DE906636C

DE906636C - Gas or exhaust gas turbines with hollow blade cooling

Info

Publication number: DE906636C
Application number: DED5780D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Herwig Kress
Original assignee: HERWIG KRESS DR ING
Current assignee: HERWIG KRESS DR ING
Priority date: 1944-01-23
Filing date: 1944-01-23
Publication date: 1954-03-15

Description

Gas- oder Abgasturbinen mit Hohlschaufelkühlung Man hat bereits Turbinenschaufeln vorgeschlagen, bei denen die das eigentliche Schaufelprofil bildende Hülse breiter als der tragende Teil der Laufscheibe ist und die fußseitig in im wesentlichen radialer Richtung bis zur Laufscheibe verlängert sind.Gas or exhaust gas turbines with hollow blade cooling You already have turbine blades proposed in which the sleeve forming the actual blade profile is wider than the load-bearing part of the running disk and the foot side in an essentially radial manner Direction up to the pulley are extended.

Durch die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen werden Anordnungen angegeben, die eine weitere Verbesserung der Festigkeit und eine herstellungstechnische Vereinfachung derartiger Turbinen ermöglichen.The measures described below indicate arrangements a further improvement in strength and a simplification in terms of manufacturing technology enable such turbines.

Die Ausführung einer derartigen Hohlschaufelturbine nach Abb. i a sieht vor, daß die Schaufelhülse H auf Zapfen am Außenrand des Läufers L, die sogenannten Schaufelstifte St, aufgesetzt wird und mit diesem und mit den reiterartig nach innen gehenden Verlängerungen R1 und R2 der Schaufelhülse H an der Laufscheibe L befestigt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i a ist vorgesehen, daß die Verbindung von Schaufelhülse und Läufer durch Punktschweißung erfolgt. Die einzelnen Punkte P sind durch Schraffur angedeutet. Zwischen den einzelnen Schaufelhülsen befinden sich am unteren Rand des Beaufschlagungsgebietes sogenannte Fußdeckbleche F, durch die verhindert wird, daß die Kühlluft, die zwischen der Deckscheibe D und dem Läufer L den Schaufeln zuströmt, zwischen den einzelnen Schaufeln austritt. Sie bilden also einen Abschluß des zwischen Deckscheibe D und Läufer L entstehenden Kühlluftraumes.The design of such a hollow blade turbine according to Fig.ia provides that the blade sleeve H is placed on pegs on the outer edge of the rotor L, the so-called blade pins St, and with this and with the rider-like inward extensions R1 and R2 of the blade sleeve H on the Washer L can be attached. In the embodiment according to Fig. Ia it is provided that the connection of the blade sleeve and rotor takes place by spot welding. The individual points P are indicated by hatching. Between the individual blade sleeves there are so-called foot cover plates F at the lower edge of the impact area, which prevent the cooling air flowing to the blades between the cover plate D and the rotor L from escaping between the individual blades. So they form a closure of the cooling air space between cover plate D and rotor L.

