DE727760C

DE727760C - Impeller for internal combustion turbines of larger axial length with a hub that goes through in the axial direction

Info

Publication number: DE727760C
Application number: DES134444D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Siebrecht
Original assignee: WILHELM SIEBRECHT DR ING
Current assignee: WILHELM SIEBRECHT DR ING
Priority date: 1938-11-04
Filing date: 1938-11-04
Publication date: 1943-02-24

Description

Laufrad für Brennkraftturbinen größerer axialer Baulänge mit in axialer Richtung durchgehender Nabe Die bisher üblichen Laufräder für Brennhraftturbinen sind meist wie die Laufräder der Dampfturbinen oder doch in starker Anlehnung an diese ausgebildet. Sie sind insbesondere durch ihre geringe axiale Baulänge und durch die große Zahl der Schaufeln gekennzeichnet. Die häufig langen und dünnen Schaufeln werden dabei sehr biegsam, so daß zuweilen gefährliche Schaufelschwingungen auftreten. Außerdem ist der Schaufelquerschnitt so klein, daß eine Kühlung der Schaufeln von innen her durch Einführen von Wasser, Dampf oder kalter Luft große Schwierigkeiten bereitet.Impeller for internal combustion turbines of greater axial length with in axial Direction of a continuous hub The usual impellers for fuel turbines are mostly like the impellers of steam turbines or at least closely based on these trained. They are in particular due to their short axial length and characterized by the large number of blades. Often long and thin The blades become very flexible, so that sometimes dangerous blade vibrations appear. In addition, the blade cross-section is so small that the blades can be cooled from the inside, by the introduction of water, steam or cold air, great difficulties prepares.

Demgegenüber geht die Erfindung von einem Laufrade von großer axialer Länge mit in axialer Richtung durchgehender Nabe aus, wie es für Gasturbinen gleichfalls schon vorgeschlagen worden ist. Von bekannten Laufrädern dieser Art, bei denen die verhältnismäßig schmalen Schaufeln in mehreren Gruppen axial hintereinander angeordnet sind, unterscheidet sich das den Gegenstand der Erfindung bildende dadurch, daß die in an sich bekannter Weise aus Blech bestehenden Schaufeln als über die ganze Nabenlänge einheitlich durchgehende steilgängige Schrauben von veränderlicher Steigung ausgebildet sind, die auf der ganzen Länge ihrer Innenkanten unmittelbar an der Nabe befestigt sind, wobei die innere Begrenzung der durch die Schaufeln voneinander getrennten, die Strömung des Gases bestimmenden Kanäle durch in entsprechender axialer Entfernung von der Nabe zwischen je zwei benachbarte Schaufeln eingesetzte, vorzugsweise nach außen oder innen durchgewölbte einzelne Blechstücke gebildet wird. Dabei erfolgt die Kühlung zweckmäßig in an sich bekannter Weise mittels eines die Schaufeln selbst durchströmenden Kühlmittels, das aber im Gegensatz zu bekannten Ausführungen durch eine größere Anzahl, von in axialer Richtung hintereinanderliegenden, axial unc radial verlaufenden Bohrungen geführt wird, die vor Überführung der Schaufeln in ihre Schraubenform in den sie bildenden Blechstücken, solange sie noch eben waren, angebracht sind.In contrast, the invention is based on a large axial impeller Length with a hub that goes through in the axial direction, as is the case for gas turbines has already been proposed. Of known impellers of this type, where the relatively narrow blades arranged axially one behind the other in several groups are, the forming the subject of the invention differs in that the blades made of sheet metal in a manner known per se than over the whole Hub length uniformly continuous, steep screws with variable pitch are formed over the entire length of their inner edges directly on the Hub are attached, the inner boundary of the blades from each other separate, the flow of the gas determining channels through in corresponding axial Distance from the hub between two adjacent blades, preferably used outwardly or inwardly arched individual sheet metal pieces is formed. This takes place the cooling expediently in a manner known per se by means of the blades themselves flowing through coolant, but this in contrast to known designs by a larger number of axially one behind the other, axially unc radially extending bores is performed, which before transferring the blades in their helical shape in the pieces of sheet metal that make them up while they were still flat, are appropriate.

