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Beschaufelung an axial durchströmten Turbomaschinen Die Erfindung
betrifft eine Beschaufelung an axial durchströmten Turbomaschinen, wie Dampf-, Gas-
und, Luft-Turbinen., Axialverdichtern, Lüftern, Luftschrauben u. dgl.
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Um die teure mechanische Bearbeitung der kompliziert geformten Leit-
und: Laufschaufeln solcher Turbomaschinen zu vermeiden, bat man schon vorgeschlagen,
den Profilteil der Schaufeln, das so, genannte Schaufelblatt, als Hohlkörper aus
Blech zu biegen. Man kann damit leicht die Fertigung des Schaufelblattes wesentlich
vereinfachen. Es muB jedoch auch eine haltbare Verbindung zwischen der nach aerodynamischem.
Gesichtspunkten geformten Schaufel und dem aus Festigkeitsgründen meist ziemlich
starkem Schaufelträger hergestellt werden, um die zu übertragenden Kräfte aufzunehmen.
Diese Kräfte können, insbesondere wenn es sich um die Laufschaufelung einer mit
hoher Drehzahl laufenden Maschine handelt, infolge der Fliehkräfte der Schaufeln
eine beträchtliche Höhe erreichen, und es sind schon vielerlei Vorschläge gemacht
worden, um eine zuverlässige und doch einfache Verbindung herzustellen. So wurden
beispielsweise Zwischenglieder vorgesehen, deren Herstellung ihrerseits wieder einen
erheblichen Arbeitsaufwand erfordert, oder es wurden
am Radkörper
als Schaufelträger Zapfen ausgefräst, an denen die Blechprofile z. B. durch Punktschweißung
befestigt wurden. Um solche Konstruktionen zu ermöglichen, wurden für das Schaufelblatt
meist nicht die besten, dem heutigen Stand der Erkenntnisse in strömungstechnischer
Hinsicht entsprechenden Profilformen. gewählt, so däß im Interesse einer einfachen
Herstellung dauernd Betriebsverluste in Kauf genommen werden mußten, Bei einer Beschaufelung
gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt sich nun eine einfache, aber dennoch gut
haltbare und steife Verbündung zwischen den, aus Blech gebogenen Hohlschaufeln und
dem Schaufelträger dadurch., daß die die Saugseite und die Druckseite des Schaufelprofils
einer Schaufel bildenden Blechteile in denn in einer Nut des Schaufelträgers eingesetzten
Bereich unter Zwischenlage von mindestens einem Füllstück zusammengepreßt und durch
Verbindungsglieder, welche die Schaufeln und den Schaufelträger durchdringen, festgehalten
sind.
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Bei niedriger Beanspruchung kann auf eine, besondere Verbindung zwischen
den Füllstücken und dem Schaufelblech, verzichtet werden. Wird dagegen hohe Festigkeit
gefordert, so ist es zweckmäßig, mindestens ein Füllstück mit mindestens einem der
beiden die Saugseite: und die Druckseite des Schaufelprofils einer Schaufel bildenden
Blechteile durch Schweißung zu verbinden. Unter Schweißung ist hierbei eine Schweißoperiation
irgendwelcher Art, insbesondere auch mit Einschluß von Punktschweißung oder Lötschweißung,
verstanden.
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In der Zeichnung sind verschiedene beispielhafte Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. r die Ansicht eines
Teiles der Beschaufelüng eines Axialverdichters, in der Achsrichtung der Maschine
gesehen, Fig. 2 einen Schnitt durch die Beschaufelung nach der Linie II-II der Fig.i.
Fig. 3 eine Schaufel mit zwei Füllstücken, von denen das einte sich bis in den.
von der Strömung beaufschlagten Bereich der Schaufel erstreckt, Fig. q., einen waagerechten
Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3, Fig.5 einen senkrechten Schnitt nach -der
Linie V-V der Fig. 3, und Fig. 6 einen Schnitt durch die Längsachse eiiner veränderten
Ausführungsform einer Schäufel mit zwei Füllstücken.
