DE620331C - Schaufelkranz fuer radial beaufschlagte Turbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf· radial beaufschlagte Dampf- oder Gasturbinen, deren Laufschaufeln kettenlinienartig zwischen axial voneinander getrennten Befestigungsringen verlaufen, und bezweckt, einen Schaufelkranz für derartige Turbinen zu schaffen, der es gestattet, die Energie des hindurchströmenden Treibmittels besonders gut auszunutzen sowie selbst bei geringer Schaufelstärke Schwingungen der Schaufeln zu vermeiden oder wirksam zu dämpfen.

Bekanntlich ist man im modernen Turbinenbau bestrebt, möglichst große Umfangsgeschwindigkeiten und Schaufellängen im äußersten Schaufelkranz _ zu erhalten, .um große Leistungen unter günstigen Bedingungen zu erreichen. Um die Umfangsgeschwindigkeit der äußersten Sehaufelreihe möglichst groß zu halten, ohne daß die hierdurch entstehenden erheblichen Fliehkräfte den Schaufelbaustoff unzulässig hoch beanspruchen, ist früher der Vorschlag gebracht, der an sich bekannten, durch Stauchen, Fräsen oder Hobeln eines z. B. durch Ziehen oder Walzen erhaltenen Rohrstückes hergestellten starren Schaufel in ihrer Längsrichtung eine derartige kettenlinien- oder parabelähnliche Krümmung zu geben, daß im S chaufel querschnitt während des Betriebes nur Zugspannungen entstehen. Durch die Vermeidung der für die Festigkeit der starren Laufschaufeln gefährlichen Biegungsspannungen wurde es möglich, die Umfangsgeschwindigkeit erheblich zu erhöhen. Gleichzeitig wurde .durch die gebogene Schaufelform erreicht, daß die Schaufellänge größer wurde und somit größere Dampfmengen durchließ, was auch eine Erhöhung der Tunbinenleistung bedeutete. Obgleich die Begrenzung der Laufradgröße danach nicht mehr in der Schaufelbeanspruchung lag, konnte aber die erhöhte Festigkeit der Schaufeln nicht vollständig ausgenutzt werden, weil die Schaufeln nach wie vor verhältnismäßig schwer waren und infolgedessen die Beanspruchungen an den Befestigungs- +5 stellen im Schaufelträger bald zu hoch wurden.

Um diesen Nachteil zu vermeiden und dadurch die Verwendung von noch längeren Laufschaufeln mit noch größerer Umfangsgeschwindigkeit zu ermöglichen, ist weiter vorgeschlagen, die vorerwähnten, von Biegungsbeanspruchungen befreiten Bogenschaufeln aus Blechstreifen zu bilden, damit sie äußerst leicht ausgeführt werden können. Dies bedeutet einen erheblichen Fortschritt, der es ermöglicht hat, die Turbinenleistung noch wesentlich zu erhöhen. Leider liegt aber bei derartigen Blechschaufeln· eine Begrenzung darin, daß die Schaufeln, wenn aus ebenen Blechen hergestellt, nicht eine ideale Führung des hindurchströmenden Treibmittels gestatten und weiter in ihrer Neigung zufolge ihres geringen Gewichts leicht in unerwünschte Schwingungen geraten.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß die Schaufeln aus einer geringen Anzahl schalenförmig gewölbter Bleche von in der Strömungsrichtung des Treibmittels nahezu gleichbleibender Stärke

620 8Sl

bestehen, deren Schalenwölbung nach den Schaufelenden hin allmählich abnimmt oder ganz verschwindet. Besonders günstig ist eine derartige Wölbung der Schaufeln, daß die Schnittlinien der Schaufelbleche mit zur Drehachse rechtwinkligen Ebenen evolventähnlich verlaufen. Eine weitere Verbesserung der Schaufelwirkung kann dadurch erzielt werden, daß benachbarte Schaufeln einander ίο über die ganze Schaufellänge überlappen. Durch die Erfindung wird erreicht, daß die für günstige Dampfführung zweckmäßige Formgebung, wie bei den eingangs erwähnten starren Schaufeln, beibehalten werden kann, - 15 obgleich die Schaufeln sämtliche Vorteile der früher bekannten Blechschaufeln den starren Schaufeln gegenüber aufweisen, ohne den lästigen Schaufelschwingungen ausgesetzt zu sein. Außerdem können die erfindungsigemäß ausgebildeten Schaufeln wesentlich breiter als vorher, d. h. in bedeutend geringerer Anzahl ausigeführt werden, was einen zusätzlichen Vorteil durch herabgesetzte Kantverluste und geringere Herstellungskosten bedeutet. Weitere Merkmale der Erfindung sowie deren Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer in Abb. 1 bis 3 der beigelegten Zeichnung dargestellten Ausführungsform eines Schaufelkranzes nach der Erfindung.

