DE669249C - Gasturbinenhohlschaufel fuer innere Durchflusskuehlung - Google Patents

Gasturbinenhohlschaufel fuer innere Durchflusskuehlung

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DE669249C
DE669249C DEZ21326D DEZ0021326D DE669249C DE 669249 C DE669249 C DE 669249C DE Z21326 D DEZ21326 D DE Z21326D DE Z0021326 D DEZ0021326 D DE Z0021326D DE 669249 C DE669249 C DE 669249C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/085Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
    • F01D5/087Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor in the radial passages of the rotor disc

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Gasturbinenhohlschaufel für innere Durchfiußkühlung Die Betriebsweise der Gasturbinen erfordert eine Schaufel, die in Formgebung, Bauart und Befestigung sich an die Ergebnisse der neuesten Turbinenforschung eng anlehnt.
  • Bei der Entwicklung der Schaufel war -der Gedanke Ausgangspunkt, die Querschnittsformgebung der Schaufel den schlagartigen Beanspruchungen der in rascher Aufeinanderfolge einsetzenden einzelnen Explosionen für beliebige Zustandsänderungen anpassen zu können. Entscheidend war weiter, daß denjenigen Teilen der Schaufel, die den Spitzentemperaturen unmittelbar ausgesetzt sind, eine große, von innern her kühlbare Begrenzungsfläche zur Verfügung steht, die ein Eindringen hoher Temperaturspitzen in das Innere und damit eine vorzeitige Zerstörung wirksam unterbindet.
  • Erfindungsgemäß besteht die Hohlschaufel aus mehreren einzelnen in sich abgeschlossenen Teilen, welche sich erst in ihrer Gesamtheit zu einer vollständigen Schaufel ergänzen.
  • jeder Schaufelteil ist für sich selbständig, d: h. er hat seine eigenen ihn allseitig umschließenden Begrenzungsflächen. Außerdem ist jeder durch den einzelnen Schaufelbeil gebildete Hohlraum unabhängig von dem Hohlraum, den beispielsweise der anschließende Ergänzungsschaufelteileinschließt.
  • Es sind Schaufeln bekanntgeworden, die beispielsweise zwei Hohlräume einschließen. Solche Schaufeln best-,hen aber aus einem einzigen Baustück, wobei die @einzelnen Hohlräume voneinander abhängig und auch nicht dicht gegeneinander sind. Die Hohlräume endigen ineinem einzigen Schaufelfuß von schwalhenschwanzförmiger Formgebung, so daß im Falle einer Auswechselung immer die ganze Schaufel ausgewechselt werden muß. Der Zweck der Zweiteilung wird also von Schaufeln dieser Bauart ausschließlich nur mit Bezug auf eine Gewichtsersparniserreicht.
  • Eine andere bekannte Ausführung betrifft eine Schaufel :aus zwei oder drei Teilen. Diese Schaufel ist ,aber massiv, und die Berührungsstellen der Begrenzungsflächen sind gegeneinander überlappt, weshalb Schaufeln dieser Art schon wegen ihrer massiven Ausführung für den Gasturbinenbetrieb ausscheiden.
  • Die vorbeschriebenen bekannten Ausführungen sind dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung nur- ähnlich, liegen in ihrer Art auf anderen technischen Gebieten und schließen einen technischen Erfolg abseits dieser Erfindung ,ein.
  • Erfindungsgemäß wird durch die Unterteilung der Schaufel in' einzelne selbständige, voneinander unabhängige Schaufelteile eine Spannungsfreiheit der an der Arbeitsübertragung beteiligten Schaufelteile gewährleistet und jegliches Einreißen infolge der wechselnden Temperaturen vermieden. Außerdem sind die Schaufelteile im Querschnitt so ausgebildet, daß sie @einzeln in den Schaufelkranz eingeschraubt und im Bedarfsfalle ebenso einfach wieder .einzeln entfernt werden können. Ferner besitzen die Schaufelteile selbständige Schaufelfüße, welche einen dichten und festen Sitz im :Schaufelkranz und eine Unabhängigkeit der Schaufelteilholilräume gewährleisten, auch wenn Beine Sch' felausführung gewählt wird, die mit ebene'rl Begrenzungsflächen der einzelnen Schauffl,-teile ausgestattet ist, wie sie sich durch einen Teil des Gegenstandes der vorgeschlagenen Erfindung kennzeichnet.
  • Gerade weil der Gasturbinenbetrieb infolge der wechselnden Gasgeschwindigkeiten Schaufelquerschnitte und Schaufelteilungen erforderlich macht, die von .den Schaufeln und den Teilungen, wie sie im Dampfturbinenbau zur Verwendung gelangen, weitgehend abweichen, eröffnet eine dem Vorschlage entsprechend ausgebildete unterteilte Schaufel, in Verbindung mit gleichfalls den Gegenstand der Erfindung bildenden Schaufelteilfüßen, einen nicht zu verkennenden Ausblick auf Steigerung des thermischen Wirkungsgrades der an der Arbeitsumsetzung beteiligten Laufrad-und Leitscheibenbeschauflungen. Die Schaufelteile können beliebig hintereinander, parallel oder gruppenweise parallel geschaltet werden, um jegliche Wärmestauungen zu unterbinden und die Kühlung in die vordersten Reihen zu stellen.
  • Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einzelnen Abbildungen dargestellt. .
  • Es zeigen Abb. i die Zusammensetzung von Schaufeln aus dreieinzelnen in sich abgeschlossenen Schaufelteilen im Grundriß, wobei die einzelnen Schaufelteile an ihren Begrenzungsflächen ausgebuchtet oder vertieft sind und Schaufelteilfüße zum Eilschrauben haben, Abb.2 eine Ansicht des Schaufelkranzes in der Querschnittseben:e. Der linke Teil der Abbildung zeigt in Ansicht die Verbindung des Ein- und Austrittsteils derselben Schaufel mit dem mittleren Schaufelteil der vorhergehenden Schaufel durch einen pfeilförmigen Verbindungskanal, während der rechte Teil der Abbildung dieselbe Verbindung zeigt, und zwar mit .der folgenden Schaufel, Abb.3 eine Draufsicht auf den Schaufelkranz mit Bezug auf Abb. 2 rechter Teil und auf Abb.3a (Längsschnitt), Abb. q. eine Draufsicht auf den Schaufelkranz mit Bezug auf Abb.2 linker Teil und auf Abb:6 (Längsschnitt), Abb.5 die Zusammensetzung von Schaufeln aus zwei einzelnen in sich abgeschlossenen Schaufelteilen im Grundriß für den Verwendungszweck gemäß Abb. i, Abb.6 einen axialen Längsschnitt durch das Laufrad mit Bezug auf .kbb. # linker Teil und auf Abb. ¢, Abb. 7 bis 2o verschiedene Schaufelbefestigungen, anwendbar für Schaufeln, die aus einzelnen in sich abgeschlossenen Teilen be--4tehen, #Z1bb.21 und 22 die Zusammensetzung der .aufeln ,aus -einzelnen in sich abgeschlos-S n Schaufelteilen im Grundriß, und zwar, "ixt ebenen Begrenzungsflächen, Abb.23 und 24 die Verbindung der @einzelnen Schaufelteile an ihren Köpfen durch in Richtung des Umfanges verlaufende, geradlinigb Verbindungskanäle, vermöge deren richtiger Anordnung eine gesonderte Abdekkung der Schaufelteile nach außen hin nicht erforderlich ist.
  • Die Schaufeln in ihrer Gesamtheit gemäß der Erfindung können für .alle Gasturbinenbanarten verwendet werden, denen die reine Luft-, Dampf- Moder Flüssigkeitskühlung von innen her zugrunde liegt.
  • Die Gasturbinenschaufelteile nach den einzelnen Abbildungen sind im Innern hohl ausgebildet und können je nach. dem angestrebten Zweck im Querschnitt jede gewünsehte Formgebung besitzen.
  • Die Abb. i stellt eine Gruppe von drei Schaufeln im Grundrißschnitt dar. Bei dieder Ausführung besteht die einzelne Schaufel aus drei verschiedenen Teilen a" a "t und ä", die in eingeschraubtem Zustande sich gegenseitig zu einer Schaufel ergänzen. Diese Schaufelgruppe verkörpert einen Grenzfall, in dem die Schaufelteilung kleiner ist als der Krümmungsradius der,einzelnen Schaufel. In der Abb, i bedeuten a, den Eintrittsschaufelteil, a," den mittleren Schaufelteil und a" den Austrittsschaufelteil. Der mittlere Schaufelteil a"" ist an den Stellen 71 und 72, an denen sich die kreisbogenförmig ausgebuchteten Schaufelteiler" und .a" in eingeschraubtem Zustande anschließen, kreisbogenförmig vertieft, und zwar am zweckmäßigsten von dem Mittelpunkt des Schaufelteilfußeseines jeden Schaufelteils a, und a, aus, so daß ein glatter übergang und ein richtiges und gleichmäßiges Anliegen der eine Schaufel bildenden Schäufelteilea, a," und a" gewährleistet ist.
  • Bei dem Zusammenbau der einzelnen Schaufeln wird zunächst der mittlere Schaufelteil a", der ersten Schaufel in den Radkranz eingeschraubt; dann der Ein- oder Austrittsteil,a" ad derselben Schaufel usw. in derselben Reihenfolge, bis der Radkranz bis auf die Schlußschaufel voll besetzt ist. Der mittlere Schaufelteil a," der Schlußschaufel kann ebenfalls eingeschraubt werden, während die zugehörigen Schaufelteileae und au zweckmäßig für die dargestellte Schaufelzusammensetzung nicht eingeschraubt werden. Es ist wahlfrei, die Schaufelteile a, und a, der Schlußschaufel mit einem beliebigen, weiter unten noch näher zu erläuternden Schaufelfuß auszuführen. und zu befestigen. Durch entsprechende Drehung des Schaufelmittelteils a," der vorhergehenden ersten sowie der Ein- und Austrittsteile a, und a" derselben Schaufel, kann indessen auch erreicht werden, daß sämtliche Teile a, an und a" der Schlußschaufel gleichfalls eingeschraubt werden können.
  • Es ist ersichtlich, daß für diesen besonderen Fall, in welchem die Schaufelteilung kleiner ist als der Krümmungsradius, ferner die gesamte Schaufelbreite verhältnismäßig von normalen Werten nach oben hin abweicht, die Schaufelteile trotzdem auch nach dieser Ausführung sämtlich eingeschr aubt werden können.
  • Der mittlere Schaufelteila,n jeder Schaufel kann an seinen Berührungsflächen 7 r und 72 mit den beiden anderen Schaufelteilen a, und a" beidseitig auch kreisbogenförmig ausgebuchtet werden. Als Kreismittelpunkt für diese Ausbuchtungen ist der Mittelpunkt des Schaufelfußes des mittleren Schaufelteils verbindlich. Bei dem Zusammenhau der nach dieser Ausführung ausgebildeten Schaufel wird der mittlere Schaufelteila," erst dann eingesetzt; wenn: die beiden .anderen, Schaufelteile ;a-, und an bereits eingesetzt sind. Diese Ausführung erlaubt; sämtliche Schaufelteile ae, a", und a, einschließlich der Schlußschaufelteile ohne Besonderheiten einzuschrauben und ebenso einfach im Bedarfsfalle wieder zu entfernen.
  • Die Abb. 2, 3, 3a, q. und 6 zeigen die Verbindung der Schaufelteile a, und a" derselben Schaufel mit dem Schaufelmittelteil a," der folgenden oder vorhergehenden Schaufel durch einen .an den Schaufelköpfen aufgesetzten pfeilförmigen Verbindungskanal r.
  • Nach Abb. 5, die eine Schaufelgruppe von drei Schaufeln im Grundrißschnitt zeigt, wird die ,einzelne Schaufel aus zwei Teilen a, und a" gebildet. Der linke mit a, bezeichnete Schaufelteil (Eintrittsseite der Gase) ist an der Stelle, an die sich derselbe an den Schaufelteila" (Austrittsseite der Gase) anschließt, kreisbogenförmig ausgebuchtet. Der Punkt, von welchem jener Kreisbogen aus geschlagen wird, ist vornehmlich der Mittelpunkt des Schaufelfußes des Schaufelteils a,. Dier Schaufelteila" ist an der Berührungsstelle 7o mit dem Schaufelteilae ebenfalls kreisbogenförmig vertieft mit einem vom gleichen Mittelpunkt ausgehenden konzentrischen Kreisbogen, so daß die beiden Schaufelteile a, und a" genau aneinander anliegen.
  • In den Radkranz werden, entsprechend der Abb.5, sinngemäß zunächst die Schaufelteile a", rechte Seite der Abb. 5, der Reihe nach eingeschraubt. Der Zusammenbauverlauf. ist dabei entgegengesetzt der Drehbewegung des Laufrades, nach der genannten Abb.5 also von oben nach unten. Ist auf diese Weise der ganze Umfang bis auf den letzten Schaufelteil mit einzelnen gleichartigen oder voneinander verschiedenen Schaufelteilen a, besetzt und sind dieselben in ihre richtige Lage gebracht, so erfolgt die Einbringung des Schlußschaufelteilstückes. Ist die Beschaufelung gleichartig am ganzen Umfang, so muß beim Einsetzen des Schlußschaufelteilstückes der Austrittsseite der letzten Schaufel der zuerst eingesetzte Schaufelteil der Austrittsseite der ersten Schaufel etwas zurückgedreht werden, damit die Schaufelteile aneinander vorbeigehen. Alsdann werden die Schaufelteile a, in beliebiger Reihenfolge in den Radkranz eingeschraubt.
  • Sind die aus einzelnen Schaufelteilen a", a," und a, bestehenden Schaufeln in ihrem Querschnitt noch voneinander verschieden, d. h. im Querschnitt nicht von -ein und derselben Formgebung, so wird das letzte Glied, das Sc'hlußschaufelstück, der im Querschnitt am kleinsten Schaufel zuletzt eingebracht.
  • Es ist wahlfrei, ob die kreisbogenförmigen Ausbuchtungen und Vertiefungen der Schaufelteile a, und a" an den Berührungsstellen 70 den Mittelpunkt des Schaufelfußes der Ein-oder Austrittsseite .als Ausgangspunkt besitzen. Da indessen die Schaufeleintrittsseite die größten Beanspruchungen durch die heißen Gase auszuhalten hat und deshalb eher zu einer Beschädigung neigt, ist es vorteilhaft, den beschriebenen Zusammenbau einzuhalten. Solleine beschädigte Schaufel oder ein Teil derselben, a, oder a", oder gar eine Gruppe von Schaufeln ausgewechselt werden, so ist für den Fäll der Abb. 5 immer die vorhergehende, beim Laufrad beispielsweise entgegengesetzt der Drehrichtung liegende Schaufel,oder @es sind Teile derselben zuerst auszubauen oder zu lösen, damit die anderen Schaufeln oder Teile derselben zugänglich sind.
