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Schaufelbefestigung für Gas- bzw. Abgasturbinenschaufeln Zur Aufnahme
der von Turbinenschaufeln auf das Laufrad. ausgeübten F'lIehkräfte sind eine Reihe
von Maßnahmen bekanntgeworden, deren gemeinsames Kennzeichen es ist, daß die Schaufel
am inneren Ende mnt einem in das Laufrad passenden Fuß v-rstehcn wird. wie z. B.
beim sogenannfien Tannenzapfenfuß. Konstruktionen dneserArt bauen sich im allgemeinen
verhältnismäßig schwer, und zwar insbesondere, wenn Hohlschaufeln verc#-endet werden
sollen. Darüber hinaus erfordern derartige Füße in der Herstellung erheblichen Zeitaufwand
und Arbeitsgienauigkeit. Bei Ausführung der HohIschauf e1 aus hochwarmfestem Blech
ergeben sich weitere Schwierigkeiten durch die zu fordernde gute Verbindung des
Fußes mit dem Blechmantel. Man hat: dieshalb versucht, die Schaufeln: unmittelbar
am Laufrad anzuschweißen. Dies hat jedoch den besonders bei größeren Einheiten ins
Gewicht fallenden Nachteil, d:aß beschädigte Schaufeln nicht ohne weiteres ausgewechselt
werden können. Außerdem treten durch das Schweißen gewisse Unsicherheiten auf, die
durch entsprechend größere Be-Messung berücksichtigt werden müssen, und
schließlich
können viele hochwertige Stähle nicht ohne erhebliche Güteeinbüßung geschweißt werden.
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Man hat, deshalb versucht; diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß
man den Blerhmantei der Schaufel am Fußende mit einem nach außen umgebogenen Bördelirand
versah, wobei Vers,teifun igsglieder notwendig wurden:, die eine Versteifung des
Schaufelbleches gegenüber dem hohlen Schaufelinnern bewirken sollen. Der umgebördelte
Rand kann dabei nur mittelbar zur Befestigung der Schaufel in radialer Richtung
dienen, was sich besonders deshalb ungünstig auswirkt, weil die Steifigkei.t des
Schaufelfußes trotz des nicht unerheblichen baulichen Aufwandes nicht genügend:
groß ist.
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Hinsichtlich der Zuverlässigkeit der- Befestigung bedeutet ein andereir
Vorschlag eine gewisse Verbesserung, bei dem, ein keilförmig verdickter Schaufelfuß
durch Umbiegen des Schaufelfußendes gebildet ist. In Bezug auf die Fertigung ist
jedoch diese Anordnung noch ungünstiger als die Anwendung von Schaufeln mit angefrästem
Full, dia die Einarbeitung einer keilförmigen Nut mit der erforderlichen Genauigkeit.,
be@sondersi bei den für Hohlschaufeln erforderlichen dünnen Blechen, in der vorgeschlagenen
Weise außerordentliche Schwierigkeiten bereitet.
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Ein weiterer Vorschlag sieht statt der zu einem keilförmig verdickten
Schaufelfuß durch Umbiegen des Schaufelfußendes gebildeten Anordnung vor, das Schaufelfußende
in einen mit einer Bohrung versehenen Einschnitt im Läufer einzusetzen, wobei durch
Einrollen des Bleches um einen Stift die notwendige Festigkeit gewährleistet werden
soll. Diese Maßnahme ist an, sich bei gering beanspruchten Turbinen möglich, sie
versagt jedoch bei hoch beanspruchten Turbinenschaufeln und, vor allem bei den für
Hohlschaufeln in Betracht kommenden ge-_ ringen des Schanfelbleches-, da das Blech
in diesem Fall bereits bei Zugbelastungen, die erheblich unter der Bruchfestigkeit
des Bleches liegen, aus dem Läufer herausgezogen wird.
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Durch. die vorliegende Erfindung können diese Schwvierigkeiten, die
sich besonders bei Anwendung von Blechschaufeln ergeben, umgangen: werden. Die Erfindung
bezieht sich auf eine Befestigung von Blechhohlschaufeln für Gas- bzw. Abgasturbinen,
insbesondere von solchen mit Innenkühlung. Das erfinderische Neue besteht darin,
daß die fußseitige Verlängerung des Schau#felmantel,bleches, nach dem Schaufelinnern
gleichzeitig umgebogen und zusammengefaltet, in bekannter Weise in entsprechende,
mit Bohrungen versehene Einschnitte im Läufer eingesetzt wird, wobei in gleichzeitig
bekannter Weise die radiale Festlegung der Schaufel durch Einführung von Füllstiften
oder Kugeln zwischen dein zusammengefalteten Blech in der Höhe der vorgesehenen
Bohrungen erfolgt. In diesem Fahl werden nämlich die auf Zug beanspruchten Schaufelbleche
nicht mehr aus dem Läufer herausgezogen, sondern reißen erst bei der für den Schaufelwerkstoff
in Betracht kommenden Bruchla,st. Die nach innen gefalteten Bleche können zur Aufnahme
der Fliehkräfte von Kühl- bzw. Versteifungslamellen herangezogen werden. Weitere
Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung.
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In Abb. i ist ein Schnitt senkrecht zur Laufradachse durch das Ausführungsbeispiel
einer Blechschaufel gemäß der Erfindung dargestellt. Abb. a zeigt einen Schnitt
durch dasselbe Ausführungsbeiispiel von oben gesehen.
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Das, eigentliche Schaufelprofil wird dwrch einen Blechkärper ca gebildet,
der in seinem inneren Ende gefaltet ist. Außerdem geht das Schaufelprofil dort in
beispielsweise vier Richtungen a", ae, a. und a4 entsprechenden Ebenen über. Der
Läufer, b erhält ebenfalls vier diesen Richtungen entsprechende Einschnitte von
etwas mehr als doppelter Blechstärke. Außerdem ist in diesen Einschnitten je eine
Bohrung, deren Durchmesiser etwa der doppelten Breite der Einschnitte gleichkommt
und ungefähr senkrecht zur Schaufelachse verläuft, in geeignetem Abstand vom Außenrand
des Läufers vorgesehen. Bei der Montage wird die Schaufel, die auch aus mehreren
Teilen zusammengesetzt werden kann, in radialer Richtung in die Einschnitte eingeführt
und durch Einführung passender Füllstifte c, bis c4 zwischen die zusammengefalteten
Bleche entsprechend den Bohrungen aufgeweiroet und dadurch gegen Verschiebungen
unter dem Einfluß von Fliehkräften gesichert. Die Füllstifte können durch Vernieten
od. dgl. in ihrer Lage gesichert werden. Bei einer etwaigen Auswechselung von Schaufeln
sind lediglich die Füllstifte auszubohren; die Schaufel kann dann leicht nach außen
abgezogen werden,.
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Die Bohrungen für die Füllstifte sind beim Ausführungsbeispiel gestaffelt
vorgesehen, um die durch die Bohrungen d, von denen eine im Schnitt gezeigt ist,
zum Schaufelinnern gelangende Kühlluft durch einen möglichst großen Querschnitt
zu leiten und ihr eine bestimmte Richtung zur bevorzugten Kühlung einzelner thermisch
besonders be-
anspruchter Gebiete der Schaufel erteilen zu können. Die Füllstifte
selbst können auch leicht konisch ausgeführt werden. Die Bohrung muß dann ebenso
ausgeführt sein. Außerdem können auch mehrere Füllstifte und Bohrungen für die Befestigung
eines
Schau!felsegmerits, vorgesehen werden, oder die Füllstifte
werden z. B. zur -Verhinderung dies Ausknickens beim Einpressen in eine. entsprechende
Zahl kleiner, konischer oder zylindrischer Rollen oder Kugeln aufgeteilt.
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Im Ausfiihnungsbeispieli sind zur Verbesserung der Kühlwirkung und
zur Erhöhung der Steifigkeit auf der Innenseite des Blechmantels Lamellen e vorgesehene,
die zur Aufnahme der Fliehkräfte an den; nach innen umgebogenen Enden des Blechmantels
angeschweißt: sind. Außerdem müssen, sie auch mit dien Schaufielmantel durch Schn
eißuug verbunden sein:. Die Lamellen e können auch durch das nach innen urangebogene
Schaufelblech, das selbst zweckentsprechend eingeschniitten und umgebogen wird,
gebildet werden.
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Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit der Schaufeil in; Umfangsrichtung
können gegenüberliegende Lamellen; verschweißt sein bzw. bei mehrteiliger Ausführung
der Schaufel auch unmittelbar zusammenhängen. Derartiger Lamellen können in gleicher
Weise wie der Schaufelmantel gemäß der vorliegenden Erfindiiing mit denn Läufer
b verbunden werden. Durch Neigung der Lamellen: zur Schaufelachse in Verbindung
mit entsprechender Gestaltung und Verteilung der Lamellen geliingt es. auch, einte
gleichmäßige Kühlung dies ganzen Schaufelmantels zu erreichen.
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Ein weiteres. Ausfühnun'gs!beispiel des. Erfindüngsgn!standes zeigen;
die Abb. 3 und q. für ein zweiteikg ausgeführtes Laufradi bi und b2. Vor dien Zusammenbau
besteht die Schaufel aus z. B. vier getrennten Mantelstücken ml, m2, m3 und
m4, die zusammen das Schaufelprofil ergeben und die in ihrem unteren geraden
Teil wie beim fersten Ausführungsbeispiel gefaltet und außerdem mit Wülsten versehen
sind:. Beim Zusiammenbau mit dem Läufer m werden diese Teilstücke der Schaufel einzeln
in entsprechende Schlitze, und Bohrungen zur Aufnahme der Wülste in den Läufer a
eingeführt, und zwar in Richtung der Bohrungen. Anschließend wird, die Schaufel
an den vier rStoßstellen der einzelnen Mantelstücke zusammengeschweißt und durch
Einführung der jeweiligen Füllstücke c1 bis c4 festgelegt. In manchen Fällen kann
es, vorteilhaft sein, die für die Aufnahme der Wülste bestimmten Bohrungen etwas
zur Achse des: Läufers a zu neigen, um dadurch die Stabilität der Befestigung zu
erhöhen. Auch die Einschnitte in dien Läufer ai können in einem bestimmten Winkel
zur Schaufelachse ausgeführt sein. Beie einer Ausführung entsprechend Abb.3 können
auch gezogene Profilbleche zur Anwendung kommen.
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Im übrigen können hier auch die! beim ersten Ausführungsbeispiel angegebenen
Variamen angewendet werden. Zur weiteren Sicherung dien Schaufelbefestigung kann
das Laufrad entsprechend Abb. 5 in der Nähe der Einschnitte in den Läufer
mit einer oder mehreren Bohrungen oder kleinen; Einifräsungen versehen werden, in
die von außen Füllstifte f oder Kugeln gepreßt weirden, wodurch der Läufer b verformt
wird, so daß die zusammengefalteten Bleche z'usam'mengedrückt werden. Eine derartige
Sicherung kann auch bei Schaufeln, die mit einem Fuß versehen sind, zur Anwendung
kommen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich zwar in erster Linie auf die
Halterung von Gas- bzw. Abgasturbinenschaufeln:, eineiübe:rtragung auf andere rasch
laufende Tu@rbom:asch:inen ist gleichfalls möglich.