DE818276C

DE818276C - Turbinenlaufrad mit keramischen Schaufeln

Info

Publication number: DE818276C
Application number: DEP1150D
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl-Ing Schoerner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1951-10-31

Description

Turbinenlaufrad mit keramischen Schaufeln Die Erfindung betrifft ein stählernes Turbinenlaufrad, insbesondere für Turbinen höherer Temperatur, mit keramischen Schaufeln, bei welchem die Sitzflächen von Keramikschaufel und stählerner Laufscheibe wegen der verschiedenen spezifischen lVärmedehnung von Keramik und Stahl und der Unterschiede des Temperaturfeldes in den zusammengebauten Bauteilen. für eine bei allen Betriebszuständen kraftschlüssige Verbindung als gegeneinandergerichtete Doppelkeilfläohen ausgebildet sind, deren Ebenen sich in einer Geraden schneiden. Sie besteht darin, daß der Schaufelfuß der Laufschaufel nur einseitig die gegeneinandergerichteten Keilflächen mit gemeinsamer Schnittgeraden als Sitzfläche in der mit einer Ringnut versehenenLaufscheibe aufweist, während die nach der anderen axialenRichtung zugekehrte ebene Seite durch einen ebenen Ring abgedeckt wird. Diese Ausführung bietet den Vorteil, daß der Kranz solcher Schaufeln auf einfache Weise an die Laufscheibe angebaut und der Sitz der gegenseitigen Auflageflächen von Schaufel und Laufscheibe unmittelbar aufeinander nachgeschliffen werden 'kann. Der Abschlußring kann aus Stahl oder auch aus keramischem Werkstoff bestehen; in diesem letzteren Fall belastet er wegen seines geringen Gewichtes- weniger die Laufscheibe, ist warmfester bei höherer Betriebstemperatur der Turbinenstufe und schirmt gleichzeitig die tragenden Stahlbauteile vom Zutritt der Verbrennungsgase äb.
In der Zeichnung ist die Erfindung in drei Ausführungsbeispielen im Schnitt dargestellt.
Gemäß Ausführung nach Abb. i sitzt die aus keramischem Stoff bestehende Laufschaufel i mit ihrem als Hammerkopf ausgebildeten Fuß 2 in einer seitlich angedrehten Ringnut 3 der stählernen Lauf- Scheibe 4., wobei die Erzeugenden der als Drehflächen ausgebildeten Sitzflächen 5 und 6 sich in einem Kreis mit der Spur o treffen. Die axial gegenüberliegende, sich für alle Schaufeln eines Kranzes zu einer ebenen Ringfläche zusammenschließende Gegenseite ist durch einen Ring 7 abgedeckt, der zweckmäßig eine Sitzfläche 8 zur Abstützung an der Läuferscheibe 4 erhält und mit dieser in geeigneter Weise durch Vernietung, Verschraubung oder Verschweißung verbunden sein kann. In dem Ausführungsbeispiel ist eine Nietverbindung 9 vorgesehen. Besteht der Ring aus keramischem Stoff, so müssen die Fluchtpunkte Al, Az der Sitzflächen der Nietköpfe wegen der verschiedenen Temperatur und Wärmeausdehnung von Stahl und Keramik ungefähr mit dem Punkt B in der Auflageebene von Stahl und Keramik zusammenfallen. Ebenso muß die Spur o in diesem Fall in der Sitzfläche des Ringes 7" d. h;. in der gemeinsamen Berührungsfläche vorm Keramik und Stahl, liegen.
Vielfach wird es zweckmäßig sein, mit Rücksicht auf Wärmespannungen auf die selbsttragende Wirkung eines geschlossenen Ringes zu verzichten und einzelne Ringabschnitte, anzuwenden. Die. Fliehkraft dieser Ringsegmente kann am einfachsten durch die Sitzfläche 8 auf die Laufscheibe übertragen werden, so daß die Befestigungselemente eine Entlastung erfahren.
In Fällen hoher Betriebstemperatur, in denen der Ring 7 gleichzeitig zur Isolation der Stahllaufscheibe dient, kann man in ähnlicher Weise auch auf der anderen Stirnseite des Laufscheibenkranzes einen gleichartigen Ring zur Abdämmung der Wirkung des heißen Betriebsmittels anbringen. Diese Bauweise ist auch für mehrkränzige, aus einem Stück bestehende Turbinenläufer mit Vorteil anwendbar.
Die belastete Auflagefläche der Schaufeln braucht nicht unbedingt, wie im Beispiel dargestellt, zylindrisch sein, in diesem Fall sind nur die axialen Reaktionskräfte auf dem Ring 7 am kleinsten.
In Abb. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, welche der Bedingung Rechnung trägt, daß sich die Regel der zusammenfallenden Keilschneiden in der Praxis nicht immer genau einhalten läßt und zu einer gewissen Auseinanderverlagerung der Fluchtpunkte der Schaufelsitzflächen zwingt. Es ist i wieder die keramische Laufschaufel, 2 deren hammerkopfartiger Fuß; 3 die. Ringnut und 4 die stählerne Laufscheibe. Im Gegensatz zur vorigen Ausführung ist hier die außenliegende Sitzfläche 6 an einem elastisch verformbaren Scheibenteil 1o derart angeordnet, daß durch die abweichende thermische Dehnung oder auch durch Fliehkraftwirkung ein elastisches Andrücken dieser federnden Sitzfläche der Laufscheibe an die Schaufelsitzfläche erfolgt. Während hier der elastisch verformbare Scheibenteil io aus dem Läufer herausgearbeitet ist, ist er in dem Beispiel der Abb. 3 ein gesonderter, mit der Läuferscheibe 4 durch Schweißung verbundener Teil i i. Die Größe dieser elastisch federnden Scheibenansätze io bzw. i i mit den federnden Längen a bzw. b hängt von den jeweiligen Betriebsbedingungen ab; unter Umstäriden'kann die Unterbrechung des tangentialen Zusammenhanges dieser Ringelemente an verschiedenen Stellen des Umfanges von Nutzen sein.

Claims

PATENTANSPROCHE: i. Turbinenlaufrad aus Stahl mit keramischen Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß der einseitig in einer Ringnut der Scheibe sitzende Schaufelfuß sich an einer keilförmig dazu angeordneten Sitzfläche abstützt, während seine nach der anderen axialen Richtung zugekehrte Seite eben und durch einen Ring (7) abgedeckt ist.
2. Turbinenlaufrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugenden der als zylindrische Drehflächen ausgebildeten Sitzflächen (5, 6) sich in einem Kreis mit der Spur (o) in der Sitzfläche des Abschlußringes (7) treffen.
3. Turbinenlaufrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußring (7) aus Keramik besteht und gleichzeitig zur Wärmeabdämmung für die Stahlbauteile dient.
4. Turbinenlaufrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußring (7) in der Umfangsrichtung unterteilt ist.
5. Turbinenlaufrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abschlußring (7) gegenüber auf der anderen Stirnseite der Läuferscheibe (4) ein entsprechend ausgebildeter Wärmeschutzring angeordnet ist.
6. Turbinenlaufrad nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegeilde Sitzfläche (6) an einem elastisch verformbaren Teil (io, i i) der Laufscheibe (4) angeordnet ist.