DE589690C

DE589690C - Blade ring for radially loaded centrifugal machines

Info

Publication number: DE589690C
Application number: DEM121562D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1932-11-01
Filing date: 1932-11-01
Publication date: 1933-12-12

Description

Schaufeln für radial beaufschlagte Kreiselma.schinen, insbesondere für Turbinen, werden vorteilhaft an beiden Enden durch in sich geschlossene Tragringe abgestützt. Bei einer solchen beiderseitigen Abstützung werden die Schaufelenden an der Äbstützungsstelle durch die Fliehkraft praktisch nur auf Abscherung beansprucht, während die höchste, durch Fliehkraft verursachte Biegungsbeanspruchung in der Schaufelmitte auftritt. Es genügen deshalb verhältnismäßig einfache Verbindungen zwischen Schaufelenden und Tragringen. Wichtig ist es jedoch, daß die Verbindung der Schaufelenden mit 'den Tragringen den Abstand der Tragringe möglichst wenig über die durch die Strömungsverhältnisse gegebene Schaufellänge hinaus vergrößert, da die durch Fliehkraft verursachte Biegungsbeanspruchung in der Schaufelmitte mit dem Quadrat dieses Abstands wächst.Blades for radially loaded gyroscopes, especially for turbines, are advantageously supported at both ends by self-contained support rings. At a such mutual support are the blade ends at the Äbstützungsstelle the centrifugal force is practically only claimed by shearing, while the highest, by centrifugal force caused bending stress occurs in the blade center. It is therefore sufficient relatively simple connections between blade ends and support rings. It is important, however, that the connection of the blade ends with 'the support rings Distance between the support rings as little as possible beyond that given by the flow conditions Blade length also increased because of the bending stress caused by centrifugal force in the blade center increases with the square of this distance.

Eine bekannte Lösung für derartige Schaufelverbindungen, bei der die S chaufel en den mit besonderen Ringen, z. B. durch einen Schweißvorgang und durch Einwalzen von besonderen Vorsprüngen dieser Ringe, in Nuten der Tragringe erfolgt, bringt jedoch den Nachteil einer solchen Vergrößerung der Tragringentfernung mit sich. Auch ist die Herstellung solcher in sich geschlossener zusätzlicher Ringe teuer/ Man hat deshalb bereits vorgeschlagen, die Schaufeln nur gruppenweise zusammenzufassen und die Verbindung der Schaufelenden so niedrig auszuführen, daß die Verbindungsteile völlig in Nuten der Tragringe eingelagert werden können. Dieser Bauweise kommt es zustatten, daß die -Schaufelenden durch die Fliehkraft praktisch nur auf Abscherung beansprucht werden, so daß es festigkeitstechnisch ausreicht, wenn aus dem Schaufelbaustoff Zapfen von entsprechend geringer radialer Höhe herausgeschnitten werden, welche in Nuten der Tragringe eingreifen. Die Schaufeln können hierbei aus entsprechend dem Schaufelquerschnitt gewalzten oder bearbeiteten Stangen hergestellt werden, wenn der Schaufelquerschnitt Stellen ausreichender Wandstärke, vorzugsweise nahe der Eintrittskante, aufweist, so daß besondere Verdickungen für die Zapfen nicht vorzusehen sind. Bei einer bekannten Bauart werden z. B. diese aus dem Schaufelbaustoff geschnittenen Zapfen in entsprechend ausgezackte Leisten eingeführt, verschweißt, nachbearbeitet und dann in entsprechende Nuten der Tragringe eingewalzt.A known solution for such blade connections, in which the S shovel ends with special rings, e.g. B. by a welding process and by rolling in special projections of these rings in Grooves of the support rings takes place, but brings the disadvantage of such an increase in the Support ring removal with itself. The production of such self-contained additional Rings are expensive / It has therefore already been suggested that the blades should only be used in groups summarize and make the connection of the blade ends so low, that the connecting parts can be completely embedded in the grooves of the support rings. This construction helps that the blade ends are practically due to the centrifugal force are only subjected to shear stress, so that it is sufficient in terms of strength when cut out pins of a correspondingly low radial height from the blade building material which engage in grooves in the support rings. The blades can do this made of bars rolled or machined according to the blade cross-section if the blade cross-section places sufficient wall thickness, preferably near the leading edge, so that special thickenings for the pin need not be provided. With a well-known Type are z. B. this cut from the blade construction pegs in accordingly Jagged strips introduced, welded, reworked and then in appropriate Rolled grooves of the support rings.

