DE1066387B - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Schaufeln für eine Turbine, einen Verdichter oder' eine ähnliche Strömungsmaschine mit einem Kern, der an seiner Oberfläche in Längsrichtung verlaufende Nuten aufweist, und mit einem Mantel, welcher sich eng um den Kern legt und die offenen Seiten der als Kühl- oder Heizkanäle dienenden Nuten verschließt.

Es ist bekannt, Schaufeln für Turbinen, Verdichter od. dgl. durch einen Kern und einen eng um diesen herum passenden Mantel zu bilden, wobei zwischen Kern und Mantel Strömungskanäle für ein Strömungsmittel, beispielsweise Kühlluft, vorgesehen sind. Bei der bekannten Schaufel sind dabei Kern und Mantel mittels eines Hartlötverfahrens oder durch Punktschweißen miteinander verbunden, so daß eine starke bzw. feste Verbindung nicht erreicht werden kann, da das Hartlot- oder Schweißgut hauptsächlich auf Scherkraft beansprucht wird. Um aber die bestmöglichjrje Verbindung zwischen Kern und Mantel zu erreichen, muß daher der Mantel sehr genau auf den Kern aufgepaßt werden, was mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist. ·

Es ist zwar ebenfalls bekannt, den Mantel einer Hohlschaufel an seinen Fußenden zwischen einem Kern und einem diesen umgebenden Block eingeklemmt vorzusehen, jedoch weist diese bekannte Schaufel keine Nuten im Kern auf, welche Kühl- und Heizkanäle bilden und sich über die ganze Schaufellänge unmittelbar unterhalb des Schaufelmantels erstrecken.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufel, bei welcher diese beiden, an sich bekannten Merkmale in Kombination Anwendung finden, und wird in erster Linie darin gesehen, daß die Fußstücke des Mantels und des Kerns sich in Richtung auf die Schaufelspitze verjüngen und daß das verjüngte Fußstück des Mantels in eine konische Aussparung eines Halteblpcks zwischen diesem und dem Kern eingeklemmt ist. Diese beiden Merkmale stehen je einzeln für sich nicht unter Schutz. Die Erfindung besteht vielmehr in der Kombination dieser beiden Merkmale.

In Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens können sich die unteren Enden der im Schaufelkern vorgesehenen Nuten zwischen der oberen und der unteren Fläche des Halteblocks befinden, wobei Kanäle im Kern vorgesehen werden, um das Heiz- oder Kühlmittel von unterhalb der Oberfläche des Kerns nach den Fußenden der Nuten zu führen.

Einem anderen Erfindungsmerkmal zufolge können Kern, Mantel und Halteblock mittels eines Schmelz-Prozesses, z. B. mittels Hartlötens, verbunden werden, wobei die Verbindungen bzw. die Verbindungsstellen auf diejenigen Teile beschränkt sind, welche unterhalb der Fußenden der Nuten liegen. Dabei können die Schaufel für Turbinen, Verdichter oder ähnliche Strömungsmaschinen

Anmelder:

Power Jets (Research and Development) Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 12. März 1954 und 1. März 1955

Sydney William Henry Perry,

Cove, Farnborough, Hampshire (Großbritannien),

ist als Erfinder genannt worden

Fußenden der Nuten ebenfalls erfindungsgemäß unterhalb des Halteblocks liegen, und der Kernquerschnitt . unterhalb des Halteblocks kann größer als der Kernquerschnitt im Halteblock sein.

Schließlich ist es erfindungsgemäß noch vorteilhaft* wenn der Mantel an seinem Fußende mit einem Flansch zwischen Halteblöck und verbreitertem Kernfuß eingeklemmt werden ü;ann. ·'

Die Erfindung soll nunmehr ausführlicher an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen erläutert werden, und zwar.zeigt : '■..·.,

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Laufschaufel für, eine Axialgasturbine, -■ ' ..."■■

Fig. 2 einen Schnitt nach der Schnittlinie H-II in Fig. 1, ■-.■;.. ■ ; . ■'■■, -...,;.. ■■■.,.;

Fig. 3 einen Schnitt nach" der Schnittlinie III-III in Fig. 1, wobei der Schnitt entlang der Profilmittellinie der Schaufel geführt ist, während die . -; , ;.