Im dargestellten Falle sind die Schaufeln a als radial stehende Schraubenflächen veränderlicher Steigung ausgebildet, so daß die Fliehkräfte der Schaufelgewichte reine Zugkräfte erzeugen. Es ist aber im allgemeinen auch eine geringe Abweichung von der Radialstellung zulässig. Bei hochbeanspruchten Rädern kann es sogar zweckmäßig sein, die Schaufeln nicht genau radial zu stellen, sondern in Richtung der Resultierenden der am Schaufelelement wirkenden Fliehkräfte und Schaufeldrücke, so daß überhaupt keine nennenswerten Biegungsmomente mehr übrigbleiben. Die Herstellung der Schaufeln erfolgt aus geraden Blechen veränderlicher Dicke, die entsprechend dem Schaufelprofil bearbeitet sind, durch Pressen in geeigneten Gesenken.In the case shown, the blades are a as radially standing helical surfaces variable pitch formed so that the centrifugal forces of the blade weights generate pure tensile forces. In general, however, it is also a slight deviation permissible from the radial position. In the case of highly stressed bikes, it can even be useful be to place the blades not exactly radially, but in the direction of the resultant the centrifugal forces and blade pressures acting on the blade element, so that at all no significant bending moments remain. The manufacture of the shovels is made from straight sheets of variable thickness, which correspond to the blade profile machined by pressing in suitable dies.

Die für die Kühlung der Schaufeln erforderlichen Kanäle im Schaufelinneren werden vor dem Pressen in die geraden Bleche gebolirt. Da sich hierbei nur gerade Kanäle herstellen lassen, kann es je nach der Form der Abwicklung der Schaufel zweckmäßig sein, diese aus mehreren durchbohrten Blechstücken durch Schweißung zusammenzusetzen. In Abb. i und 2 ist der Verlauf der Bohrungen in den Schaufeln durch strichpunktierte Linien angedeutet. Die verschiedenen Arten der Anordnung und Verteilung werden im einzelnen weiter unten erläutert.The channels in the interior of the blades required for cooling the blades are rolled into the straight sheets before pressing. Since this is just Let create channels, it can be appropriate depending on the shape of the development of the blade be to assemble this from several pierced sheet metal pieces by welding. In Fig. I and 2 the course of the holes in the blades is indicated by dash-dotted lines Lines indicated. The various types of arrangement and distribution are shown in the each explained below.

Die Schaufeln a sind mit der Nabe b, die glatt zvlindrisch oder mit Ansätzen für die Schaufeln geschmiedet, gegossen oder bearbeitet sein kann, bei c durch Schweißung auf ihrer ganzen Länge verbunden. DadiedieSchaufeln tragende Nabe im allgemeinen so klein wird, daß sie nicht unmittelbar zur Führung des Gasstromes dienen kann, wenn nicht ein schlechter Wirkungsgrad in Kauf genommen «-erden soll, ist noch eine Ummantelung a' größeren Durchmessers vorgesehen. Diese kann zylindrisch sein oder, wie gezeichnet, in den einzelnen Segmenten zwischen zwei benachbarten Schaufeln nach innen oder außen gewölbt sein. Die einzelnen Segmente werden mit den Schaufeln und außerdem mit den beiden Deckwänden e gut verschweißt, die ihrerseits innen wieder an die kleinere Nabe at)geschweißt sind. Der entstehende Hohlraum zwischen dem Mantel d, den Wänden e and der Nabe b kann teilweise mit Kühlwasser gefüllt werden, dessen Oberfläche sich bei der Drehung entsprechend dem gezeichneten Wasserspiegel f einstellt. L?berinäl)ige Wasserfüllung wird durch das Sicherheitsventil ü verhindert. Die gezeichnete Form der Mantelsegmente d und ihr Anschluß an die Schaufeln und die.Deckwände sichert eine gewisse Elastizität, so daß von den mechanischen Beanspruchungen oder den Temperaturunterschieden herrührende Unterschiede in der Dehnung der einzelnen Teile keine unzulässig hohen örtlichen Spannungen verursachen können.The blades a are connected to the hub b, which can be forged, cast or machined in a smooth cylindrical manner or with attachments for the blades, at c by welding along their entire length. Since the hub carrying the blades is generally so small that it cannot serve directly to guide the gas flow unless a poor efficiency is to be accepted, a casing a 'of larger diameter is also provided. This can be cylindrical or, as shown, be curved inwards or outwards in the individual segments between two adjacent blades. The individual segments are well welded to the blades and also to the two cover walls e, which in turn are welded back inside to the smaller hub at). The resulting cavity between the jacket d, the walls e and the hub b can be partially filled with cooling water, the surface of which adjusts itself during rotation according to the drawn water level f. Lateral water filling is prevented by the safety valve ü. The drawn shape of the jacket segments d and their connection to the blades and the cover walls ensure a certain elasticity, so that differences in the expansion of the individual parts resulting from mechanical stresses or temperature differences cannot cause unacceptably high local stresses.

