DE2502613C3 - Berstschutzvorrichtung für"·"1«« Rotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Berstschutzvorrichtung für hochtourige Rotoren mit einem äußeren Schutzring, der mit einem Futter ausgekleidet ist.

Eine solche Berstschutzvorrichtung ist aus der DE-OS 14 26 808 unter der Bezeichnung »Fangvorrichtung für ein Turbinenrad« bekannt geworden. Die wesentliche Lehre dieser Druckschrift besteht darin, einen hochtourig umlaufenden Rotor mit einem dickwandigen Schutzring zu umgeben, wobei der Schutzring ein Futter aufweist, das aus einem weichen Werkstoff mit niedrigem Schmelzpunkt besteht Der Mechanismus dieser Berstschutzvorrichtung beruht darauf, daß bei einem Bruch des Turbinenrads die Bruchstücke, die mit sehr hoher Geschwindigkeit auf das Futter auftreffen durch ihren Energieinhalt ein örtliches Aufschmelzen des Futterwerkstoffs bewirken und somit in das Futter eindringen, dabei kinetische Energie verlieren, und so die örtliche Aufheizung und damiv die Aufschmelzung zum Stillstand kommt, so daß die Bruchstücke im Futter festgehalten werden. Dieser Mechanismus setzt voraus, daß, nicht nur um eine ausreichende Schutzwirkung zu erhalten, der äußere Schutzring sehr dick ausgeführt sein muß, sondern daß auch das Futter eine relativ große Dicke aufweisen muß, um ein entsprechendes Eindringen der Bruchstücke zu ermöglichen. Aufgrund dieser großen panzerartigen Materialstärken weist die bekannte Fangvorrichtung ein unverhältnismäßig hohes Gewicht auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Berstschutz zu schaffen, der im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen der vorbeschriebenen Art leichter und dünnwandiger ist, wobei er gleichzeitig große Mengen kinetischer Energie aufnehmen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Futter einer gattungsgemäßen Berstschutzvorrichtung aus einer Keramikwand besteht, während der äußere Schutzring durch einen vergleichsweise dünnen Blechmantel gebildet ist

Beim Bersten eines Rotors wird diese beispielsweise rohrförmige Keramikwand in eine große Anzahl sehr kleiner Teilchen zersplittert, wobei die Auftreffenergie vorwiegend in Zerkleinerungsenergie umgesetzt und mehr mechanische Energie vernichtet wird als durch eine gleich schwere Metallwand. Ein solcher Berstschutz kann ein bis zu 65 % geringeres Gewicht und entsprechend geringere Wandstärke aufweisen als ein herkömmlicher Berstschutz. Ein weiterer Vorteil sind

ίο die besseren Dämpfungseigenschaften eines solchen Berstschutzes gegenüber den bekannten mit Metallpanzern versehenen Einrichtungen.

Zwar ist es dem Stand der Technik (vergleiche DE-OS 22 55 792) bekannt, Keramikmaterial als Gehäuseauskleidung für Turbinen zu verwenden. Diese Anwendung erfolgt jedoch ausschließlich aus Gründen der extrem hohen Wärmebeständigkeit und der hohen Festigkeit dieses Materials. Es ist jedoch im Stand der Technik nirgends ein Hinweis enthalten, der einem Durchschnittsfachmann nahelegen könnte, von der allgemein üblichen Art der Berstschutzvorrichtungen mit einem dickwandigen stabilen Schutzring und einem Futter aus weichen, plastisch verformbaren Materialien abzugeben und im Gegensatz zu den bekannten Energievernichtungsmechanismen vorzuschlagen, zur Energievernichtung eine Keramikwand einzusetzen.

Eine weitere Verbesserung des Berstschutzes wird dadurch erzielt, daß die Keramikwand eingeschrumpft ist. Dabei entsteht in der inneren Wand eine

ίο Druckspannung, wodurch die Hochgeschwindigkeitsberstfestigkeit ganz entscheidend verbessert wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Keramikwand aus gesintertem Aluminiumoxyd von hoher Reinheit und sehr geringer Korngröße, beispielsweise 0,001 mm Korndurchmesser. Das extrem dichte und feine Gefüge und die hohe Druckfestigkeit des Oxyds bieten einen hohen Widerstand gegen ein Durchschlagen von Splittern. Beim Auftreffen eines Teils eines geborstenen Rotors wird der Zusammenhalt der einzelnen kleinen zusammengesinterten Oxydkörnchen unter hohem Energieverbrauch weitgehend gelöst. Die bei diesem Vorgang ausgelöste Schockwelle breitet sich mit Schallgeschwindigkeit in der Keramikschicht (etwa lOOOOm/sek) aus, die etwa doppelt so hoch wie die Ausbreitungsgeschwindigkeit der beim Aufprall entstehenden Risse ist, so daß die Detonationsfront (Schallwelle) stets neues unzerstörtes Material vorfindet, bei dessen Zerkleinerung viel Energie aufgezehrt wird. Der dahinter befindliche Blechmantel muß nur noch eine geringe Restenergie absorbieren.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Berstschutzvorrichtung dargestellt. Ein hohen Drehzahlen unterworfener Rotor 1 wird von einem äußeren Schutzring 2, der als relativ dünner Blechmantel ausgebildet ist, umgeben. In diesem Blechmantel ist ein aus Keramik bestehendes Futter 3 eingeschrumpft, wobei als Material insbesondere Aluminiumoxyd AL2O3 zur Anwendung kommt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 Patentansprüche:

1. Berstschutzvorrichtung für hochtourige Rotoren mit einem äußeren Schutzring, der mit einem Futter ausgekleidet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Futter (3) aus einer Keramikwand besteht, während der äußere Schutzring (2) durch einen vergleichsweise dünnen Blechmantel gebildet ist

2. Berstschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikwand (3) in die Blechwand (2) eingeschrumpft ist

3. Berstschutzvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikwand (3) aus gesintertem Aluminiumoxyd von hoher Reinheit und sehr geringer Korngröße besteht