DE390486C

DE390486C - Schaufel, insbesondere fuer Dampf- und Gasturbinen

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Publication number: DE390486C
Application number: DEW61666D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1922-07-14
Filing date: 1922-07-14
Publication date: 1924-02-20

Description

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung des Wirkungsgrades vorzugsweise der Laufschaufeln von Dampf- oder Gastur' inen; sie soll auch T ei Düsen oder Leitschaufeln, sowie für die Schaufeln oder Leitflächen anderer Turbinenmaschinen, als Dampf- oder Gasturbinen, anwendbar sein. Die Erfindung besteht darin, daß, ähnlich wie bei den bekannten Spaltflügeln oder unterteilten Flügelprofilen

ίο von Flugzeugen, das Schaufelprofil in der Strömungsrichtung des Dampfes oder Gases in zwei oder mehrere Einzelprofile oder Profilstücke unterteilt ist. Hierbei ist zwischen den einzelnen Profilstücken ein im allgemeinen gekrümmter Spalt vorhanden, der unter Umständen der Einfachheit halter auch durch einen geraden Schlitz oder durch ein oder mehrere kreisrunde Löcher oder Durchbrechungen von beliebigem Querschnitt ersetzt sein kann. Nach den bisherigen Anschauungen und Ergebnissen η er die Wirkung tei unterteilten Tragflächen ist im vorliegenden Fall in sinngemäßer Übertragung eine bessere Wirkung dadurch zu erwarten, daß durch den Schlitz Treibmittel nach dem Schaufelrücke 1 abgelei- £,5 tet wird, um dort eine Wegspülung der infolge der scharfen Umlenkung des Dampf- oder Gasstromes entstehenden Wirbel oder des sogenannten »Totwassers«, besonders nach dem Austrittsende der Schaufel hin zu 'veranlassen.

Wie die Versuche mit unterteilten Tragflächen gezeigt haten, ist durch diese Wirkung eine Vermehrung der Auftriebs- gegenüber der Widerstandsziffer entstanden, was im vorliegendetl Fall bei Laufschaufeln eine \^ergrößerung der Umfangskraft tei gleicher Druckoder Geschwindigkeitsänderung des Dampfes oder Gases, tei Leitschaufeln eine vermehrte Austrittsenerg^:e tei gleichem Spannungsgefälle ίο bedeuten würde. Versuche haben weiterhin ergeben, daß ein unterteiltes Flächenprofil unempfindlicher gegen starke Veränderungen des Anstellwinkels ist als ein ungeteiltes Profil, welche Erfahrung gerade im vorliegenden Fall einen weiteren Vorteil gegenüber den bestehenden ungeteilten Schaufelformen erhoffen lassen dürfte, weil bekanntlich ein aus einer schräg abgeschnittenen Düse austretender Dampf- oder Gasstrahl in der Umfangsrichao tung eine starke Streuung der Stromfäden zeigt, somit die Laufschaufel beim Vorbeistreichen unter der Düse einem zeitlich stark wechselnden Anstellwinkel ausgesetzt ist. Durch diese größere Anpassungsfähigkeit oder Unempfindlichkeit der unterteilten Schaufel an veränderliche Strömungsverhältnisse, z. B. bei verschiedener Belastung der Turbine, bei stark veränderlicher Drehzahl, wie z.B. tei Schiffsturbinen, dürfte mit der vorliegenden Erfindung ein weiterer Fortschritt im Bau von Turbinen und ähnlichen Maschinen erzielt werden.

Bei der Ausbildung des Schlitzes oder des Hauptprofils und vorgelagerten Hilfsprofils der Schaufel besteht die Aufgabe, den abgezweigten Strahl möglichst ungeschwächt nach dem Schaufelrücken überzuführen, da im anderen Falle nur das >Totwasser« vermehrt und der erstrebte Zweck nicht oder nur teilweise erreicht würde. Anderseits soll die , Schlitzform naturgemäß eine möglichst einfache Herstellung des unterteilten Schaufelprofils gestatten.

In den Abb. 1 bis 6 sind einige Anwen~ düngsbeispiele und Ausführungsarten der Er- ^: findung dargestellt.