Die Kühlung der Schaufeln kann entsprechend Abb. i unten als Durchflußkühlung ausgebildet werden. Durch die Bohrung p in der Welle tritt das Kühlmittel (Wasser. Dampf oder Luft) ein, fließt in den Bohrungen r, s und t durch die Schaufeln und wird durch die zweite Wellenbohrung q abgeführt. Bei der im oberen Teil der Abb. i dargestellten Kühlart tritt das Kühlmittel durch kleine Düsen bei ar an der Austrittskante der Schaufel aus und wird dem Gasstrom beigemischt. Die Bohrungen r-v werden dabei von der Wellenbohrung p aus mit Kühlmittel versorgt, während die Bohrungen w-v das Kühlmittel aus den ummantelten Hohlräumen des Radkörpers s entnehmen, die von der Wellenbohrung q aus je durch Kanäle x aufgefüllt werden. Infolge der Rückdruckwirkung gibt das bei tc austretende Kühlmittel noch Energie an das Laufrad ab, sofern die Austrittsgeschwindigkeit ausreichend hoch ist, und zwar bei passender Auswahl der Drücke und Temperaturen (Heißkühlung) in geriiigendem Maße, um die Pumparbeit, die das Rad beim Durchfluß des Kühlmittels durch die Bohrungen leistet, zu decken und um eine praktisch verlustlose Mischung des austretenden Kühlmittels mit den Gasen infolge Gleichheit der absoluten :'#ustrittsgesclit\-indigkeiten zu sichern. Wenn außer der Schaufelkühlung eine wirksame Herabsetzung der Gastemperatur erforderlich ist, wird die Kühlung zweckmäßig teilweise durch Dampf bewirkt, der den Weg p-r-v-tr nehmen möge, und teilweise durch heißes Wasser, das durch die Bohrungen q-x-w-y-zc fließt. Eine 21Iischung von Dampf und Wasser in bestimmtem '\`erhältnis vor der Austrittsdüse rs ermöglicht die fast verlustlose Wassereinspritzung in den Gasstrom. Dabei ist das Wassor in feinster Vernebelung vorhanden. so daß die Verdampfung durch die heißen :Ugase auf kurzem Wege, bevor die Wasser- j tröpfchen Schaden anrichten können gesichert ist.The cooling of the blades can be designed as flow cooling as shown in Fig. I below. The coolant (water, steam or air) enters through the bore p in the shaft, flows in the bores r, s and t through the blades and is discharged through the second shaft bore q. In the case of the type of cooling shown in the upper part of Fig. I, the coolant exits through small nozzles at ar at the trailing edge of the blade and is mixed with the gas flow. The bores rv are supplied with coolant from the shaft bore p, while the bores wv take the coolant from the encased cavities of the wheel body s, which are each filled from the shaft bore q through channels x. As a result of the back pressure effect, the coolant exiting at tc still gives off energy to the impeller, provided that the exit velocity is sufficiently high, and with a suitable selection of pressures and temperatures (hot cooling) to a reasonable extent, in order to reduce the pumping work that the wheel does when the coolant flows through through the bores, to cover and to ensure a practically lossless mixing of the exiting coolant with the gases due to the equality of the absolute: '#outflowsclit \ -indenzen. If, in addition to the blade cooling, an effective reduction in the gas temperature is required, the cooling is expediently effected partly by steam, which should take the path prv-tr, and partly by hot water flowing through the bores qxwy-zc. A mixture of steam and water in certain proportions in front of the outlet nozzle enables water to be injected into the gas flow with almost no loss. The water is present in the finest nebulization. so that evaporation through the hot gases is secured over a short distance before the water droplets can cause damage.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Impeller for internal combustion turbines larger axial Overall length with hub that goes through in the axial direction, thereby marked, that the helical surface, which is uniformly continuous over the entire hub, is more variable Pitch formed blades made of sheet metal (a) over the entire length their inner edges are attached directly to the hub (b), while the guide jacket for the gas flows through at a corresponding axial distance from the hub (b) between two adjacent blades (a) inserted, preferably outwards or inwards arched individual sheet metal pieces (d) is formed. z. Impeller according to claim z, in which the blades are driven through channels running inside them By means of being cooled, characterized by a greater number of in axial Direction of one behind the other, axially and radially extending bores before Conversion: the blades in their final shape in the plane of the forming them Sheet metal pieces are attached.