DE736958C

DE736958C - Aus Stahlstuetzkoerper und Huelse aus Keramischem Werkstoff bestehende Schaufel fuerKreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen

Info

Publication number: DE736958C
Application number: DET56727D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erhard Moehler
Original assignee: TURBINENFABRIK BRUECKNER KANIS
Current assignee: TURBINENFABRIK BRUECKNER KANIS
Priority date: 1942-01-08
Filing date: 1942-01-08
Publication date: 1943-07-02

Description

Aus Stahlstützkörper und Hülse aus keramischem Werkstoff bestehende Schaufel für Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen Die Schaufeln von Kreiselmaschinen, insbesondere Dampf- oder Gasturbinen, werden in gleicher Weise mechanisch und thermisch hoch beansprucht. Deshalb führt man häufig eine Aufteilung der Schaufeln derart durch, daß ein innerer Körper zur Kraftübertragung dient, während eine darübergeschobeneHülse das Treibmittel führt. Diese Schaufelhülse ist dabei vielfach aus einem Werkstoff gefertigt, der thermisch hoch beansprucht werdenkann, d. h. dessen Erweichungstemperatur sehr hoch liegt.
Für solche Schaufelhülsen eignen sich nun besonders keramische Stoffe. Es ist eine Schaufel bekannt, die aus einer über einen Stützkörper gesetzten Schaufelhülse aus keramischem Werkstoff besteht. Die Befestigung dieser Schaufelhülse an dem Stützkörper erfolgt so, daß sich die Hülse mit ihrem unteren Ende gegen den Fußteil des Stützkörpers anlegt und in dieser Lage mit Hilfe eines am äußeren Ende in die Hülse eingreifenden Stahlplättchens, das. mit dem äußeren Ende, dem Kopfende, des Stützkörpers verschweißt wird, festgehalten ist. Ein weiteres Merkmal dieser bekannten Ausführung ist, daß die Schaufelhülse über eine größere Fläche hin an dem Stützkörper satt anliegt.
Es ist bekannt, daß die Wärmedehnungszahlen von Stahl größer sind als die von keramischem Werkstoff. Infolgedessen wird bei Erwärmung einer aus Stahlstützkörper und Schaufelhülse aus keramischem Werkstoff bestehenden Schaufel der Stützkörper bei der Betriebstemperatur stärker wachsen als die Schaufelhülse. Wenn nun die Schaufelhülse, wie in dem erwähnten Falle; von einem auf dem Stützkörper aufgesetzten Plättchen und dem Fußende des Stützkörpers festgehalten wird, ist die Gefahr vorhanden, daß bei der Erwärmung der Schaufel der Stützkörper stärker als die Hülse wächst, die feste Verbindung zwischen Stützkörper und Schaufelhülse also verlorengeht. Die Gefahr dieses Formschlußverlustes ist besonders groß:, wenn, wie bei den bekannten Ausführungen, die Hülse zum Teil flächig an dem Stützkörper anliegt, so daß eine verhältnismäßig gute Wärmeleitung zwischen Schaufelhülse und Stützkörper über diese Fläche hin gegeben ist. Die Lockerung der Schaufelhülse wird noch durch die durch die Fliehkraft hervorgerufene Längung des Stützkörpers begünstigt.
Den erwähnten Nachteil vermeidet die Erfindung dadurch, daß die Schaufelhülse mit dem Stützkörper durch Stege oder warzenartige Erhebungen verbunden ist, ohne ihn flächig zu berühren, und daß das Halteplättchen im kalten Zustande mit einer solchen Vorspannung auf der Schaufelhülse sitzt, daß der durch die verschiedenen Wärmedehnungszahlen von keramischem Werkstoff und Stahl bedingte Längenunterschied bei der Betriebstemperatur der Schaufel ausgeglichen ist. Die Vorspannung wird vorteilhaft in der Weise erzielt, daß der Stützkörper beim Aufschweißen des Halteplättchens so erwärmt wird, daß im kalten Zustand durch Schrumpf die erforderliche Vorspannung zwischen Halteplättchen und Schaufelhülse entsteht. Derselbe Zweck wird auch dadurch erreicht, daß das Halteplättchen als GewindemutteY ausgebildet ist, die durch Aufschrauben auf den Stützkörper in kaltem Zustande über einen federnden Ringsteg die erforderliche Vorspannung erzeugt. Zweckmäßig ist hierbei eine Ausführung, bei der der federnde Ringsteg nicht aus der zur Befestigung dienenden Mutter herausgearbeitet, sondern als selbständiger Teil zwischen Mutter und Schaufelhülse oder zwischen Schaufelhülse und Schaufelträger zwischengelegt ist.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise und wesenhaft den Erfindungsgedanken, und zwar in: Abb. i den Längsschnitt durch eine Schaufel, Abb.2 ebenfalls den Längsschnitt durch eine Schaufel in abgewandelter Ausbildungsform.
i ist ein Teil des Schaufelträgers, aus dem der Stützkörper 2 herausgearbeitet ist. Dieser kann aber ebenso auch in bekannter Weise in den Schaufelträger eingesetzt sein. über diesen Stützkörper 2 ist die Schaufelhülse 3 so gesetzt, daß sie mit ihrem Fußende auf einer entsprechenden Fläche des Schaufelträgers aufsitzt, während ihr Kopfende in bekannter Weise von einem Stahlplättchen 4., wie Abb. i zeigt, gehalten wird, das mit dem Stützkörper verschweißt ist. Die richtige Lage der Schaufelhülse 3 zum Stützkörper 2 wird durch die warzenähnlichen Erhebungen 5 gewährleistet, an deren Stelle auch durchgehende oder unterbrochene Stege angebracht siem können.
Die Abb.2 zeigt eine andere Verbindung des Stützkörpers mit der Schaufelhülse 3. Das I Kopfende des Stützkörpers 2 trägt ein Gewinde, auf das die Mutter 7 aufgeschraubt ist. Diese Mutter 7 besitzt eine Ringnut 8 und einen federnden Ringsteg g. Nach Aufschrauben auf den Stützkörper 2 wird die Ringmutter 7 mit ihm verschweißt.
Bei der Herstellung der Schaufel, und zwar beim Aufbringen der Schaufelhülse 3 auf den Stützkörper 2 gemäß Abb. i, wird der Stützkörper 2 in einem bestimmten Maße erwärmt, darauf das Plättchen q. so aufgeschweißt, daß die Hülse 3 fest um den Stützkörper 2 liegt. Beim Erkalten zieht sich der Stützkörper 2 zusammen, so daß er mitsamt dem Halteplättchen ¢ gleichsam auf die Schaufelhülse 3 aufgeschrumpft ist.
Die Befestigung der beiden Schaufelteile nach Abb.2 geschieht in folgender Weise. Die Ringmutter wird hierbei auf den Stützkörper in kaltem Zustande aufgeschraubt, in einem Maße, daß der Ringsteg 9 nach dem Schaufelkopf zu durchgebogen wird, also eine elastische Verformung in bestimmtem Maße erhält, worauf die Ringmutter 7 mit dem Stützkörper 2 verschweißt wird. Es ist aber auch möglich, die elastische Verformung nicht in die Mutter, sondern in einen besonderen Teil zu legen, der zwischen Mutter und Schaufelhülse oder aber zwischen Schaufelhülse und Schaufelträger zwischengelegt wird.
Im Betriebszustand der Kreiselmaschine wird sich bei heißen Treibmitteln der Stützkörper dehnen, und zwar einmal durch die Temperaturerhöhungen und zum anderen in Auswirkung der durch die Fliehkräfte hervorgerufenen Zugkraft. Da aber der Stützkörper durch die verschiedenen Maßnahmen gleichsam auf die Schaufelhülse aufgeschrumpft ist, ist eine Lockerung zwischen ihr und dem Stützkörper nicht möglich.
Der Grad der Erwärmung des Stützkörpers beim Aufbringen der Hülse bzw. die Größe der elastischen Verformung an der Ringmutter 7 läßt sich in Abhängigkeit von dem Unterschied der Wärmedehnungszahlen der Schaufelhülse und des Stützkörpers so genau ermitteln, daß dieser Unterschied gerade durch das Schrumpfmaß ausgeglichen wird. Selbstverständlich ist das Schrumpfmaß ab- 1 hängig von der Höhe der Betriebstemperatur sowie von den Festigkeitseigenschaften der Schaufelhülse.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Aus Stahlstützkörper und Hülse aus keramischem Werkstoff bestehende Schaufel für Kreiselmaschinen, insbesondere für Dampf- oder Gasturbinen, bei der die Schaufelhülse gegen den Fußteil des Stützkörpers anliegt und mit Hilfe eines am Kopfende des Stützkörpers befindlichen Halteplättchens festgehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelhülse (3) mit dem Stützkörper (z) durch Stege oder warzenartige Erhebungen (5) verbunden ist, ohne ihn flächig zu berühren, und daß das Halteplättchen (q., 7) im kalten Zustande mit einer solchen Vorspannung auf der Schaufelhülse (3) sitzt, däß der durch die verschiedenen Wärmedehnungszahlen von keramischem Werkstoff und Stahl bedingte Längenunterschied bei der Betriebstemperatur der Schaufel ausgeglichen ist. z. Schaufel nach Anspruch i, dadurch ,gekennzeichnet, daß der Stützkörper (a) beim Aufschweißen des Halteplättchens (q.) so erwärmt ist, daß im kalten Zustande durch Schrumpf die erforderliche Vorspannung zwischen Halteplättchen (q.) und Schaufelhülse (3) entsteht. 3. Schaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteplättchen als Gewindemutter (7) ausgebildet ist, die durch! Aufschrauben auf den Stützkörper in kaltem Zustande über einen federnden Ringsteg (9) die erforderliche Vorspannung erzeugt. q.. Schaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Ringsteg als selbständiger Teil zwischen Mütter und Schaufelhülse oder zwischen Schaufelhülse und Schaufelträger (i) zwischengelegt ist.