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Von der Beschäufelung eines Laufrades nach den Fig. z und 2 sind die
aus Blech gebogenem Hohlschaufeln je in eine Nut 2 des Schaufelträgers 3, der in
diesem Falle von der Laufradscheibe gebildet wird, eingesetzt. In den Figuren ist
nur eine mit den Bezugszeichen z belegte Hohlschaufel gezeigt. Entsprechend dem
gewünschten Schaufelanstellwinkel sind die Nuten 2 schräg in die Radscheibe 3 eingearbeitet.
Dabei ist die Druckseite des Schaufelprofils dem Beschauer zugewendet und die Saugseite
vom Beschauer abger wendet. Die die Saugseite und die Druckseite der Schaufel bildenden
Blechteile können aus einem Stück bestehen, das längs der Eintrittskante der Schaufel
umgebogen und längs der Austrittskante zusammengeschweißt ist. In dem in die Nut
2 eingesetzten Bereich sind der die Druckseite des Schaufelprofils bildende Blechteil
q. und dein die Saugseite des Schaufelprofils bildende Blechteil s unter Zwischenlage
eines Füllstückes 6 zusammen gepreßt, so daß ein parallelogrammartiger Querschnitt
entsteht, der die Nut praktisch ganz ausfüllt. Ferner ist die Schaufel in der Nut
durch zwei die Schaufel und den Schaufelträger 3 durchdringende, als Stifte? ausgebildete
Verbindungsglieder festgehalten.
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Die Fig. 3 biis 5 zeigen als weiteres Ausführungsbeispiel wiederum
eine Axialverdichterschaufel8, wobei zwei Füllstückeg und io zwischen die beiden
die Saug- bzw. Druckseite der Schaufel bildenden Blechteile i i und 12 zwischengelegt
sind. Die Füllstücke g und io können selbst aus Blech bestehen, und. sie sind mit
den anliegenden. Schaufelblechteilen ir und 12 durch Punktschweißung verbunden.
Die betreffenden Schweißpunkte 13 werden erzeugt,. solange die Schaufelbleche r
r und 12 noch nicht um die Eintrittskante umgebogen sind' und jedes Füllstück daher
für sich mit dem benachbarten Schaufelblech verbunden werden kann.
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Wie ersichtlich, erstreckt sich das Füllstück io im Innern der Schaufel
bis in deren von der Strömung beaufschlagten Bereich und ist auch in diesem Bereich
niiit dem Blechteil 12, der Schaufel durch Schweißung verbunden. Damit ergibt sich
der Vorteil einer besseren Übertragung der Schaufelfliehleräfte nach der Befestigungsstelle
und außerdem einer Versteifung der Schaufel. Im weiiteren nimmt der (Querschnitt
des Füllstückes. io, das sich in den von der Strömung beaufschlagten Bereich der
Schaufel erstreckt, mit der Entfernung vom Schaufelträger 1q. ab-. Dies ist zulässig,
da die zu übertragenden Kräfte nach außen abnehmen, und ferner ergibt sich noch
der Vorteil, daß sich dann die Eigenfliehkraft des Füllstückes so, niedrig wie möglich
halten läßt.
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Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, auch das zweite Füllstück
bis in den Beaufschlagungsberetich der Schaufel zu verlängern und ähnlich dem Füllstück
io mit dem Schaufelblech zu verbinden. Auf eine Verbindung der Füllstücke untereinander
kann, wie es bei der Ausführung nach den Fig: 3 und q. der Fäll ist, häufig verzichtet
werden.
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Aus dem in Fig.4 dargestellten Schnitt nach der Linie IV-IV geht hervor,
daß die Füllstücke g und io gegeneinander versetzt angeordnet sind, wodurch die
Berührungsfläche zwischen den Schaufelblechteilen i z und 12 und den Füllstücken
g bzw. io gegenüber der Ausführung mit nur einem Füllstück etwas vergrößert und
die Verbindung zwischen beiden verbessert werden kann.