Die Kühlluft strömt den einzelnen Schaufeln etwa in der durch die Pfeilrichtung gemäß Abb. i a angedeuteten Richtung zu. Während die Austrittskante unmittelbar von Kühlluft beschickt wird, wird die Kühlluft, die für die Eintrittskante bestimmt ist, dieser durch die Bohrung B zugeleitet. Die fußseitige Verlängerung R2 der Schaufelhülse H fängt den durch die Bohrung B geleiteten Kühlluftstrom auf, so daß auch hier ein Kühlluftmengenv erlust nicht auftritt. In Abb. i b ist das Ausführungsbeispiel nach Abb. i a nochmals im Schnitt in etwas anderem Maßstab wiedergegeben. In Abb. i c ist das Fußdeckblech F getrennt herausgezeichnet. An der Eintrittskante ist das Fußdeckblech radial nach innen abgewinkelt und kann somit auch an der eintrittsseitigen Stirnseite der Laufscheibe mit dieser (vorzugsweise durch Punktschweißung) verbunden werden. Die manschettenartigen Ränder 3,11 und s'1'12 an den Fußdeckblechen dienen dazu, die Ausrundungen zwischen Schaufelstift St und Laufscheibe und den unteren Rand der Schaufelhülse H abzudecken. Gleichzeitig bewirken sie eine Versteifung des Fußdeckbleches gegen Biegung. Außer an der Anlagefläche am Läufer wird das Fußdeckblech auch noch mit der Deckscheibe D am Außenrand verbunden. Die Deckscheibe D ist hier am Außenrand so gestaltet, daß ihr Bördelrand mit dem nach hinten überstehenden Rand des Fußdeckbleches F ebenfalls durch Punktschweißung verbunden werden kann. Bei größeren Abmessungen der Schaufeln bzw. der Fußdeckbleche ist es auch möglich, dieses nicht bloß an der Eintrittsseite nach innen abzuwinkeln, sondern auch die Austrittsseite so zu gestalten, wie Abb. i d im Schrägriß und Seitenriß erkennen läßt. Man kann auf diese Weise eine erheblich bessere Versteifung des Fußdeckbleches gegen Biegungskräfte erzielen. Der Bördelrand der Manschette kann auch im Gegensatz zu den gezeigten Ausführungsbeispielen statt nach dem Beaufschlagungsgebiet nach der Kühlluftseite hin abgewinkelt sein.The cooling air flows towards the individual blades approximately in the direction indicated by the arrow direction according to Fig. Ia. While the trailing edge is fed directly with cooling air, the cooling air that is intended for the leading edge is fed to the latter through the bore B. The foot-side extension R2 of the shovel sleeve H catches the cooling air flow directed through the bore B, so that a loss of cooling air does not occur here either. In Fig. 1b, the embodiment according to Fig. Ia is shown again in section on a slightly different scale. In Fig. Ic the foot cover plate F is shown separately. At the leading edge, the foot cover plate is angled radially inward and can thus also be connected to the running disk on the entry-side end face (preferably by spot welding). The sleeve-like edges 3, 11 and s'1'12 on the foot cover plates serve to cover the fillets between the blade pin St and the rotor disk and the lower edge of the blade sleeve H. At the same time, they stiffen the foot cover plate against bending. In addition to the contact surface on the runner, the foot cover plate is also connected to the cover plate D on the outer edge. The outer edge of the cover plate D is designed in such a way that its flanged edge can also be connected by spot welding to the edge of the foot cover plate F protruding to the rear. With larger dimensions of the blades or the foot cover plates, it is also possible not only to bend this inward on the inlet side, but also to design the outlet side as shown in Fig. Id in the oblique view and side elevation. In this way, you can achieve a significantly better stiffening of the foot cover plate against bending forces. In contrast to the exemplary embodiments shown, the beaded edge of the cuff can also be angled towards the cooling air side instead of towards the area of application.

Die Befestigung der Schaufelhülse H am Läufer L und am Stift St, die hier durch Pünktschweißung mittels der Punkte P erfolgt, ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die Verbindungsstellen praktisch nur auf Scherung beansprucht sind und damit die volle Tragfähigkeit des Bleches ausgenutzt werden kann. In Abb. i e ist noch gezeigt, daß auch eine schaufelbrustseitige, reiterartige Verlängerung an der Austrittsseite vorgesehen werden kann, die gleichfalls in der angegebenen Weise mit dem Läufer L verbunden werden kann. Im Ausführungsbeispiel sind die Stifte St nach oben leicht abgeschrägt gezeichnet. Sie können jedoch an ihrer Stirn- und Hinterseite auch ganz oder teilweise konisch ausgeführt werden oder im Bedarfsfall auch mit rillenartigen Einfräsungen etwa parallel zur Schaufelachse versehen werden. Zur Verbesserung der Kräfteaufnahme ist es nicht notwendig, die Kühlluftbohrungen in einer Axialebene des Läufers verlaufen zu lassen, sie können auch etwas zum Stift versetzt ausgeführt werden.The attachment of the blade sleeve H to the rotor L and to the pin St, which is done here by spot welding by means of the points P, is particularly advantageous because the connection points are practically only subjected to shear and thus the full load-bearing capacity of the sheet can be used. In Fig. Ie it is also shown that a rider-like extension on the shovel chest side can also be provided on the outlet side, which can also be connected to the rotor L in the manner indicated. In the exemplary embodiment, the pins St are drawn slightly beveled upwards. However, they can also have a wholly or partially conical design on their front and rear sides or, if necessary, they can also be provided with groove-like millings approximately parallel to the blade axis. In order to improve the absorption of forces, it is not necessary to allow the cooling air holes to run in an axial plane of the rotor; they can also be designed slightly offset from the pin.

