DE576968C - Beschaufelung fuer radial beaufschlagte Kreiselmaschinen - Google Patents

Description

Bei der Anordnung radial durchströmter Beschaufelung hat es sich als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, die Schaufeln an beiden Enden durch in sich geschlossene Ringe zu halten. Von diesen Ringen überträgt dann der eine — Fußring genannt — das von den Schaufeln ausgeübte Drehmoment auf die anzutreibende Welle und hält auch die Schaufeln in zentrischer Lage fest. Der andere Ring — Kopfring genannt — hält ebenfalls infolge seiner in sich geschlossenen Form die Schaufeln gegen die auftretenden Fliehkräfte zusammen, muß aber von den Schaufeln selbst getragen werden. Durch eine derartige An-Ordnung entsteht der große Vorteil, daß jeder Ring nur die halben S chaufelfliehkräite aufzunehmen braucht, daß weiterhin durch diese Fliehkräfte die in den Ringen befestigten und hierdurch geschwächten Schaufelenden prak-

ao tisch nur auf Scherung und nicht auf Biegung beansprucht werden und daß schließlich das durch die Umfangskräfte der Schaufeln an deren Enden erzeugte Biegungsmoment sich auf zwei Schaufelenden verteilt, also für jedes

ag Schaufelende nur halb so groß ist. Es ist infolgedessen möglich, mit billigen, durch Schweißen und Einwalzen bewirkten Schaufelbefestigungen auszukommen.

Sobald jedoch größere Leistungen von einer Schaufel übertragen werden müssen, wird die Biegungsbeanspruchung der Schaufelenden durch das durch die Umfangskräfte erzeugte Biegungsmoment selbst bei Verteilung auf beide Schaufelenden größer, als den durch die billige Befestigungsart geschwächten Schaufeienden zugemutet werden darf. Es müssen dann gefräste Schaufeln und Schaufelenden zur Verwendung gelangen, deren Herstellungskosten das Vielfache der für schwächere Belastungen zulässigen einfachen Herstellung aus gewalzten Schaufeln, welche verschweißt und eingewalzt werden, betragen.

Um die Schaufelenden von dem Biegungsmoment in Umfangsrichtung, welches durch die Leistungsabgabe entsteht, zu entlasten und so die billige Beschaufelungsweise auch für hochbelastete Schaufeln brauchbar zu machen, ist bereits vorgeschlagen worden, Kopf- und Fußring durch Anordnung zusätzlicher, schräg zur Mittelachse der Maschine in Umfangsrichtung geneigter Stützen zu verspannen. Hierdurch entstehen in bekannter Weise Verspannungsdreiecke, durch welche die Biegungsbeanspruchungen in Zug- und Druckspannungen umgesetzt werden. Diese Lösung hat aber infolge praktischer Unausführbarkeit keine Bedeutung erlangt. Die zusätzlichen Stützen müssen, da sie schräg zu den Schaufeln angeordnet sind, eine größere Länge als diese haben. Sie werden also durch die Fliehkraft, welche in der Mitte die höchste Biegungsbeanspruchung erzeugt, noch höher beansprucht als die Schaufeln selbst, d. h. ihre radiale Dicke muß mindestens so groß bemessen werden wie die der Schaufeln. Da sich die Schaufelringe ganz dicht umlagern müssen, wenn eine ausreichende Schaufelzahl untergebracht werden soll, so ist naturgemäß