Fig. 4 und 5 Schnittdarstellungen für eine, abge-r wandelte Schaufelform in Übereinstimmung mit deny jenigen der Fig. 2 und 3 wiedergeben. ,· :.'.-

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 .bis .3 weist die Schaufel einen Kern 1 auf, welcher : im-J wesentlichen über den größeren Teil des. Schaufel-:^:; blattes hinweg Stromlinien- bzw. Schaufelbiattprofil" sowie an An- und Abströmkante aus den nachstehenden Gründen Ausnehmungen aufweist. Der Kern! besteht aus einem Stück mit dem Schauf elfußstück la; Der Kern 1 weist ein verjüngtes bzw. abgeschrägtes Fußstück 1 b auf, welches zwischen dem Schaufelfuß-.:

.■ . -309630/93

stück Ια'und dem Kern teil im Schaufelblatt angeord^ net ist. Das Schaufelblatt verjüngt sich in Richtung auf die Schaufelspitze. Der Kern 1 ist entsprechend verjüngt bzw. zugespitzt ausgebildet, wobei jedoch das TeilstückXb einen etwas größeren Verjüngungswinkel aufweist bzw. stärker geneigt ausgebildet ist. Die Schaufel weist außerdem einen ■ Mantel 2 von Stromlinienform auf, der sich — abgesehen von Anurid Abströmkante'— eng an den Kern 1 anlegt.

liegt, nach der Schaufelspitze hin erstrecken und dort in den Schauf elkanal der Strömungsmaschine _: einmünden. Diese Nuten 8, welche an ihren offenen : Seiten durch den Mantel 2 verschlossen sind, und auch 5 die Räume 9, 10 zwischen dem Mantel und den Nuten des Kerns an An- und Abströmkante der Schaufel sind über Bohrungen 11 mit einem mittleren Kanall2

Räume 9 und 10 gebildet werden, und kühlt dadurch die Oberfläche der Schaufel, um schließlich in den Schaufelkanal auszutreten. _; ■ ■■ .' ■■-■'■·', ,

Das Verhältnis der Querschnitte der Bohrungen 11, der Nuten 8 und der Räume 9, 10 sowie die Länge dieser Kanäle kann so gewählt werden, daß sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung der Schaufel jede beliebige Kühlwirkung erzielt wird. Mehr als

verbunden, welcher sich bis zur Unterfläche der Schaufel erstreckt. Kühlluft wird in den Kanal 12 ge^j

Dieser Mantel ist beispielsweise aus Blech hergestellt, io .fördert, durchströmt die ,Bohrungen 11 sowie die welches mittels Biegeverformung über ein Formstück Durchlässe,'. welche durch die Nuten 8 und die in seine Gestalt gebracht und dann entlang einer Naht
geschweißt worden ist, die beispielsweise mit der Anströmkante zusammenfällt. In manchen Fällen, z. B.
bei Schaufeln mit parallelen An- und Abströmkanten, 15
kann der Mantel 2 aus Pronlrohr gefertigt werden.
An seinem Fußende weist der Mantel 2 ein Teilstück
la auf, welches nach außen hin abgeflanscht oder abgebogen ist, wodurch er sich dem Fuß stück 1 & des

-Kerns 1 anpaßt, auf welchem es dicht bzw. praktisch 20 ein Kanal 12 kann vorgesehen werden, wobei dann die spielfrei aufliegt. Damit der Manie! so weit aufge- Bohrungen 11 gruppenweise nach jedem Kanal geführt weitet werden kann, daß die erforderliche Verjüngung sein können. '

erreicht wird, kann er gegebenenfalls vom Füßende Um der Gefahr entgegenzuwirken, daß die Nuten 8

her auf der Länge des Fußstücks 1 b des Kerns 1 ge- und die Räume 9, 10 mit Lot während 'des Lötvorschlitzt werden. Die Schlitze können sowohl an An- 25 gangs verstopft werden, wird das Löten auf das Teil- und Abströmkarite als auch an Schaufelbauch und stück des Kerns des Mantels und des Halteblocks Schaufelrücken angeordnet sein. unterhalb der Höhenlage des Bodens der Nuten be-