Da bei Abstützung durch aus dem Schaufelbaustoff geschnittene Zapfen letztere notgedrungen aus Stellen großer Dicke des Schaufelquerschnitts herausgearbeitet werden müssen, so befinden sich die Zapfen naturgemäß in erheblicher Entfernung von der Schaufelaustrittskante, welche zur Erreichung guten Wirkungsgrads bekanntlich scharf auslaufen muß. Deshalb stehen die Schaufelenden in der Nähe der Austrittskanten nicht 65 „ in fester Verbindung mit den Tragringen. Zwar kann im Ruhezustand der Schaufeln durch zweckentsprechendes Einwalzen einSince when supported by pegs cut from the shovel building material, the latter is necessary can be worked out from places of great thickness in the blade cross-section must, the pins are naturally at a considerable distance from the Blade trailing edge, which is known to taper off sharply in order to achieve good efficiency got to. Therefore the blade ends are not close to the trailing edges 65 " in a fixed connection with the support rings. It is true that when the blades are at rest, they can be rolled in accordingly

festes AnHegen der Schaufelenden an den Endflächen der Tragringe auch in der Nähe der Schaufelaustrittskanten erreicht werden. Im Betriebszustand bleibt jedoch in vielen Fällen dieses dichte Anliegen nicht erhalten. Dauernde oder vorübergehende unterschiedliche Dehnungen der Tragringe oder Durchbiegungen der Schaufeln haben z. B. eine geneigte Lage der Schaufelenden zur Folge, die ίο zum Klaffen der Schaufelenden gegenüber den Endflächen der Tragringe in Höhe der Schaufelaustrittskanten führen muß und auf Grund von Messungen an ausgeführten Schaufelkränzen tatsächlich führt. Andererseits treten aber bei radial beaufschlagten Be-• sehauflungen gerade an den Austrittskanten der Schaufeln in den meisten Fällen die größten Druckunterschiede auf, so daß durch an diesen Stellen vorhandene Spalte merkliche Undichtheits- und Strömungsverluste auftreten. Firm attachment of the blade ends to the end faces of the support rings also in the vicinity the blade trailing edges can be reached. In the operating state, however, remains in many Cases do not receive this dense concern. Permanent or temporary different expansions of the support rings or deflections of the blades have z. B. an inclined position of the blade ends result, the ίο to the gape of the shovel ends opposite must lead to the end faces of the support rings at the level of the blade trailing edges and on Based on measurements on executed blade rings actually leads. on the other hand however, with radially acted puddles, they • occur precisely at the exit edges of the blades in most cases the largest pressure differences on, so that through on These places existing gaps noticeable leakage and flow losses occur.

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein. Sie besteht darin, daß die Schaufeln an der Eintrittsseite durch Zapfen nahe den Schaufeleintrittskanten und an der Aüstrittsseite durch eine Lot- oder Schweißverbindung der Schaufelenden mit den Leisten in ihrer gegenseitigen Lage festgehalten sind. Hierbei ragen zweckmäßig die vorzugsweise keinem Löt- oder Schweißvorgang unterworfenen Zapfen über die Leisten heraus und übertragen Fliehkräfte der Beschauflung unmittelbar auf die stützenden Tragringe. Die Befestigung in den Nuten der Tragringe geschieht durch Einwalzen der über die Leisten hervorragenden Zapfen in Nuten der stützenden Tragringe, zweckmäßig unter Ausfüllung der Zwischenräume zwischen den Zapfen. Es ist ein zusätzlicher Vorteil derartiger Anordnungen, daß die Zapfen, welche die hohe Fliehkraft der Schaufeln auf die Tragringe übertragen müssen, keinem Lot- oder Schweißvorgang unterworfen werden brauchen, welcher durch Erhitzung die Struktur oder die Festigkeitseigenschaften des Baustoffs ändert. Auf Grund solcher Anordnung ist es weiterhin möglich, die von der Fliehkraft der Schaufeln entlasteten Leisten aus Blechstreifen von weniger als 1 mm Stärke herzustellen. An den Austrittsenden entlang den Tragringen noch auftretende Strömungsund Leckverluste können in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch herabgesetzt werden, daß die Leisten mindestens in einer radialen Richtung über die Schaufelkanten, vorzugsweise die Austrittskanten, herausragen. Zu dem gleichen Zweck werden vorteilhaft die Leisten an den Austrittskanten der Schaufeln nach innen umgebogen unter Verkleinerung der Austrittsbreite der Schaufelkanäle. Hierdurch wird ein störungsfreies Ausströmen des Treibmittels aus den Schaufeln begünstigt. Eine ähnliche Wirkung wird rückwirkend erzielt, wenn die Leisten an den Eintrittskanten des nächsten Schaufelkranzes nach außen umgebogen werden unter Vergrößerung der Eintrittsbreite der Schaufelkanäle. This is where the present invention comes in. It consists in the fact that the blades on the Entry side through pegs near the blade leading edges and on the exit side by a soldered or welded connection of the blade ends with the strips in their mutual Location are recorded. In this case, the pegs, which are preferably not subjected to any soldering or welding process, expediently protrude over the strips and transfer centrifugal forces to the blading directly the supporting support rings. The fastening in the grooves of the support rings is done by Rolling the pins protruding over the strips into grooves of the supporting support rings, expediently by filling the spaces between the pins. It is an additional advantage of such arrangements, that the pin, which the high centrifugal force the blades have to be transferred to the support rings, no soldering or welding process need to be subjected, which changes the structure or strength properties of the building material through heating. Due to such an arrangement, it is still possible that of the centrifugal force of the Shovels to produce relieved strips from sheet metal strips less than 1 mm thick. Flow and leakage losses that still occur at the outlet ends along the support rings can be further developed the invention are reduced in that the strips at least in one in the radial direction over the blade edges, preferably the trailing edges. The strips on the trailing edges are advantageous for the same purpose of the blades bent inwards, reducing the outlet width of the blade channels. This promotes trouble-free outflow of the propellant from the blades. A similar effect will be Achieved retrospectively when the ledges are at the leading edges of the next blade ring are bent outwards while increasing the inlet width of the blade channels.

Die Abb. 1 zeigt Seitenansichten von Schaufelstücken unmittelbar nach dem Abschneiden von einer Stange mit dem Schaufelquerschnitt, Fig. 1 shows side views of blade pieces immediately after cutting from a rod with the blade cross-section,

Abb. 2 das gleiche nach Ausschneiden der Zapfen,Fig. 2 the same after cutting out the tenons,

Abb. 3 die Seitenansicht einer vorbereiteten Leiste.Fig. 3 is a side view of a prepared bar.

Abb. 4 gibt einen Schnitt durch ein in Tragringe eingesetztes fertiges Schaufelkranzstück entlang der Linie IV-IV der Abb. 5,Fig. 4 gives a section through an in Finished blade rim piece inserted into support rings along the line IV-IV in Fig. 5,

Abb. 5 einen Schnitt durch die Schaufelmitten entlang der Linie V-V der Abb. 4.Fig. 5 shows a section through the blade centers along the line V-V in Fig. 4.

Abb. 6 und 7 zeigen den Abb. 3 und 4 entsprechende Schnitte durch eine abweichende Ausführungsmöglichkeit.Figs. 6 and 7 show sections corresponding to Figs. 3 and 4 through a different one Execution option.

In bekannter Weise werden zunächst der Abb. ι entsprechende Schaufelstücke 1 von einer Stange mit Schaufelquerschnitt abgetrennt, z.B. abgesägt. An den Schaufelenden 2 und 3 solcher Schaufelstücke werden go Zapfen 4 und 5 aus dem vorhandenen Baustoff herausgearbeitet, z. B. durch einen Fräsvorgang. Gleichzeitig werden Blechstreifen 6 in Form von Leisten nach Abb. 3 hergestellt, in welche Löcher 7 für die Schaufelzapfen 4 und 5 eingearbeitet sind, z. B. mittels einer Stanzvorrichtung. Schaufelstücke 1 und Leisten'6 werden nunmehr gemäß Abb. 4 und 5 zusammengefügt und die Leisten an den Punkten 8 durch Löten oder Schweißen, vorzugsweise elektrisches Punktschweißen, fest verbunden. Die durch die Leisten 6 hindurchragenden Zapfen 4 und 5 der Schaufelstücke ι können nunmehr in die Nuten 9 und 10 der Tragringe 11 und 12 eingeschoben werden und z. B. durch Andrücken der dünnen Vorsprünge 13 und 14 festgewalzt werden. Ein Festlöten oder Verschweißen der Zapfen 4 und 5 mit den Leisten 6, welches eine Schwächung des Baustoffs der Zapfen zur Folge no haben könnte, ist nicht erforderlich, doch werden zweckmäßig die Zwischenräume zwischen den Zapfen benachbarter Schaufeln durch Zwischenlagen 15, welche lose eingefügt werden können, ausgefüllt.In a known manner, the Fig. Ι corresponding blade pieces 1 of cut off a rod with a blade cross-section, e.g. sawn off. At the shovel ends 2 and 3 such shovel pieces will go pins 4 and 5 from the existing building material worked out, z. B. by a milling process. At the same time, sheet metal strips 6 manufactured in the form of strips according to Fig. 3, in which holes 7 for the shovel pins 4 and 5 are incorporated, e.g. B. by means of a punching device. Shovel pieces 1 and strips' 6 are now assembled according to Fig. 4 and 5 and the strips to the Points 8 by soldering or welding, preferably electric spot welding, firmly tied together. The pins 4 and 5 of the blade pieces ι protruding through the strips 6 can now be pushed into the grooves 9 and 10 of the support rings 11 and 12 and Z. B. be rolled down by pressing the thin projections 13 and 14. A Soldering or welding the pins 4 and 5 to the strips 6, which is a weakening The construction material of the tenon could result in no is not required, but will be expediently through the spaces between the pins of adjacent blades Intermediate layers 15, which can be inserted loosely, filled out.

