DE919801C - Laufschaufel fuer axiale Stroemungsmaschinen - Google Patents

Laufschaufel fuer axiale Stroemungsmaschinen

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DE919801C
DE919801C DEM15373A DEM0015373A DE919801C DE 919801 C DE919801 C DE 919801C DE M15373 A DEM15373 A DE M15373A DE M0015373 A DEM0015373 A DE M0015373A DE 919801 C DE919801 C DE 919801C
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DE
Germany
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blade
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ceramic
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foamy
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Expired
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DEM15373A
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English (en)
Inventor
Dr Rer Nat Herbert Scharf
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AUGSBRUG NUERNBERG A G MASCHF
Original Assignee
AUGSBRUG NUERNBERG A G MASCHF
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284Selection of ceramic materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Laufschaufel für axiale Strömungsmaschinen Die Erfindung betrifft eine Laufschaufel für axiale .Strömungsmaschinen, insbesondere eine Ga.sturbinenschaurfel aus hoch warmfesten keiramischen Werkstoffen und befaßt sich mit Maßnahmen, um die Gefahr der Beschädigung oder gar Zerstörung der Schaufel zu beseitigen, welche im Betrieb ;infolge Anlawfens oder Streifens an fetsts.tehenden Bauteilen der Strömungsmajschi.ne entstehen kann. Der Turbinenbetrieb erfordert bekanntlich mit Rückeicht auf einen guten Wirkungsgrad sehr enge Spiele zwischen den Schaufelspitzen und den nicht rotierenden Maschinenteilen, z. B. der Gehäusewand, welche etwa in der Größenordnung von einem Tausendsteq des Laufradradius liegen. Wegen der zeitlich unterschiedlichen Aufheizvorgänge an, den sich bewegenden und den feststehenden Bauelementen einer Gasturbine bei Inbetriebnahme oder 'bei raschen Belastungsänderungen derselben können jene auch unterschiedliche :Wärmedehnungen aufweisen. Um die dabei entstehende Gefahr einer Beschädigung des Schaufelgitters infolge Anstreifens einzelner Laufschaufeln., z. B. an der Kanalbegrenrzungswand, zu bekämpfen, wurden bei metallischen Laufschaufeln die Schaufelspitzen angeispitzt, d. h. der Schaufelblattquerschnitt wurde außen so geschwächt, daß im Fall einer Anstreifbewegung die gefährdeten SchaufeQabschnitte abgeschliffen werden und demzufolge keime schädlichen Rückwi@rkungen.aurd dass übrige Schaufelblatt entistehen können. Die Anwendung dieser bekannten, Maßnahme ist aber bei Schaufeln aus keramischen: Massen nicht möglich, weil die auf eine solche Weise etwa geschwächten äußeren. Schaufelabschnitte auch trotzdem noch eine beträchtliche mechanische Festigkeit aufweisen würden.; die Gefahr des Aasbrechens mehr oder minder ;größerer Teile der sehr spröden Keramikschaufel wäre damit trotzdem nicht beseitigt.
  • Um bei einem keramischen Laufgitter die bereits genannten, engen Laufspiele innerhalb :des Strömungskanals einstellen, zu können, maß das fertig armierte Laufrad vor seinem Einbau in. :die Strömungsmaschine am Umfang auf das geforderte Maß noch überschliffen werden; @denn ein bloßer Zusammenbau roh hergestellter keramischer Schaufeln zu einem ganzen Schaufelgitter würde zu große maßliche Abweichungen vom Sollwert des Außendurchmessers ergeben. Das Abschleifen der Schaufelblattspitzen von keramischen Turbinenschaufeln bereitet aber Schwierigkeiten, weil der keramische Werkstoff, insbesondere jener mit Si C-Gehadt, äußerst hart und abriebfest ist. Überhaupt unmöglich ist ein derartiger Überschleifvorgang bei Schaufeln, welche nicht völllig starr in der Laufradscheibe befes,tigt sind; sie haben nämlich die Möglichkeit, dem Schleifwerkzeug auszuweichen. In einem solchen Fall wäre eine besondere Vorrichtung zur Aufnahme der Einzelschaufeln für das Abschleifen: nötig, wobei es noch dahingestellt bleiben kann, ob die geforderten Genauigkeiten unter tragbaren wirtschaftlichen Bedingungen überhaupt zu erreichen sind.
  • Es ist daher bei keramischem Schaufeln auch die Anwendung eines bei Stahlschaufeln bekannten Vorschlages nicht durchführbar, demzufolge am Umfang des Strömungskanals einer Turbine über den Lau:fschaufelgittern eine besondere Abschleifvorrichtung zum selbsttätigen. Abschle:i,fen von streifenden Schaufelspitzen angeordnet werden kann.
  • Bei stählernen Turbinenschaufeln ist es weiter bekanntgeworden, die z. B. der Erosion durch das Arbeitsmittel besonders ausgesetzten Schaufelteile aus einem besonders widerstandsfähigen Material herzustellen oder an jenen gefährdeten. Stellen einen der Schaufelform angep.aßten Schutzbelag anzubringen. Ein solches Vorgehen setzt jedoch voraus, daß sowohl die Turbinenschaufel selbst als auch die jeweilige Schutzeinlage aus metallischem Werkstoff bestehen, da sonst eine befriedigende und betriebssichere gegenseitige Verbindung nicht möglich wäre. Für eine keramische Beschaufelung scheidet eine solche Lösung gänzlich aus.
  • Darüber hinaus sind bereits keramische Turbinenschaufeln bekanntgelvorden, welche mit keramischen Schutzschichten überzogen sind. Die Ausbildung kann dabei in der Weise geschehen; .daß die im Betrieb verschieden beanspruchten, Teile einer Turbinenschaufel, z. B. Schaufelblatt und Schaufelfuß, aus verschiedenen keramischen Massen mit verschiedenartigen Eigenschaften hergestellt werden. Das der Temperatureinwirkung am stärksten ausgesetzte Schaufelblatt besteht beispielsweise aus einer Hülle aus keramischem ZVerkstoff, welcher ausgeprägte Temperaturwechselbeständigkeitseigenschaften besitzt, während beim Schau:fellblattkern und insbesondere bei :dem Schaufelfuß ein warmfester koranischer Werkstoff anteilmäßig überwiegt. Die Herstellungsweise einer solchen Verbundschaufel ist indessen kompliziert, da die beiden verschiedenen, keramischen Werkstoffe in ihren stofflichen: Werten ganz genau aufeinander äbg@estmmt werden müssen. Zudem wird die Gefahr des Aasbrechens ganzer Schaufelteile ,infolge Anstreifens an der Gehäusewand in keiner Weise beseitig t.
  • Zur Behebung aller dieser Schwierigkeiten. wird gemäß der Erfindung das Schaufelblatt einer z. B. aus keramischen Massen. gefertigten Laufschaufel an jenen Stellen, weilche im Betrieb der Geifahr der Beschädigung infolge Anstreifens an feststehenden Bauteilen der betreffenden Strömungsmaschine ausgesetzt sind, mit einer Schu tzsc'hicht au,s. einem Werkstoff sehr geringer Verschleißfestigkeit überzogen. Diese Schutzschicht, welche vorzugsweise aus einer nach dem keramischen Brande schaumigen, stark porösen Glasur besteht, maß dabei in ihrer Dicke, z. B. in Richtung :der Schaufelachse, so hinreichend bemessen sein, daß alle herstellungsbedingten Maß-tolerranrzen des Schaufelgitters mit Sicherheit erfaßt werden.
  • Als Schutzbelag für eine solche keramische Schaufel kann weiter auch eine andere geeignete keramische Masse verwendet werden, welche mach dem keramischen Brande eine schaumige, stark poröse Struktur aufweist und! eine geringe Abrieibfestigkeit besitzt. Außerdem ist es möglich, jene gefährdeten: Abschnitte einer Einzelschaufel zuerst mit einer dichten Glasurschicht zu überziehen, auf welche sodann noch eine weitere Schutzschicht als splittarti:ger Auftrag aufgebracht wird. Dieser Auftrag ergibt eine stark aufgegliederte Oberfläche und übt demzufolge Schutzfunktionen aus, wie etwa die bekannten Labyrinthspitzem Dabei, ist es in jedem Fäll aber wichtig, die betreffende Schutzschicht vor dem keramischen Brande der Laufschaufel aufzutragen und. anschließend gemeinsam mit jener zu brennen.
  • In der Zeichnung ist .ein Ausführungsbeispiel einer keramischen Turbinenschaufel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine Keramikschaurdel ;in der Stirnansicht, Fig. 2 die gleiche Keramikschlaufel in der Seitenansicht.
  • Die in Fig: i und 2 dargestellte Laufschsaufel für eine Gasturbine isst aus hoch warmfesten keramischen: Werkstoffen hergestellt und besteht aus dem Arbeit leistenden, Schauieliblatt i und dem kräftigen SchaUfelfuß 2, welcher in an, sich bekannter Weise zwei. Anlageflächenp:aare aufweist. Das eine Sitzflächenpaar 3 wird im Betrieb nur von der Schaufelfliehkraft beaufschlagt, während das zweite Paar q. lediglich zur Wahrung des Formschlusses des Schaufelfußes in der Läufernut bei allen betrieblichen Zuständen der Turbine dient. An der Spitze des SchaafeAlattes i, welche in: hesonderem Mäße der Gefahr des Andaufens an die feststehende Gehäusewand ausgesetzt ist, erkennt man die Schutzschicht 5 nach der Erfindung.
  • Die erste rohe Bearbeitung eines m,it den erfindungsgemäßen Keramikschaufeln: fertig armierten Laufrades., falls eine solche zum A.usgle-ich größerer maßlicher Abweichungen der Einzelschaufeln überhaupt notwendig werden sollte, kann; auf einer verhältnismäßig einfachen .und billigen Vorrichtung vorgenommen werden. Die letzte Feinstüber.arbeitung des Laufradumfanges zum Zweck der Einstellung der engen Maßtoleranzen errfolgt sodann z. B. ;in, der Weise, daß das Laufrad in rasche Umdrehung versetzt wird und daß ein entsprechend 'bemessener, leicht konischer Zylinder über dasselbe geschoben wird, in welchen sich diie Schaufelspitzen auf dien geforderten Betrag selbsttätig absählei£en.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Schutzschicht geringer Verschleißfestigkeit ist es also möglich, auf verhältnismäßig einfache Art die erfoiriderl,ichen engen Lau.fspiede am Umfang eines keiramischen Laufscha,ufedgitters mit großer Gleichmäßigkeit herzusuellen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Maßnahme ist noch darin zu sehen, daßgleichzeitig einte wirksame Sicherung gegen eventuelle Beschädigungen geschaffen ist, wenn der Schaufelkranz oder einzelne seiner Schaufeln während des Turbinenbetriebs an das Gehäuse anlaufen. Die Gefahr, d'aß bei den gesteigerten Treiibmitteltemperaturen einer Gasturbine die beispielsweise auch bei 9oo° C immer noch spröde Keramikschaufel infolge Anstredens sofort zu Bruch geht, wird auf diese Weise beseitigt oder zumindest stark verringert.
  • Die Erfindung kann nicht nur :bei Turbinenschaufeln aus lceramisc'hem Werkstoff erfolgreich angewandt werden, sondern es ist auch möglich, durch die aufgezeigte Lösung "a:hnliche ,ungünstige Verhältnisse bei Schaufeln .aus metallischen Baustoffen zu verbessern., z. B. durch Aufbringen einer Schutzschicht aus gesintertem Metallpulver.
  • Die Maßnahme des Überziehens dein gefährdeten Stellen einer Laufschaufel mit der erfindungsgemäßen Schuteschicht l'äßt sich selbstverständlich bei allen Strömungsmaschinen mit Erfolg d.urchführens z. B. auch bei Schaufedn für Axsalverdichten-, Pumpen usw.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Laufschaufel für axiale Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbin:enschaufel aus hoch warmfesten keramischen Werkstoffen, welche an. gefährdeten Stellen mit einer Schutzschicht überzogen; ist, dadurch gekennzeichnet, d.aß d-as Schaufelblatt an jenen Stellen, welche der Gefahr der Beschädigung infolge Arnlau,fens an feststehenden. Bauteilen der Strömungsmaschine ausgesetzt sind, eine Schutzschicht hinreichender Stärke aus einem Werkstoff sehr geringer Verschleißfestigkeit aufweist.
  2. 2. Laufschaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schetzschicht aus einer nach dien keramischen Brande schaumigen, stark porösen Glasur besteht.
  3. 3. Laufschaufel nach Ampiruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einer nach dem keramischen, Brande schaumigen, stark porösen keramischen Masse besteht.
  4. 4. LanIschaufel, nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die der Gefahr des Anlauferns an feststehenden Bauteilen der Strömungsmaschine ausgesetzten A!bschnlitte des Schaufeilblattes von einer ,dichten Glasurschicht üibeir,zogen sind, auf welche eine weitere Schutzschicht als splittförmiger Auftrag aufgebracht ist.
  5. 5. Laufschaufel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß de auf die gefährdeten Ab- schnitte des Schaufelblattes aufgebrachte Schutzschicht vor dem keramischen Brande der Laufschaufel aufgetragen und gemeinsam reit jener gebrannt wird. Angezogene Druckschiriften: Deutsche Patentschriften Nr. 818 748, 536 278, 178 625; USA.-Patentschrift Nm: 2,507 079; A. S t o d o 1 a, Dampf- und Gasturbinen,
  6. 6. Aufl., Berlin, i924, S.291.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE974165C (de) * 1951-02-09 1960-10-06 Steinmueller Gmbh L & C Verfahren und Einrichtung zum Abblasen rauchgasbeheizter Rohre mittels Russblaeser

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE178625C (de) *
DE536278C (de) * 1928-01-11 1931-10-21 Frederick Gordon Hay Bedford Turbinenschaufel mit Schutzbelag
US2507079A (en) * 1946-06-19 1950-05-09 Charles H Zimmerman Abrading mechanism
DE818748C (de) * 1948-10-23 1951-10-29 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Teile fuer den Maschinenbau aus keramischen Massen

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