DE687368C - Schaufelbefestigung fuer Kreiselmaschinen - Google Patents

Description

Im Patent 658 445 ist bereits eine Schaufelbefestigung vorgeschlagen worden, bei der die eine Schaufelnut begrenzenden Wangen des Schaufelträgers durch Anker verbunden sind, die in bis in den Schaufelfuß hinein durchgeführten Schaufelkanälen angeordnet und von den aneinander anliegenden Verstärkungen der Schaufelfüße zum Schaufelträger zu begrenzt sind. Dadurch werden besondere Zwischenstücke zwischen den Schaufeln entbehrlich, die deshalb nachteilig sind, - weil sie eine maßgebliche Verkleinerung des Schaufelfußes zur Folge haben, obschon doch gerade dieser Schaufelfuß, insbesondere bei der stoßweisen, bei Verpuffungsbrennkraftturbinen unvermeidlich hohen Beanspruchung derartiger Schaufeln als Wurzel der Schaufel die höchsten Beanspruchungen erfährt, so daß er kräftig auszubilden und mit entsprechend großen Anlageflächen im Schaufelträger festzulegen ist. Bei dieser Schaufelbefestigung ist die Kühlung der Schaufel als reine Fußkühlung durchgeführt worden. Zu diesem Zweck sind zwei flanschartige Stege, die in der Schaufelnut des Schaufelträgers vorgesehen sind, so aufeinander zu gebogen und an der Berührungsstelle miteinander, beispielsweise über eine Schweißnaht, vereinigt, daß ein geschlossener Kühlmittelkanal entsteht, dem das Kühlmittel über die Achse des Schaufelträgers und in beiden vorgesehene Zu- und Abführungskanäle zugeleitet wird.

Vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Ausbildung der Schaufelbefestigung zu vereinfachen und insbesondere den Wärmeabfluß zum Kühlmittel zu erleichtern. Die zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagenen Schaufelbefestigungen, bei denen die eine Schaufelnut begrenzenden Wangen des Schaufelträgers durch Anker verbunden sind, die in bis in den Schaufelfuß hinein durchgeführten Schaufelkanälen ange-

Ordnet und von den aneinander anliegenden Verstärkungen der Schaufelfüße zum Schaufelträger zu begrenzt sind, kennzeichnen sich erfindungsgemäß dadurch, daß die mit den Schaufelträgerwangen und den Schaufeln verschweißten Anker als dichtende Abschlüsse eines ringförmigen Kühlraumes ausgebildet sind, der in der Schaufelnut des Schaufelträgers angeordnet und unmittelbar von den Schaufelfüßen und den ίο Schaufelträgerwangen begrenzt ist. Dadurch fällt also die äußere Begrenzungswand des Kühlmittelkanals völlig weg; diese wird vielmehr ersetzt durch die Schaufelfüße, die Schaufelträgerwangen und durch die als dichtende Ab-Schlüsse ausgebildeten Anker. Hierdurch wird die Ausbildung der Schaufelbefestigung wesentlich vereinfacht und der Wärmeabfluß in das Kühlwasser erleichtert. Außerdem können die Schaufeln mit den verschiedenartigsten Kanälen oder Einsetzen hoher Wärmeleitfähigkeit ausgerüstet werden, da diese Kanäle oder Einsätze ohne Herstellung besonderer Anschlüsse mit dem Kühlmittel in Verbindung gebracht sind.

Dabei wäre es denkbar, lediglich die Anker als dichtende Abschlüsse des Kühlraumes auszubilden, da die sich durch die erforderliche Paßarbeit einstellende Größenordnung der Fugen zwischen Schaufeln und Schaufelträger beträchtliche Kühlmittelverluste ausschließt, zumal die Fliehkräfte während des Betriebes die durchweg vorgesehenen Tragschultern der Schaufeln an den entsprechenden, ringartigen Vorsprüngen des Schaufelträgers dichtend zur Anlage bringen. Kleinere Kühlmittelverluste können in Kauf genommen werden, da etwa austretendes Kühlmittel sofort verdampft und abgeführt wird. Um jedoch die Abdichtung des Kühlraumes in jeder Weise zu vervollständigen und eine unerwünschte Abkühlung der Feuergase zu verhüten, können in weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens die einzelnen in den Schaufelkanälen liegenden Anker durch gleichmittig zur Schaufelträgerachse verlaufende ringförmige, zweckmäßig ebenfalls aus Schweißstoffen bestehende Anker untereinander verbunden sein, die vorteilhaft den Winkelraum zwischen den Schaufelflanken und den Schaufelträgerwangen ausfüllen.

