DE675222C

DE675222C - Turbinenlaufrad und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE675222C
Application number: DER98515D
Authority: DE
Inventors: Hans Petermann
Original assignee: Rheinmetall Borsig AG
Current assignee: Rheinmetall AG
Priority date: 1937-02-09
Filing date: 1937-02-09
Publication date: 1939-05-03

Description

Turbinenlaufrad und Verfahren zu dessen Herstellung Im Betriebe von Gas- und Dampfturbinen ,erfährt der den wesentlich höheren Temperaturen des Treibmittels ausgesetzte Kranz eine größere Wärmedehnung als der Radkörper. Der Schaufelkranz unterliegt daber neben der Beanspruchung durch die Fliehkraft großen tangentialen Druckspannungen und kleineren radialen Zugspannungen, während der Radkörper solchen Spannungen nur im geringen Maße ausgesetzt ist, zu denen ebenfalls die Beanspruchung durch die Flichkraft hinzukommt. Es ist daher notwendig, die tragenden Querschnitte des Laufrades stark auszubilden.
Es sind Turhinenläufer bekannt, die aus einem scheibenartigen Radkörper und einem besonderen ringförmigen Schaufelträger gebildet sind. Bei dem bekannten Vorschlag wird der Schaufelträger auf den Radkörper warm aufgezogen und anschließend zur Sieherung mit dem Radkörper verschweißt.
Durch das Aufschrumpfen werden in dem Schaufelträger Zugspannungen und in dem Radkörper Druckspannungen erzeugt, die den Betriebsspannungen entgegengesetzt wirken. Die Schrumpfspannungen werden infolge des durch die hohen Temperaturen des Treibmittels erzeugten Wärmeflusses nach der Welle zu abgebaut. Es können daher die sonst auftretenden zusätzlichen Spannungen im Radkörper vermieden oder herabgesetzt werden. Wird jedoch der Schaufelträger, wie es bei dem bekannten Vorschlag offenbar der Fall ist, im kalten Zustand mit dem Radkörper verschweißt, so kann die angestrebte Wirkung nicht erreicht werden. Bei der Erwärmung der zu verschwieißenden Stellen bis auf Schweißhitze würde nämlich der Schrumpfdruck zur Verformung des Radkörpiers und des Schaufelträgers und somit zur Herabsetzung der Schrumpfspaimurigen fährien. In dem Kranz und in dem Radkörper stellen sich nicht überwachbare Spannungen ein, die auf jeden Fall ungünstig wirken. Außerdem dient bei der bekannten Ausführung die Schweißnaht lediglich zur Sicherung des Schaufelkörpers, um zu verhindern, daß sich bei Verringerung des Schrumpfdruckes infolge der höheren Kranztemperaturen der Schaufelträger vom Radkörper abhebt. Die nur schwache Schweißverbindung genügt nicht, um eine erhebliche Entlastung des Schaufelträgersdurch den Radkörper zu bewirken. Die durch das Aufschrumpfen des Schaufelträgers bedingten Vorteile können somit nicht eintreten.
Zur B,cseitigung dieser Mängel wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Schauf91träger im warmen Zustand mit dem auf eine geringere Temperatur erwärmten Radkörper zu verschweißen. Sofern* die Verbindung des Schaufelträgers mit dem Radkörper durch mechanische Mittel, beispielsweise durch Verriegelung vorgenommen wird, ist es zweckmäßig, dein Scha - ufelträger oberhalb dieser Befestigung mit seitlichen, der Verschweißung mit dem Radkörper dienenden elastischen Stegen zu versehen.
In der Zeichnung sind verschiedene, in der terfindungsgemäßen Weise hergestellte Turbinenlaufräder dargestellt.
Das Laufrad kann entweder aus einer vollen Scheibe ioder auch iaus zwei -Scheiben bestehen, auf die der Schaufelträgerring aufgeschrumpft ist. Die Verschweißung wird ,entweder unmittelbar an der Stoßstelle oder auch an einer von dieser entfernten Stelle vorgenommen. Um die beim Schweißen auftretenden Spannungen herabzusetzen, wird der Radkörper und der Schaufelträger erwärmt, wobei die Erwärmungstempcratur des Schaufelträgers entsprechend der beabsichtigten Schrumpfung höher ist als die des Radkörpers und dieser Temperaturunterschied während des ganzen Schweißvorganges aufrecht-,erhalten wird. Die zur Anwendung kommenden Temperaturen sollen bezüglich des Schaufelträgers etwa 300' C und bei dem Radkörp,-.r etwa 200' C betragen.
Die Abb. i zeigt beispielsweise einen Schaufelträger 2, der mit zwei den Radkörper bildenden Scheiben 5, 6 verbunden ist, dieeinen Hohlraum 7 für die Zuführung eines Kühlmittels einschließen. Der Schaufelträgerring 2 und die Scheiben , 6 sind in Umfangs-5 b richtung genutet. Die Verbindung der Scheib#en 5, 6 mit dem Schaufelträger 2 wird durch bajonettartige Verzahnungen 9, 1 o bewirkt, indem diese während des Aufschrumpfens durch Drehen des Radkörpers oder des Schaufelringes miteinander verriegelt werden. Die mechanische Verbindung wird durch ringförmige Stege 12, 13 des SchaufelträgerS 2 gesichert, indem diese mit den Scheiben 5, 6 verschweißt werden. Diese Alt der Schweißverbindung ist bei mechanisch mit dem Radkörp-,r verbundenen Schaufelträgern von großer Bedeutung, da hierdurch ebenfalls der Abbau der durch die Schrumpfung im Schaufelträger erzeugten Zugspannungen verhindert wird. Die Schweißstelle liegt :entfernt von den Schrumpfstellen, so daß die dem Schaufelträger durch die Schrumpfung erteilte Vorspannung beim Verschweißen nicht beeinträchtigt wird. Des weiteren läßt diese Verbindung des Schaufelträgers 2 mit den Scheiben 5, 6 unver dem Einfluß der Fliehkräft,e eine geringe Radialbewegung des Schaufelträgers zu, ohne daß hierdurch die -nur für die Aufnahme der seitlichen Kräfte und zur Abdichtung des inneren Raumes 7 bestimmten -, verhältnismäßig schwachen Schweißnähte zerstört werden.
Die Abb. 2 stellt die Schiumpfverbindung ,eines im Querschnitt U-förmigen Schaufelträg#ers 14 mit zwei Scheiben 16, 17 dar, der ebenfalls einen Hohlraum 7 für ein Kühlmittel umschli#eßt. Der Schaufelträger 14 ist lediglich durch Schweißen mit den Scheiben des Radkörpers verbunden, und zwar unmittelbar an der Stoßstelle. Das Verschweißenerfolgt in derselben Weise, wie oben dargelegt.

Claims

PATENTANSPRÜCHL: x. Verfahren zvr Herstellung eines Turbinenlaufrades miteinem auf den Radkörper aufgeschrumpften und mit ihm vorschweißten Schaufelträger, insbesondere für Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelträger im warmen Zustand mit dem auf eine geringere Temperatur erwärmten Radkörper verschweißt wird.
2. Gemäß dem Verfahren nach Anspruch i hergestelltes Turbinenlaufrad, bei demderSchaufelträger mit dernRadkörper durch mechanische Mittel verriegelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelträger oberhalb. dieser Befestigung mit seitlichen, der Verschweißung mit dem Radkörper dienenden elastischen Stegen versehen ist.