  • Die Abb.7 zeigt einen Schaufelteil im Aufriß. Die Abb.8 zeigt den zugehörigen Grundrißschnitt durch den Schaufelfuß der Abb. 7. Bei dieser Ausführung ist der Schaufelfuß zylindrisch abgesetzt und am oberen Ende mit einem P.aßsitz 29 versehen, welcher beim Einsetzen des betreffenden Schaufelteils in entsprechende Bohrungen des Ringkörpers b sich gegen einen ebensolchen Paßsitz 3o beim Befestigen des Schaufelteils fest anlegt. Der Paßsitz 29 kann eine Hinterdrehung 3 i besitzen, in welche .eine Dichtung eingelegt ist. Außerdem besitzt der Schaufelfuß nahe seinem unteren Ende eine halbkreisförmige Ringnut 32, die um den ganzen Schaufelfuß herumläuft. Der Ringkörper b enthält als Gegenstück ebenfalls eine halbkreisförrnige Ringnut 33, so däß sich nach Äbb:7 durch die beiden halbkreisförmigen Ringnuten 32 und 33 ein kreisförmiger lichter Querschnitt .ergibt. Der Ringkörper b ist nach Abb.8 im Grundrißschnitt noch mit einer axialen Gewindebohrung 34 versehen: Nach dem Einsetzen des Schaufelteils in den Ring körper b wird- beispielsweise eitle Spiralfeder 35 oder @es werden einzelne den ganzen lichten kreisförmigen Querschnitt ausfüllende Metallplättchen 36 durch die Gewindebohrung 34 eingebracht; und die Öffnung 34 wird dann durch eine Schraube 37 abgeschlossen, wodurch ein Herausfliegen des Schaufelteils vermieden wird. Diese Schaufelbefestigung ist vorwiegend für solche Turbinen bestimmt, die durch Luft oder Dampf von innen her gekühlt werden.
  • Die Abb. 9 und io zeigt eine dem gleichem Zweck dienende Schaufelbefestigung. Dieselbe unterscheidet sich von derjenigen nach Abb. 7 und 8 dadurch, daß die Befestigung des Schaufelteils durch einen Stiftoder zwei axial in Richtung des Laufradumfanges nebeneinander einzuschlagende Stifte 3F oder 39 erfolgt: Der Querschnitt der Stifte 38 oder 39 ist meistens kreisförmig oder quadratisch. Die Stifte können nach dem Einschlagen zwecks Sicherung beidseitig leicht verstemmt -werden. Es können auch Nieten verwendet werden.
  • In Abb. i i und 12 ist eine weitere Schaufelbefestigung wiedergegeben, und zwar beide Abbildungen im Aufriß. Diese Ausführung kennzeichnet sich dadurch, daß der Schaufelfuß an seinem oberen Teil ini Querschnitt beispielsweise ebenfalls .einen zylindrischen oder anders ausgebildeten Paßsitz q:o besitzt, dessen. Gegenstück 4a sich in dem oberen Teil der Päßbohrung innerhalb des Ringkörpers b befindet. Dieser Teil des Schaufelfußes ist in Richtung der Schaufelteilung gesehen beidseitig .äbgefräst, mit welchen Stellen die aufeinanderfolgenden Schaufelteile gegeneinander anliegen; wodurch ein: Verdrehen aus der -einmal festgelegten Schaufelstellung vermieden wird und außerdem keine Zwischenstücke @erforderlich sind. Der untere zylindrische Teil des Schaufelfußes ist mit im Querschnitt halbkreisförmigen, gewindeartigen Nuten 42 versehen, die in Form einer Schraubenlinie auf den genannten Schaufelfußteil beispielsweise aufgeschnitten sind: Die Bohrungen in dem Ringkörper b sind mit gleichen gewindeartigen Nuten q.3 versehen, welche in eingesetztem Zustande des Schaufelteils sich mit den Nuten 42 .auf dem Schaufelfuß decken. In den sich dadurch bildenden Hohlraum wird, nachdem der Schaufelteil eingesetzt ist, eine Spiralfeder 44. hineingedreht. Die Form der gewindeartigen Nuten 42 und 43 und der Spirälfeder 44 im Querschnitt ist eine runde, rechteckige oder auch sonstige Form. Wird der rechteckige oder quadratische Querschnitt vorgezogen, so können die Nuten 42 und 43 und die. Spiralfeder 44 noch mit nicht dargestellten, beispielsweise dreieckigen Gewindegängen versehen werden, welch letztere selbst bei Flüssigkeitsinnenkühlung den Austritt von Kühlmittel an den Befestigungsstellen wirksam verhindern. Ein selbsttätiges Zurückdrehen der einmal eingesetzten Spiralfeder 44 während des Betriebes wird dadurch vermieden. Eine weitere Sicherung der @einzelnen Schaufelteile kennzeichnet sich dadurch, daß an den Bohrungen innerhalb des Ringkörpers b Ringnuten 45 eingedreht oder eingefräst sind,- in welche ein Sicherungsring 46 eingelegt ist.
