörper und das dreieckförmige Teil wiederum aus erosionsbeständigerem Material besteht als das keilförmig spitzzulaufende Schutzstück.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das dreieckförmige Teil aus einem inneren Teil und einem, äußeren Teil derart an weitgehend eben ausgeführten Grenzflächen zusammengesetzt, daß das innere Teil die Grundseite und das äußere Teil die Spitze des dreieckförmigen Teils bildet, wobei das äußere Teil aus erosionsbeständigerem Material besteht als das innere Teil sowie das keilförmig spitzzulaufende Schutzstück aus einem inneren Teil und einem äußeren Teil derart an weitgehend eben ausgeführten Grenzflächen zusammengefügt, daß das innere Teil mit einer eben ausgeführten Grenzfläche an den Grundkörper angefügt ist und das äußere Teil aus erosionsbeständigerem Material besteht als das innere Teil.

00982771342

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sämtliche Verbindungen zwischen den verschiedenen Teilen·der Schaufel mit ebenen Oberflächen aneinanderstoßende Verbindungen mit freiem Anfang und Ende sind. Dies vereinfacht die Aufgabe, die Teile miteinander zu verbinden, wesentlich. Außerdem ermöglichen derartige mit ebenen Oberflächen aneinanderstoßende Verbindungen die Anwendung der Elektronenstrahlschweißung. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel ist es, daß das Material, das am meisten erosionsbeständig ist, an der Stelle der Schaufel angeordnet werden kann, wo die stärkste Erosion zu erwarten ist, nämlich in der äußersten Ecke der Schaufel, die durch das Ende der Vorderseite und den benachbarten Teil der äußeren Endkante der Schaufel gebildet wird. Das dreieckförmige Teil in dieser Ecke der Schaufel ermöglicht eine stumpf aneinanderstoßende Verbindung mit dem Rest der Schaufel,ohne die Festigkeit der Schaufel in der Nähe einer zur Aufnahme eines Ringes befindlichen Bohrung zu beeinträchtigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel,

Fig. 2 einen Schnitt der in Fig. 1 dargestellten Schaufel entlang der Linie X-X,

009827/ 13 4 2

- 4- - B I 69/147

Fig. 3 eine Seitenansicht einer anderen erfindungsgemäßen Turbinenschaufel,

Fig. 4- eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Turbinenschaufel,

Fig. 5 einen Schnitt der in Fig. A- dargestellten Schaufel entlang der Linie T-X.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Turbinenschaufel dargestellt, die eine längs verlaufende Vorderkante 3 und eine nachfolgende längs verlaufende rückwärtige Kante 5 "besitzt und aus .einem Grundkörper aus Stahl 7 besteht, der von einem Schutzstück 9 und einem dreieckförmigen Teil 11 geschützt wird. Dabei ist der dreieckförmige Teil 11 erosionsbeständiger ausgeführt als das Schutzstück 9 und dies wiederum ist aus erosionsbeständigerem Material als der Stahl des Grundkörpers 7·

Zwei Seiten des dreieckförmigen Teils 11 liegen in der Flucht der vorderen Kante 3 und der sich seitlich erstreckenden Begrenzungskante 13 j während die dritte Seite des dreieckförmigen Teils 11 mit dem Rest der Schaufel entlang der Linie G-D verbunden ist. Das Schutzstück 9 besteht aus einem spitzzulaufenden Teil und bildet den Teil der vorderen Kante 3, der dem dreieckförmigen Teil 11 benachbart ist. Das breitere Ende des Schutzstückes 9 grenzt an das dreieckförmige Teil 11. Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, ist die Oberfläche des Schutzstückes 9 an der Vorderseite derart gekrümmt, daß sie sich kontinuierlich an die ebenfalls gekrümmte Oberfläche des Grundkörpers 7 anschließt. Das

009827/ 1342

Schutzstück 9 ist aus weicherem Material als das dreieckförmige Teil 11, da an der vorderen Kante der Schaufel weicheres Material aus mechanischen Gründen erwünscht ist.

Die längs der Linie A-B angrenzenden Oberflächen des Grundkörpers 7 und des mit diesem verbundenen Schutzstückes sind eben. In gleicher Weise sind die Oberflächen des dreieckförmigen Teils 11, des Schutzstückes 9 und des Grundkörpers 7 längs der Linie G-D eben ausgeführt. Im Grundkörper 7 ist ein Loch 15 zur Aufnahme eines in der !H¹IgUi¹ nicht dargestellten Verbindungsringes vorgesehen.

Gehärteter Stahl und Kobaltlegierungen stellen geeignete Werkstoffe für das Schutastück 9 und das dreieckförmige Teil 11 dar. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel ist es zweckmäßig, zunächst das Schutzstück 9 mit dem Grundkörper 7 mittels Elektronenstrahlschweißung au verbinden, nachdem diese an der Grenzfläche entlang der Linie A-B hinreichend eben geschliffen wurden. Danach werden die Grenzflächen des Grundkörpers 7 und des Schutzstückes 9 sowie des mit diesen zu verbindenden dreieckförmigen Teils 11 entlang der Linie c-D eben geschliffen und mittels Elektronenstrahlschweißung verbunden« Die derart hergestellte Turbinenachaufel wird danach einer Wärmebehandlung unterzogen.