Es ist an sich nicht neu, die Schaufeln mit dem Schaufelträger zu verschweißen. In diesen Fällen hat man jedoch außer einer rein mechanischen, festen Verbindung der Schaufeln mit dem Schaufelträger vor allem eine wärmeleitende Verbindung schaffen wollen und geschaffen, um die Wärme der Schaufeln möglichst ungestört auf den gekühlten Schaufelträger größerer Maße ableiten zu können. In derartigen Fällen wurde jedoch das Kühlmittel stets durch ein besonderes, nach außen hin völlig abgeschlossenes Kühlmittelrohr gebildet, wenn dessen Wandungen auch teilweise schon aus dem Schaufelträger selbst gebildet wurden. Dieses besondere Kühlmittelrohr fehlt nunmehr völlig; hier wird die äußere Wandung dieses Rohres von den Schaufelträgerwangen, den Schaufelfüßen und von den Ankern zusammen gebildet, wobei letztere als die. dichtenden Abschlüsse eines derartigen Kühlraumes ausgebildet sind.

Es war bereits oben erwähnt worden, daß die gemäß vorliegender Erfindung ausgebildete Schaufelfußbefestigung die Anordnung von Kühlkanälen oder gut wärmeleitenden Einsätzen in den Schaufeln ermöglicht. Diese Anordnung ist an sich ebenfalls nicht neu, hat aber bisher infolge der erforderlichen Anschlüsse stets zu solchen werkstattechnischen Schwierigkeiten geführt, daß sie sich praktisch nicht durchzusetzen vermochte. Erst die nach vorliegender Erfindung vorgeschlagene neue Schaufelbefestigung ermöglichte in einfacher Weise eine Ausbildung derselben, bei der die Kühlräume des Schaufelträgers mit zu diesen Kühlräumen zu einseitig offenen Sackkanälen der Schaufeln in Verbindung stehen, die einen den Kühlflüssigkeitsumlauf und -austausch ermöglichenden Querschnitt besitzen. Das ist von besonderer Bedeutung deshalb, weil bei den Laufschaufeln durch die auftretenden hohen Fliehkräfte die Kühlflüssigkeit unter einen Druck gesetzt wird, der nahezu gleich dem kritischen Druck der als Kühlmittel in Betracht kommenden Flüssigkeiten wie Wasser ist, so daß sich die Unterschiede in den Wichten des zu- und abfließenden Kühlmittels stark verringern und die Austauschmöglichkeit der dampfförmigen und flüssigen Bestandteile des Kühlmittels innerhalb der als Kühlräume anzusehenden Sacklöcher stark ersehwert ist. Bei Ausfüllung der Längskanäle durch Einsätze hoher Wärmeleitfähigkeit wird eine ausreichende Wärmeabfuhr durch einen reichlich bemessenen Querschnitt der Einsätze erreicht.

In derselben Weise, in der man für die umlaufenden Schaufeln Sackkanäle vorsieht, über die die Schaufeln wirksam gekühlt werden, kann man auch für die Leit- oder Umkehrschaufeln derartige Kühlräume vorsehen. Gegenüber den Laufschaufeln tritt jedoch der maßgebliche Unterschied auf, daß bei diesen Leit- oder Umkehrschaufeln die vorteilhaften, den Kühlmittel- no umlauf erzwingenden Wirkungen der Fliehkräfte fehlen. Demgemäß ist bei diesen Leit- oder Umkehrschaufeln der Umlauf des Kühlmittels auf andere Weise herbeizuführen. Das kann in einfachster Weise dadurch geschehen, daß in den Ausnehmungen der Leit- oder Umkehrschaufeln zusätzliche Kühlmittelführungen aufgenommen sind, die Längskanäle zur Abführung des Kühlmittels aufweisen, während die außerhalb dieser Kühlmittelführungen gelegenen Teile iao der Ausnehmungen an die Kühlmittelzuführung angeschlossen sind, so daß das aufgeheizte und

aus den Umkehrschaufeln abgezogene Kühlmittel nur an Wandungen vorbeiströmt, an denen keine weitere Wärmeaufnahme eintritt.

