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Beschaufelung für Dampfturbinenläufer I@ie in neuerer Zeit bei Dampfturbinen
zur ,Anwendung gelangenden Drücke von 85 Atm. und darüber bei Temperaturen von 5oo°
C und darüber, die auch bei Gasturbinen vorhanden sind, erfordern für die Beschaufelung
einen höchstwertigen Baustoff und andererseits eine besondere Ausbildung, welche
die auftretenden Wärme-, Biegungs- und Fliehkraftbeanspruchungen aushält. Die bisher
an den Schaufelköpfen durch Nieten o. dgl angebrachten Deckbänder, welche den ganzen
Schaufelkranz versteifen, sollen fortfallen, während die Befestigung der Schaufeln
mit dem Läufer durch schwalbenschwanzförmige Füße, die in entsprechende Nuten desLäufers
eingesetzt oder auf entsprechenden Stegen des Läufers aufgereiht werden, beibehalten
wird. Bekanntlich suchen die Schaufelköpfe unter der tangentialen Einwirkung des
eintretenden Druckmittels in der Umfangsrichtung ihre Lage zu ändern. Diese Lagenänderungen
werden dabei durch das Spiel begünstigt, das auch bei sorgfältiger Bearbeitung und
Einpassung zwischen den Füßen der einzelnen Schaufeln vorhanden ist. Wenn auch das
Spiel zwischen zwei benachbarten Schaufeln verhältnismäßig gering ist, so kann das
Gesamtspiel, auf den ganzen Umfang betrachtet, jedoch schon einen recht beachtlichen
Wert annehmen. Hinzu kommt, daß die Schaufeln beim Übergang von einer Stufe zur
anderen wechselnd belastet und entlastet werden,
«-as nach einiger
Zeit zu Ertniidungs erscheinungen des Werkstoffes und zu Briichen der Deckbänder
führt.
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Durch die Erfindung soll nun eine Deschaufelung geschaffen werden,
bei der diese nachteiligen Erscheinungen praktisch ausgeschaltet oder zumindest
wesentlich gemindert sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens
zwei Schaufeln einschließlich der Füße und ihrer die Schaufelkanäle abdeckendenKöpfe
einen einheitlichen, durch Ausarbeiten aus dein Vollen hergestellten Schaufelblock
bilden. Dadurch fallen die Deckbänder fort, so daß auch keine Brüche derselben eintreten
können. Ferner wird das Gesamtspiel zwischen den Schaufelfüßen auf mindestens die
Hälfte herabgemindert, so daß auch die möglichen Winkelausschläge der Köpfe verringert
werden, abgesehen davon, daß die Köpfe der in einem Schaufelblock vereinigten Schaufeln
eine starre unlösbare Einheit darstellen.
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Der Gedanke, den ganzen Schaufelkranz aus dem vollen Laufradkörper
oder aus einem auf diesen aufgesetzten Ring auszuarbeiten, ist an sich bereits bekannt.
Jedoch fehlen dort die Deckbänder. Außerdem handelt es sich um eine Bauart, die
hohen Drücken und Temperaturen überhaupt nicht gewachsen ist, zumal die Schaufeln
nach dem Ausarbeiten durch verschiedene Arbeitsgänge in die gekrümmte Form gebracht,
also gebogen werden müssen.
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Schließlich ist es auch bereits bekannt, aus mehreren Schaufeln zusammengelötete
oder verschweißte Kranzstücke mit Deckband untereinander durchLöten zusammenzufügen.
Derartige Beschaufelungen sind bei hohen Temperaturen infolge der vielen Lötstellen
ganz ungeeignet.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird zur Herstellung der Kanäle
zunächst vom Kopf- oder Fußende des Schaufelblockes aus durch Bohren oder Fräsen
der mittlere Teil und alsdann von den beiden Seiten des Schaufelblockes aus der
Einlaß- und der Auslaßteil des Schaufelkanals hergestellt. In manchen Fällen wird
es dabei genügen, vom Kopf- oder Fußende aus eine einzige Bohrung vorzunehmen, deren
Durchmesser dein Querschnitt des mittleren Kanalteiles im wesentlichen entspricht.
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Die bei der Herstellung des mittleren Schaufelkanalteiles erhaltenen
Ausnehmungen des Kopf- oder Fußendes des Schaufelblockes j ,werden vorzugsweise
durch Pfropfen abgeschlossen. Diese Pfropfen können als einfache Gewindepfropfen
ausgebildet sein, wenn zur Herstellung des mittleren Schaufelkanalteiles nur eine
einzige Bohrung vorgenommen worden ist. In allen Fällen empfiehlt es sich. ' die
z@.bschlttl,pfropfen in die Ausnehrnungen des Kopf- oder Fußendes des Schaufelblockes
einzuschweißen, wobei die Kanten der Pfropfen und der Ausnehmungen zwecks Verstärkung
der Schweißnähte abgeschrägt sind.
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Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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In Fig. i der Zeichnung ist das Ausgangswerkstück io dargestellt,
das aus höchstwertigem Schmiedestahl besteht.
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Fig. 2 der Zeichnung zeigt den aus diesem Werkstück hergestellten
fertigen Schaufelblock mit dem Kopfstück i i, den beiden Schaufeln i2 und 13, dem
schwalbenschwanzförmigen Fußstück 14 und dem zwischen den beiden Schaufeln liegenden
Kanal i5.
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Zur Herstellung dieses Schaufelblockes i i bis 15 werden, wie in Fig.
