DE892403C - Turbinenlaeufer fuer extrem hohe Temperaturen und Umfangsgeschwindigkeiten - Google Patents

Description

• Turbinenläufer für extrem hohe Temperaturen und Umfangsgeschwindigkeiten - Das Patent 881 2,79 bezieht sich auf einen Turbinenläufer für extrem hohe Temperaturen und Umfangsgeschwindigkeiten, bei dem die getrennt hergestellten dünnwandigen offenen Hohlschaufeln, vorzugsweise durch am Schaufelfuß angreifende Punktschweißung an sich über einen Teil der Schaufellänge erstrecjkenden stlimmelartigen Ansätzen befestigt sind. Die in den Schaufelhohlraum -hineinra:genden stummelartigen Ansätze können entweder mit demLäufer aus einemStück bestehen, in-dem sie aus diesem herausgearbeitet sind, oder etrennt mit einem besonderen Fuß hergestellt el sein, der in angepaßten Aussparungen des Laufradumfanges durch Keilstifte festgelegt wird.
• Nach dem Patent 881 :279 besitzt das zur Schaufelbefestigung. dienendeOberteil der stummelartigen Ansätze bei beiden Ausführungen über seine ganze Länge durchgehend einen gleichbleibenden Querschnitt, der dem inneren Profil der aufzu,setzenden Hohlschaufel entspricht. Die im Zuge der Entwicklung sich dauernd steigernden Ansprüche nach größeren Volldruckhöhen der Flugmotorenaufladegebläse erfordern automatisch eine weitere Leistungssteigerung der zum Antrieb derartiger Gebläse dienenden Abgasturbinen. Eine Leistungssteigerung ist bei neu-zeitlichen Abgasturbimn im Flugmotorenbati nur möglich, wenn es gelingt, das Baugewicht bei größtmöglicher Drehzahl und Schaufelbatillänge noch weiter herabzusetzen. jede noch so geringe Gewichtseinsparung bedeutet bei dem schon erreicht#ßn hohen,Stand der Technik eine sprunghafte Bereicherung. Erschwert wird die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß mit der Steigerung der Leistung auch die der Betriebssicherheit gefordert werden muß.
• Bei einem Turbinen-läufer nach dem Patent 881:279 für extrem hohe Temperaturen und extrem hohe Umfangsgeschwindigkeiten, bei welchem Laufrad und Laufradschaufel nicht aus einem Stück bestehen und der Laufradkörper an seinem Umfang mit stummelartigen Ansätzen, die sich nur üiber einen Teil der Schaufellänge erstrecken, versehen ist, an welchem dünnwandige offene Hohlschaufeln vorzugsweise durch Punktschweißung befestigt sind, wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß der in die Hohlschaufel hineinragende stummelartige Ansatz als I-Formstück ausgebildet ist, dess-en bundartiger Kopf- und Fußteil im Querschnitt dem aufzusetzenden Schaufelinnenprofil entspricht, während der die beiden Teile verbindende Steg mit einem kleineren Querschnitt aus#gefiffirt ist und sich zum Schaufelkopf hin derart verjüngt, daß er einen Träger annähernd gleicher Festigkeit bildet und daß die dünnwandige offene Hohlschaufel durch Punktschweißung mit je einer Schweißnaht an den Auflageflächendes Kopf- und Fußteiles des 1-Formstückes befestigt ist. Nach der Erfindung kann noch eine starke thermische Entlastung des .Schaufelfußes und- der zur Schaufelbefestigung dienenden Schweißnähte dadurch erreicht werden, .daß der von der Innenseite der Schaufelprofilbleche, dem bundartigen I-Copf- und Fußteil des als I-Formstück ausgebildeten stummelartigen Ansatzes und -dem Steg abgegrenzte Schaufelhohlraum. von einem Kühlmittel, vorzugsweise Luft, durchströmt wird, welches, wie an sich bekannt, durch besondere Bohrungen des Laufrades von der Nabe zugeführt wird.
• Als besonderer, durch die Erfindung erzielter Vo,rteil ist anzusehen, daß das Laufrad gegenüber der älteren Ausführung ein geringeres Baugewicht aufweist und eine bequeme Schaufelfestlegung in zwei Schweißnähten ermöglicht. Die doppelte Schweißfläche in radialein Abstand bietet die Gewähr einer größeren Betriebssicherheit und gestattet gleichzeitig zur Vergrößerung der Turbinenleistung eine weitere Steigerung, der Drehzahl oder die Verwendung von Schaufeln größerer Baulänge, da die einzelnen Schweißnähte geringeren Beanspruchungen unterworf en sind und außerdem durch eine Kühlung gemäß der Erfindung thermisch entlastet werden. Die Erfindung weist insofern auch einen fertigungstechnischen Vorteil auf, daß lediglich die beiden Attflageflächen der Fuß- und Kopfteile des I-Formstückes eine Feinstbearbeitung erf ordern. Es ist zwar eine Hohlschaufel bekannt, bei welcher sich der Stützkern über,die ganze Schaufellänge erstreckt und am Kopfende, verschraubt oder vernietet ist. Mit einer solchen Schaufel läßt sich jedoch die Aufgabe der- vorliegenden - Erfindung nicht erfüllen, da die Schaufel viel zu schwer ist und infolge der extrem hohen Drehzahl Zentrifugalkräfte auftreten würden, die festigkeitsmäßig nicht mehr beherrschbar sind.
