DE566638C

DE566638C - Mehrteilige Turbinenschaufel, insbesondere fuer Gasturbinen

Info

Publication number: DE566638C
Application number: DEA60344D
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1931-01-20
Filing date: 1931-01-20
Publication date: 1932-12-23

Description

Man hat schon oft vorgeschlagen, die Schaufeln von Turbinen, insbesondere von Gasturbinen, zu kühlen, damit diese Schaufeln den hohen Temperaturen des Treibmittels, die für einen wirtschaftlichen Betrieb erforderlich sind, besser widerstehen können. Man hat zu diesem Zweck die Schaufeln hohl ausgeführt oder massive Schaufeln mit Bohrungen versehen, durch welche Kühlwasser oder auch Kühlluft geleitet wurde. Sämtliche Vorschläge dieser Art krankten aber daran, daß es herstellungbtnäßig nahezu unmöglich ist, die zu kühlende Schaufel mit dem Rad so zu verbinden, daß keine Undichtigkeiten auftreten, oder sie kräftig genug zu machen, daß sie der eigenen Fliehkraft und dem durch die hohe Umfangsgeschwindigkeit entstehenden bedeutenden Wasserdruck widerstehen.
Man hat deshalb auch schon vorgeschlagen,

ao die Schaufeln -aus mehreren Teilen herzustellen, von denen der eine Teil, der zur Übertragung der Leistung dienende gekühlte Körper mit dem Schaufelträger, aus einem Stück bestand, was wohl die Schaffung dichter Kühlungskanäle erleichterte, die Herstellung dieses Teiles selbst aber wegen der äußerst schwierigen Fräsarbeit verteuerte. Um diesen Körper vor dem heißen Gasstrahl zu schützen, hatte man ihn auf der einen beaufschlagten Seite mit einer Quarzplatte abgedeckt, was zur Voraussetzung hat, daß derartige Schaufeln nur auf der Innenseite vom Gasstrahl berührt werden. Als es dann möglich wurde, durch Schweißen wasserdichte und zugfeste Verbindungen herzustellen, schien die Schaffung gekühlter Schaufeln wesentlich leichter; es hat die Schweißverbindung jedoch den Nachteil, daß sie eine bequeme Austauschbarkeit der Schaufel unmöglich macht und auch nie ganz zuverlässig ist. Bei der Anwendung gekühlter Schaufeln selbst wird meist auch nicht beachtet, daß eine weitgehende Kühlung der Schaufel mit großen Verlusten verbunden ist, sobald das Treibmittel in mehr als einem Radkranz ⁴^ Arbeit leisten soll. Infolge der hohen Geschwindigkeit, mit welcher das Treibmittel gewöhnlich die Schaufelkanäle durchströmt, ist nämlich der Wärmeübergang an die Schaufelwand ein ganz bedeutender. Dem Treibgas wird daher viel Wärme entzogen, die an das Kühlwasser übergeht und in diesem in den meisten Fällen für jede Nutzarbeit verloren ist. Es folgt daraus, daß die Schaufelkühlung nicht weiter getrieben werden soll, als nötig ist, um die Teile kühl zu halten, die hohen Festigkeitsbeanspruchungen ausgesetzt sind, und daß die Schaufel ferner so zu bauen ist, daß eine hohe Erhitzung durch die Treibgase gar nicht zu den hochbeanspruchten Teilen gelangen kann.

Eine ebenfalls mehrteilige Turbinenschaufel, insbesondere für Gasturbinen, die diesen Bedingungen weitgehend genügt, ist die Schaufel, die den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet. Die Erfindung besteht darin, daß der die Leistung übertragende Körper als innerer Kern der Schaufel ausgeführt ist, über den eine ungekühlte, die eigentliche Schaufelform bildende Hülse aus hochhitzebeständigem Metall geschoben ist. Es findet also ebenfalls eine Trennung des

kräfteübertragenden Teiles vom führenden Teil des hocherhitzten Treibmittels statt. Durch die starre Befestigung des kräfteübertragenden und gekühlten Teiles mit dem Rad oder der Trommel ist ein vollständiger Kraftschluß vorhanden und jede Undichtigkeit von Kühlwasser vermieden. Die starre Verbindung kann darin bestehen, daß der in seiner Form sehr einfache Kern ein Stück ίο mit dem Radkranz oder der Trommel bildet, also aus dessen Material herausgearbeitet ist, oder daß der Kern z. B. in den Radkranz oder die Trommel eingeschraubt oder verschweißt ist. Da der das Treibmittel führende Teil nur unbedeutenden Kräften zu widerstehen hat, kann er aus dünnerem Blech hergestellt und hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Es läßt sich z. B. diese Schaufelhülse aus Rohren herstellen, die durch Pressen in die verlangte Form gebracht werden. Wegen des geringen Gewichtes genügt es, die Hülse z. B. durch Schweißung an einer Seite, entweder am Fuß oder am Kopf, zu befestigen und etwas kürzer zu halten als den Kern, so daß sich die Hülse unter dem Einfluß der Erwärmung nach einer Seite frei ausdehnen kann. Wird die Schaufel mit Deckblech versehen, so kann dieses Deckblech zur Befestigung der Schaufelhülse dienen. Die Hülse kann sich stark erwärmen. Sie wird stets, da sie sich an den gekühlten Kern anlehnen kann, durch Berührung und Abstrahlung etwas Wärme abgeben, jedoch viel weniger, als wenn der gekühlte Teil unmittelbar beaufschlagt würde.

Auf den Abbildungen sind einige Ausführungsformen gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt Abb. 1 den teilweisen Schnitt einer solchen Schaufelung von der Seite gesehen, während Abb. 2 dieselbe Schaufelung von oben gesehen darstellt. Der Kern ist in diesem Ausführungsbeispiel aus dem Radkranz herausgearbeitet. Abb. 3, 4 und 5 zeigen eine Schaufel in mehreren Schnitten, bei welcher der Kern aus einem besonderen Stück hergestellt und in den Radkranz geschraubt wird. Die Schaufelhülse ist durch Schweißung am Fuße befestigt. Bei der Schaufel der Abb. 6 wird die Hülse durch Schweißung am Kopfe gehalten.

In Abb. ι und 2 ist der Kern 1 aus einem Stück mit dem Radkranz 2. Die für die Wasserkühlung vorgesehenen Bohrungen 3 gehen durch das volle Material ohne Dichtungsstellen. Zum Abschluß der Verbindung beider Kanäle dient die Verschlußschraube 4, die zur besseren Dichtung mit dem Zapfen 5 verschweißt ist. Die Hülse, die das eigentliche Schaufelprofil bildet, ist 6- Sie kann aus Blech gebogen und an einer und beiden Kanten verschweißt sein, sie kann aber auch aus einem Rohr dutch Pressen hergestellt werden. Als Baustoff dient ein hochhitzebeständiges Stahlblech oder Blech irgendeiner Chrom- o. dgl. Legierung. Die Hülse wird durch das Deckblech 7 gehalten, an das sie sich durch- die Fliehkraft anlehnt. Die Hülse hat selbst keine oder nur unbedeutende Kräfte aufzunehmen, da sie dicht an den Kern 1 angepreßt wird. Die Hülse kann daher ohne Nachteil auf sehr hohe Temperatur gebracht werden. Von der empfangenen Wärme gibt sie nur wenig durch Berührung und Strahlung an den Kern ab. Der Kern ist also leicht kalt zu erhalten, ohne dabei dem Gasstrom zuviel Wärme zu entziehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 3 bis 5 ist der Kern 8 aus einem besonderen Stück hergestellt und mit dem Radkranz 9 verschraubt. Bei 10 kann durch eine leichte Schweißung eine weitere Dichtung und Schraubensicherung herbeigeführt werden. Die sämtlichen Kräfte werden aber durch die Verschraubung übertragen. Im Kern befindet sich die Bohrung für das Kühlwasser. Als Verbindung und Abschluß beider Kanäle dient der Verschlußzapfen 11. Über den Kern ist die aus Blech hergestellte Hülse 12 geschoben; sie ist am Fuß durch Schweißung 13 mit dem Rad befestigt. An Stelle des Deckbleches besitzt die Schaufel eine geschärfte Kante 14. Das Blech 15 dient zur Scheidung der beiden Wasserwege.

Beim Ausführungsbeispiel der Abb. 6 ist der Verschlußzapfen 16 nicht seitwärts, sondem von oben eingeschraubt. Er wird noch verschweißt. Das gleiche Schweißgut dient zur Befestigung der Hülse 17. Die Hülse wird ein paar Zehntelmillimeter kürzer gemacht als der Kern, so daß sie sich unter ioo der größeren Erwärmung ausdehnen kann, ohne zu stauchen.

Claims

Patentansprüche:

ι. Mehrteilige Turbinenschaufel, insbesondere für Gasturbinen, deren Leistung übertragender Körper mit dem Schaufelträger starr verbunden ist und gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der n₀ die Leistung übertragende Körper als innerer Kern der Schaufel ausgeführt ist, über den eine ungekühlte, die eigentliche Schaufelform bildende Hülse aus hochhitzebeständigem Metall geschoben ist.
2. Mehrteilige Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern in den Radkranz geschraubt oder mit diesem verschweißt ist.
3. Mehrteilige Schaufel nach An- ^lao spruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schaufelform bildende Hülse

aus einem in die entsprechende Form gepreßten Rohr hergestellt ist.
4. Mehrteilige Schaufel nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Hülse an den Kern durch Verschweißen am Fuß oder am Kopf geschieht, derart, daß eine freie Wärmedehnung der Hülse gegenüber dem kälteren Kern möglich ist.
5. Mehrteilige Schaufel nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse durch das am Kern starr befestigte Deckblech ausdehnungsfrei gehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen