DE606351C - Einrichtung zur Laufschaufelbefestigung fuer Dampf- oder Gasturbinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
30. NOVEMBER 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14 c GRUPPE Ho₂

Aktiengesellschaft vormals Skodawerke in Pilsen in Prag

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. Februar 1933 ab

ist in Anspruch genommen.

Es ist bekannt, daß das Treibmittel von Dampf- oder Gasturbinen oft beträchtlichen Temperaturschwankungen unterworfen ist, welche ihren Ursprung gewöhnlich in einer Änderung des Frischdampf druckes oder der Turbinenbelastung haben. In solchen Fällen folgen die Schaufeln der Temperaturänderung rascher als z. B. die erheblich größeren Laufräder, was ungleichmäßige Dehnungen bewirkt. Dadurch

to können leicht unzulässige Kräfte auf die Schaufel oder deren Befestigung ausgeübt werden, welche nicht selten zu bleibenden Verformungen und darauffolgenden Lockerungen führen. Die weitere Folge sind gefährliche Schwingungen" und die Bildung exzentrisch umlaufender Massen.

Um diese Übelstände auszuschalten, sind bereits mancherlei Vorschläge gemacht worden. So ist beispielsweise bekannt, den Fuß von Niederdruckschaufeln derart auszunehmen, daß sie sich nur längs schmaler Stege berühren. Wenngleich diese Anordnung eine Nachgiebigkeit im Fall rascher Temperaturschwankungen ergibt, ist sie doch nicht imstande, alle eingangs

aufgezählten Übelstände sicher zu vermeiden, da die sich berührenden Köpfe der Laufschaufeln keine Mittel aufweisen, um die dort sich einstellenden Folgen rascher Temperaturänderungen auszugleichen. Es muß dies um so bedenklicher erscheinen, als gerade die Schaufelköpf die Stellen der größten Geschwindigkeit und der raschesten Temperaturänderung sind. Die tangentiale Beanspruchung erreicht nicht selten bei derartigen Anordnungen solche Werte, daß die den Schaufelkopf bildenden Teile ausgebogen werden, was insbesondere bei häufiger Wiederholung leicht zu Ermüdungsbrüchen führt.

Ein anderer Vorschlag geht dahin, die Fußbefestigung der Schaufehl durch Anbringung von Ausschnitten, Zwischenschaltung -von elastischen, verformbaren Einlagen derart auszubilden, daß sämtliche Beanspruchungen innerhalb der Elastizitätsgrenze bleiben, bleibende Verformungen somit nicht auftreten können. Auch diese Lösung ist unbefriedigend, denn sie betrifft lediglich die Befestigung der Schaufelfüße, wohingegen in Schaufelköpfenj die in der Umfangsrichtung verbreitert sind, wiederum unzulässige Kräfte und Verformungen auftreten; dies um so mehr," als diese Art der Schaufelbefestigung nur geringe Kräfte aufnehmen kann, weshalb auch noch die Gefahr eines Lockerwerdens der Schaufeln in den Rädern besteht. -

Die Erfindung bezweckt nun, unter Vermeidung dieser Nachteile eine Beschaufelung zu schaffen, die fest und sicher im Laufrad sitzt

und dort selbst elastische oder bleibende Verformungen durchführen kann, ohne daß nach Durchführung derselben die Gefahr einer Lockerung entsteht. Es wird dies gemäß .der Erfindung dadurch erreicht, daß in den Schaufeln einerseits zwischen benachbarten Schaufehl verformbare, am Schaufelfuß und am in Umfangsrichtung verbreiterten Schaufelkopf angeordnete Stützen vorgesehen sind, andererseits to der Schaufelfuß axial wirkende Gleitflächen aufweist, welche ober- und unterhalb einer Fläche angeordnet sind, welche eine Bewegung der Schaufel im radialen Sinne verhindert.

Weitere Kennzeichen der Erfindung werden im folgenden an Hand der einige Ausführungs beispiele enthaltenden schematischen Zeichnung beschrieben.

Abb. ι zeigt im senkrechten Schnitt, Aufriß und Grundriß beispielsweise die Ausführung einer Laufschaufel gemäß der Erfindung. Die Stützen, z. B. in Form schmaler Rippen 3, 4 und 5, zwischen je zwei benachbarten Schaufeln ι sind derart gewählt, daß bei einer verhältnismäßig größeren Ausdehnung der Schaufehl sich diese zusammendrücken und bleibend verformen. Die Rippen 3, 4 und 5 sind derart bemessen, daß zu ihrer Verformung eine Kraft hinreicht, deren Tangentialteilkraft eine Beschädigung der in Umfangsrichtung verbreiterten Schaufelköpfe oder der radialen Befestigung der Schaufeln nicht zur Folge haben kann. Benachbarte Schaufeln berühren sich mithin nur längs der Sitzfiächen der Rippen 3, 4, 5. Durch Verengung der Sitzflächen entsteht zwischen den einzelnen Schaufehl ein enger Spalt 6. Die Durchflußkanäle 2 dieser Schaufehl sind aus dem Vollen herausgearbeitet.

In Abb. 2 bis 5 sind weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung in verschiedenen Rissen, teilweise auch im Schnitt gezeigt. Die Berührungsrippen der in Umfangsrichtung verbreiterten Köpfe benachbarter Schaufehl sind hier als federnde, ständig mit dem Kopf der Nachbarschaufel in Berührung stehende Glieder ausgeführt; unter dem Einfluß der Tangentialkraft zufolge der Ausdehnung des Umfanges erfolgen federnde Verformungen, wobei die ständige Berührung zwischen den benachbarten Schaufehl bestehen bleibt. Gemäß diesen Ausführungen wird die Tangentialkraft durch die Elastizität der Berührungsrippen begrenzt, zum Unterschiede von der vorhergehenden Ausführung, wo die Begrenzung dieser Kraft durch eine bleibende Verformung geschieht. Gemäß Abb. 2 sitzen die die Durchflußkanäle überbrückenden Schaufelköpfe aufeinander in Richtung der Breite der Schaufel 1 in der Sitzfläche 12 auf. Die federnde Wirkung wird bei dieser Ausführung durch einen schmalen Ausschnitt 13 (vgl. Grundriß) im verbreiterten Kopf der Schaufel erzielt. Ein ähnliches Ausführungsbeispiel ist in Abb. 3 dargestellt, wo die Sitzflächen 12 der Schaufelköpfe an beiden Seiten der Köpfe angeordnet sind, wobei diese Flächen zum Unterschiede von der vorhergehenden Ausführung als Ebenen an Stelle der gekrümmten Flächen gemäß Abb. 2 ausgeführt sind. Die federnde Brücke wird durch zwei Ausschnitte 13 von jeder Seite des Schaufelkopfes gebildet. Die Möglichkeit der Durchführung einer elastischen Verformung wird gemäß diesen Ausführungsbeispielen mithin dadurch erreicht, daß die verbreiterten .Schaufelköpfe derart geführte Einschnitte 13 oder Ausnehmungen aufweisen, daß elastisch nachgiebige Unterlagen für den benachbarten Schaufelkopf entstehen. Zweckmäßig sind die dadurch an dem Schaufelkopf entstandenen Stützen derart angeordnet, daß sie zufolge den in Richtung der Verformung, d. h. in Richtung des Umfangs betrachtet, hinter ihnen hegenden Einschnitten eine erhöhte Nachgiebigkeit aufweisen.

Gemäß Abb. 5 ist die Verengung der Sitzfläche 14 in der Längsrichtung derselben ausgeführt. Die federnde Wirkung wird durch einen Ausschnitt 13 erzielt, welcher vorteilhafterweise parallel mit der verengten Sitzfläche 14 geführt wird. Die Möglichkeit der Durchführung elastischer und bleibender Verformung ist hier besonders leicht zu erreichen; erstere wird durch den Schnitt 13, letztere durch die schmalen Stege 14 gewährleistet.

Bei derart ausgeführten Schaufehl ist es besonders wichtig, daß eine Bewegung derselben in der Nut des Rades verhindert und für eine ausreichende Dämpfung dieser Bewegung Sorge getragen' werde. Es geschieht dies durch genügende Klemmung der Schaufel in der Nut in axialer Richtung, oder daß die Berührungsfläche, welche den Schaufelfuß axial klemmt, genügende Größe aufweist und daß diese gegenüber den Tragflächen, welche die radiale Befestigung der Schaufeln bilden, vorteilhaft angeordnet ist. Einem Kennzeichen der Erfindung entsprechend wird eine solche vorteilhafte Lagerung dadurch erzielt, daß die Gleitflächen 7,8 (Abb. 1) in an sich bereits bekannter Weise oberhalb und unterhalb einer Fläche 9 angeordnet sind, welche eine Bewegung der Schaufel in radialem Sinne verhindert. Die gegenseitige no Anordnung der Flächen 7, 8, 9 zeigen weiter die Aufrisse der Abb. 3 und 7.

Die Dämpfung der Bewegungen im Rade wird auch durch das Versenken der Schaufelköpfe ineinander durch einen Vorsprung erzielt, welcher in einen Einschnitt der Nachbarschaufel genau paßt. Die Stirnfläche dieses Vorsprunges sitzt voll oder nur zum Teil auf der entsprechenden Gegenfläche im Ausschnitt auf.

Im letzteren Falle sind die übrigen Flächen der Schaufelköpfe nicht in unmittelbarer Berührung und bilden einen Spalt, dessen Größe

mit Rücksicht auf die Temperaturunterschiede, die auftreten können, und mit Rücksicht auf die Ausdehnung des Rades, die durch die Fliehkraft entsteht, bemessen wird.

In Abb. 6 und 7 ist beispielsweise die Versenkung der Schaufelköpfe ineinander dargestellt. Gemäß Abb. 6 (Grundriß) ist der durch Ausnehmungen an dem Schaufelkopf entstandene Vorsprung 15 in eine Ausnehmung 17 an dem benachbarten Schaufelkopf eingepreßt. Die übrigen Teile benachbarter Schaufelköpfe lassen zwischen sich einen Spalt frei.

Ein anderes Ausführungsbeispiel ist auf Abb. 7 zu ersehen, in welcher die Schaufel auch im Seitenriß von vorne und von hinten dargestellt ist. Bei dieser Schaufel verengt sich die Stütze 19, welche auf dem Vorsprung 18 sitzt, in Richtung der Schaufellänge; der Vorsprung 18 greift genau in den Ausschnitt 20 ein.

Die Bauart der Laufschaufel gemäß vorliegender Erfindung hat noch den Vorteil, daß die Schaufeln gemäß Abb. 2 bis 7 zufolge der Ausbildung der Spalte in der Überbrückung des Dampfkanales bei solchen Schaufeln, welche im Naßdampfbereich arbeiten, ein Herausschleudern der Wasserteilchen, die im Dampf vorhanden sind, ermöglichen.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Laufschaufelbefestigung für Dampf- oder Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung übermäßiger "Beanspruchungen in den Schaufeln einerseits zwischen benachbarten Schaufeln verformbare, am Schaufelfuß und am in Umfangsrichtung verbreiterten Schaufelkopf angeordnete Stützen (3, 4, 5) vorgesehen sind, andererseits der Schaufelfuß axial wirkende Gleitflächen (7, 8) aufweist, welche ober- und unterhalb einer Fläche (9) angeordnet sind, welche eine Bewegung der Schaufel in radialem Sinne verhindert.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Umfangsrichtung verbreiterte Schaufelkopf als federndes, ständig mit dem Kopf der Nachbarschaufel in Berührung stehendes Glied ausgebildet ist, welches sich unter dem Einfluß von tangentialen Kräften elastisch verformt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Umfangsrichtung verbreiterte Schaufelkopf derart geführte Einschnitte (13) oder Ausnehmungen aufweist, daß mindestens eine elastisch nachgiebige Stütze für den benachbarten Schaufelkopf entsteht.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Ausnehmungen an dem in Umfangsrichtung verbreiterten Schaufelkopf entstandene Stütze derart angeordnet ist, daß sie zufolge der, in Richtung der Verformung betrachtet, hinter ihr liegenden Einschnitte eine erhöhte Nachgiebigkeit aufweist (Abb. 2 bis 5).
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Ausnehmungen an dem in Umfangsrichtung verbreiterten Schaufelkopf entstandene vorstehende Stütze in eine Ausnehmung an dem benachbarten Schäufelkopf eingepreßt ist, während die übrigen Teile benachbarter Schaufelköpfe zwischen sich einen Spalt frei lassen (Abb. 6, 7).
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütze sich in Richtung der Schaufellänge verengt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen