DE920641C

DE920641C - Gekuehlte Hohlschaufel, insbesondere fuer Gasturbinen

Info

Publication number: DE920641C
Application number: DEM992D
Authority: DE
Inventors: Christian Schoerner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1943-07-15
Filing date: 1943-07-15
Publication date: 1954-11-25

Description

Gekühlte .Hohlschaufel, insbesondere für G asturbinen Für leicht bauende Gasturbinenläufer hoher Leistung und großen Schluckvermögens, d. h. verhältnismäßig hohen Beanspruchungen bei hohen Treibmitteltemperaturen, ist bekanntlich die Innenkühlung durch Luft sehr vorteilhaft, gleichgültig, ob die Förderung derselben durch Rad und Schaufeln hindurch mittels der Schleuderwirkung des Rades beim Umlauf bewirkt wird oder schon verdichtete Luft vom Rad angesaugt wird. Zur Vermeidung eines großen Leistungsaufwandes für die Kühlluftförderung ist eine gute thermodynamische Ausnutzung notwendig. Das bedingt eine Unterteilungdes Kühlluftstromes innerhalb der Schaufel bei gleichzeitiger Schaffung großer Wämeabgabe-Pächen. Eine gute Lösung ist hierfür die Ausbildung der Schaufeln als Blechhülsen, die an mit,der Scheibe durch Nutung oder Schweißung verbundenen Tragstiften befestigt sind. Die schon vielfach vorgeschlagene Verbindung von Hülse und Tragstift in Form von mehreren in Richtung der Schaufelachse verlaufenden Längsnähten hat den Nachteil erheblicher zusätzlicher Wärmespannungen, welche die zulässige Drehzahl und Gastemperatur der Stufe beeinträchtigen. Bei der bekannten Befestigung mittels einzelner durch Widerstandsschweißung hergestellter Schweißpunkte ist dieser Umstand schon weitgehend gemildert worden. Immerhin tritt hier noch der wesentliche Nachteil auf, daß die Verbindungsstelle trotz der Innenkühlung der Schaufel verhältnismäßig heiß wird, da die Wärmeableitungsmöglichkeit im Werkstoff bei der vorhandenen Berührflä,che der eigentlichen Schweißstelle klein ist und infolge des satten Aufliegens der Blechhülse auf dem Tragkern die Wärmeabfuhr an die im Schaufelinnern strömende Kühlluft, die die Umgebung des Schweißpunktes kaum trnspült, sehr mäßig ist. Die Güte der Hülsenbefestigung ist daher unter Berücksichtigung des starken Abfalles der Dauerstandfestigkeit auch der warmfesten Stähle bei hohen Betriebstemperaturen und der an sich an jeder Schweißstelle mehr oder weniger großen Festigkeitsminderung durch Kerbwirkung noch verbesserungsbedürftig.
Erfindungsgemäß berührt der Tragkern die heiße Hülse nur an wenigen warzenartigen Vorsprüngen, welche in dem Zwischenraum zwischen Tragkern und Schaufelblechhülse über die ganze Länge verteilt angeordnet sind und an denen durch Widerstandsschweißung die gegenseitige Verbindung der beiden Schaufelteile erfolgt. Dabei ist es zweckmäßig, die Warzen am Tragkern anzuordnen, so daß die Schaufelhülse außen glatt bleibt und die Gasströmung wenig gestört wird. Durch die weitgehende Kühlung der Schaufelhülseninnenseite, auch der nächsten Umgebung der Schweißpunkte, kann die vom Gasstrom einfällende Wärme leicht abgeführt werden, und die im Betrieb sich einstellende Temperatur der Schweißstelle wird eine erhöhte mechanische Festigkeit gewährleisten. Durch die gleichzeitig erreichte praktisch vollkommene Bespülung des Schaufelinnern durch die Kühlluft werden die im Ilülsenblech möglichen Wärmespannungen verhältnismäßig gering sein. Bei Anordnung einer .geeigneten Anzahl von solchen Befestigungsstellen kann also eine verhältnismäßig große Schaufel ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer auch für große Umfangsgeschwindigkeiten und Gastemperaturen am Tragkern befestigt -werden. Gegebenenfalls ist es aber auch möglich, die warz.enähnlichen Befestigungsvorsprünge an der Schaufelblechhülse anzuordnen.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele von Hohlschaufeln nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig, i einen Längsschnitt durch eine Schaufel mit im Radkranz eingeschraubtem Tragkern, Fig. 2 und 3 je einen Querschnitt :der Schaufel nach Abb. i entsprechend den Linien II-II und III-111 in Abb. i, Fig. q. und 5 je einen Längsschnitt durch eine Hohlschaufel mit einem am Radkranz angeschweißten Tragkern entsprechend den Linien IV-IV und V-V in den Abb. 6 und 7, Fig.6 und 7 je einen Querschnitt durch die Hohlschaufel nach Abb. 4 und 5 entsprechend den Linien VI-@'I und VII-VII in den Abb. q. und 5, Fig. 8- einen Querschnitt durch- -den Radkranz entsprechend der Linie VIII-VIII in Abb. q. und 5, Fig. 9 einen Teilschnitt durch einen der warzenartigen Vorsprünge am Tagkern in vergrößertem Maßstab, Fi.g. io und j.i je einen Längsschnitt durch eine Hohlschaufel mit einem mittels Lavalfußes in den Radkranz eingesetzten Tragkern nach den Linien X-X und XI-XI in Abb. 12 und Fig. i2 bis 14 je einen Querschnitt nach den Linien XII-XII, XIII-XIII und XIV-XIV in ,den Abb. io und ii.
Fig. i bis 3 zeigen eine Hohlschaufel, deren massiver Tragkern i in den Laufradkranz 2 eingeschraubt ist. Er hat eine derartige Form mit Nuten und Bohrungen, welche genügend Strömungsquerschnitt für die Kühlluft zwischen ihm und der ihn umgebenden Schaufelhülse 3 frei läßt. Die Befestigung erfolgt erfindungsgemäß in den vorstehenden Warzen q. des Tragkernes i. An der Übertrittsstelle der Kühlluft vom Radkranz :2 in die Schaufelhülse 3 sind zur Verringerung der Leckverluste Leitbleche 5 vorgesehen.
Fig. d. bis 9 zeigen die Anwendung des Erfindungsgedankens bei einer Hohlschaufel, die vollständig durch spanlose Verformung von Blechen hergestellt ist, bei der also der Tragkern 6 ebenfalls eine Blechhülse ist, die stumpf auf den Radkranz 7 aufgeschweißt ist. Bei ihr lassen sich dann auf einfache Weise die Warzen 8 anbringen, an denen die eigentliche Schaufelhülse 9 durch Widerstandsschweißung befestigt wird.
Die Fig. io bis 1q: zeigen eine Schaufel, bei welcher die Schaufelhülse io mittels Schweißung an den Vorsprüngen i i eines mittels Lavalfußes 12 in den Radkranz 13 eingesetzten Schaufelträgers 1q. befestigt ist. Die Kühlluft tritt hier aus dem Zuführungskanal 15 im Radkranz 13 über die Bohrungen 16 in die Schaufelhülse io ein.
Die Bauart nach der Erfindung ist deshalb von Bedeutung, weil damit eine hohe Wärmebeweglichkeit bei verhältnismäßig großer mechanischer Festigkeit für hohe Ansprüche geschaffen werden kann, außerdem durch die leichte Bemessung der Bauteile ein schneller Wechsel des Betriebszustandes ermöglicht wird. In herstellungstechnischer Hinsicht ist von Wert, daß durch die Anordnung von Warzen für die Befestigung der Blechschaufel Mehrfachschweißung oder das sogenannte Durchpunkten besonders erleichtert wird.

Claims

PATENTANSPRUCH: Von einem gasförmigen Kühlmittel durchströmte Hohlschaufel, insbesondere für Gasturbinen, bestehend aus einem mit der Radscheibe verbundenen Tragkern und einer diesen mit Ahstandumschließenden undvomgasförmigen Kühlmittel innen beaufschlagten Schaufelblechhülse, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum zwischen Tragkern (i bzw. 6 bzw. 14) und Sehaufelblechhülse (3 bzw. 9 bzw. io) warzenähnliche Vorsprünge (4. bzw. 8 bzw. i i) zur gegenseitigen Verbindung der beiden Schaufelteile über die ganze Länge des Tragkernes verteilt am Tragkern und bzw. oder an der Schaufelblechhülse angeordnet sind. Angezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 16o z58.