3 angedeutet ist, zunächst in die obere Deckfläche des Werkstückes io die Umrisse
der beiden Schaufeln 12 und 13 eingeritzt. Alsdann wird durch Bohren und Fräsen
der mittlere Kanalteil 16
hergestellt, der, wie aus Fig. a, ersichtlich ist,
bis zum Sockel des Werkstückes io reicht. Hierauf können in der in Fig. 5 angedeuteten
Weise von den beiden Seiten des Werkstückes io aus in zwei Stufen der Einlaß und
der Auslaß 17 und 18 des Schaufelkanals 15 hergestellt werden. Die Feinbearbeitung
ist dann ohne Schwierigkeiten durchzuführen, und inan erhält den aus den Fig. 6
und 7 ersichtlichen Schaufelkanal 15. Alsdann wird in die Ausnehmung 16 im Kopfstück
des Schaufelblockes ein Pfropfen ig eingesetzt. Die Kanten dieses Pfropfens i9 und
die angrenzenden Wandungen der<4usnehlnung 16 sind abgeschrägt, so daß der Pfropfen
ig mittels verhältnismäßig starker Schweißnähte 2o und 21 in die Ausnehinung 16
eingeschweißt werden kann. Nach dieser Fertigstellung des Schaufelkanals 15 können
die Außenflächen der Schaufeln 12 und 13 sowie'das schwalbenschwanzförmige Fußstück
14 ausgearbeitet werden.
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Bei den Ausführungen der Fig. 9 bis 15
wird zur Herstellung
des mittleren, Kanalteiles nur eine einzige Bohrung vorgenommen, und zwar bei der
Ausführung der Fig. 9 bis 14 vom Kopfstück aus und bei der Ausführung der Fig. i5
vom Fußstück des Schaufelblockes aus. Im übrigen ist die Herstellungsweise im wesentlichen
die gleiche. Die zylindrische Bohrung wird im Kopfstück wiederum durch einen Pfropfen
i9 abgeschlossen, der mittels der Schweißnähte 2o und 21 in die Böhrung eingeschweißt
ist. An Stelle dieser Verbindung kann auch eine Gewindeverbindung treten, indem
die Bohrung mit Gewinde iersehen wird und der Pfropfen i9 als Gewindepfropfen ausgebildet
«wird. Bei der Ausführung der Fig. 1,5 kann der Ahschluß einfach durch einen gut
eingefügten Pfropfen
19 erfolgen, da bei dieser Ausführung die
auf den Pfropfen wirkenden Fliehkräfte ihn in die Bohrung hineinzudrücken versuchen
und so eine Erhöhung der Dichtung bewirken. Durch einen Wulst 22, der um den unteren
Rand des Pfropfens 1g übergreift, kann eine zusätzliche Sicherung des Pfropfens
ig geschaffen werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der folgenden Fig. 16 bis 22 geht man
wiederum von einem Werkstück To aus höchstwertigem Schmiedestahl aus, das zum Unterschied
von dem Ausgangswerkstück der Fig. i im oberen Teil noch zwei Vorsprünge ioa und
Tob besitzt. Zur Herstellung des Schaufelkanals werden auch bei dieser Ausführung
in die obere Deckfläche zunächst die Umrisse der beiden Schaufeln 12 und
13 eingeritzt, wie in Fig. 17 angedeutet ist. Alsdann wird vom Kopfstück
gemäß den Fig. 18 und ig mittels eines Fräsers 23 der Schaufelkanal 15 in seiner
gesamten radialen und axialen Länge hergestellt. Die Ausnehmung 16 des Kopfstückes
ist dabei wie in den übrigen Fällen mit stark abgeschrägten Wandungen versehen.
Zum Abschluß dieser Ausnehmung 16 dient entsprechend den Fig. 2o und 21 ein bogenförmiges
Einlagestück 2q., das durch die Schweißnähte 25 und 26 fest mit dem Kopfstück des
Schaufelblockes verbunden wird und so den Schaufelkanal 15 eindeutig nach o oben
abdeckt. Nachdem auf diese Weise der Schaufelkanal 15 hergestellt ist, können die
übrigen Teile des Schaufelblockes in üblicher Weise ausgearbeitet werden, so d-aß
sich der in Fig. 22 dargestellte fertige Schaufelblock ergibt.
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Soweit bei den vorstehend erläuterten Ausführungen Abschlußpfropfen
oder Einlagestücke in den Schaufelblock eingeschweißt werden, empfiehlt es sich,
die Schaufelblöcke nach dem Schweißvorgang einer Wärmebehandlung zu unterziehen,
um auf diese Weise innere Spannungen -zu beseitigen, die durch das Erhitzen beim
Schweißvorgang eintreten können. Die Wärmebehandlung erfolgt dabei zweckmäßig vor
der weiteren Ausarbeitung des Schaufelblockes.
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Wenn bei allen vorstehend behandelten Ausführungen immer nur Schaufelblöcke
mit je zwei Schaufeln gezeigt worden sind, so soll hiermit zum Ausdruck gebracht
werden, daß man am vorteilhaftesten diese Einheit- der Beschaufelung zugrunde legt.
Dies schließt naturgemäß nicht aus, daß auch mehr als zwei Schaufeln, beispielsweise
drei oder vier, zu einem einheitlichen Ganzen zusammengefaßt sind. Ferner ist festzustellen,
daß die erfindungsgemäße Beschaufelung nicht nur für Dampfturbinen, sondern mit
gleichem Vorteil auch für Gasturbinen angewendet werden kann.