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In Fig. 6 'ist eine wai,tere Ausführungsform der Verschweißung der
Füllstücke mit dem Schaufelblech dargestellt. Von den bcidlen Füllstücken. t7
und
18 erstreckt sich nur das Füllstück i8 bis in den von der Strömung heaufschlagten
Bereich der aus den Blechteilen i9, 2o bestehenden Schaufel, von denen das eine
die Saugseite und das andere die Druckseite des Schaufelprofils bildet. Das Füllstück
18 ist hierbei in dem in die Nut des (nicht gezeichneten) Schaufelträgers eingesetzten
Bereich 2i der Schaufel mit dem Blechteil 2u und. in dem von der Strömung beaufschlagten
Bereich 22 der Schaufel milt dem Blechteil i9 durch Schweißung verbunden. Damit
ergibt sich ein nahezu geradliniger Kraftsfluß von den Schaufelblechen i9 und 2o
über die Füllstücke 17, 18 zum (nicht gezeichneten) Schaufelträger. Die Füllstücke
17 und 18 sind ebenfalls durch Schweißung miteinander verbunden. Der Herstellungsvorgang
kann dabei etwa so verlaufen, daß das Füllstück 18 mit dem Schaufelblechteil i9
vor dem Fertigbiegen der Schaufel durch Punktschweißung verbunden wird', während
die Verbindung beider Füllstücke 17, 18
miteinander und mit den Blechteilen
i9; 2o nach dem Fertighiegen erfolgt. Man kann. jedoch auch die erstgenannte Verbindung
nach dem Fertigbiegen herstellen, wobei dann beide Seiten des Schaufelprofils in
dem von der Strömung beau.fschlagten Bereich mit dem Füllstück i8 verbunden werden.
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Die beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele für
die konstruktiven Möglichkeilen dar, die je nach den vorliegenden Verhältnissen
vielfältig variiert werden, können. So, kann z. B. ein einziger Scherstift als Verbindungsglied
zwischen Schaufel und Schaufelträger ausreichend sein, oder es können gegebenenfalls
mehr als zwei Stifte vorgesehen werden. Ferner können die Stifte parallel zur Drehachse
der Turbomaschine odler auch dazu geneigt verlaufen. Die in den. Schaufelträger
eingefräste oder auf andere Weise eingearbeitete Nut kann in an sich bekannter Weise
im Nutengrund oder in den Seitenflanken gekrümmt ausgeführt sein. Der Schaufelfuß
muß dann eine entsprechende Form erhalten. Zweckmäßigerweise können. in dem in den
Schaufelträger eingesetzten Bereich zwischen Schaufel und Schaufelträger auch Beilagen
zum Zwecke des Formausgleichs oder der Befestigung vorgesehen werden. Es ist auch
möglich, die Radscheibe zwei- oder mehrteilig auszuführen und die Nuten in den Radteilen
entsprechend der Krümmung des Schaufelprofils unter verschiedenen Winkeln einzuarbeiten.
Um keine unerwünschte Unterbrechung in der Füllung der Nuten im Radkörper zu bekommen,
können die Füllstücke in dem gegen die Achsrichtung stärker geneigten Teil der Fußpartie
entsprechend schwächer gehalten werden, oder es kann. an dem Schaufelteil, der weniger
Neigung gegen die Achsrichtung aufweist, auf der Außenseite der Schaufel eine Beilage
angebracht werden.
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Wie in Fig. q. gezeigt, können zwischen den Füllstückeng und io und;
den das Schaufelprofil bdldenden Blechteilen i i und 12 Zwischenräume i5, i6, die
dein Durchtritt eines Strömungsmittels erlauben., vorgesehen werden. Eine solche
Ausführungsform kann beispielsweise in Frage kommen, wenn; eine hohle Schaufel durch
ein Kühlmittel gekühlt werden soll oder wenn durch Öffnungen im Blech des Schaufelprofils
von. dem die Schaufel beaufschlagenden Strömungsmittel Grenzschicht nach dem Innern
abgesaugt werden soll.