kein Platz vorhanden zwischen den einzelnen Schaufelringen, um Stützen von gleicher Höhe wie die Schaufeln selbst unterzubringen. Theoretisch möglich wäre die Anordnung nur bei der letzten, d. h. äußersten Schaufelreihe. Hier sind jedoch die Schaufeln selbst in den meisten Fällen bereits durch die Fliehkraft in ihrem Mittelquerschnitt auf das äußerst zulässige Maß beansprucht. Auf noch etwas ίο größerem Durchmesser, d. h. bei noch größerer Fliehkraft, längere Stützen anzuordnen als die Schaufeln, scheitert deshalb daran, daß die Stützen nicht mehr fest genug gegen die Fliehkraft ausgeführt werden können.
Die Erfindung gibt einen neuen Weg zur Lösung der geschilderten Aufgabe an. Sie besteht darin, daß die einzelnen Schaufeln in Umfangsrichtung eine zur Mittelachse der Maschine sich im Schaufelkranz fortlaufend ändernde Neigung besitzen. Um zu vermeiden, daß die Schaufelkanäle sich durch die Neigung der Schaufeln gegeneinander einseitig zu stark verengen oder erweitern, und daß sieb hierdurch entweder die Führung des Antriebsmittels verschlechtert oder die Wandreibung unzulässig erhöht, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung die fortlaufende Neigungsänderung der Schaufeln dadurch er-' reicht, daß die Teilung an beiden Schaufelenden einen über eine Vielzahl von Schaufeln fortlaufend verteilten Unterschied aufweist. Dieser Unterschied kann dabei so klein sein, daß er für den einzelnen Schaufelkanal praktisch überhaupt nicht bemerkbar ist, in der fortlaufenden Summierung aber doch die gewünschte Schrägstellung herbeiführt. Zur Erreichung des Zweckes der Erfindung ist es dabei nur erforderlich, daß an gleichen Stellen des Umfanges die Teilungen der beiden Schaufelenden voneinander abweichen und daß über den Umfang verteilt verschiedene Schaufelteilungen zur Anwendung kommen. Die günstigsten Verhältnisse bezüglich Herstellungskosten und Schaufelkanalform treten ein, wenn mehrere regelmäßige, aber voneinander abweichende Teilungen zur Anwendung kommen, zweckmäßig nur zwei. Hierbei wechseln sich zweckmäßig die verschiedenen Teilungen an beiden Schaufelenden abschnittsweise ab. Da die Schaufeln aus Herstellungsgründen meist zu Gruppen von 10 bis 30 Schaufeln in Form von einbaufertigen Ringstücken vereinigt werden, so ist die Herstellung besonders einfach, wenn innerhalb jedes Ringstückes die Neigung der Schaufeln gegenüber der Mittelachse der Maschine in Umfangsrichtung von Null auf einen gewollten größtem Wert ansteigt, indem die Teilung auf einer Seite großer als auf der andern Seite gewählt wird oder umgekehrt. Hierbei kann die Neigung stets in derselben Richtung erfolgen oder noch besser abwechselnd in der einen und andern Richtung.

In jedem Falle wird erreicht, daß die gewollte Form von Verspannungsdreiecken auftritt, ohne daß die Strömungsverhältnisse in den Schaufeln nachteilig beeinflußt werden. Die Biegungskräfte werden durch Zug- und Druckkräfte in den Schaufeln selbst aufgenommen, ohne daß die Schaufelenden biegungsfest zu sein brauchen. Da der Kopfring nur durch die Schaufeln selbst in seinem Abstand zum Fußring gehalten wird, so muß die Anordnung derart getroffen werden, daß der Kopfring sich nicht gegenüber dem Fußring neigen kann, indem die Schaufeln ihre Neigung verändern. Da der Kopfring ein in sich geschlossener Ring ist, so kann die absolut parallele Lage zum Fußring dadurch gesichert werden, daß die Neigung der Schaufeln an zwei im Durchmesser gegenüberliegenden Punkten stets symmetrisch ist. Alle die Lage des Kopfringes verändern wollenden Kräfte sind dann an zwei im Durchmesser gegenüberliegenden Stellen gleich, wodurch ein Kippen verhindert wird. Eine erfolgreiche Ausführung der Erfindung erfordert daher, daß die Schaufeln auf dem Umfang bei einseitiger Neigung mindestens, zweimal, bei zweiseitiger Neigung mindestens viermal in go die parallele Lage zur Mittelachse der Maschine zurückkehren.

Die Abb. 1 und 2 zeigen schematisch den abgewickelten Umfang von nach der Erfindung beispielsweise ausgebildeten Schaufeiringen in der Draufsicht.