In Abb. 2 a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die Kühlluftzuführung erfolgt hier nicht durch eine, sondern durch zwei Bohrungen Bi und B2. Die Deckscheibe D' ist hier unmittelbar am Läufer L' befestigt. Es entfällt in diesem Fall die Notwendigkeit, Fußdeckbleche vorzusehen, obwohl sie auch hier zur Anwendung kommen könnten. Damit ist jede einzelne Schaufel jederzeit auch nach dem vollständigen Fertigstellen des Läufers zugänglich und kann im Bedarfsfall ohne weiteres ausgewechselt werden. Im übrigen ist die Befestigung der Hülse H' am Läufer grundsätzlich genau die gleiche, wie bei dem Ausführungsbeispiel entsprechend Abb. i a.In Fig. 2a is a further embodiment of the subject matter of the invention shown. The cooling air is supplied here not through one, but through two holes Bi and B2. The cover plate D 'is here attached directly to the rotor L'. In this case, there is no need to provide foot cover plates, although they could also be used here. This means that every single shovel is always there accessible even after the runner has been completed and can be used if necessary can easily be replaced. In addition, the fastening of the sleeve H ' basically exactly the same on the runner as in the exemplary embodiment Fig.i a.

Abb. 2b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Kühlluftzuführung durch eine Einfräsung E und eine Bohrung B' erfolgt. In vielen Fällen ist es nämlich einfacher, an Stelle der schrägen Bohrung B2 eine Einfräsung E vorzusehen, die in dem Ausführungsbeispiel gleichzeitig so geneigt ist, daß sie parallel zu einem der benachbarten Schaufelstifte verläuft. Ihre Einmündung in den Kühlluftraum zwischen Deckscheibe D' und Läufer L' erfolgt zweckmäßig meist zwischen den Kühlluftbohrungen B', wodurch eine gleichmäßige Zuströmung zu der Kühlluftbohrung B' und der Einfräsung E gewährleistet ist. Damit ist es möglich, diese Einfräsung gleichzeitig mit der Herstellung der Schaufelstifte vorzunehmen. Bei Fußdeckblechen, die in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen nach Abb. 2 a und 2 b verwendet werden könnten, wird die austrittsseitige Abwinkelung dieser Bleche grundsätzlich genau so wie bei Abb. i a am Läufer angeschweißt, während die austrittsseitige Abwinkelung dieser Bleche entweder auf den Außenrand der Deckscheibe aufgepunktet oder gleichfalls am Läufer selbst befestigt wird.Fig. 2b shows a further embodiment in which the cooling air supply takes place through a milling E and a bore B '. In many cases it is It is easier to provide a milling E instead of the inclined hole B2, which is cut into the embodiment is inclined at the same time so that it is parallel to one of the adjacent shovel pins runs. Their confluence in the cooling air space between Cover disk D 'and rotor L' are expediently mostly located between the cooling air bores B ', whereby a uniform flow to the cooling air hole B' and the milled E is guaranteed. This makes it possible to do this milling at the same time as the Making the shovel pins. In the case of foot cover sheets that are in connection could be used with the embodiments according to Fig. 2a and 2b the angling of these sheets on the outlet side is basically exactly the same as in Fig. i a welded to the runner, while the outlet-side angling of these sheets either punctured on the outer edge of the cover disc or also on the runner is attached itself.

In den Abb. 2 c bis 2 e sind weitere Beispiele für die Kühlluftzuführung gezeigt.In Figs. 2 c to 2 e are further examples of the cooling air supply shown.