Die Abb. ι und 2 zeigen eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel eines zweikränzigen Curtisrades, wie es hauptsächlich in der ersten Turbinenstufe von Verpuffungsbrennkraftturbinen Anwendung findet.

Es bezeichnet 1, 2 den aus zwei einzelnen Rädern bestehenden Schaufelträger; die beiden Einzelräder sind dabei durch die Schweißnaht 3 vereinigt. Jedes der beiden Einzehräder weist eine Schaufelnut 4, 5 auf, in die radiale Kühlmittelzu- und -ableitungen 6, 7 ein- bzw. ausmünden. In diese Schaufelnut eingesetzt sind die Laufschaufeln 8, 9 mit den Schaufelfüßen 10, 11, den Tragschultern 12, 13, den abstand-. haltenden Keilen 14,15 und den teilweise in den Schaufelkanälen liegenden, nach Patent 658445 ausgebildeten Ankern 16, 17. Erfindungsgemäß sind nun diese mit dem Schaufelträger 1, 2 und den Schaufeln 8, 9 verschweißten Anker als dichtende Abschlüsse der ringförmigen Kühlräume 4, 5 ausgebildet, die in der gleichbenannten Schaufelnut des Schaufelträgers 1,- 2 angeordnet und unmittelbar von den Schaufelträgerwangen 18, 18 bzw. 19, 19 begrenzt- sind. Auf diese Weise hat das Kühlmittel Gelegenheit, die Schaufelfüße 10, 11 unmittelbar zu berühren und eine wirksame Kühlung derselben herbeizuführen. Eine weitere Kühlung der Schaufeln kann dadurch, vorgesehen sein, daß in denselben sich nahezu über die gesamte Länge der Schaufeln erstreckende Kühlkanäle vorgesehen sind.

Diese Kanäle, von denen in jeder Schaufel lediglich ein einziger vorgesehen ist, haben den mit Rücksicht auf die Schaufelbeanspruchungen gerade noch zulässigen größten Durchmesser, so daß sich trotz einer wesentlichen Verringerung

4.0 des Unterschiedes zwischen der Schwerkraft des Wassers und des erzeugten Dampfes unter Berücksichtigung des durch die Fliehkraft erzeugten nahezu kritischen Druckes noch ein ausreichender Kühlmittelumlauf ergibt.

In ähnlicher Weise ist auch die Kühlung der Leit- oder Umkehrschaufeln 20 ausgebildet. Diese Leit- oder Umkehrschaufeln 20 sind dabei im feststehenden Schaufelträger 28 genau so über vorzugsweise aus Schweißstoffen bestehende Anker 29 befestigt, wie dieses für die Laufschaufeln 8, 9 durch die Anker 16, 17 veranschaulicht worden ist. Jede dieser Leitoder Umkehrschaufehl 20 weist weiter eine Ausnehmung 21 verhältnismäßig großen Durchmessers auf, die in den ringförmigen Kühlmittelkanal 22 am Fuß der Schaufeln ausmündet. Der Kühlmittelkanal 22 kann dabei ein- oder mehrfach unterteilt sein; das Kühlmittel fließt ihm über Leitungen 23 zu, so daß jede Leit- oder Umkehrschaufel einzeln oder gruppenweise durchströmt wird. In jeder Ausnehmung 21 ist eine Kühlmittelführung 24, beispielsweise in Form eines Kupferröhrchens, angeordnet, über deren Hohlräume 25 das erhitzte und teilweise verdampfte Kühlmittel aus den höher gelegenen Teilen der Leit- oder Umkehrschaufeln 20 abgeführt, in den Ringkanälen 26 gesammelt und über Öffnungen oder Leitungen 27 der weiteren Verwendung zugeführt wird. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß das Kühlmittel, solange es mit den heißen Wandungen in Berührung steht und solange sich Dampfblasen bilden können, eine bei der üblichen Anordnung der Umkehrschaufelsegmente mehr oder weniger nach oben gerichtete Strömung annimmt, während bei der entgegengesetzt, insbesondere nach unten gerichteten Strömung die Abfuhr des Kühlmittels über die Kupferröhrchen erfolgt, an deren Wandungen keine zusätzliche Wärme mehr an das Kühlmittel abgegeben wird, so daß auch keine weitere Verdampfung eintreten kann. Außerdem ist in diesen Röhrchen die Strömungsgeschwindigkeit verhältnismäßig groß, so daß sich bildende Dampfblasen leicht mitgerissen werden. In Fällen, in welchen sich die Leitschaufehl nicht, wie hier angedeutet, im Unterteil des Gehäuses befinden, sondern im Oberteil, wird das Kühlmittel zweckmäßig über die Röhrchen eintreten und in den Hohlräumen zurückströmen, um in diesen eine aufsteigende Strömung zu erhalten, welche die sich bildenden Dampfblasen leicht mit sich fortführt.