Spaltverluste durch Lecken von Treibmittel zwischen den Enden der Schaufelstücke 1 und den Leisten 6 werden auf diese Weise wirksam vermieden; da aber auch bei dichter Verbindung der Stellen 8 an den Schaufelaustrittsenden noch Spaltverluste entlang den Tragringen auftreten, sind die Leisten 6 beiGap losses due to propellant leakage between the ends of the blade pieces 1 and the strips 6 are effectively avoided in this way; but there also with denser Connection of the points 8 at the blade outlet ends still gap losses along the Support rings occur, the strips are 6 at

i6 und ΐγ radial über die Schaufelaustrittskanten verlängert und zur Ablenkung des Treibmittelstrahls nach innen zu abgebogen. Eine ähnliche Wirkung wird durch Verlängerung der Leisten 6 an den Eintrittskanten der nächstfolgenden Schaufelreihe erzielt, wobei die Leisten entsprechend den Stellen i8 und 19 der gezeigten Schaufelreihe nach außen zu abgebogen sind. Das Abbiegen wird durch i6 and ΐγ extended radially over the blade trailing edges and bent inwards to deflect the jet of propellant. A similar effect is achieved by lengthening the strips 6 at the leading edges of the next following row of blades, the strips being bent outwards in accordance with points i8 and 19 of the row of blades shown. The turn is through

to die nach der Erfindung gegebene Möglichkeit der Verwendung dünner Leisten erleichtert.to facilitate the possibility of using thin strips according to the invention.

Die Abbildungen zeigen natürlich nur Beispiele, an welche die Ausführung der Erfindung nicht gebunden ist. Abb. 6 zeigt z. B.Of course, the figures only show examples of the implementation of the invention is not bound. Fig. 6 shows e.g. B.

einen Blechstreifen 20 von geringerer radialer Bauhöhe als die Leiste nach Abb. 3, in den nur Schlitze 21 zur Aufnahme der Zapfen 4 und 5 vorgesehen sind. Abb. 7 veranschaulicht den entsprechenden Zusammenbau des Schaufelkranzes.a sheet metal strip 20 of less radial height than the bar according to Fig. 3, in the only slots 21 for receiving the pins 4 and 5 are provided. Fig. 7 illustrates the corresponding assembly of the blade ring.

Claims

- Patent claims:

i. Shovel base supported by support rings for radially loaded centrifugal machines, preferably steam. or gas turbines, in which at the blade ends arranged pins are inserted into corresponding holes or slots of strips, characterized in that that the blades on the inlet side by pegs near the blade leading edges and on the outlet side by a soldered or welded connection of the Sehaufelenden with the ledges are held in their mutual position.

2. Blade ring according to claim 1, characterized in that the no solder or The pegs subjected to the welding process protrude over the strips and the centrifugal forces of the blading immediately transferred to the supporting support rings.

3. blade ring according to claim 1 or 2, characterized in that "that the Excellent over the strips, not subjected to any soldering or welding process Pins are rolled into grooves in the supporting support rings, expediently while filling the spaces between the pins are.

4. blade ring according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the Bars consist of sheet metal strips less than ι mm thick.

5. blade ring according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the Bars at least in one radial direction over the blade edges, preferably the trailing edges protrude.

6. blade ring according to one of claims ι to 5, characterized in that that the strips at the leading edges of the blades are bent outwards and so the entrance width of the blade channels enlarge.

7. blade ring, according to one of the claims 1 to 6, characterized in that that the strips are bent inwards at the trailing edges of the blades and thus reduce the outlet width of the blade channels.

1 sheet of drawings