DE969599C - Gekuehlter Duesenkoerper fuer Kreiselmaschinen, insbesondere Abgasturbinen - Google Patents

Description

Gekühlte Düsenkörper für Kreiselmaschinen, insbesondere für Abgasturbinen, die aus je einem äußeren und einem inneren, entweder einteiligen oder aus Ringabschnitten zusammengesetzten Ringhohlkörper sowie aus die Ringhohlkörper verbindenden hohlen Düsenblättern bestehen, sind bereits vorgeschlagen worden. In diesen Fällen hat man besondere, Aufnahmeringe und Düsenblätter durchsetzende und beide Teile gegeneinander verspannende Schraubenbolzen vorgesehen, die gleichzeitig die KüMmiittelzu- und -abf ührungen enthalten. Derartige Düsenkörper eignen sich für hochbeanspruchte Kreiselmaschinen, insbesondere Frischgasturbinen, in denen die beaufschlagenden Treibmittelströme unmittelbar, vorzugsweise im Verpuffungsverfahren, erzeugt werden, so daß hohe Strömungsgeschwindigkeiten in Verbindung mit großen Drücken und Temperaturen auftreten, die auf diese Weise zufriedenstellend verarbeitet werden können.

Bei Gleichdruckgasturbinen ist auch bereits der Vorschlag gemacht worden, in einem Innenring gehaltene Volldüsenblätter durch entsprechend profilierte Ausnehmungen eines Außenringes durchzuführen, um dadurch Flächen zu erzeugen, die sich zur Schweißverbindung der Schaufeldurchsteckenden mit dem Außenring eignen. Der Vorschlag geht über eine werkstattechnische Vereinfachung nicht hinaus, da bei ihm die besondere Aufgabenstellung unberücksichtigt bleibt, die durch die Küh-

809 545/50

lungsnotwendigkeit von Düsenblättern selbst bei Abgasturbinen entsteht, wenn diese infolge eines Impulsbetriebes zu erhöhten Schaufelbeanspruchungen führen.

Die sich hierdurch ergebende Aufgabe, einerseits die für Frischgasturbinen entwickelten, den hohen Beanspruchungen bei diesen mit Sicherheit widerstehenden Düsenkörper dem baulichen Aufbau nach wesentlich zu vereinfachen, andererseits den besonderen Erfordernissen der Kühlung Rechnung zu tragen, wird, ausgehend von den bekannten gekühlten Düsenkörpern mit aus je einem äußeren und einem inneren, entweder einteiligen oder aus Ringabschnitten zusammengesetzten Ringhohlkörper sowie aus die Ringhohlkörper verbindenden hohlen Düsenblättern, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Düsenblätter ein tropfenförmiges hohles Eintritts- und ein vollwandiges Abströmende besitzen und daß die Verbindung der Düsen-

ao blätter mit den Ringhohlkörpern in an sich bei Düsenkörpern mit Volldüsenblättern bekannter Weise durch Verschweißen der durch die Endringe hindurchgesteckten Düsenblätter an der der Strömung abgewandten Seite derart geschieht, daß

»5 lediglich beiderseits kragenartige Verlängerungen an den tropfenartigen Düsenblätterteilen durch die die Strömungskanäle begrenzenden Wandungen zur Verwirklichung von Anschweißflächen durchgeführt sind und daß die Ringhohlkörper aus ihren Einzelteilen erst nach diesem Verschweißen der die Strömungskanäle begrenzenden Wandungen mit den Düsenblättern fertig zusammengeschweißt sind. Dadurch kommt eine Verbindung zustande, die den Vorteil besitzt, daß trotz der erheblichen Temperaturdifferenzen, die im Betrieb dadurch entstehen, daß an einzelnen Stellen hochgespannte, hocherhitzte Gase unmittelbar neben Kühlmittelströmungen geführt sind und trotz der dadurch bedingten Wärmespannungen ein blockartiger Düsenkörper entsteht, dessen Teile auch dann fest verbunden bleiben, wenn die Turbine außer Betrieb ist. Insbesondere bleiben die ungekühlten Enden der Düsenblätter dehnungsgewährend und spannungsfrei an den gekühlten Teilen des Düsenkörpers abgestützt, so daß die so erreichte mittelbare Kühlung der Austrittsenden der Düsenblätter für ausreichende Lebensdauer derselben sorgt. Gleichzeitig erreicht man den Fortfall jeglicher Verschlechterung der Oberflächenglätte der Düsenkanäle durch Schweißraupen, so daß die Notwendigkeit einer nachträglichen Glättung der Schweißnähte entfällt. Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgedankens.

Fig. ι gibt einen durch die Achse des ringförmigen Düsenkörpers verlaufenden senkrechten Längsschnitt durch den Düsenkörper wieder, während

Fig. 2 einem peripher geführten Querschnitt durch den Düsenkörper nach Linie U-II der Fig. 1 entspricht;

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den äußeren Tragring vor Einschweißen der Düsenblätter, während

Fig. 4 eine Draufsicht auf den äußeren Tragring mit eingeschweißten Düsenblättern bei abgezogenem Kühlraumabschluß wiedergibt.

Fig. 5 zeigt ein einzelnes Düsenblatt in der Seitenansicht, während

Fig. 6 die Draufsicht auf das Düsenblatt vor dem Einschweißen zeigt.

In den Zeichnungen bezeichnet 1 den Düsenblattkörper, der ein tropfenförmig gestaltetes, gekühltes Eintrittsende 2 und eine ungekühlte, vollwandig ausgebildete Düsenblattspitze 3 aufweist. Das tropfenförmig gestaltete Eintrittsende weist eine Bohrung 4 auf, die der Kühlmittelführung und damit gleichzeitig der Kühlung der Düsenblätter dient. In Richtung des Kanals 4 ist der Teil 2 beiderseitig über die Düsenblattspitze 3 vorgezogen, so daß zapfen- bzw. ringzapfenartige Verlangerungen 5, 6 entstehen. Diese Zapfen 5 bzw. 6 durchsetzen entsprechende Ausnehmungen 7 und 8 der Aufnahmeringe 9 und 10. Die Ringe 9,10 begrenzen die zwischen den Düsenblättern 1 bis 6 liegenden Düsenkanäle 11 radial, wobei der äußere Ring 9 längs einer durch die Zapfenausnehmungen 7 verlaufenden Fuge 12 geteilt ist, so daß die Ringteile 9 a, 9 b entstehen. Die Ringteile 9 a, 9 b begrenzen den Kühlraum 14 von innen, während der radialungeteilte Ring 10 den Kühlraum 15 von außen begrenzt. Der Kühlraum 14 wird nach außen durch den Ring 16 abgeschlossen, während der Abschluß des Kühlraumes 15 nach innen durch den Ring 17 erfolgt.

Die radiale Teilung des Ringes 9 in die Teile 9 a, 9 b ist aus Gründen des Zusammenbaues notwendig. Es ist aber auch möglich, an Stelle von Ring 9 den inneren Ring 10 radial zu teilen.

Der Zusammenbau wird so vorgenommen, daß zunächst die Düsenzapfen 6 in entsprechende Ausnehmungen des Ringes 10 geschoben werden. Hierauf wird die Schweißnaht 13 rings um die Zapfen 6 hergestellt. Dann werden die Ringteile 9 α und 9 b auf die Düsenblattzapfen 5 aufgeschoben, und es folgt die Verbindung der beiden Ringteile 9 a, 9 b durch Ausfüllen der Fuge 12 mit Schweiße, jetzt werden die Zapfen 5 bei 18 mit dem jetzt ein Stück bildenden Ring9 verschweißt. Die Zapfen 5,6 sind also beim Einschweißen von allen Seiten gut zugänglich, so daß die Herstellung der Schweiß- no verbindungen nicht die geringsten Schwierigkeiten macht. Hierauf werden die Kühlraumabschlüsse 16 und 17 angeschweißt.

Der so hergestellte Düsenkörper, dessen Düsenblätter selbst als Anker ausgebildet sind, führt zu "5 dem Vorteil, daß in den Düsenkanälen 11 jegliche Schweiß raupenbildung fehlt; ebensowenig sind nachträglich derartige Schweißraupen zu beseitigen. Zwar ist die Flüssigkeitskühlung nicht bis in die Austrittskanten 19 der Düsenblätter hinein vor- iao genommen worden. Durch die tropfenartige Ausziehung der Kanäle 4 zu den Austrittskanten 19 der Düsenblätter zu erfolgt jedoch eine völlig ausreichende Annäherung des Kühlmittelstromes an diese Austrittskanten. Dabei werden jedoch vor allem die Spannungen in diesen Kanten beseitigt,

die bei den bisher üblichen Ausführungen deshalb entstehen mußten, weil die Austrittsenden der Düsenblätter mit den die Düsenkanäle begrenzenden Aufnahmeringen fest verbunden waren. Die durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung entstehenden Spannungen sind erfindungsgemäß dadurch völlig beseitigt worden, daß sich nunmehr die Teile 3, 19 der Düsenblätter völlig frei zwischen diesen Ringen ausdehnen können, da sie nur in der Wurzel des Teiles 3 mit den gekühlten Düsenblattteilen zusammenhängen.

Andererseits liegen die freien, ungekühlten Auslaßenden der Düsenblätter satt an den die Düsenkanäle begrenzenden Ringen an, weil beim Einschweißen der Düsenblattzapfen 5, 6 eine Schrumpfung eintritt, durch welche die die Düsenkanäle 11 begrenzenden Ringe 9, 10 fest gegen die Düsenblätter gezogen und an sie aufgepreßt werden, ohne daß sich dadurch an der freien Ausdehnungsmöglichkeit der Teile 3, 10 etwas ändert.

Um eine gute Kühlmittelführung zu erreichen, wird nadh Abb. 2 zweckmäßig zwischen den Ringen 9 und 16 beiderseits je ein Schikaneblech 20 angeordnet, wodurch das Kühlmittel mit Sicherheit sämtliche Kanäle 4 bespült.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gekühlter Düsenkörper für Kreiselmaschinen, insbesondere für Abgasturbinen, mit aus je einem äußeren und einem inneren, entweder einteiligen oder aus Ringabschnitten zusammengesetzten Ringhohlkörper sowie aus die Ringhohlkörper verbindenden hohlen Düsenblättern, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenblätter ein tropfenförmiges hohles Eintritts- und ein vollwandiges Abströmende besitzen und daß die Verbindung der Düsenblätter mit den Ringhohlkörpern in an sich bei Düsenkörpern mit VoIldüsenblättern bekannter Weise durch Verschweißen der durch die Endringe hindurchgesteckten Düsenblätter an der der Strömung abgewandten Seite derart geschieht, daß lediglich beiderseits kragenartige Verlängerungen an den tropfenartigen Düsenblätterteilen durch die die Strömungskanäle begrenzenden Wandungen zur Verwirklichung von Anschweißflächen durchgefülhrt und daß die Ringhonlkörper aus ihren Einzelteilen erst nach diesem Verschweißen der die Strämungskanäle begrenzenden Wandungen! mit den Düsenblättern fertig zusammengeschweißt sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 431 961, 558014, 566638, 606029, 666680;

   schweizerische Patentschrift Nr. 209 009;
   französische Patentschrift Nr. 823 442.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 809 545/50 6.58