In der Pig« 3 ist eine örfindungsgeinäBe Turbinenschaufel dargestellt, bei der das dreieckförmige Teil 11 einen zu sammengesetzten ki4fe°»t4 cu^u«·^ wA aus einem inneren

009827/13*2

- 6 - B I 69/147

Teil 11A sowie einem äußeren Teil 11B'besteht. Dabei besteht das innere Teil 11A aus einem erosionsbeständigeren Werkstoff als das Schutzstück 9 und das äußere Teil 11B aus erosionsbeständigerem Material als das innere Teil 11A. Die Grenzflächen des inneren Teils 11A, des Schutzstückes und des Grundkörpers 7 längs der Linie C-D sind eben ausgeführt, ebenso die Grenzfläche längs der Linie E-F zwischen dem inneren Teil 11A und dem äußeren Teil 11B. Zur Herstellung der Turbinenschaufel wird zunächst der Grundkörper 7 mit dem Schutzstück 9 verschweißt, wie es zuvor beschrieben wurde. Danach werden die Oberflächen des inneren Teils 11A sowie des Schutzstückes 9 und des Grundkörpers die entlang der Linie G-D zu verbinden sind, eben geschliffen und mittels Elektronenstrahlschweißung verbunden. Die Oberflächen des inneren Teils 11A und des äußeren Teils 11B, die entlang der Linie E-F zu verbinden sind, werden danach eben geschliffen und mittels Elektronenstrahlschweißung verbunden.

In den Figuren 4 und 5 ist eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel dargestellt, bei der das Schutastück 9 einen zu-? sammengesetzten Aufbau aufweist. Es besteht aus einesi inneren Schutzstück 9A und einem äußeren Schutsstück 9B, wobei das innere Schutzstück 9A aus einem erosionsbeständigeren Werkstoff besteht als der Grundkörper 7 und das äußere Schutzstück 9B wiederum aus einem erosionsbeständigeren Werkstoff besteht als das innere Schutzstück 9A.

9827/1342

Die angrenzenden Oberflächen des inneren SchutzStückes 9A und des Grundkörpers 7, die längs der Linie A-B verbunden sind, sind weitgehend eben ausgeführt, ebenso sind die angrenzenden Oberflächen des inneren Schmtzstückes 9A und des äußeren Schutzstückes 9B, die längs der Linie G-H zu verbinden sind, weitgehend eben ausgeführt. Wie aus der S¹Ig. 5 zu ersehen ist, sind die Oberflächen des inneren Teils 9A und des äußeren Teils 9B, die die Vorderkante 3 bilden, derart gekrümmt, so daß sie sich kontinuierlich der gekrümmten Oberfläche des Grundkörpers 7 anpassen.

Das dreieckförmige Teil 11 besteht aus einem erosionsbeständigeren Material als das äußere Schutzstück 9B und ist mit dem Rest der Schaufel verbunden. Die Oberfläche des dreieckförmigen Teils 11, des Grundkörpers 7» cLes inneren Schutzstückes 9A und des äußeren Schutzstückes 9B, die aneinandergrenzen", sind längs der Linie C-D miteinander verbunden und weitgehend eben ausgeführt. Bei der Herstellung werden sämtliche Verbindungen längs den Linien A-B, G-H und 0-D mittels Elektronenstrahlschweißung ausgeführt.

In einer weiteren Ausführungsform, die in den Figuren nicht dargestellt ist, weist das dreieckförmige Teil 11 der Schaufel nach den Figuren 4- und 5 ebenfalls einen zusammengesetzten Aufbau auf entsprechend dem dreieckförmigen Teil 11 nach der Fig. 3·

7 Seiten Beschreibung

5 Patentansprüche

1 Blatt Zeichnungen mit 5 Figuren

009827/1342

Claims

ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LTDi

1 Stanhope Gate
London W. 1 / Großbritannien

Panzer/hd Erf.-Nr.: B I 69/147

Patentansprüche

rosionsgeschützte, aus Werkstoffen verschiedener Erosionsbeständigkeit zusammengesetzte Turbinenschaufel, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenschaufel (1) aus einem Grundkörper (7), einem keilförmig spitzzulaufenden Schutzstück (9) und einem dreieckförmigen Teil (11) derart zusammengesetzt ist, daß das keilförmig spitzzulaufende Schutzstück (9) den mittleren Bereich der Vorderkante (3) der Schaufel bildet, während das sich an das breitere Ende des keilförmig spitzzulaufenden Schutzstückes (9) und den Grundkörper (7) anschließende dreieckförmige Teil (11) die vordere obere Ecke des Schaufelendes bildet, wobei das keilförmig spitzzulaufende Schutzstück (9) aus erosionsbeständigerem Material besteht als der Grundkörper (7) und das dreieckf örmige Teil (11) wiederum aus erosionsbeständigerem Material besteht als das keilförmig spitzzulaufende Schutzstück (9)·

009827/1342

g B I 69/147
2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dreieckförmige Teil (11) aus einem inneren Teil (11A) und einem äußeren Teil (11B)derart an weitgehend eben ausgeführten Grenzflächen zusammengesetzt ist, daß das innere Teil (11A) die Grundseite und das äußere Teil (11B) die Spitze des dreieckförmigen Teils (11) bildet, wobei das äußere Teil (11B) aus erosionsbeständigerem Material besteht als das innere Teil (11A).
3. Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das keilförmig spitzzulaufende Schutzstück (9) aus einem inneren Teil (9A) und einem äußeren Teil (9B) derart an weitgehend eben ausgeführten Grenzflächen zusammengefügt ist, daß das innere Teil (9A) mit einer eben ausgeführten Grenzfläche an den Grundkörper (7) angefügt ist und das äußere Teil (9B) aus erosionsbeständigerem Material besteht als daa innere Teil
4. Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das keilförmig spitzzulaufende Schutzstück (9) aus weniger zähem Material besteht als das dreieckförmige Teil (11).
5. Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eben ausgeführten Grenzflächen mittels Elektrcnen3trahlschweißung verbunden sind.

009827/1342

Leerseite