. Der Mantel 2 wird durch einen Halteblock 3 auf -schränkt.

dem Kern 1 gehalten, welcher ein verjüngtes Loch Die Schaufel ist am Läufer mit zwei Scheiben da-

aufweist, in welches das konische Fußstück 2a des 30 durch befestigt, daß ihr Fuß zwischen den Scheiben Mantels ,hineinpaßt. Der Mantel 2 wird auf diese - mittels der Tarinenbaumprofilverzahnung festgeklemmt Weise zwischen Kern 1 und Halteblock 3 eingeklemmt. -, wird. Diese Befestigungsart ist nicht Gegenstand der Kern 1, Mantel 2 und Block 3 werden weiterhin mittels Erfindung und dient nur der Erläuterung der Kühl-Härtlötens oder mittels eines ähnlichen Schmelz- oder oder Heizmittelzüfuhr. Die Seiten der Halteblöcke 3 S^chweißprozesses miteinander verbunden. Der nach 35 stoßen dabei stumpf aneinander. Die Kühlluft wird außen abgebogene Flansch 2 & des Mantels 2 ist zwi^- in den Raum zwischen den beiden Läuferscheiben gesehen der Unterfläche des Halteblocks 3 und der Ober- fördert und strömt durch die Kanäle 12 in die Kühlfläche des Befestigungsteilstücks la eingeklemmt. Der kanäle 11, 8, 9 und 10 der Schaufel. Flansch 2 b ist an den Schlitzen im verjüngten Teil- , Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5

stück 2 α unterbrochen und an der konvexen Seite der 40 stimmt weitgehend mit der Ausführungsform nach Schaufel im Gebiet der Maximalkrümmung schmaler, den Fig. 1 bis 3 überein. Für gleiche Teile, sind gleiche so daß die Breite des Schaufelfußstücks la und des
Halteblocks 3 verringert werden kann.

Wie sich aus den Fig. 1 und 2 ergibt, ist das

Schaufelfußstück la bei 4, 5 und 6 aus Gründen der 45 Halteblocks 3 und darüber hinaus bis unter denHalte-Gewichtsersparnis teilweise ausgenommen. ' block. Einige oder sämtliche Nuten 8 a auf der kon-

Nachdem Kern 1, Mantel 2 und Halteblock 3 zu- kaven Seite der Schaufel münden in die Aussparung 4 sammengebaut und zusammengelötet oder -geschweißt des Schaufelfußstücks ί ά., während einige der Nuten worden sind, werden die Enden des Schaufelfußstücks / auf der konvexen Seite in' ähnlicher Weise in die la und des Blocks 3, welche zusammen den Schaufel- 5° Ausnehmungen5, 6 auslaufen. Die Nuten 8b auf der fuß bilden, mit Nuten versehen, so daß sich das be- konvexen Seite der Schaufel in der Nähe des Gebietes kannte übliche Tannenbaumprofil des Schaufelfußes 'der Maximalkrümmung sind mit dem Raum unterergibt, mit dem die Schaufel im Türbinenläufer be- halb des Schaufelfußstücks la -und zwischen den festigt ist. Auf diese Weise werden gleichzeitig so- Läuferscheiben vermittels Nuten 13 in der Seitenw.ohl der Kern 1 als auch der Block 3 unmittelbar am 55 fläche des Schaufelfußes la verbunden. Die Räume 9a, Läufer befestigt, und die Lötverbindung braucht nur 10a an An- und Abströmkante der Schaufel führen die Zentrifugalkräfte im bzw. am Mantel 2 aufzunehmen. Diese Belastungskräfte werden teilweise
durch das Kegelprofu des verjüngten Teilstücks 1 b
des Kerns aufgenommen, wodurch die Scherbeanspru- 60
chung des Lotes verringert wird.

