DE2714209B2 - Turbinenläufer, insbesondere für Gasturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Turbinenläufer, insbesondere für Gasturbinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Turbinenläufer dieser Art sind in der DE-PS 7 35 504 beschrieben. Sie haben den Nachteil, daß zusätzliche Verspannungen am Keramiklaufrad vorgesehen werden müssen. Dies erfordert eine komplizierte Bearbeitung. Ferner müssen die Metallteile der Läufer nach der höchsten Temperatur ausgewählt werden, wodurch sich eine Verteuerung ergibt.

Es liegt die Aufgabe vor, einen riochtemperaturläufer zu schaffen, der einfach zu fertigen is» und dessen Werkstoffauswahl dem Temperaturgefälle längs des Läufers angepaßt werden kann.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalendes Anspruches 1.

Erfindungsgemäße Turbinenläufer lassen sich mit einem Mindestmaß an spanabhebender Bearbeitung an den aus Keramikmaterial bestehenden Laufrädern herstellen. Hierdurch wird der Ausschuß bei der Herstellung der Laufräder vermindert, da die spanabhebende Bearbeitung von Keramikmaterial immer die Gefahr eines Bruches birgt. Außerdem kann es bei falsch bearbeiteten Laufrädern aus Keramikmaterial dazu kommen, daß im Betrieb lokal hohe Spannungen auftreten, so daß das Laufrad dann im Betrieb bricht. Bei den erfindungsgemäßen Turbinenläufern erfolgt die Drehmomentübertragung von den Laufrädern auf die Wellenteile nicht über eine eine spanabhebende Bearbeitung erfordernde Stirnflächenverzahnung, sondern durch Reibschluß, und die Wellenteile sind dann ihrerseits an ihren vom Laufrad abgewandten Enden über Stirnflächenverzahnungen mit der übrigen Läuferwelle verbunden. Die Stirnflächenverzahnung braucht also nur an den metallischen Wellenteilen vorgesehen zu werden, was geringere Schwierigkeiten mit sich

bringt

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird ein besonders fester Reibschluß zwischen den Laufrädern und den benachbarten Wellenteilen erhalten.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die

ίο Zeichnung näher erläutert In dieser zeigt

F i g. 1 eine seitliche Ansicht eines Turbinenläufers, wobei die aus Keramikmaterial bestehenden Laufräder im Schnitt gezeigt sind und
Fig.2 einen Schnitt durch die Verbindungsstelle zwischen einem Laufrad, dem benachbarten Wellenteil und der sich anschließenden restlichen Läuferwelle.

Ein in Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichneter Turbinenläufer hat ein erstes Laufrad 11 sowie ein zweites Laufrad 12, welche jeweils aus Keramikmaterial gefertigt sind. Die Laufräder haben kegelstumpfförmige Abschnitte 13 bzw. 14, die koaxial zur Läuferachse angeordnet sind.

Die Laufräder bestehen aus gesintertem Keramikmaterial, z. B. Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid.

Das zweite Laufrad 12 ist über ein Wellenteil 15 mit einer Läuferwelle 16 verbunden. Letztere ist aus einem temperaturbeständigen Metall oder einer entsprechenden Metallegierung hergestellt, z. B. Chrom-Molybdänstahl oder Inconel-Legierung (Zusammensetzung: Cr 11-15%, Ni 70%, Mn 1,0%, Fe 1,0%, Si 0,5%, C 0,15%). Das Wellenteil 15 besteht aus einem ähnlichen temperaturbeständigen Metall wie die Läuferwelle 16.

Wie am besten aus F i g. 2 ersichtlich ist, ist in der Stirnfläche des Wellenteiles 15 eine kegelstumpfförmige Ausnehmung 17 vorgesehen, welche komplementär zu dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 14 des Laufrades 12 ist Der kegelstumpfförmige Abschnitt 14 sitzt unter Druck und reibschlüssig in der kegelstumpfförmigen Ausnehmung 17 ein.

-to Das Aufsetzen des Wellenteiles 15 auf das Laufrad 12 erfolgt zweckmäßigerweise durch Aufschrumpfen, da sich dann die Verbindung beim Betrieb des Turbinenläufers bei hohen Temperaturen nicht löst. Beim Aufschrumpfen wird das Wellenteil 15 auf eine Temperatur erwärmt, die bei oder etwas über der Temperatur liegt, welcher das Wellenteil 15 im Betrieb unterworfen ist. Beim Aufschrumpfen wird nach Erwärmen des Wellenteiles 15 der kegelstumpfförmige Abschnitt 14 des Laufrades 12 unter Kraftanwendung in die Ausnehmung

so 17 hineingedrückt Danach wird die so erhaltene Anordnung abgekühlt.

Das Wellenteil 15 und die Läuferwelle 16 sind über eine Stirnflächenverzahnung miteinander verbunden. Diese Stirnflächenverzahnung wird mit Stirnfräsern oder Topfschleifscheiben hergestellt. Diese komplizierte Bearbeitung erfolgt bei dem hier beschriebenen Turbinenläufer an metallischen Teilen.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, sind zwischen den Lauf rädern 11 und 12 weitere Wellenteile 18 und 19 angeordnet, welche auf einen zugeordneten kegelstumpfförmigen Abschnitt 14 bzw. 13 des Laufrades 12 bzw. 11 aufgeschrumpft sind. Die Wellenteile 18 und 19 sind wiederum über eine Stirnflächenverzahnung verbunden.

Mittels eines zentralen Spannbolzens 20 sind die Laufräder 11 und 12 mit der Läuferwelle 16 verspannt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Turbinenläufer, insbesondere für Gasturbinen, mit Laufrädern aus Keramikmaterial, die über eine Kcgelstumpfverbindung in anschließenden metallischen Wellenteilen zentriert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelstumpfverbindung allein die Drehmomentübertragung vom Laufrad (11,12) in die benachbarten Wellenteile (15, 19) durch Reibschluß erfolgt und daß die Wellenteile (15,19) ihrerseits mit ihren vom Laufrad abgewandten Enden über Stirnflächenverzahnungen zentrisch mit der übrigen Läuferwelle (16) verbunden sind.

2. Turbinenläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Kegelstumpfverbindung durch Aufschrumpfen miteinander verbunden sind.

3. Turbinenläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad aus Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid hergestellt ist.

4. Turbinenläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Weilenteile aus Chrommolybdänstahl hergestellt sind.