  • Die Abb. 13, 14, 15 und i 6 stellen vier weitere Schaufelbefestigungen dar, die sieh in .einem Punkte ähneln und dadurch kennzeichnen, daß der Schaufelteilfuß auf seinem unteren zylindrischen Teil auf ungefähr 3/4 seiner Länge mit normalem, beispielsweise dreieckigem Außengewinde versehen ist. Die Bohrung im Ringkörper b besitzt das gleiche Gewinde. Die Befestigung erfolgt durch eine Ringmutter 47, die innen- und außen mit gleichartigem Gewinde ausgestattet ist und beim Einschrauben die Schaufelteile fest auf ihren Paßsitz48 zieht und dadurch am Herausfliegen hindert. Der Paßsitz 48 kann nach Abb.13 zylindrisch, eben oder auch kegelförmig so wie nach den Abb. 14, 15 und 16 ausgebildet sein. Nach der Abb.:13, 1 ¢ und 15 geht der Schaufelteilfußpaßsitz 48 unmittelbar in einen hervorstehenden ringsum laufenden kammartigen Ansatz 49 über. Dieser kammartige Ansatz 49 verläuft konzentrisch zu dem Schaufelfuß und greift geradlinig in eine ebensolche Ringnut 5o in der Ringmutter 47 ein (Abb. 1:5). Bei der Ausführung nach den Abb. 13 und 14 wird der kammartige Ansatz q.9 beim Einschraubender Ringmutter 4; durch die ringförmige Aussparung 51 am oberen Ende der Ringmutter 47 je nach der Lage dieser Aussparung nach ,außen (Abb. 13) oder nach innen (Abb. 14) umgebogen.
  • Eine weitere diesbezügliche Ausführung nach Abb. 16 kennzeichnet sich dadurch, daß der Schaüfelfußpaß:sitz 48 mit einer keilförmig ringsum laufenden Nut 52 versehen ist, in welche derobere,ebenso abgedrehte Teil der Ringmütter 47 beim Einschrauben derselben eingreift. Damit die Ringmutter besser eingeschraubt werden kann, ist dieselbe an ihrem unteren Teil mit entsprechenden Aussparungen 53 versehen zum Ansetzen eines Schlüssels. Diese Schaufelbefestigungen nach der. Abb. 13, 14, i 5 und 16 eignen .sich infolge der beschriebenen Baubeile vorwiegend füi solche Turbinen, deren Schaufeln durch eine Flüssigkeit von innen hier gekühlt werden, da sie den übertritt des Kühlmittels in den Treibgasbereich verhindern.
  • Bei einer weiteren Schaufelbefestigung nach Abb. 17 ist der Schaufelteilfuß auf den Teil 5¢, welcher in dem Ringkörper b steckt, kegelförmig nach unten abgesetzt, während der anschließende, über den Ringkörper b hinausragende freie Schaufelfußtei155 zylindrisch ausgebildet ist. Der zylindrische Schaufelfußteil55 besitzt nahe seinem untersten Ende im lnnern eine ringsum laufende Nut 56, in welche nach dem Einsetzen der Schaufelteile der den zylindrischen Schaufelfußtei155 umfassende Sicherungsringkörper 57,eingestemmt ist. Die Nut 56 ist im Querschnitt nach außen zu scharfkantig, und nur die inneren Kanten sind; wie :angedeutet, gebrochen, wodurch die ganzen Querschnittsflächen zum Tragen herangezogen werden und ein Herausschlüpfen des Schaufelfußes aus dem Sicherungsringkörper 57 nicht stattfinden kann.
  • Auch diese Schaufelbefestigung ist fest und vor .allen Dingen auch dicht.
  • Die Abb. 18 und i9 betreffen zwei weitere Schaufelfußbefestigungen, die sich dadurch kennzeichnen, daß der in seiner Grundform zylindrische Schaufelfuß mit Innengewinde versehen ist, während die eigentliche Befestigung durch :eine besonders ausgebildete Ringmutter mit Außengewinde erfolgt, welche in das Innengewinde des Schaufelfußes, nachdem der betreffende Schaufelteil eingesetzt ist, eingeschraubt wird. Entsprechend der Abb. 18 geht die Bohrung im Ringkörper b zur Aufnahme des Schaufelfußes an ihrem untersten Ende in einen kegelförmig erweiterten Paßsitz 58 über. Nach dem Einsetzen des Schaufelteils wird, wenn der Baustoff des Schaufelfußes besonders stark ist, das untere Ende des Schaufelfußes mit einem entsprechenden Werkzeug gleichfalls erweitert, s:o daß sich der Schaufelfuß genau dem Paßsitz 58 anschmiegt. Die alsdann einzuschraubende Ringmutter 59, welche vorteilhaft aus einem widerstandsfähigen Baustoff hergestellt wird, besitzt an ihrem unteren Ende die gleiche kegelförmige Erweiterung 6o, die in eingeschraubtem Zustande verhütet, daß sich der Schaufelfuß aufziehen kann. Ist der Schaufelfuß nicht gerade aus besonders starkem Baustoff hergestellt, was bei kleinen Turbineneinheiten vollauf genügt, so ist eine nachträgliche Erweiterung desselben, so wie vorstehend beschrieben, nicht erforderlich, da durch das Einschraub; n der Ringmutter 59, infolge ihrer kegelförmigen Erweiterung 6o, :eine zwangsweise Erweiterung oder Anpassung des Schaufelfußes stattfindet.