Um die Beanspruchung im Mantel selbst herabzusetzen und um außerdem die Beanspruchung des Lotes weiterhin zu verringern, kann der Mantel aus Blech

mit in Richtung auf die-Schaufelspitze zu abnehmen^ 65 feinem Drahtgeflecht hergestellt sein, um bei Benutder Wandstärke hergestellt sein, zung einer Flüssigkeit als Kühlmittel die Schwitzin der Oberfläche des Kerns 1 ist eine Anzahl von kühlung zu erzielen. Die Benutzung poröser durch-Nuten oder Rillen 8 eingearbeitet, welche sich in lässiger Schaufelmäntel sowie die Schwitzkühlung Längsrichtung der Schaufel von einer Höhenlage aus, sind bekannt ,und sind für sich allein nicht Gegenstand welche etwas unterhalb der Oberfläche des Blocks 3 70 der Erfindung...

Bezugszeichen verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich jedoch die Nuten 8a, 8b in der, Oberfläche des Kerns 1 über die ganze Tiefe des

zu Umfangsspalten 14, 15 zwischen dem Schaufelfuß la und dem Halteblock3, welche mit den Kühlluftkanälen in den Läuferscheiben verbunden sind.

Das Mantelblech? besteht aus einer hitzebeständigen Legierung, während für. den Kern ein weniger hitzebeständiges Material verwendet wird.

Der Mantel 2 kann auch aus durchlässigem, beispielsweise gesintertem Werkstoff oder aus sehr

Anstatt Luft kann auch Wasser oder ein sonstiges Kühlmittel mit den entsprechenden Eigenschaften als Kühlmedium benutzt werden.

Wenn die Schaufel bei Verdichtern angewendet wird, kann statt eines Kühlmittels ein Heizmittel in die Schaufel eingeleitet werden, um dadurch beispielsweise eine Eisbildung am Verdichtereingang zu verhindern.

Die Erfindung ist vorstehend nur an Laufschaufeln erläutert worden. Sie kann jedoch auch bei Leitschaufeln von Turbinen oder Verdichtern angewendet •werden. ,

Claims (7)

Patentansprüche.

1. Schaufel für eine Turbine, einen Verdichter oder eine ähnliche Strömungsmaschine mit einem Kern, der an seiner Oberfläche in Längsrichtung verlaufende Nuten aufweist, und mit einem Mantel,

■ welcher sich eng um den Kern legt und die offenen Seiten der als Kühl- oder Heizkanäle dienenden Nuten verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußstücke (2a, Xb) des Mantels (2) und des iverns (1) sich in Richtung auf die Schaufelspitze verjüngen und daß das verjüngte Fußstück (2o) des Mantels (2) in eine konische Aussparung eines Halteblocks (3) zwischen diesem und dem Kern (1) eingeklemmt ist.

2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die unteren Enden der Nuten (8) zwischen der oberen und der unteren Fläche des Halteblocks (3) befinden und daß Kanäle (11, 12) im Kern vorgesehen sind, um das Heiz- oder Kühlmittel von unterhalb der Oberfläche des Kerns nach den Fußenden der Nuten zu führen.

3. Schaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kern, Mantel und Halteblock vermittels eines Schmelzprozesses, z. B. mittels Hartlötens, verbunden sind, wobei die. Verbindungen bzw. die Verbindungsstellen auf diejenigen Teile beschränkt sind, welche unterhalb der Fußenden der Nuten liegen.

4. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußenden der Nuten, unterhalb des Halteblocks liegen (Fig. 4).

5. Schaufel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernquerschnitt unterhalb des Halteblocks (3) größer als der Kernquerschnitt im.Halteblock ist. ·

6. Schaufel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel an seinem Fußende mit einem Flansch (2 b) zwischen Halteblock (3) und verbreitertem Kernfuß eingeklemmt ist.

7. Schaufel nach vorhergehenden Ansprüchen mit Flüssigkeitskühlung, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) aus porösem, durchlässigem Werkstoff besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 550 328;
britische Patentschrift Nr. 694 241.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

909 630/93 9.59·