Abb. ι zeigt ein Stück des Schaufelkranzes in seitlicher Ansicht,

Abb. 2 dieselbe Schaufel von vorn und Abb. 3 dieselbe Schaufel von oben gesehen. In den Abbildungen bezeichnet 2 einen Teil eines Schaufeltragringes, in dem gerade Befestigunigsnuten 3 für die zwischen den Tragringen kettenlinienartig verlaufenden Blechschaufeln 16 angeordnet sind. Die Schaufeln 40. greifen mit ihren zu z. B. schwalbenschwanz-■ artigen Schaufelfüßen verdickten ,geraden Enden in die Nuten 3 ein. Die Schaufelringe sind in bekannter Weise durch Streben 5 (Abb. 2) miteinander verbunden, die teilweise durch Zwischenringe 6 getragen werden.

Der Schaufeltragring 2 ist radial nach außen durch eine Drehfläche 7, z. B. eine Zylinder- oder Kegelfläche, begrenzt, in welcher die geradlinig gefrästen Befestigungsnuten 3 allmählich auslaufen, wie dies aus den Abb. 2 und 3 hervorgeht. Nachdem die Schaufeln in die Nuten hereingeschoben sind, ; werden in bekannter Weise an beiden Enden des Schaufelfußes Paßstücke in die Schaufelnuten eingedichtet, welche zur Sicherung der Schaufeln in der Längsrichtung der Nuten dienen. In der Querrichtung können aber die Schaufeln zufolge ihrer geraden Füße und der gewählten Befestigungsart einige Beweglichkeit behalten.

Vor dem Einsetzen in die Nuten werden die Schaufeln vorzugsweise auf passende Dicke geschliffen und durch Pressen oder Ziehen über eine Form oder durch Hämmern in ihre schalenförmige Gestalt gebracht. Um die Herstellung der Schalenform zu erleichtern, ist es zweckmäßig, den mittleren Teil, der die größte Wölbung aufweist, weniger stark zu härten als die Schaufelenden. Z. B. kann man, um beim Ziehen die erforderliche große Formverämderung des mittleren Schaufelteiles zu ermöglichen, diesen Teil anlaufen lassen oder man kann das Ziehen vor dem Härten der Schaufel ausführen.

Die schalenförimige Gestalt der Schaufeln ist in den Abbildungen durch die eingezeichneten Linien 18 kenntlich gemacht. Diese stellen Schnitte der Schaufeln mit dttrch die Drehachse gehenden Ebenen dar. Die Linien 19 der Abb. 3 veranschaulichen Schnitte der Schaufeln mit Ebenen parallel zur Zeichnungsebene. - Schließlich stellen die Linien 20 in Abb. 1 Schnitte durch die Schaufeln von Ebenen rechtwinklig zur Drehachse dar. Bei der dargestellten Ausführungsform nimmt die doppelte Wölbung der Schaufeln allmählich gegen die Schaufelenden hin ab, so daß die Schaufeln in die gerade verlaufenden Nuten 3 eingesetzt werden können. Die doppelte Wölbung der Schaufeln kann aber naturgemäß auch bis zu den Schaufelenden hin beibehalten werden, wobei dann dieBefestigungsnuten entsprechend gekrümmt sein müssen. Weil die Schaufeln aus Blech bestehen, lassen sie sich ohne Schwierigkeit in beliebig gekrümmte Nuten in deren Richtung einführen, so daß die Krümmung der Nuten nicht notwendigerweise kreisbogenförmig sein muß, sondern die Krümmung der Nuten und Schaufelfüße kann der gewünschten Dampf- oder Gasströmung angepaßt werden und trotzidem ein Einführen der Blechschaufeln,in die Nuten erfolgen.

Die schalenförmige Wölbung der Laufschaufeln ergibt den Vorteil, daß die Anzahl der Schaufeln wesentlich herabgesetzt werden kanu gegenüber der der bekannten Blechschaufeln, da es durch die gewölbte Form möglich wird, überall günstige Schaufelwinkel zu erhalten. Vorzugsweise kann der S chaufel winkel über die ganze Breite der Schaufeln unverändert gehalten werden. Da der Dampf oder das Gas den Schaufelkranz in evolventähnlichen Kurven gemäß den eingezeichneten Linien 20 durchströmt, stellt die schalenförmige Ausbildung der Schaufeln eine für die Strömung des Treibmittels günstige Form dar, wobei auch, zufolge der geringen Anzahl der Schaufeln, lästige Kantverluste an den Vorderkanten der Schaufeln eine beträchtliche Minderung erfahren. „ Schließlich wird es durch die Herabsetzung der Schaufelzahl möglich, jede einzelne Schaufel und Nut

sorgfältiger als früher zu bearbeiten, ohne daß die Herstellungskosten des neuen Schaufelkranzes die der bisher bekannten Schaufelkränze übersteigen.

Ferner erhalten die Blechschaufeln durch ihre Schalenform sogar bei dünnem Blech einige Starrheit und damit eine größere Widerstandskraft gegen Schwingungen oder Flattern. Wegen ihrer geringen Zahl erhalten

ίο die Schaufeln ferner eine verhältnismäßig große Breite, was auch dazu beiträgt, die Schaufeln zu versteifen und zu festigen. Schließlich kann eine weitere Schwingungsdämpfung dadurch erzielt werden, daß die Schaufelfüße zweier benachbarten Schaufeln in ihren dicht nebeneinanderliegenden Nuten aneinander vorbeigeführt werden, wie in Abb. ι mit der gestrichelten Linie 21 angedeutet ist, wodurch große "Überlappungsflächen der dicht aneinander verlegten Schaufelenden entstehen können. Vorteilhaft werden die Wandungen der hierdurch zwischen benachbarten Schaufeln entstehenden Durchtrittskanäle für das Treibmittel parallel gemacht, sie können jedoch auch anderweitige Form erhalten. Durch. Änderung der Schaufelabmessungen können die überlappenden Flächen eine andere Form als die der Abb. 1 erhalten. Z. B. kann die Breite der Überlappung nach den Schaufelenden hin zunehmend gemacht ader über die ganze Schaufellänge unverändert gehalten werden.

Endlich ist es möglich, die vordere oder hintere Schaufelkante einzeln oder beide einer doppelten Krümmung derart zu unterwerfen, daß die Vorderkante in seitlicher Ansicht eine Einbuchtung und die Hinterkante in seitlicher Ansicht eine Ausbuchtung aufweist. Diese Buchtungen können z. B. dadurch erzeugt werden, daß das zur Herstellung der Schaufel dienende Blech mit kreisbogenförmigen Vorder- und Hinterkanten ausigestanzt wird. Die so entstehende doppelt gekrümmte Kurvenform der Schaufelkanten bietet den Vorteil, daß der von der Fliehkraft bestimmte Kettenlinienbogen an der Vorderkante etwas enger als an der Hinterkante der Schaufel wird, was für die Gestaltung des zwischen den Schaufeln entstehenden Durchtrittskanals günstig sein kann.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaufelkranz für radial beaufschlagte Dampf- oder Gasturbinen, dessen Laufschaufeln kettenlinienartig zwischen axial voneinander getrennten Befestigungsringen verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln aus einer geringen Anzahl schalenförmig gewölbter Bleche von in der Strömungsrichtung des Treibmittels nahezu gleichbleibender Stärke bestehen, deren Schalenwölbung nach den Schaufeienden hin allmählich abnimmt oder ganz verschwindet.

2. Schaufelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinien der Schaufelbleche mit zur Drehachse rechtwinkligen Ebenen evolventähnlich verlaufen.

3. Schauifelkranz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Schaufeln einander über die ganze Schaufellänge überlappen.

4. Schaiufelkranz nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorder- oder Hinterkanten oder beide Kanten der einander überlappenden Schaufeln in seitlicher Ansicht eine Ein- oder Ausbuchtung aufweisen, wobei die Schaufeln aus Blechen mit kreisbogenförmigen Vorder- oder Hinterkanten oder mit solchen Kanten auf beiden Seiten hergestellt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen