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Turbinenschaufel Die Erfindung beizieht sich auf Turbinenschaufeln,
deren Schaufelwurzel seitlich von ihrer Mittelebene zwei oder mehr Vorsprünge besitzt,
die tragende Flächen zur Anlage in dem Schaufelträger bilden. Diese Tragflächen
auf jeder Seite :der Mittelebene der Wurzel sollen dabei zusammen die auf die Turbinenschaufel
wirkendeFliehkraft auf den Schaufelträger übertragen, und es wird bezweckt, die
Zugbeanspruchungen in der Schaufelwurzel und die Flächendrücke in den tragenden
Flächen herabzusetzen, ohne daß die Abmessung der Wurzel senkrecht zur Längsrichtung
der Schaufelerhöht werden müßte.
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Die bekannte Turbinenschaufelbefestigung geht aus Fig. i der Zeichnung
hervor, die teilweise einen Schnitt senkrecht zur Drehachse eines Turbinenschaufelkranzes
ist und die einen Teil io einer Turbinenschaufel mit der Schaufelwurzel 12 und einem
Teil 1q. eines Läufers zeigt. Die Schaufelwurzel 12 ist durch Ausnehmungen 16, 18
mit zwei Vorsprüngen, Absätzen 2o, 22 od. dgl. auf beiden Seiten ider Mittelebene
2q. der Schaufelwurzel versehen. In die Ausnehmungen 16, 18 treten Vorsprün,ge 26,
28 od. dgl. .des Läufers 1q. ein, gegen die die Vorsprünge 2o, 22 mit den tragenden
Flächen 30, 32 anliegen. Diese tragenden Flächen sind bei den bekannten Bauarten
annähernd parallel zueinander auf jeder Seite der Mittellinie 24 der Schaufelwurzel.
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Diese bekannte Ausführung hat einen Nachteil, der sich insbesondere
beim Betrieb mit hohen Temperaturen und insbesondere beim Gasturbinenbetrieb geltend
macht. Wenn das heiße Antriebsmittel eingelassen wird, werden die Schaufeln schnell
erwärmt, da deren dem Triebmittel ausgesetzte Fläche groß im Verhältnis zu .deren
Masse ist und die Wärmeübergangszahlen hoch werden. Weiterhin
wird
Wärme schnell zu der Schaufelwurzel 12, geleitet, die wärmer als das Läuferelement
14 wird und so währenddes Dauerbetriebes verbleiben kann, wenn das Läuferelement
auf niedrigererTemperatur als die Schaufel io gehalten wird. Die Schaufelwurzel
12, wird sich :dann zwischen durch die Flächen 30, 32 gelegten Ebenen mehr erweitern
.als die Umgebung, so daß nur die Fläche 32 zum Tragen kommt. Es kann dann zwar
eintreten, daß eine solche Verschiebung im Material erfolgt, .daß beide Flächen
wieder tragend werden. Bei Stillstand der Turbine, insbesondere bei Gasturbinen,
wenn die Brennstoffzufuhrabgebrochen wird, wird jedoch die Schaufel viel schneller
als der Läufer abgekühlt, wodurch der Schaufelwurzelteil zwischen den Flächen. 3-0
und 32 sich streckt, oder dieser Teil wird auch zusammengedrückt, so -daß bereits
im kalten Zustand an der Fläche 32 ein Spalt vorhanden ist. Auf diese Weise wird
die Wurzel bei wiederholtem Anlaufen und Anhalten der Turbine schnell schädlich
verändert bzw. zerstört.
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Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten im wesentlichen dadurch
beseitigt,. daß die auf der gleichen Seite der Mittelebene der: Schaufelwurzel gelegenen
tragenden Flächen einen Winkel miteinander bilden. Gemäß der Erfindung schneiden
die durch die tragenden Flächen gelegten Ebenen die Mittelebene der Schaufelwurzel
in Linien, deren Abstand voneinander wesentlich geringer ist als der Mittelabstand
zwischen den tragenden Flächen auf ein und derselben Seite der Mittelebene. Die
Erfindung soll weiter unten unter Hinweis auf die in den Fig. 2 und 3 der Zeichnung
als Beispiel gezeigten Ausführungsformen näher beschrieben werden, wobei auch weitere
.die Erfindung kennzeichnende Eigenschaften angegeben werden sollen. In diesen Figuren
werden Teile einer Schaufel und eines Läufers in derselben Art wie in Fig. i gezeigt.
Weiterhin sind gleiche Bezeichnungen für entsprechende Teile der Figuren angewandt
worden.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 verlaufen die Tragflächen 34
zwischen den Vorsprüngen 2o und 26 od. dgl. der Schaufelwurzel i2 bzw. des Läufers
14 zumindest im wesentlichen tangential, d. h. senkrecht zur Mittellinie 24 :der
Schaufel. Die Tragflächen 36 zwischen den inneren Vorsprüngen 22, 28 od.
dgl. bilden auf jeder Seite der Mittelebene 24 der Schaufelwurzel einen Winkel mit
den Tragflächen 34. Durch die Tragflächen 34 36 gelegte Ebenen treffen die Mittelebene
24 in Linien, die zusammenfallen (s. Punkt 37 in Fig. 2) odet nahe beieinander gelegen
sind, d. h. so, daß der Abstand zwischen diesen Linien kleiner ist als der Mittelabstand
zwischen den Tragflächen. Wenn nun die Temperatur der Schaufelwurzel gegenüber der
des Läufers 14 geändert wird, ändern sich die Abmessungen der Schaufel zwischen
dem Tragflächen 34, 36 radial und peripherisch,: so daß alle Tragflächen
stets für die Aufnahme der wirksamen Kräfte aktiv wirksam werden undeinunzulässiges
Kriechen oder Setzen der Flächen verhindert wird. Daraus ergibt sich, @daß die Temperaturschwankungen
nur zur Folge haben, ;daß :die Tragflächen 36 des Vorsprunges 213 gegenüber dem
Vorsprung 28 des Läufers gleiten. Um eine unbehinderte Bewegung bzw. ein Gleiten
der Schaufelwurzel zu gestatten, sind Spielräume4o, 42@ am Wurzelende und zwischen
den Tragflächen 34 36 vorgesehen. Um die notwendige Führung zu erreichen, kann der
Vorsprung :26.--des Läufers an der Ausnehmung 16 der Schaufelwurzel in -der Nähe
von dessen Boden anliegen. Zweckmäßig gehen dann die Flächen in Richtung zur Schaufel
io auseinander, wie dies bei 44 angedeutet ist.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß
Fig. 2 in der Hauptsache nur dadurch, daß auch die Tragfläche 34 einen Winkel mit
der Tangente bildet; dieser ist jedoch nach entgegengesetzter Richtung zur Tragfläche
36 gerichtet. Ebenen, die durch die auf der gleichen Seite von der Mittellinie
24 belegenen Tragflächen 34, 36 gelegt werden, können einander in einem Punkt 38
gemäß Fig. 3 schneiden, der auf der entgegengesetzten Seite der Mittellinie 24 gelegen
ist. Die Ausführung gemäß Fig. 3 hat -den Vorteil, daß oder Neigungswinkel der Tragfläche
36 weniger steil gehalten werden kann. Der Winkel zwischen den Tragflächen 34, 36
auf der gleichen Seite der Mittelebene 24 ist gemäß der Erfindung wenigstens 2o1
groß. Wenn mehr als zwei Vorsprünge od. dgl. in Reihe hintereinander angeordnet
sind, soll dabei der in Rede stehende Winkel zwischen den Tragflächen des innersten;
und des äußersten Vorsprunges gerechnet werden.
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Gemäß der Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß höhere Betriebstemperaturen
als bei den bekannten Ausführungen angewandt werden können. Von besonderer Bedeutung
ist, daß die Schaufeln aus austenitisehem Stahl ausgeführt werden können, während
der gegebenenfalls gekühlte Läufer aus martensitischem Stahl hergestellt ist.
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Daß die Tragflächen nicht nach dem gleichen Punkt auf der Mittelebene
24 gerichtet zu sein brauchen, beruht darauf, daß die elastische Deformation der
Schaufel in gewissem Grade Abweichungen ausgleichen kann. Ungleichmäßige Temperaturverteilung
in der Wurzel beeinflußt ebenfalls die erwünschte Neigung der Flächen.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen
beschränkt, sondern kann im weitesten Umfang im Rahmen der Patentansprüche abgeändert
werden. Die Erfindung ist in erster Linie für Laufschaufeln vorgesehen, kann jedoch
in gewissen Fällen auch bei Leitschaufeln verwendet werden. Die Vorsprünge, Absätze
oder Zähne der Schaufelwurzel können unsymmetrisch an den Seiten der Mittelebene
des Läufers angeordnet sein, wobei sie in der Schaufellängsrichtung .gegenüber einander
versetzt sein können.