In Abb. i, die sich auf ein einfach unterteiltes Profil einer Laufschaufel tezieht, wie es z.B. bei Geschwindigkeitsrädern vorkommt, ist zunächst die Wirkungsweise angedeutet. [ Es bezeichnet 1 die mittlere Richtung des an- _: kommenden Dampf- oder Gasstrahls, von dem ; an der Stelle des Schlitzes 2 eine gewjsse ! Menge etwa in Richtung des Pfeiles 3 abge- \ zweigt und nach dem Schaufelrücken über- i führt wird, um die dort vorhandenen Wirbel 4 wegzuspülen. 5 bezeichnet das Hauptprofil, S das vorgelagerte Hilfsprofil der Schaufel. 1 In gewissen Fällen, z. B. bei sehr breiten ; Schaufeln oder Leitflächen, wie sie bei ge- ; wissen Turbinen vorkommen, können nach ' dem Vorgang bei unterteilten Flugzeugtragflächen auch statt des einen Schlitzes deren zwei oder mehrere vorgesehen sein, so daß das ganze Profil in mehrere Einzelprofile unterteilt ist. Nach dem VorLild der Flugzeugprofile dürfte es sich empfehlen, die Nase 7 des Hilfs- ; profils 6 gut abzurunden, während die Vor- " kante 8 des Hauptprofils mit einer scharfen Ecke an die vordere Begrenzting des Haupt-I profils 5 anschließt. Die Hinterkante des i Hilfsprofils 6 ist spitz ausgezogen. Der j Schlitz 2 ist in vorliegendem Beispiel kreisj förmig nach einem gewissen Halbmesser 9 der- : art gekrümmt, daß er einerseits, was für die j Wirkung wichtig ist, möglichst stetig in den Rücken 10 des Hauptprofils 5 übergeht und j anderseits eine bequemere Herstellung des i Schlitzes oder der sich gegenüberstehenden I Schaufelbegrenzungen des Haupt- und Hilfs-■ profils etwa mittels Kreisfräsern als bei beliei biger Kurvenform des Schlitzes möglich ist. ; Die lichte Weite des Schlitzes 2 kann vom ^: Eintritt tis nach dem Austritt am Schaufelrücken hin entweder gleiches oder abnehmendes λίαβ besitzen; die letztere Ausführungsart mit allmählicher oder düsenförmiger Ver-¹ engimg des Schlitzes dürfte die zweckmäßigere sein, um hauptsächlich den abgezweigten Strahl mit möglichst geringen Reibungswiderständen nach dem Schaufelrücken 10 ü erzule'ten. Eine solche Verengung ist auch insofern zweckmäßig, als die Druckunterschiede bei einer Laufschaufel auf deren Vor- und Rückseite im allgemeinen innerhalb des kriti- '. sehen Druckverhältnisses bleiben.

Abb. 2 bezieht sich auf eine Ausführungsform der Erfindung für weniger gekrümmte Lauf- oder auch Leitschaufeln, tei der zwecks einfacher Herstellung Haupt- und Hilfsprofil 5, 6 durch einen geraden, gegebenenfalls sich vom Eintritt nach dem Schaufelrücken 10 hin verengenden Schlitz 11 getrennt sind. Wichtig ist auch hier, daß die Übergangsstelle 12 vom Schlitz nach dem Schaufelrücken 10 hin gut abgerundet ist. Die vordere Spitze 13 des Hauptprofils 5 kann gegebenenfalls hier leicht gerundet sein.

Der Schlitz 11 (sowie 2 bei Abb. 1) kann über die ganze Länge der Schaufel durchgehen oder al er nur teilweise, d. h. es können zur etwaigen Verbindung von Haupt- und Hilfsprofil gegebenenfalls noch Stege am Schaufelfuß und Kopf, sowie bei ganz langen Schaufeln auch noch zwischen Fuß und Kopf stehenbleiben. Allerdings entstehen hierhei Querströmungen längs der Schaufel auf deren Rücken, durch welche die Schlitzwirkung, wie Versuche an derart unterteilten Tragflächenprofilen gezeigt haben, beeinträchtigt wird, so daß es angezeigt ist, solche Stege innerhalb der arbeitenden Schaufellänge möglichst zu

vermeiden. Statt eines längs der Schaufel ganz oder teilweise durchgehenden Schlitzes können unter Umständen zwecks Erzielung noch besseren Zusammenhanges zwischen Haupt- und Hilfsprofil sowie einfacherer Herstellung auch eine Reihe kreisrunder Löcher oder Durchbrechungen von anderer Form vorgesehen sein.