Es war bereits erwähnt worden, daß man den Erfindungsgedanken in mannigfacher Weise abwandeln kann, ohne ihn zu verlassen, z. B. sind die Tragschultern 12, 13 der Schaufelfüße 10, 11 angesichts der Anker 16,17 durchaus entbehrlich; dasselbe gilt für die Teile 14, 15. Versuche haben ergeben,, daß die Anker 16, 17 ohne Schwierigkeiten auftretende Fliehkräfte auf zunehmen imstande sind. Dabei können die Anker 16, 17 auch in Umfangsrichtung durch Verbindungsanker, die den Winkelraum zwischen den Schaufelflanken und den abgeflachten Schaufelträgerwangen einnehmen, in Verbindung stehen, um auf diese Weise eine weitere Sicherung zu bilden und die völlige Abdichtung der Kühlräume 4, 5 zu erzielen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Schaufelbefestigung nach Patent 658445, bei der die eine Schaufelnut begrenzenden Wangen des Schaufelträgers durch Anker verbunden sind, die in bis in den Schaufelfuß hinein durchgeführten Schaufelkanälen angeordnet und von den aneinander anliegenden Verstärkungen der Schaufelfüße zum Schaufelträger zu begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Schaufelträgerwangen und den Schaufeln verschweißten Anker als dichtende Abschlüsse eines ring-

   förmigen Kühlraumes ausgebildet sind, der in der Schaufelnut des Schaufelträgers angeordnet und unmittelbar von den Schaufelfüßen und den Schaufelträgerwangen begrenzt ist.
2. 2. Schaufelbefestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen in den Schaufelkanälen liegenden Anker durch gleichmittig zur Schaufelträgerachse verlaufende ringförmige, zweckmäßig ebenfalls aus Schweißstoffen bestehende Anker untereinander verbunden sind, die vorteilhaft den Winkelraum zwischen den Schaufelflanken und den Schaufelträgerwangen ausfüllen.
3. 3. Schaufelbefestigung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlräume des Schaufelträgers mit zu diesen Kühlräumen zu einseitig offenen Sackkanälen der Schaufeln in Verbindung stehen, die einen den Kühlflüssigkeitsumlauf und -austausch ermöglichenden Querschnitt besitzen.
4. 4. Schaufelbefestigung nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ausnehmungen der Leit- oder Umkehrschaufeln zusätzliche Kühlmittelführungen aufgenommen sind, die Längskanäle zur Abführung des Kühlmittels aufweisen, während die außerhalb dieser Kühlmittelführungen gelegenen Teile der Ausnehmungen an die Kühlmittelzuführung angeschlossen sind, so daß das aufgeheizte und aus den Umkehrschaufehl abgezogene Kühlmittel nur an Wandungen vorbeiströmt, an denen keine weitere Wärmeaufnahme eintritt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen