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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.