In den Abb. 3 a und 3 b ist gezeigt, wie die Schaufelstifte am Außenrand des Läufers mit Hilfe von Hohlbohrern hergestellt werden können. Abb. 3 a zeigt den Außenrand eines Läufers im Schrägriß, wobei die Hohlbohrer Ah und A2, mit denen die Stifte hergestellt werden, gleichfalls schematisch eingezeichnet sind. Abb. 3 b zeigt den Außenrand desselben Läufers in der Abwicklung, wobei zu dem Stift i die zugehörige Schaufelhülse H eingezeichnet ist. Durch den Hohlbohrer Al wird die Rückenform des Schaufelstiftes hergestellt und gleichzeitig die Brustseite des Schaufelstiftes an den Kanten leicht gebrochen: Der Hohlbohrer_42 dient zur Herstellung der Brustseite, deren Herstellung hier für den Schaufelstift Nr. 3 gezeigt ist. Der Hohlbohrer A2 umschließt hier einen benachbarten Schaufelstift, nämlich Nr. 4. Bei anderen Profilfirmen ist es auch möglich, nicht nur einen sondern zwei, drei oder mehr Schaufelstifte von diesem Hohlbohrer A2 bei der Herstellung der Brustseite umschließen zu lassen. Bei der Herstellung verwundener Schaufeln kann auch an Stelle des Hohlbohrers ein konischer Fräser verwendet werden, dessen Kegelfläche gemäß Abb. 3 c als schneidene Fläche ausgebildet ist. Im Hinblick auf die Befestigung der Schaufelhülse H an den Stiften ist es vielfach. nicht notwendig, die Schaufelbrust- Seite des Stiftes mit einem Krümmungsradius auszuführen; sie kann insbesondere bei flacheren Schaufelprofilen auch ebenflächig gestaltet werden.In Figs. 3 a and 3 b it is shown how the blade pins on the outer edge of the rotor can be made with the help of hollow drills. Fig. 3a shows the outer edge of a runner in an oblique view, with the hollow drills Ah and A2, with which the pens are produced, are also shown schematically. Fig. 3 b shows the outer edge of the same runner in the development, with the pin i the associated blade sleeve H is shown. The hollow drill Al becomes made the back shape of the shovel pin and at the same time the chest side of the Shovel pin slightly broken at the edges: The hollow drill_42 is used for production the chest side, the manufacture of which is shown here for shovel pin no. 3. The hollow drill A2 here encloses an adjacent shovel pin, namely no. 4. With other profile companies it is also possible, not just one but two, three or more shovel pins from this hollow drill A2 when making the chest side to be enclosed. In the manufacture of twisted blades can also be used in place of the hollow drill a conical milling cutter can be used, the conical surface according to Fig. 3 c is designed as a cutting surface. In terms of attachment the shovel sleeve H on the pins is in many cases. not necessary, the shovel face page to execute the pin with a radius of curvature; it can be especially useful for flatter ones Blade profiles can also be designed flat.

