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Publication number: DED0013815MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 7. Juni 1940 Bekanntgemacht am 12. Januar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Um die beim Betrieb von Gasturbinen und

Abgasturbinen auftretenden hohen Temperaturen und. Umfangsgeschwindigkeiten zu beherrschen, sind eine Reihe von Maßnahmen bekanntgeworden, die im wesentlichen eine Kühlung der einzelnen Schaufeln bezwecken. Besondere Bedeutung hat hierbei die sogenannte Hohlschaufel erlangt, bei der bekanntermaßen ein kaltes Kühlmittel durch die mit einem oder mehreren Kanälen versehenen

ίο Schaufeln gefördert wird.

So hat man z. B. vorgeschlagen, die Schaufel zur Erhöhung der Festigkeit aus einem gekühlten Kern, der mit dem Läufer starr verbunden ist, und aus einer gekühlten übergeschobenen Hülse anzufertigen. Um den vorgesehenen Zweck erfüllen zu können, sind jedoch bei den bekannten Ausführungsarten eine Reihe von zusätzlichen Teilen notwendig, wodurch die Schaufel so schwer wird, daß ihre Verwendung bei rasch laufenden Turbinen mit hoher thermischer Belastung der Schaufel und großem Gasdurchsatz nicht in Frage kommt. Darüber hinaus befinden sich bei derartigen Konstruktionen vielfach die zur Aufnahme der Zentrifugalkräfte vorgesehenen Schweißnähte im heißen Gasstrom, wodurch deren Haltbarkeit erheblich herabgesetzt '25 wird.

Eine in diesem Zusammenhang bekanntgewordene Ausführungsart sieht einen zweiteiligen Läufer vor,

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in dessen Hälften längs der Trennfuge den Schaufeln entsprechende Einfräsungen vorgesehen sind, in die die jeweiligen aus Blech gefertigten Schaufelhälften eingeschweißt werden. Zur Verbesserung der Kühlwirkung und der mechanischen Festigkeit werden — analog den Ausführungen mit tragendem Kern — in das Schaufelinnere passende kleine U-Profile im Läufer befestigt und die beiden derart vorbereiteten Läuferhälften darauf längs des ganzen

ίο Umfanges zusammengeschweißt. Derart ausgeführte Turbinen ergeben zwar sehr leichte und gut gekühlte Schaufeln, aber abgesehen davon, daß diese Ausführungsart bei kleinen Einheiten in der Herstellung erhebliche Schwierigkeiten bereitet, ergeben sich mit diesem Verfahren eine Reihe von Nachteilen, wie z. B. die umständliche und teuere Herstellungsweise der Läuferhälften sowie erhebliche Schwierigkeiten bei Ersatz von beschädigten Schaufeln. Außerdem dient in diesem Falle wie

ao auch bei zahlreichen anderen Ausführungsarten nur ein Teil des am äußeren Läuferrand angehäuften Werkstoffes dazu, die von den Schaufeln ausgeübten Fliehkräfte aufzunehmen, so daß der Läufer verhältnismäßig schwer wird, und schließlich ist eine Prüfung der Unversehrtheit der Schweißnähte bei einer Überholung der Turbine als Folge der gegebenen Anordnung ausgeschlossen.

Durch die Erfindung können die den bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile vermieden werden. Insbesondere wird durch die vorgesehene Anordnung erreicht, daß jeder nicht unmittelbar für die mechanische Fixierung der Schaufel notwendige Materialaufwand vermieden wird. Außerdem ist durch die Konstruktion die Herstellung der Turbine gegenüber den bisherigen Ausführungen wesentlich vereinfacht; und schließlich sind die einzelnen . Schaufeln ohne besondere Schwierigkeit auswechselbar und werden im wesentlichen durch, gekühlte Schweißnähte festgehalten, die überdies gut beobachtet werden können.

Die Schaufel besteht nach der Erfindung aus einem mit dem Läufer fest verbundenen Versteifungskern und aus einem aus Blech gefertigten gekühlten Schaufelmantel, der breiter als der Außenrand des Läufers und der Deckscheibe ist und der über das Beaufschlagungsgebiet nach innen im wesentlichen radial bis zum Läufer bzw. dem Deckblech verlängert und an den Berührungsstellen mit beiden vorzugsweise durch Schweißung verbunden ist.

Abb. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes im Axialschnitt;

'Abb. 2 ist eine Ansicht des in Abb. 1 vorgesehenen Läufers; '

Abb. 3 ist ein Schnitt durch die in Abb. 1 dargestellte auf dem Laufrad befestigte Schaufel im vergrößerten Maßstab. ■ . ■

Das gesamte Laufrad setzt sich aus dem Läufer a, der Deckscheibe b und den Schaufeln c zusammen.