• Das gleiche gilt von einer ebenfalls bekannten, aus mehreren Teilen zusammengesetzten und verlöteten Hohlschaufel, bei welcher lediglich das rückwärtige Schaufelprofilblech in den,Schau-felfuß hineingezogen und mit diesem verlötet ist. Das rückwärtige Schaufelprofilblech wird aIso auch durch die aus dem Eigengewicht des vorderen Bleches entstehende Zentrifugalkraft belastet, wodurch zu der erhöhten Zugbeanspruchung auch noch eine solche auf Biegung tritt, so daß auch diese bekannte Schaufel für Schaufelräder extrem hoher Drehzahl nicht geeignet ist. Auch wird durch die geschilderte unterschiedlicheBefestigungder beiden Profilble,che eine Zweiteilung - des Befestigungsstummels notwendig, die seine Herstellung wesentlich verteuert.
• In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schaubildlich dargestellt. Es zeigt Abb. i den Ausschnitt eines Turbinenläufers, Abb.:2 die, aus zwei Profilblechen bestehende Schaufel mit einem einzelnen Ansatzstück.
• Die nach außen offenen Turbinenhohlschaufeln i sind- aus zwei in ihrer Längsnaht:2, 3 metallisch verbundenen Profilblechen 4 und 5 gebildet und auf stümmellartige Ansätze#6 am äußeren Umfang des T.urbinen-läufer#s 7 aufgeschoben. Die in den Schaufel'hohlraum 8 hineinragenden stummelartigen Ansätze6 können entweder mit dem Läufer7 aus einem Stück bestehen, indem sie aus diesem heraus-gearbeitet sind, oder getrennt mit einem Fuß 9 hergestellt sein, der in angepaßten Aussparungen io am Laufradumfang durch Keilstifte vi festgelegt wird. Der sich nur über einen Teil der Schaufelbaulänge erstreckende stummelartige Ansatz 6 ist zur Erzielung der größtmöglichen Geewichtseinsparung als I-Formstäck ausgebildet, dessen Steg 11-2 sich zum Schaufelkopf hin verjüngt und dessen Querschnitt den jeweiligen, in diesem Abstand von ,der Radmitte auftretenden Beanspruchungen, angepaßt ist, so daß er in Annäherung einen Träger gleicher Festigkeit bildet. Der hundartige Fußteil 13 und KOPfteil 14 des 1-FOrmstÜOlzes entspricht in seinem Querschnitt dem Innenprofil der aufzusetzenden Hohlschaufel i und bestimmt mit seinen seitlichen Auflageflächen#15 und 16 die Lage der aufgesetzten Höhlschattfel-,i. Die Hohlschaufel i wird an diesen Anflageflächen 15, 16 mit Je einer Punktschweißreihe 17, 18 befestigt.
• Eine thermische Entlastung des stummelartigen Ansatzes 6 mit den. bei-den in radialem Abstand angeordheten Schweißnähten 17, 118 kann durch Einführen eines Kühlmittels, vorzugsweise Luft, in* den von -den Innenseiten ig,:2o der Schaufelprofilbleche 4 und 5 dem bundartigen Fuß- und Kopfteil 13, 14 des I-F ormstückes und dem Steg 12 abgegrenzten Schaufelhohlraum erfolgen. Das Kühlmittel wird durch (nicht gezeichnete) Bohrungen des Läufers 7 von der Turbinenwelle dem abgegrenzten Schaufelhohlraum zugeführt und fließt, nach#dem es die auf die Hohlschaufel i übergegangene Wärme aufgenommen. hat, entweder übeT in dem Kopfteil 14 vorgesehenen Bohrungen (nicht gezeichnet) des stummelartigen Ansatzes 6 durch die nach außen offene Hohlschaufel i ab oder wird wieder zur Turbinenwelle zurückgeführt.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i.Turbinenläufer für extrem hohe Temperaturen und extrem hohe Umfangsgeschwindigkeiten, bei welchem Laufrad und Laufschaufel nicht aus einem Stück bestehen und der Laufradkörper an seinem Umfang mit stummelartigen Ansätzen, die sich nur über einen Teil der Schatifellänge erstrecken, versehen ist, an welchen dünnwandige offene Hohls-chaufelt vorzugsweise durch Punktschweißung befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Hohlschaufel hineinragende stummelartigge Ansatz (6) als I-Forrnstück: ausgebildet ist, dessen bundartiger Kopf- (14) und Fußteil (13) im Querschnitt dem aufzusetzenden Schaufelinnenprofil entspricht, während der die beiden Teile (13, 14) verbindende Steg (v2) mit kleinerem Querschnitt ausgeführt ist und sich zum Schaufelkopf hin derart verjüngt, daß er einen Träger annähernd gleicher Festigkeit bildet, und daß die dünnwandige offene Hohlschaufel durch Punktschweißung mit je einer Schweißnaht (17, 18) an den Auflageflächen (15, 16) des Kopf- (14) und Fußteiles (13) des I-FormstürJkes befestigt ist.
2. 2. Turbinenläufer nach Anspruch ti, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Innenseiten (19, 20) der Schaufelprofilbleche (4, 5), dem bundartigen Kopf- und Fußteil (14, 13) des als I-Formstüc.k ausgebildeten stummelartigen Ansatzes (6) und dem Steg (12) abgegrenzte Schaufelhohlraum, von einem Kühlmittel, vorzugswei-se Luft, durchströmt wird, welches, wie an sich bekannt, durch besondere Bohrunggen des Lattfrades von der Nabe zugeführt wird.