Außer durch die Hohlbohrer nach Abb. 3 a, 3 b und 3c, bei denen die Zwischenräume zwischen einzelnen Schaufelstiften in vielen Fällen vorgestanzt werden können, ist es auch möglich, die Profilform des Schaufelstiftes spanlos durch Kaltverformung herzustellen. In Abb. 4. a ist eine für diese Zwecke bestimmte Einrichtung schematisch dargestellt. In die zunächst vorgestanzten Zwischenräume zwischen den Schaufelstiften, die unter Umständen nachgeschliffen oder sonst oberflächenmäßig etwas ausgeglichen worden sind, werden die feststehenden Prägeformen P1 und P2 eingeführt, zwischen denen sich die beweglichen Druckstempel Dl und D2 befinden. Werden diese Druckstempel im Sinn der Pfeilrichtung zusammengedrückt, so wird damit der zwischen den Prägeformen P1 und P2 verbleibende Hohlraum durch plastische Verformung der Schaufelstifte ausgefüllt. Werden die Prägeformen P1 und P2 an der Druckfläche mit kleinen Rillen, kleinen Wulsten od. dgl. versehen, so entstehen dadurch am Schaufelstift gleichfalls Rillen, die im Sinn einer Verbesserung des Wärmeübergangs gewissermaßen als Kühlrippen wirksam sind (Abb. q.b). In vielen Fällen wird auch eine Verbindung der Herstellungsmethoden mit Hohlbohrern und durch Kaltverformung zweckmäßig sein, indem beispielsweise die Schaufelrückenform durch Hohlbohrer hergestellt wird, während die Schaufelbrustform des Stiftes geprägt wird. Die Druckrichtung beim Prägevorgang kann auch senkrecht zu der eingezeichneten Richtung gelegt werden. In diesem Fall sind dann die in Abb. q. a als feststehend angegebenen Prägeformen P1 und P2 beweglich und ersetzen damit die Druckstempel Dl und D2.Except by the hollow drill according to Fig. 3 a, 3 b and 3c, where the Gaps between individual blade pins are prepunched in many cases can, it is also possible to cut the profile shape of the blade pin by cold forming to manufacture. A device intended for this purpose is schematically shown in Fig. 4. a shown. In the first pre-cut spaces between the shovel pins, which may be re-ground or otherwise somewhat leveled out in terms of the surface have been introduced, the fixed dies P1 and P2 are inserted, between which are the movable plungers Dl and D2. Will this stamp compressed in the direction of the arrow, so that between the embossing forms P1 and P2 remaining cavity filled by plastic deformation of the blade pins. Are the embossing forms P1 and P2 on the printing surface with small grooves, small Bead or the like provided, this also creates grooves on the shovel pin, which effectively act as cooling fins in the sense of improving the heat transfer are (Fig.q.b). In many cases it will also combine manufacturing methods be useful with hollow drills and by cold forming, for example by the Shovel back shape is made by hollow drills, while the shovel chest shape of the pen is embossed. The printing direction during the embossing process can also be vertical be placed in the direction shown. In this case the ones shown in Fig. q. a as fixed stamping forms P1 and P2 are movable and thus replace them the stamps Dl and D2.

Man hat bereits vorgeschlagen, daß zum Zwecke der sparsamen Verwendung der Kühlluft schaufelähnliche Einsätze an dem Stift angeschweißt werden. Aus Herstellungsgründen ist es zweckmäßig, über diesen Vorschlag hinausgehend die beiden Einsätze aus einem Stück herzustellen, das damit eine reiterartig auf den Schaufelstift aufgesetzte Innenschaufel darstellt. Die Befestigung dieser Innenschaufel kann analog der Befestigung der Schaufelhülse H gleichfalls durch umgelegte Bördelränder an den Berührungsstellen mit dem Stift St erfolgen. Durch einen derartigen Einsatz wird erreicht, daß die der Schaufel zuströmende Kühlluft hauptsächlich an den Außenflächen, die thermisch besonders beansprucht sind, entlang strömt. Zur Verbesserung der Kühlwirkung kann diese Innenschaufel auch in an sich bekannter Weise gewellt ausgeführt werden. Sie kann am Eintritt oder Austritt gedrosselt werden und außer am Schaufelstift auch an der Schaufelhülse befestigt werden und damit als tragendes Glied zur Aufnahme der durch die SchaufelhülseH ausgeübten Kräfte Verwendung finden.It has already been suggested that for the purpose of economical use the cooling air shovel-like inserts are welded to the pin. For manufacturing reasons it is advisable to go beyond this suggestion to combine the two inserts from one To produce a piece that was put on the shovel pin like a rider Represents inner vane. The attachment of this inner blade can be analogous to the attachment the shovel sleeve H also by folded flanged edges at the points of contact done with the pin St. Through such use it is achieved that the The cooling air flowing towards the blade is mainly on the outer surfaces, which is thermal are particularly stressed, flows along. To improve the cooling effect can this inner blade can also be made corrugated in a manner known per se. she can be throttled at the inlet or outlet and, in addition to the shovel pin, too be attached to the shovel sleeve and thus as a supporting member for inclusion the forces exerted by the blade sleeve H.