Zwischen Läufer α und Deckscheibe b sind in an sich bekannter Weise am Läufer α bzw. am Deckblech b befestigte Rippen a₃ bzw. b₃ vorgesehen, so daß die axial angesaugte Kühlluft nach außen geschleudert wird, wenn das Laufrad umläuft. Die Kanäle a₂ und b₂ dienen der Zuleitung des Kühlmittels zu den äußeren Teilen der Hohlschaufel. Gemäß der Erfindung besitzt der Läufer a an seinem äußeren Umfang eine der Schaufelzahl entsprechende Zahl von Verlängerungen a_v die den der Versteifung dienenden Kern der Schaufel oder einen Teil derselben bilden. In gleicher Weise kann auch die Deckscheibe b mit Verlängerungen b_x versehen sein, die in diesem Fall zusammen mit den Verlängerungen a_t den der Versteifung dienenden Kern der Schaufeln bilden. Über diesen Kern wird die entsprechend geformte Schaufel c im ganzen oder in einzelnen Teilen geschoben. Die Schaufel selbst ist erheblich breiter als die Außenwand des Läufers und die Drehscheibe zusammen und wird gemäß der Erfindung in allen Teilen bis zum Läufer α bzw. bis zur Deckscheibe b verlängert und an den Berührungsstellen ^:mit beiden vorzugsweise durch Schweißung fest verbunden. Durch diese Maßnahme kann der Läufer α sehr leicht gehalten werden. Außerdem wird der größte Teil der zur radialen Fixierung der Schaufel dienenden Schweißnähte, die überdies wesentlich länger sind als der Schaufelumfang, in ein relativ kaltes Gebiet gerückt. Darüber hinaus besteht hierbei die Möglichkeit, auch die Außenseite des Laufrades mit Kühlluft zu kühlen, wobei die nach innen.gehende radiale Verlängerung der Schaufel als Fächer eines Schleudergebläses aufgefaßt werden kann. Weiterhin erübrigt sich durch eine derartige Bauweise ein eigener Schaufelfuß, der in jedem Falle eine erhebliehe Materialanhäufung am Umfang des Läufers und damit eine wesentlich schwerere Bauweise bedingt. Andererseits ist die Herstellung von Laufrädern gemäß der Erfindung" wesentlich einfacher als es die Anfertigung der Schaufeln aus einem Stück mit dem Läufer wäre.

Entsprechend dem in Abb. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ■ des Erfindungsgegenstandes kann der Versteifungskern ohne Fräsarbeit lediglich durch Umbiegen des dem Läufer bzw. der Deckscheibe außen angearbeiteten Blechansatzes mit anschließender Verschweißung der Stoßstellen hergestellt werden. Dieses Verfahren wird, abgesehen von Sonderfällen, der an sich möglichen aber umständlicheren Herstellung des Versteifungskernes durch Fräsen aus dem Vollen oder Bohren u. dgl. vorzuziehen sein.

Die zu verschweißenden Stoßstellen des Versteifungskernes können auch an anderen Stellen vorgesehen werden, wie z. B. Abb. 4 zeigt. Auch kann es sich als zweckmäßig erweisen, den Versteifungskern nur im äußeren Teil durch Umbiegen herzustellen und den inneren Teil auszufräsen oder durch Ausbohren od. dgl. auf die gewünschte Form zu bringen. Der Versteifungskern wird sich in vielen Fällen nicht bis zur Schaufelspitze erstrecken. Auch kann er teilweise Aussparungen aufweisen.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist dadurch gegeben, daß der Versteifungskern teilweise durch die Schaufel c ersetzt wird, wie z. B. aus Abb. 5 ersichtlich ist. In diesem Fall muß die Schaufel c

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in einwandfreier Weise mit den Ansätzen a_x bzw. b_x verbunden sein, was durch Verschweißung des an den Stoßstellen ganz oder teilweise geschlitzten Schaufelbleches mit den jeweiligen Ansätzen a_x 5 oder B₁ erfolgen kann. Andererseits kann auch der Versteifungskern einen Teil des Schaufelmantels ersetzen. Die Dicke des Schaufelmantelbleches kann unveränderlich oder in radialer Richtung verjüngt ausgeführt werden. Außerdem kann das Schaufelmantelblech auf der Kühlmittelseite mit Rippen oder Rillen oder kleinen Ansätzen zur Verbesserung der Kühlwirkung versehen sein.

Der vorliegendeErnndungsgegenstand wird zwar in erster Linie für Gas- oder Abgasturbinen in Frage kommen, er ist jedoch ohne weiteres auch bei Dampfturbinen, unter Umständen auch ohne Schaufelkühlung anwendbar.

Claims

Patentansprüche:

i. Gas- oder Abgasturbine mit Hohlschaufelkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel aus einem mit dem Läufer (a) fest verbundenen Versteifungskern und aus einem aus Blech gefertigten gekühlten Schaufelmantel (c) besteht, der breiter als der Außenrand des Läufers (α) und der Deckscheibe (b) und über das Beaufschlagungsgebiet nach innen im wesentlichen radial bis zum Läufer (α) bzw. dem Deckblech (b) verlängert und an den Berührungsstellen mit beiden vorzugsweise durch Schweißung verbunden ist.
2. Gas- oder Abgasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen kastenförmige Versteifungskern hauptsächlich durch spanlose Verformung und Verschweißung aus dem entsprechend vorgedrehten Läufer (a) bzw. der Deckscheibe (fr) hergestellt ist.
3. Gas- oder Abgasturbine nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungskern zum Teil durch das Mantelblech ersetzt ist.
4. Gas- oder Abgasturbine nach den An-. Sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelmantel aus einem einzigen Blechkörper gebildet ist.
5. Gas- oder Abgasturbine nach den Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelprofil zum Teil durch die Außenwände des Versteifungskernes gebildet ist.
6. Gas- oder Abgasturbine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Radkranz im Bereich der Hohlschäufeln mit Zubringerkanälen (ög, b₂) für die Kühlluft versehen ist, deren Austrittsöffnungen auf besonders wärmebelastete Stellen der Schaufeln (c) gerichtet sind.
7. Gas- oder Abgasturbine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Schaufelmantelbleches in radialer Richtung von innen nach außen gesehen abnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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