  • Nach der Abb. i9 ist der Schaufelfuß in fertigeingesetztem Zustande durchweg zylindrisch und ebenfalls mit Innengewinde versehen. Die Ringmutter 61 besitzt entsprechendes Außengewinde und ist an ihrem unteren Ende mit einem rechtwinklig zur Achsenrichtung verlaufenden Fuß 62 versehen. Außerdem ist an dem Mutterfuß 62 noch eine ringsum laufende Nut 63 vorgesehen. Der Zweck der vornehmlich eingedrehten Nut 63 ist der, einen gleichfalls ringsum laufenden, im Querschnitt wahlfreien, hervorstehenden Kamm 64 an dem Mutterfuß 62 zu schaffen, der sich beim Einschrauben der Ringmutter in den Schaufelfuß fest gegen die gleichen Querschnitt besitzende Ringnut im Ringkörper b anlegt.
  • Eine weitere Schaufelbefestigung zeigt als letzte dieser Gattung die Abb. 2o im Aufrißschnitt. Der Schaufelfuß stellt in der Grundform einen von oben nach unten zu mit verschiedener Stärke ausgeführten zweimal zylindrisch (trommelartig) abgesetzten Drehkörper dar. Der obere im Querschnitt am stärksten ausgeführte Teil 65 dies Schaufelfußes besitzt Außengewinde und dient der eigentlichen Befestigung des betreffenden Schaufelteiles, während dem unteren Schaufelfußteil 66 von im Querschnitt ganz geringer Stärke lediglich die Abdichtung gegen an dem Gewinde übertretendes Kühlmittel obliegt. Auf das Gewinde des Schaufelfußes ist die einem abgestumpften Kegel ähnelnde Ringmutter 67 mit Innengewinde aufgeschraubt, deren kegelige Mantelfläche sich beim Anziehen gegen die gleichfalls kegelige Paßbohrung 68 im Ringkörper b anlegt und reit dieser einen dauerhaften dichten Paßsitz bildet. Die Ringmutter 67 besitzt .am unteren Ende eine im Querschnitt beliebige Ringnut 69, in welche der untere Schaufelfußteil 66 zwecks Abdichtung eingestemmt ist. Der Schaufelteil liegt in eingesetztem Zustande mit seiner ganzen Grundfläche ,auf -dem Ringkörper b fest auf.
  • Eine weitere Ausführungsform der Schaufel, entsprechend dem Sinne der Erfindung, kennzeichnet sich dadurch, daß nach Abb. 21 und 22 die :ebenfalls aus zwei oder drei einzelnen Teilen a, a" und ae, a,n, a" bestehenden Turbinenschaufeln an ihren Berührungsflächen 70, 71 und 72 völlig eben ausgebildet sind. Die Lage der Berührungsflächen 70, 71 und 72 im Raume ist an keine bestimmte Voraussetzung gebunden und richtet sich lediglich nach den anzustrebenden eirizelnen Schaufelquerschnitten. Die Befestigung der Schaufelteile nach diesen Ausführungen der Abb. 21 und 22 auf dem Laufrad oder der Leitscheibe erfolgt auf die eine oder Wandere Art der bereits: erläuterten Befestigungsmöglichkeiten.
  • Die Abb.23 und 24 zeigen als Abschluß dieser Schaufelausführungen gleichfalls zwei Gruppen von je drei Schaufeln im Grundriß, und zwar in der Draufsicht. Auch hier sind die einzelnen gleichbezeichneten Schaufelteilea, ,ä" und ae, a"L, arz je durch einen in Richtung des Laufrad- oder Leitscheibenumfanges verlaufenden Verbindungskanal i miteinander verbunden. Der Verbindungskanal i kann mit den einzelnen Schaufelteilen auf .beliebige bekannte Art und Weise verbunden sein. Bei dieser Ausführung ist die gesonderte Abdeckung der Schaufelteile nach außen hin gegenstandslos, da zwei, drei oder auch mehrere Verbindungskanäle i nebeneinanderzuliegen kommen und dadurch die ganze Schaufelbreite ausfüllen, so daß ein Abströmen der Gase radial nach außen hin nicht stattfinden kann.
  • Die Verbindungskanäle i zwischen den einzelnen Schaufelteilen liegen in Wirklichkeit mit ihren Stirnseiten näher beieinander als in der Zeichnung (Abt. 23) dargestellt, welch letztere lediglich des besseren Verständnisses wegen so ausgeführt ist. Die Verbindungskanäle i können im Querschnitt kreisförmig, quadratisch oder auch rechteckig sein, ohne daß das Wesentliche der Erfindung eine Beeinträchtigung erleidet.
  • Werden die einzelnen Schaufelteile nach außen hin offen ausgeführt und durch einen Abdeckungsring begrenzt, auf welchen ein Abschlußringkörper aufgeschraubt ist, so wird nach der vorliegenden Erfindung der Abschlußringkörper mit im Innern pfeilförmig verlaufenden Leitrippen ausgeführt. Der Zweck jener Leitrippen ist der, eine einwandfreie Verbindung zwischen .den Ein- und Austrittsschaufelteilen ,a" und .a" derselben Schaufel und dem mittleren Schaufelteil a"" der folgenden öder vorhergehenden Schaufel herzustellen.
  • An Stelle des so ausgebildeten Abschlußringkörpers kann derselbe auch, gemäß der Abb. 24, im Innern durch Zwischenwände 73 und 74 in einzelne Kammern unterteilt werden, so daß sich voneinander getrennte Verbindungskanäle z ergeben.
  • Es können auch, so wie eingangs beschrieben, pfeilförmige Verbindungskanäle i auf die Schaufelteile auf irgendwelche Art aufgesetzt werden.
  • Durch diese Ausführungsmöglichkeiten der Verbindung der einzelnen Schaufelteile an ihren Köpfen durch einen geradlinigen -oder pfeilförmigen Verbindungskanal i, ist es wahlfrei, eine Verbindung herzustellen zwischen je zwei gleichen Schaufelbeilen verschiedener Schaufeln oder je einem Ein- und Austrittstefae und a" derselben Schaufel und demmittleren Schaufelteila," der folgenden oder vorhergehenden Schaufel.
  • Ausschlaggebend für die Festlegung der Verbindungskanäle nach der einen oder anderen Richtung ist vor allen Dingen die Lage und die Anzahl der Zulauf- und Ablaufkanäle und die ganze Bauart der betreffenden Gasturbine, die mit Schaufelteilen der vorliegenden Art ausgerüstet werden soll.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbinenhohlschaufel, welche mit benachbarten Hohlschaufeln zwecks Hintereinanderschältung der inneren Schaufelhohlräume für den Kühlmitteldur chlauf ,an ihren Köpfen durch Verbindungskanäle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlschaufel aus mehreren einzelnen in sich abgeschlossenen Teilen (a", a,", aa) besteht, welche sich erst in ihrer Gesamtheit zu einer vollständigen Schaufel ergänzen.
  2. 2. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, däß die Schaufelseitenteile (a, und au) derselben Schaufel mit dem Schaufelmittelteil (a "Z) der folgenden,oder vorhergehenden Schaufel durch einen an den Schaufelköpfen aufgesetztem pfeilförmigen Verbindungskanal (i) verbunden sind.
  3. 3. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i; dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schaufelteile (aE, a"" a.) jeder für sich einen gesonderten zylindrischen Schaufelfuß besitzt, der mit Gewinde versehen ist zum Einschrauben der Teile in den Radkranz. q,. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zweiteilung der Schaufel die Schaufelbeile (a, und: a") an den einander benachbarten Wänden (7o) der beiden Schaufelteile, von dem Mittelpunkt des Schaufelteilfußes eines- Teiles -(a,) ausgehend, kreisbogenförmig ausgebuchtet sowie vertieft sind. 5. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Dreiteilung der Schaufel die Schaufelseitenteile (ä" und a") an den einander benachbarten Wänden (71 und 72) der Schaufelbeile, von dem jeweilig zugehörigen Schaufelteilfüßmittelpunkt ausgehend, kreisbogenförmig ausgebuchtet sind, während der Schaufelmittelteil (a "i) an denselben Stellen :entsprechend vertieft ist. 6. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 5; dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelmittelteil (a",) an den einander benachbarten Wänden (7 i und 72) der Schaufelteile, von seinem Schaufelfußmittelpunkt ausgehend, mit gleichem Radius kreisbogenförmig ausgebuchtet ist, während die Schaufelseitenteile (a, und aa) an denselben Stellen entsprechend vertieft sind. 7. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen zylindrischen Schaufelfüße der Schaufelteile (ae, a," und a") einen zylindrischen Paßsitz (29) besitzen; der mit einer Hinterdrehung (31) versehen ist. B. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelfüße der Schaufelteile (a" a,", aa) am unteren Ende eine halbkreisförmige Ringnut (32) besitzen, die mit der halbkreisförmigen Ringnut (33) im Ringkörper (b) je einen kreisförmigen Querschnitt einschließt. 9. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den aus der Ringnut (32 und 33) gebildeten kreisförmigen Querschnitt eine den ganzen Umfang erfassende Spiralfeder (35) eingelegt ist. i o. Gasturbinenhohlschaufel ,nach Anspruch i und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisförmige Querschnitt mit Metallplättchen (36) ausgefüllt ist, die am Herausfliegen durch eine Schraube (37) in einer Gewindebohrung (34) des Ringkörpers (b) verhindert werden. i i. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelfüße der Schaufelteile (ae, am, aa) durch :einen Stift :oder zwei in axialer Richtung nebeneinanderliegend° Stifte (38 und 39) befestigt sind. 12. Gasturbinenhohlschaufcl nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelfüße der Schaufelteile (a, @am, @aa) mit gewindeartigen Nuten (42) versehen sind, die mit den gleichartigen Nuten (43) in dem Ringkörper (b) einen nach einer Schraubenlinie verlaufenden Hohlraum einschließen. 13. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und i--, dadurch gekennzeichnet, daß in den schraubenlinienförmigen Hohlraum eine Spiralfeder (44) hineingedreht ist. 14. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (42 und 43) sowie die Spiralfeder (44) innen und .außen mit Gewindegängen versehen sind. 15. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i, 12, 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (b) Ringnuten (45) besitzt, in welche Sicherungsringe (46) eingelegt sind. 16. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen zylindrischen Schaufelfüße der Schaufelteile (a" u,", aa) :auf 3/4 ihrer Länge normales Gewinde besitzen und in dem mit Gewindebohrungen versehenen Ringkörper (b). durch je eine .mit Innen-und Außengewinde ausgebildete Ringmutter (47) gehalten werden. 17. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelfüße einen Paßsitz (48) besitzen, der im Querschnitt zylindrisch oder kegelförmig ausgeführt ist. 18. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelfußteilpaßsitz (48) einen hervorstehenden, ringsum laufenden, konzentrischen, kammartigen Ansatz (49) besitzt, der in eine Ringnut (5o) loder in eine Aussparung (51) eingreift. i9. Gasturbinenliohlschaufel nach Anspruch i und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmutter (47) mit einer obenliegenden Ringnut (5o) :oder einer innen-,oder außenliegenden Aussparung (5 i) versehen ist. 2o. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelfußpaßsitz (48) der einzelnen Schaufelteile mit einer keilförmigen, ringsum laufenden Nut (52) versehen ist, deren Gegenstück der obere Teil der Ringmutter (47) bildet. 21. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Schaufelfüße der Schaufelteile (a, a"" aa) aus je einem kegelförmigen Teil (54) mit daran anschließendem zylindrischem Teil (55) gebildet sind. 22. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 21, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil (55) des @einzelnen Schaufelfußes der verschiedenen Schaufelteile von einem Sicherungsringkörper (57) umfaßt wird und im Innern mit einer Nut (56) versehen ist, in welche das freie Ende des Sicherungsringkörpers (57) eingestemmt ist. 23. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Schaufelfüße der einzelnen Schaufelteile (ae, a,", a,) im Innern mit Gewinde versehen sind, welches in Verbindurig mit einer Ringmutter (59 oder 61) die Schaufelteile auf dem Ringkörper (b) festhält. 24. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Paßsitz (58) im Ringkörper (b) und der kegelförmigen Erweiterung (6o) der Ringmutter ('59) der untere Teil des Schaufelfußes der @einzeliien Schaufelbeile festgeklemmt ist. 25. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 23; dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmutter (61) ,einen rechtwinklig zur Achsenrichtung verlaufenden Fuß (62) besitzt, der durch eine ringsum laufende Nut (63) meinen: Dichtungskamm (6q.) übergeht. 26. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Schaufelfüße der Schaufelteile (ae, am, aä) je aus einem trommelartig abgesetzten Drehkörper bestehen, wobei der stärkere Teil (65) mit Gewinde versehen ist, während dem schwächeren Teil (66) die Abdichtung obliegt. 27. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 26, dadurch gekennzeichnet; daß die einzelnen Schaufelteile in dem Ringkörper (b) je durch .eine kegelige Ringmutter (67), die sich an die kegelige Paßb.ohrung (68) im Ringkörper (b) anlegt; in diesem gehalten werden. 28. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmutter (67) eine Ringnut (69) besitzt, in welche der schwächere Teil (66) des -einzelnen Schaufelfußes eingestemmt ist. 29. Gasturbinenhohlschaufel nach Ansprach i, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungswände (70, 71 und 72) der Schaufelteile (a, a,", a") völlig Beben sind. 3o. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaufelteil (a, a," und aQ) derselben Schaufel mit dem gleichen Schaufelteil der vorhergehenden oder folgenden Schaufel durch einen geradlinigen Verbindungskanal (i) verbunden ist, derart, daß eine Schaufelabdeckung in radialer Richtung überflüssig ist. 31. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i, bei welcher die Schaufelteile nach außen hin offen sind und durch einen Abdeckungsring begrenzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckungsring mit im Innern verlaufenden pfeilförmigen Leitrippen versehen ist, derart, daß eine Verbindung der Schaufelseitenteile (a, und a") derselben Schaufel mit dem Schaufelmittelteil (a,") der folgenden oder vorhergehenden Schaufelermöglicht ist. 32. Gasturbinenhohlschaufel nach Anspruch i und 3i, bei welcher die Schaufel aus zwei oder mehreren Teilen besteht und durch einen Abdeckungsring nach außen hin begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckungsring durch Zwischenwände (7g und 7q.) in einzelne Kammern unterteilt ist, welch letztere einzelne voneinander getrennte Verbindungskanäle (i) ergeben.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2585871A (en) * 1945-10-22 1952-02-12 Edward A Stalker Turbine blade construction with provision for cooling
US2589239A (en) * 1945-05-16 1952-03-18 Malcolm Mitchell Turbine-compressor unit
DE758097C (de) * 1940-06-08 1954-02-22 Versuchsanstalt Fuer Luftfahrt Schaufelbefestigung fuer Gas- bzw. Abgasturbinenschaufeln
DE946935C (de) * 1942-06-10 1956-08-09 Vorkauf Heinrich Durch Verdampfung von Fluessigkeit gekuehlte Hohlschaufeln fuer Gasturbinen

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