Die Befestigung der Schaufelhülse durch Punktschweißung an den Schaufelstiften setzt voraus, daß die Form der Blechhülse genau mit der Form des Schaufelstiftes an den Anlageflächen übereinstimmt. Hierzu ist es zweckmäßig, eine Vorrichtung zu verwenden, bei der die vorgebogene Schaufelhülse durch zwei Klemmbacken auf einen zweckmäßig um eine Kleinigkeit kleineren Schaufelstift St aufgedrückt und in dieser Lage an der Austrittskante verschweißt wird. Durch eine Vorrichtung dieser Art können kleine Verschiedenheiten beim Biegevorgang der Hülsen ohne weiteres ausgeglichen werden, da sich die Schaufel nach dem Verschweißen der Austrittskante praktisch nur mehr unwesentlich verändert. Eine ähnliche Vorrichtung wird auch bei einem etwaigen Verschweißen der Eintrittskante, wenn die Schaufel mit Diagonalrippen oder Wellblecheinsätzen versehen ist, vorzusehen sein.The attachment of the blade sleeve to the blade pins by spot welding requires that the shape of the sheet metal sleeve exactly matches the shape of the blade pin on the contact surfaces. For this purpose, it is advisable to use a device in which the pre-bent shovel sleeve is pressed by two clamping jaws onto a shovel pin St, which is expediently a little smaller, and is welded in this position at the trailing edge. With a device of this type, small differences in the bending process of the sleeves can easily be compensated for, since the blade changes practically only insignificantly after the welding of the trailing edge. A similar device will also have to be provided in the event of any welding of the leading edge if the blade is provided with diagonal ribs or corrugated sheet metal inserts.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Hollow blade turbine with sheet metal or thin-walled Tubes, preferably internally cooled hollow blades that are wider than the outer edge of the rotor and that over the actual gas application area extended inwardly in a substantially radial direction and at the points of contact are connected to the runner, characterized in that on the outer edge of the runner formed as core pins of the blades pegs are arranged, which are shaped in this way are that they are with the inner surface of the hollow blade along one or more lines or surfaces are in contact.

2. hollow blade turbine according to claim i, characterized characterized in that the production of the pin is wholly or partially using one or more hollow drills takes place.

3. hollow blade turbine according to claim i and 2, characterized in that one or both roundings of the shovel pin its contact surfaces with the blade sleeve by a pressing or pressure process getting produced. q ..

Hollow blade turbine according to Claims i to 3, characterized in that that to cover the spaces remaining between the blades foot cover plates are used, which apart from the runner essentially only with the outer edge the cover disk are connected.

5. hollow blade turbine according to claim i to q., Characterized characterized in that the foot cover plates are angled on one or both sides in this way are that the angled leg on the runner or on the cover plate to the plant comes and can be connected to these.

6. hollow blade turbine according to claim i to 5, characterized in that the foot cover plates are wholly or partially preferably between the blades on one or both sides with or on the blade plate cuff-like beaded edges are provided.

7. Hollow blade turbine according to claim i to 6, characterized in that the substantially radially inward extensions of the blade in the contact lines with the disc are angled such that each one preferably consists of a beaded edge common contact surface between the blade plate and rotor surface arises the one connection between the touching parts, preferably by spot welding he follows. B. hollow blade turbine according to claim i to 7, characterized in that the diameter of the cover disk is smaller than the inner edge of the impact limit and the cover plate is directly on the runner, preferably on a protruding bead Approach of the same is attached. G. Hollow blade turbine according to Claims 1 to 8, characterized characterized in that the supply of cooling air to the cooling channels of the blade through two or more bores in the rotor or through a milling or the like. And a correspondingly smaller number of holes is made. ok Hollow blade turbine after Claims i to g, characterized in that the one serving as a cooling air supply Milling runs parallel to one of the adjacent blade pins. i i. Hollow blade turbine according to claims i to ro, characterized in that inside the hollow blade sleeve another hollow shovel is arranged, the rider-like on the shovel pin is put on and connected to this.