DE737014C - UEberdrucklaufrad fuer Brennkraftturbinen - Google Patents

Description

• Überdrucklaufrad für $rennkraftturbinen Für Brennkraftturbinen werden im allgemeinen ähnliche Laufradformen wie im Darnpfturbinenbau angewendet. Es ergeben sich damit auch ähnliche Gesamtbauarten und Gehäuseausführungen. Diese sind aber bezüglich der Wirkungsgrade, der größten Umfangsgeschwindigkeiten und der Temperaturverteilung sowie auch bezüglich der Möglichkeit der Vornahme von Zwischenverbrennungen oder Zwischenüberhitzungen ungünstig.
• Diese Nachteile sollen durch das den Gegenstand der Erfindung bildende Überdrucklaufrad vermieden werden. Die Bauart dieses Laufrades kennzeichnet sich erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender, an sich bekannter Merkmale: Die Beaufschlag CY ung des Rades erfolgt von außen bei radialaxialem Verlauf der Strömung im Innern. Die Schaufeln. sind diesem Strömungsverlauf entsprechend als Schraubenflächen mit veränderlicher Steigung ausgebildet Und weisen in rechtwinklig zur Welle gelegten Schnitten radial gerichtete Profile gleicher Festigkeit auf. Außerdem sind sie innen bis dicht an die Welle oder Nabe herangeführt und mit dieser z. B. durch Schmieden oder Schweißen unmittelbar verbunden. Diese Einzelmerkmale sind an sich bekannt. Die Erfindung wird lediglich in ihrer Vereinigung erblickt. Diese Vereinigung ergibt noch folgende Vorteile, die sich besonders bei schnellaufenden Turbinen mit geringer Schaufelzahl auswirken.
• Bei der durch die neue Schaufelform bedingten Art der Stromführung werden die Temperaturen an den Schaufelwurzeln und an der Nabe bzw. Welle niedriger als außen. Demgemäß bleibt die Dauerstandfestigkeit des Werkstoffs größer, und dementsprechend kann der Werkstoff höher beansprucht werden. Die Form gleicher Festigkeit, nach der das Schaufelprofil ausgebildet ist, kann die Veränderlichkeit der Werkstoffestigkeit z. B. dadurch berücksichtigen, daß ein bestimmtes oder ein veränderliches Verhältnis der zulässigen Beanspruchung zur Dauerfestigkeit in jedem Schaufelteil zugrunde gelegt wird. Auf diese Weise wird es möglich, dem Laufrad eine für seine Verwendung bei Brennkraftturbinen besonders wichtige große Wide-rstandsfähigkeit gegenüber den größten thermischen Beanspruchungen bei sehr hoher Umfangsgeschwindigkeit zu verleihen.
• In der Zeichnung, die die Erfindung in wesenhafter Darstellungsweise in einer bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht, zeigen: Abb. i und :2 ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Laufrad in axialer Ansicht bzw. im Schnitt nach einer durch die Achse gehenden Schraubenfläche.
• Abb.3 zeigt in der Abb.2 entsprechender Darstellungsweise eine Ausführungsform des Rades mit doppelseitiger Beaufschlagung, während die Abb. q. und 5 eine Vorrichtung zur Herstellung des neuen Laufrades in Abwicklung bzw. von der Seite gesehen darstellen.
• Wie Abb. i erkennen läßt, sind die Schaufeln a nach Schraubenflächen von veränderlicher Steigung gekrümmt. Sie stehen im wesentlichen radial, und ihr Profil b entspricht ungefähr einer Form gleicher Festigkeit. Die Schaufeln sind unmittelbar an der Welle oder Nabe befestigt, und zwar vorzugsweise durch Anschmieden oder Anschweißen. Diese Art der Befestigung ist bei der vorgesehenen geringen Schaufelzahl ohne weiteres durchführbar.
• Abb.3 zeigt das Radprofil eines doppelseitig beaufschlagten Laufrades gleicher Bauart. Die Eintrittskante der Schaufel a ist mit c bezeichnet, während d, d die beiden Austrittskanten sind. Für das Profil der Schaufeln gelten ähnliche Beziehungen wie für umlaufende Scheiben gleicher Festigkeit, so daß sehr hohe Umfangsgeschwindigkeiten bei genügender Profilschlankheit erreicht werden können, wenn die äußeren Schaufelstärken genügend klein sind. Damit können gegenüber bekannten Turbinenbauarten ganz wesentlich höhere Umfangsgeschwindigkeiten erreicht werden; es können deshalb auch größere Wärmegefälle bei guten Wirkungsgraden verarbeitet und höhere Anfangstemperaturen zugelassen werden, was eine Steigerung des Wirkungsgrades der Brennkraftturbine bedeutet.
• Die Schaufeln können in einzelnen Fällen bei der Verwendung von geeigneten Baustoffen an die Naben oder an die Wellen, an welchen u. U. die Schaufelwurzeln angearbeitet sein können, angeschweißt werden. Bei anderen Baustoffen wird jedoch zur Erzielung eines guten, gleichmäßigen Werkstoffes ein Schmieden der Stücke erforderlich. Dabei wird es im allgemeinen zweckmäßig sein, die Schaufeln zunächst als ebene Flächen auszuschmieden und ihnen durch anschliessendes Verdrehen der Welle oder Nabe unter gleichzeitiger guter Führung der Schaufeln die veränderliche Schraubensteigung zu geben. Um dabei ein übermäßiges -Ausstrecken der Schaufeln im äußeren dünnen Teil, das zu Anrissen führen könnte, zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Naben- oder Wellenlänge bei dieser Formänderung durch Stauchung zu verkürzen.
• Die Abb. 4. zeigt den Vorgang wesenhaft für das Laufrad (Abb. 2). Die Schaufeln a sind in Achsrichtung wesentlich länger geschmiedet, als etwa der fertigen Nabenhöhe entspräche. Das vorgeschmiedete Rad wird zwischen die Formunter- und -oberteile: e und g eingesetzt. Die Schaufeln a greifen in die Schlitze i und lt am Unter- und Oberteil. Am Unterteil e befinden sich nun die Ansätze f, welche auf einer Seite die Form k für die Schaufeln tragen. Werden nun e und g nach den Pfeilen na und Z gegeneinander verdreht, so werden die Schaufeln, die an den Enden in den Schlitzen 1a, i und k geführt sind, über die Flächen k gezogen. Gleichzeitig damit findet durch einen Druck in Pfeilrichtung it eine Verkürzung des inneren starkwandigen Schaufelteiles und der Nabe statt.
• In Abb. 5 ist eine etwas andere Einrichtung für das doppelseitige Laufrad (Abb.3) wesenhaft angedeutet. über das vorgeschmiedete Rad mit den geraden Schaufeln werden nach innen entsprechend der Schaufelzahl geschlitzte Scheiben o und p gestreift. Die Scheiben p werden dann gegen die Scheibe o entsprechend den Pfeillängen q verdreht, bis die gewollte Schaufelform erreicht ist. Durch die Druckkräfte r findet gleichzeitig ein Stauchen des inneren Radteiles statt. U m nicht die Kräfte, welche zur Verdrehung der Welle oder Nabe erforderlich sind, auch durch die Schaufel übertragen ztt müssen, wird man diese durch besondere Stücke, welche an den Stirnseiten der Nabenverlängerungen oder Wellen angreifen, in das Werkstück hineinleiten. Die etwa erforderliche Bearbeitung der Schaufeln kann am fertigen Rad oder am vorgeschmiedeten Rad vor dem beschriebenen Verdrehen erfolgen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Überdrucklaufrad für Brennkraftturbinen, dadurch gekennzeichnet, daB bei Beaufschlagung radial von außen und radial-axialem Strömungsverlauf innerhalb des Rades die diesem Verlauf entsprechend als Schraubenflächen mit veränderlicher Steigung ausgebildeten Schaufeln in rechtwinklig zur Welle gelegten Schnitten radial gerichtete Profile gleicher Festigkeit bilden, daß sie innen bis dicht an die Wellte oder Nabe reichen und an' diese angeschmiedet oder angeschweißt sind. z. Verfahren zur Herstellung von Laufrädern nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus der Welle bzw. Nabe und den ehengestalteten Schaufeln bestehendes einheitliches Schmiedestückunter entsprechender Führung der Schaufeln zur Erzielung der gewünschten Schraubensteigung in sich verdreht wird. 3. Verfahren nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle bzw. Nahebei der Verdrehung gestaucht wird. q.. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch zwei um eine gemeinsame Achse gegeneinander vierdrehbare Futter (e, g), von denen das eine (g) mit kurzen, im wesentlichen axial verlaufenden Schlitzen (h) zur Aufnahme der kurzen Schaufelenden, das andere (e) mit längeren, je auf der einen Seite (h) bogenförmig begrenzten Ausnehmungen versehen ist (Abb. q.). 5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere über das Schmiedestück geschobene Scheiben mit radialen Schlitzen zur Aufnahme der Schaufeln gegenüber der Welle bzw. Nabe um der gewünschten Schraubensteigung entsprechende verschiedene Winkel verdreht (Abb..5).