DE909059C

DE909059C - Luftgekuehltes Abgasturbinenlaufrad

Info

Publication number: DE909059C
Application number: DEB10580D
Authority: DE
Inventors: Dr Alfred Mueller
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1939-09-15
Filing date: 1939-09-15
Publication date: 1954-04-12

Description

Luftgekühltes Abgasturbinenlaufrad Zur Beherrschung der bei Laufrädern für Abgasturbinen auftretenden hohen Wärmebeanspruchung sind verschiedene Kühlmöglichkeiten für das Laufrad bekannt. Bei einem luftgekühlten, aus einer vollen Laufradscheibe bestehenden Abgasturbinenlaufrad ist es beispielsweise bekannt, auf beiden Seiten der Radscheibe mit durch Deckscheiben abgedeckte Beschaufelungen anzuordnen, die dazu dienen, Kühlluft entlang dem Laufrad und den Schaufeln zu fördern. Weiterhin wurde schon vorgeschlagen, die Lau:fradschaufeln beispielsweise durch Schweißen oder Einsetzen in Nuten im Laufrad zu befestigen, wobei durch einen unterhalb der Schaufelfüße sich erstreckenden Ringkanal ein Kühlmittel geführt wird, das von dem Ringkanal aus durch das hohle Innere der Schaufel geleitet wird. Dabei gelangt das Kühlmittel durch Bohrungen in der Laufradscheibe in den sich unterhalb der Schaufelfüße erstreckenden Ringkanal.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlung eines Turbyiinenlaufrad:es zu schaffen, mit der eine wirkungsvolle Beherrschung der großen, auf das Laufrad :einwirkenden Wärmebelastung erreicht wird.
Die Erfindung setzt hierzu die Verwendung eines Turbinenlaufrades mit doppelseitiger Beschaufelung, die nach außen durch Dreckscheiben abgedeckt ist, und die Verwendung von im Innern hohl ausgebildeten Schaufeln voraus, wobei erfindungsgemäß die von den Beschaufelungen geförderte Kühlluft sowohl durch Schlitze zwischen den Deckscheiben und der Laufradscheihe zu den Außenwandungen der Übergangsstelle von der Laufradscheibe zu den Schaufeln und zu den an die Schaufelfüße sich anschließenden unteren. Schaufelteilen gelangt und auch gleichzeitig Tiber im Laufrad vorgesehene Bohrungen in das hohle Innere der Schaufeln gelangt.
Mit der von der Erfindung vorgeschlagenen Kühlung des Turbinenlaufrades wird insofern eine fortschrittliche Wirkung erzielt, als es durch die Anordnung und Bemessung der Austrittsschlitze für die Kühlluft zwischen den Deckscheiben und dem La:ufradkörper ermöglicht wird, einerseits infolge der :an dieser Stelle durch die Drosselung eintretenden Geschwindigkeitserhöhung eine gute Kühlwirkung zu erzielen und ,andererseits hiermit auch eine bestimmte Kühlluftmenge zu bestimmen, die durch das hohle Innere der Schaufel austritt und damit eine Schaufelkühlung von der Innenseite her bewirkt. Mit dem Erfindungsvorschlag wird somit erstmalig eine doppelseitige Kühlung der am meisten beanspruchten Rad- und Schaufelteile erreicht.
Die Schaufeln können dabei in beliebiger Weise mit dem Laufrad verbunden sein. Werden die Schaufeln beispielsweise mit Hilfe eines Nutenprofils befestigt, so wird die volle Laufradscheibe aus zwei Scheiben zusammengesetzt, die zweckmäßigerweise an einer Stelle miteinander verschraubt sind, an der trotz der für die Befestigung notwendigen Bohrungen ohne großen Gewichtsaufwand den :auftretenden Spannungen wirksam begegnet werden kann. Die erforderliche Kühlluft wird den Schaufeln durch einen sich unterhalb der Schaufelfüße über den Umfang der Radscheibe erstreckenden Ringkanal zugeführt, in, den die Kühl-Luft durch in der Laufradscheibe vorgesehene Bohrungen gelangt.
Eine weitere Möglichkeit, die mittels eines Nutenprofils befestigten Schaufeln in die Laufradscheibe einzusetzen, besteht darin, die Schaufeln von der Seite her, senkrecht zur Laufrad.mzttelebene, in die Laufradscheibe einzuschieben. Es erübrigt sich hierbei, trotz der Nutenbefestigung der Schaufeln, eine Teilung des als Vollscheibe ausgebildeten Laufrades. Hierbei ist die Vorsehung eines sich über den Umfang der Laufradscheibe unterhalb der Schaufelfüße erstreckenden Ringkanals sowie die Anbrinaung von Luftzuführungslöchernam Scheibenkranz nicht erforderlich, da in diesem Fall die Kühlluft erfindungsgemäß jeder einzelnen Schaufel durch eine senkrecht zur Laufradebene in die Laufradscheibe eingearbeitete, sich unterhalb des Schaufelfu-ßes etwas fortsetzende Befestigungsnut zugeführt wird. Zur Festlegung der seitlich eingeschobenen Schaufeln sind ringförmige Sicherungsplatten an der Laufradscheihe angebracht, wobei dann durch entsprechende Lücken in der Sicherungsplatte die Kühlluft in die Befestigungsnut unterhalb des Schaufelfußes eintritt. In der Zeichnung sind die vorgeschlagenen Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i ein Turbinenlaufrad nach dem Erfindungsverschlag, wobei die Laufradscheibe als ungeteilte Vollscheibe ausgebildet ist und die Schaufeln mit der Laufradscheibe verschweißt sind, Fig. 2 !ein zusammengeschraubtes Laufrad, in dem die Schaufeln durch im, Längsrichtung verlaufende Nuten gehalten. werden und Fig.3 ein ungeteiltes Laufrad, in welches die Schaufeln durch senkrecht zur Laufradmittelebene vorgesehene Nuten von der Seite her eingesetzt sind.