A b. 3 stellt eine Anwendung des Erfindungsgedankens für sich erweiternde Leitdüsen dar, tei denen ebenfalls an der Fortsetzung des konvex gekrümmten Rückens 14 des ersten Teiles 15 der Leitdüse Wirbel vorhanden sein können und zum Teil bereits durch Versuche festgestellt worden sind. Zur Beseitigung derselben ist in Verlängerung der inneren konkav gekrümmten Begrenzung 16 der Düsenwand ein Schlitz 17 vorgesehen, der im vorliegenden Fall wegen des starken Druck-Unterschiedes vom Eintritt nach dem Austritt hin düsenförmig. erweitert sein kann, um dem durch den Schlitz tretenden Hilfsstrahl eine möglichst große Geschwindigkeit zu geben. Der Beginn des Schlitzes 17 hat naturgemäß vor der engsten Stelle der Hauptdüse 1 und dessen Ausmündung nach deren engster Stelle zu erfolgen.

Abb. 4 zeigt, wie etwa Haupt- und Hilf sprofil 5, 6 einer Laufschaufel im Laufradkranz 18 und mit einem Kopfring 19 gehalten sein können. Jedes Profilstück hat hierbei seinen eigenen Fuß 20, 21, der in einer der jetzt üblichen Formen ausgeführt sein kann. Am Schaufelkopf können die beiden Profilstücke in der üblichen Weise mittels Nietzapfen im Kopfring 19 gehalten sein. Bei dieser Ausführungsart ist ein über die ganze ar¹ eitende Länge der Schaufel durchgehender Schlitz 2 gebildet.

A¹ b. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für verhältnismäßig kurze Laufschaufeln, bei dem der äußere Kopfring weggelassen ist. Der Schlitz 2 kann hierbei, falls die ganze Schaufel samt Fuß aus einem Stück besteht, im Falle einer Kreisbogenform (wie in Abb. 1 angedeutet) etwa vom Kopfende her mittels eines kreisförmig gebogenen Stirn- oder Rohrfräsers (etwa durch oszillierende Bewegung desselben) hergestellt werden. Zweckmäßig wird es jedoch sein, wie in dem vorherh eschriebenen Beispiel, die beiden Profilstücke samt Fuß 23 für sich fertig herzustellen und diese dann erst in den Radkranz 22 einzuschieben. Der Fuß wäre hierbei etwa nach der strichpunktiert angedeuteten Teillinie 24 geteilt, wobei nur kurze Enden der beiden Profilstücke 5 und 6 über diese Linie frei hinwegragen.

In Abb. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Laufschaufel dargestellt, bei dem die ganze Schaufel oder deren einzelne Profilstücke samt deren Füßen der einfacheren Herstellung halber aus gezogenen Profilen 5 und 6 bestehen, die am Fuß in der Umfangsrichtung durch Füllstücke (durch diagonale Linien 25 angedeutet) in üblicher Weise auseinandergehalten sind. Zur Bildung des Schlitzes 2 ^ kann hierbei am Schaufelfuß und, falls es sich um längere Schaufeln handelt, auch am Schaufelkopf, sowie erforderlichenfalls noch dazwischen ein entsprechend der Schlitzform gebildetes Füllstück 26, 27 oder ein Steg zwischen beide Profils.tücke eingelegt sein. Diese Füllstücke oder Stege können mit einem der r eiden Profilstücke oder mit beiden verlötet, verschweißt oder vernietet (wie in Abb. 6 am Schaufelkopf angedeutet) oder in ähnlicher Weise befestigt oder es kann eine andere Verbindung der beiden Profilstücke 5 und 6 untereinander hergestellt sein. Die Füllstücke 26 8c und 27 oder etwaige Stege können auch mit ■ einem der beiden Profilstücke 5 oder 6 aus einem Stück bestehen oder aus diesen herausgearbeitet sein, so daß ein Losewerden oder Herausfliegen der Füllstücke oder Stege durch Erschütterungen oder unter dem Einfluß der Fliehkraft nicht eintreten kann.

Im Falle das ganze Profil durch zwei oder mehr Schlitze mehrfach unterteilt ist, können die Füllstücke oder Stege sinngemäß je mit einzelnen der Profilstücke aus einem Stück bestehen.

Bei längeren Schaufeln, die mitunter nach außen zu mit verjüngter Breite oder verjüngtem Profil hergestellt werden, kann diese Verjüngung sich entweder nur auf das Hauptprofils mit längs der Schaufel gleichbleibendem Schlitz- und Hilfsprofilquerschnitt erstrecken, oder es kann auch das Hilfsprofil 6 samt Schlitz mit veränderlichem Querschnitt oder verjüngt ausgeführt sein.

Bei dar Ausführung nach Abb. 4 kann auch nur das Hauptprofil 5 einen Fuß und gegebenenfalls einen Kopf zur Befestigung in einem Kopfring besitzen, während das vorgelagerte Hilfsprofil 6 an das Hauptprofil angesetzt und in ähnlicher Weise wie bei Abb. 6 mit diesem sowie gegebenenfalls auch mit dem Kopfring ver' unden ist. Ferner kann bei gekrümmtem Schlitz ähnlich Abb. 1 die Krümmung auch no nach einer anderen Kurve als einem Kreisbogen erfolgen, insbesondere kann diese Kurve zweckmäßig in manchen Fällen beim Austritt nach dem Schaufelrücken hin zwecks guten Überganges in diesen einen größeren Krümmungsradius besitzen als beim Spaltanfang auf der Eintrittsseite. Unter Umständen kann es weiterhin, z. B. bei längeren Schaufeln, genügen, wenn das vorgelagerte Hilfsprofil sich nur ü'er einen Teil der Schaufel, z.B. vom Fuß oder vom Schaufelende her erstreckt. Eine weitere Ausführung der Erfindung kann

darin bestehen, daß Haupt- und Hüfsprofil aus verschiedenen Baustoffen hergestellt werden, indem z. B. das hauptsächlich kraftaufnehmende. Hauptprofil aus den bisher üblichen Baustoffen, z. B. Stahl oder Bronze, das Hüfsprofil dagegen zwecks Verminderung der Flieh-

"* kraftbeanspruchung des Schaufelfußes oder wegen besserer Eignung für die Bearbeitung oder Herstellung oder gegenüber den schleifenden Wirkungen des Dampf- oder Gasstromes aus einem anderen Baustoff oder einer anderen Legierung, z. B. aus Aluminium, hergestellt wird.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Lauf- oder Leitschaufel, insbesondere für Dampf- und Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß das ganze Schaufelprofil in der Strömungsrichtung des Dampfes oder Gases ähnlich wie bei Spaltfiügeln oder unterteilten Flügelprofilen von Flugzeugen in zwei oder mehrere Profilstücke unterteilt ist.

2. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Laufschaufeln der zwischen den Profilstücken befindliche Spalt gekrümmt ist und vom Eintritt nach der Rückenseite der Schaufel hin entweder gleichen oder abnehmenden Querschnitt besitzt.

3. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Leitschaufeln der zwischen den Profilstücken befindliche Spalt von einer gewissen Stelle des Eintritts ab nach dem Austritt, d. h. nach dem Schaufelrücken hin, düsenförmig erweitert ist.

4. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstücke durch dazwischen gesetzte Füllstücke am Schaufelfuß oder Schaufelkopf oder dazwischen voneinander getrennt sind, wobei die Füllstücke mit den Profilstücken in geeigneter Weise (z. B. durch Löten) verbunden sein können.

5. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstück^ bei einfacher Unterteilung des Profils mit einem der I ei den Profilstücke, bei zweifacher Unterteilung mit zweien der drei Profilstücke und I ei mehrfacher Unterteilung in ähnlicher Weise mit ein- ' zelnen Profilstücken aus einem Stück bestehen.

6. Ausführung der Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalten für den Dampf- oder Gasdurchtritt aus dem Profil herausgearbeitet sind.

7. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung der Schaufel nur bis zu deren Fuß durchgeführt ist, so daß die einzelnen Profilstücke einen gemeinsamen Schaufelfuß besitzen.

8. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung der Schaufel auch durch deren Fuß geführt ist, so daß jedes der einzelnen Profilstücke seinen eigenen Fuß besitzt.

9. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nur das Hauptprofil einen Fuß und gegehenenfalls auch einen Kopf für Befestigung in einem Kopfring besitzt, während das vorgelagerte Hüfsprofil an das Hauptprofii angesetzt und mit diesem verbunden ist.

10. Ausführung der Schaufel nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgelagerte Hüfsprofil mit eynem Kopfring verbunden ist.

ri. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen den Profilstücken nach einem Kreisbogen gekrümmt ist.

12. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt nach einer Kurve gekrümmt ist, die beim Austritt nach dem Schaufelrücken hin einen größeren Krümmungsradius besitzt als beim Spaltanfang.

13. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt als gerader Schlitz ausgebildet ist.

14. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei veränderlichem Schaufelprofil längs der Schaufel entweder nur das Hauptprofil bei gleichbleibenden Querschnitten für das Hüfsprofil sowie den Spalt oder auch das Hüfsprofil oder der Spalt längs der Schaufel veränderlichen Querschnitt besitzen.

15. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das

' vorgelagerte Hüfsprofil sich nur über einen Teil der Länge des Hauptprofils erstreckt.

16. Ausführung der Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Haupt- und Hüfsprofil aus verschiedenen Baustoffen bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.