DE841663C - Scheibenlaeufer mit keramischen Laufschaufeln fuer Kreiselradmaschinen - Google Patents

Description

• Scheibenläufer mit keramischen Laufschaufeln für Kreiselradmaschinen Bekanntlich nimmt mit zunehmender Gaseintrittstemperatur bei Gasturbinenanlagen sowohl der thermische Wirkungsgrad als auch das, Wärmegefälle zu, so daß derartige Auslegungen bei Beherrschung der Festigkeitsverhältnisse geeignet sind, eine hohe Leistungsdichte der Turbine und geringen Durchsatz für die übrigen Teile der Anlage zu gewährleisten. Neuerdings haben keramische `Verkstoffe wegen ihrer Warmfestigkeit Aussicht, für besonders heiße Bauteile ohne besondere Bauteilkühlung Verwendung zu finden, zumal brauchbare Vorschläge für die Halterung von Bauteilen verschiedener spez. Wärmedehnung und Betriebstemperatur in Stahlfassungen von Leitkränzen oder in Laufradkränzen vorliegen. Dies geschieht bekanntlich mit Hammerkopffüßen, welche gegeneinander gerichtete Kegel- oder Keilsitzflächen aufweisen. Grundsätzlich könnte man Schaufeln mit einer derartigen Fußform innerhalb eines einzigen Radkranzes mit einer entsprechenden Ringnut anordnen. Doch ist die Einhaltung der erforderlichen Maßhaltigkeit dieser zu beiden Seiten des Fußes angeordneten Sitzflächen, erforderlich für gleichmäßiges Tragen auf beiden Seiten und die Gewährleistung des Formschlusses bei allen Temperaturen, sowie ihre Zugänglichkeit für die Bearbeitung in einer Ringnut sehr schwierig. Das Einklemmen zwischen zwei Scheiben ist daher zweckmäßig auch für einstufige Läufer sogar recht einfach. Da besonders bei hohen Betriebstemperaturen trotz der Abnahme der Stahlfestigkeitswerte auf eine leichte Bauweise besonderer Wert gelegt werden muß, man denke nur an die Forderung nach schnellem Anfahren und Abstellen, nach einer schnellen Änderung des Betriebszustands bei allen in Fahrzeugen und für Sonderzwecke eingesetzten Gasturbinen, dürfte die bekannte Anordnung von Scheiben ohne Mittelbohrung als tragendes Bauelement von Vorteil sein. Gelingt es nämlich, durch geeignete Maßnahmen solche Scheiben zu einem starren Ganzen zu vereinigen, so entsteht ein Läufer hoher Steifigkeit, dem hohe Betriebsdrehzahlen (im Sinne des 1,cichtbaus) zugemutet werden können und dessen Stufenzahl pro Welle, d. h. das pro Welle verarbeitete Wärmegefälle, recht hoch ist. Es ist ersichtlich, (laß für diese Fälle hoher Beanspruchung Scheiben mit Bohrung zum Aufsetzen auf eine durchgehende Welle wohl weniger in Frage komineii, weil die Befestigung dieser heißen Scheiben auf der möglichst kalt zu haltenden Welle einen besonderen Aufwand erfordert, abgesehen von den hohen Spannungen durch Fliehkraft und Ternperaturtinterschied. Bei einem aus Scheiben ohne Mittelbohrung zusammengesetzten Läufer ist das 1'eniperaturfeld jeder Scheibe wesentlich einheitlicher, so daß nur verhältnismäßig geringe Wärinepan@ningen auftreten, wodurch für den jeweiligen :lntveiidtitigfall die Auswahl des Scheibenwerks;offs besonders mit Rücksicht auf geringen Gehalt aii 1_egieruiigsltestatidteilen leichter fällt.
• 1)ic 1?rfindung befaßt sich mit der Gestaltung derartiger Läufer. Nach der Erfindung werden zum Zusa iiiinenspannen der beiden seitlich angeordneten Tragscheiben eines Laufschaufelkranzes aus Keramik etwa in Kranznähe mehrere Spannbolzen verwcildet, welche an Kopf und Mutter kegelige Auflagetl:ichen aufweisen, derart, daß die Kegelspitzen im 1,tli-clistoßliunkt des Bolzens durch die Mittelehetie (-los Laufschaufelkranzes zusammenfallen. _\tif diese Weise wird mit an sich bekannten Mitteln eine lockerungsfreie, temperaturbeständige, kraftschlüssige Verbindung der in ihrer Werkstoffeigenschaft so verschiedenartigen Teile des Läufers erreicht. Bei mehrstufigen Läufern kann, wie bekannt, eine Tragscheibe auf beiden Seiten ihres Kranzes solche Sitzflächen für aufeinanderfolgende Laufschaufelkränze einer axial durchströmten Kreiselradmaschine haben, so daß axial wirkende Reaktionskräfte des Schaufelzugs, welche ein Stülpmoment auf den Scheibenkranz ergeben, sich aufheben. Das Zusammenfügen solcher Laufscheilten zu einem mehrstufigen Läufer erfolgt erfindungsgemäß durch Verspannen von je zwei aufeinanderfolgenden Scheiben durch diese außerinittigcn Bartelemente finit den kegeligen Auflageflächen, und zwar sind diese Spannbolzen von einem verspannten Scheibenpaär zum nächsten dann immer \-ersetzt am Umfang angeordnet, um- die Sclicibetifestigkeit nicht durch allzu viele Bohrun-<1en zu beeinträchtigen.
• lii der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele \ uni Scheibenläufern nach der Erfindung dargestellt, Bild zwar zeigt \itlt. t einen Längsschnitt durch einen einstufigen I.;infm. Ahb. 2 einen Längsschnitt durch einen mehrstufigen Läufer, Abb. 3 eine Stirnansicht einer Mittelscheibe, .11>1t. .4 einen schematischen Längsschnitt durch einett Läufer mit Spannbolzen auf verschiedenen Teilkreisen.
• Die Tragscheiben i und 2 klemmen am Kranz die keramischen Laufschaufeln 3 in den gegeneinander gerichteten Keilsitzflächenpaaren ein. Die Scheiben r und 2 sind durch die Bolzen 5 verbunden, deren Kopf 6 und Mutter 7 im Radkörper auf Kegeln aufliegest, deren Spitze im Punkt o auf der Scheibenmittelebene liegt.
• Die Ahb. 2 zeigt einen mehrstufigen Läufer mit vier Schaufelkränzen 8a, 8b, 8c, 8d, drei Mittelscheiben 9a, 9b, 9c und zwei Endscheiben mit Wellenstummel roa, rob.
• Abb. 3 zeigt die Ansicht auf die Stirnseite der Mittelscheibe 9b mit sechs Löchern, in denen abwechselnd, je ein Bolzen 12 die Verbindung zur nachfolgeden (in Strömungsrichtung gesehen) Tragscheibe 9c und dann der nächste 13 die Verbindung mit der vorhergehenden Tragscheibe 9a aufnimmt.
• Die Teilkreise der Bolzenlöcher für die Bolzenverspannung mit der einen oder anderen Nachbartragscheibe können auch verschieden sein. Dies zeigt Abb. 4 in schematischer Weise. Die Tragscheiben sind hier mit 14, die Schaufelkränze mit 15 und die Spannbolzen mit 16a, 16b bezeichnet.
• Es ist zweckmäßig, die Spannbolzen 12, 13 von ILrä ften außer in der Achsrichtung wirkenden zu entlasten, indem man an den Radstirnseiten radial verlaufende Keilvorsprünge und Nuten für jeweils zusammengehörige Tragscheibenpaare anordnet.

Claims (3)

1. PATENTANSPRACHE: i. Scheibenläufer mit keramischen Laufschaufeln für Kreiselradmaschinen, insbesondere Gasturbinen hoher Temperatur, bei dem die Schaufelbefestigung mit Doppelkegel- oder Keilflächensitz zwischen je zwei Scheiben erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Laufradkranz tragenden Scheibenpaare (i und 2) durch Spannbolzen (5 bzw. 12, 13) in Kranznähe verbunden sind, deren Auflageflächen im Radkörper doppelkegelig mit Spitze (o) in der Scheihenmittelebene ausgebildet sind.
2. 2. Scheibenläufer nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Schaufelkränze axial hintereinander die Bolzen (r2, 13) zwischen dem jeweils einen Schaufelkranz tragenden Scheibenpaar (i und 2) versetzt am Umfang angeordnet sind.
3. 3. Scheibenläufer nach Anspruch r,.dadurch gekennzeichnet, daß die die Scheiben (r und 2) verspannenden und gegeneinander versetzten Bolzen (i2, 13) auf verschiedenen Teilkreisen angeordnet sind.