Die Laufradscheibe i trägt an ihren beiden Außensexten eine aus der Scheibe i herausgearbeitete Beschaufelung 2 bzw. 3. Diese Beschaufelung wird durch Deckscheiben 4 bzw. 5 abgedeckt, wobei die Deckscheiben 4 und 5 beispielsweise mittels die Scheibe i durchsetzender Niete 6 befestigt sind. Die Deckscheiben 4 bzw. 5 sind an ihrem äußeren Umfang .mit einer an sich bekannten Spitzendichtung 20 b,nv. 21 versehen. Durch einen zwischen der Laufradscheibe i und den Deckscheiben 4 bzw. 5 verbleibenden Spalt 22 bzw. 23 tritt erfindungsgemäß die der Laufradscheibe entlang geführte Kühlluft aus und strömt an den Außenwandungen der Schaufel entlang ab; wobei gleichzeitig eine zusätzliche Kühlung der Schaufeln dadurch erzielt wird, daß ein Teil des Kühlluftstromes durch das hohle Innere der Schaufeln geleitet wird. Mit der Scheibe i sind die hohlen Turbinenschaufeln 7 verschweißt, denen der von der Beschaufelung 2 bzw. 3 erzeugte Kühlluftstrom von einem sich unterhalb der Schaufelfüße über den ganzen Umfang der Laufradscheibe i erstreckenden Ringkanal 8 :aus zugeführt wird. Durch Bohrungen 9 in der Scheibe i gelangt die Kühlluft in den Ringkanal B. Weiterhin tritt aus dem Ringkanal 8 durch in den Schaufelfüßen, vorgesehene Nuten i o Kühlluft entlang der Außenwandung durch die Schaufelfüße aus.
Die in der Fig.2 gezeigte Scheibe besteht aus zwei Teilen i i und 12, von denen jeder Teil eine Beschaufelung 13 bzw. 14 träg. Die beiden Scheibenteile i i und 12 sind miteinander durch Schrauben 15 verbunden, wobei an den Schrauben 15 gleichzeitig die Abdeckscheiben 16 bzw. 17 der Beschaufelung i i b@zw. 12 befestigt sind. Die Schaufeln werden zwischen den beiden Scheibenhälften i i und 12 in in Umfangsrichtung in den Scheiben verlaufenden Nutenprofilen 18 festgeklemmt, wobei die Zuführung der Kühlluft in den Ringkanal 8 durch Bohrungen 9 erfolgt.
In Fig. 3 isst eine ungeteilte Vollscheibe i dargestellt, in welche die Schaufeln 7 durch senkrecht zur Laufradmittelebene eingearbeitete Nutenprofile 19 befestigt sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Luftgekühltes, aus einer ein- oder mehrteiligen vollen Laufradscheibe bestehendes Abgasturbinenlaufrad, das auf beiden Seiten mit durch Deckscheiben abgedeckten Beschaufelungern versehen ist und an dem die Laufradschaufeln durch Schweißung oder Einsetzen in Nuten befestigt sind, wobei Kühlluft durch einen unterhalb der Schaufelfüße sich erstreckenden Ringkanal, in den die Luft durch Bohrungen in der Laufradscheibe eintritt, in das hohle Innere der Schaufel oder durch in den Schaufelfüßen angeordnete Nuten geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Beschaufelu4gen (2 bzw. 3) geförderte Kühlluft sowohl durch Schlitze (23) zwischen den Deckscheiben (4 bzw. 5) und der Laufradscheibe (i) zu den Außenwandungen der Übergangsstelle von der Laufradscheibe (i) zu den Schaufeln und zu den an die Schaufelfüße sich anschließenden unteren Schaufelteilengelangt und auch gleichzeitig über im Laufrad vorgesehene Bohrungen (9) in das hohle Innere der Schaufeln. z. Luftgekühltes Abgasturbinenlaufrad nach Anspruch i, wobei die Schaufeln von der Seite her in senkrecht zur Laufradmttelebene in die Laufradscheihe eingearbeitete Nutenprofile eingeschoben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft in das hohle Innere der Schaufeln oder zu den in den Schaufelfüßen angeordneten Nuten durch eine vom Schaufelfuß nicht eingenommene Fortsetzung des Nutenprofils (i 9) unterhalb jedes Schaufelfußes eintritt. 3. Luftgekühltes Abgasturbinenlaufrad nach den Ansprüchen i bis z, dadurch ;gekennzeichnet, .daß die ;die auf beiden Seiten der Laufradscheibe angebrachte Beschaufelung abschließenden Deckscheiben (4 und 5 bzw. 16 und 17) an ihrem Außenumfang mit einer dem Laufradgehäuse gegenüber wirksamen Spitzendichtung (zo bzw. 21) versehen sind. 4. Luftgekühltes Abgasturbinenlaufrad nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die die auf beiden Seiten der Laufradscheibe (i i, 12) angebrachte Bescha,ufelung (13 bzw. 14) abschließenden Deckscheiben (1 6 und 17) an den die Laufradhälften verbindenden Verschraubungen ( 15) befestigt sind. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 491 738, 4o6701, 346 599, 267 673; schweizerische Patentschriften Nr. 228 283, 179 552; französische Patentschrift Nr. 682 255.