In Abb. ι stellen die Linien 1 bis 8 die Seitenleisten von Schaufelringstücken dar, mit denen die ebenfalls mit Linien angedeuteten Schaufeln 9 verschweißt oder sonstwie verbunden sind. Die Leisten 1 bis 8 werden in bekannter Weise in die Kopf- und Fußringe eingewalzt, um den betriebsfähigen Schaufelring herzustellen. Gemäß Abb. 1 besteht der gesamte Umfang aus den vier Schaufelringstücken 1,2; 3, 4; 5, 6 und 7, 8. Es können natürlich auch beliebig mehr Ringstücke angeordnet sein. In Ausführung des Erfindungsgedankens ist z. B. die Teilung der Leisten 1, 4, 5 und 8 die gleiche und kleiner als die Teilung der Leisten 2, 3, 6 und 7, welche wiederum für diese Leisten die gleiche ist. Es kommen also nur zwei verschiedene Teilungen und Sorten von Leisten zur Anwendung, so daß die Herstellung einfach und billig ist. Beim Schaufelringstück 1, 2 steht die erste Schaufel ganz links senkrecht zu den Leisten. Dadurch, daß die Teilung der Leiste 2 größer ist als die Teilung der Leiste 1, neigen sich die Schaufeln mehr und mehr bis zu einer größten Schrägung am rechten Ende des Ringstückes 1, 2. Da der Teilungsunter-

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schied nur gering ist, so wird die Form des Schaufelkanals praktisch nicht ungünstig beeinflußt. Das Ringstück 3, 4 beginnt mit der größten Schrägstellung der Schaufeln. Da aber hier die Teilung der Leiste 3 größer ist als die Teilung der Leiste 4, so nähern sich die Schaufeln mehr und mehr wieder der Lage senkrecht zu den Leisten, welche am rechten Ende erreicht wird.

Ringstück 5, 6 ist genau symmetrisch ausgeführt zu Ringstück i, 2, Ringstück 7, 8 symmetrisch zu Ringstück 5, 6. Besteht der ganze Umfang aus diesen vier Ringstücken, so wird· durch die symmetrische Anordnung erreicht,

daß der Kopfring seine parallele Lage auch unter den Verschiebungskräften beibehält. Sind z. B. die Leisten 1, 3, 5 und 7 im Kopfring befestigt, die Leisten 2, 4, 6 und 8 im Fuß ring, so daß sie sich gegeneinander nicht verschieben können, so treten alle Kräfte, welche die Ringe voneinander entfernen oder einander annähern wollen', immer genau diametral gegenüberliegend auf. Ein Kippen des Kopfringes aus der parallelen Lage zum Fußring kann also nicht auftreten. Von dieser genauen Symmetrie kann natürlich ' in bestimmten Grenzen unbedenklich abgewichen werden. Je mehr Ringstücke zur Verwendung gelangen, d. h. je häufiger die Schaufeln von der größten Schräge zur Senkrechten auf dem Umfang wechseln, desto weniger braucht auf Symmetrie Wert gelegt zu werden.

Abb. 2 zeigt eine entsprechende Ausführung, wenn die Neigung der Schaufeln nach beiden Richtungen sich ausdehnt. Hier haben die Leisten 10, 13, 15, 16, 18, 21, 23 und 24 die gleiche Teilung, welche kleiner ist als die ebenfalls unter sich gleiche Teilung der Leisten 11, 12, 14, 17, 19, 20, 22 und 25. Die Wirkung ist genau die gleiche wie diejenige der in Abb. 1 gezeigten. Die zur Erreichung völliger Symmetrie erforderliche Mindestzahl von Ringstücken oder Neigungswechseln beträgt hier, wie in der Abb. 2 angedeutet, acht. Bei einer größeren Anzahl braucht auf genaue Symmetrie auch hier weniger geachtet zu werden.

Aus den Abbildungen geht hervor, daß bei der Anordnung nach der Erfindung Ver-Spannungsdreiecke entstehen, welche eine gegenseitige Verdrehung von Kopf- und Fußring verhindern, ohne daß die Schaufelenden Biegungsmomenten widerstehen müssen. In bekannter Weise treten nur Zug- und Druckkräfte hierbei auf. Die Verspannungsdreiecke werden aber derart gebildet, daß unzulässige Erweiterungen oder Verengungen der S chaufel teilung nicht auftreten, obwohl keine andern Stützstreben als die Schaufeln selbst verwendet werden. Mit dieser Anordnung können deshalb bei Verwendung billigster Schaufelbefestigung große Umfangskräfte übertragen werden, ohne daß andere praktisch fühlbar werdende Nachteile auftreten.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   ι. Beschaufelung für radial beaufschlagte Kreiselmaschinen, vorzugsweise Gas- oder Dampfturbinen, bei denen beide Enden der Schaufeln durch in sich geschlossene Ringe gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schaufeln in Umfangsrichtung eine zur Mittelachse der Maschine sich im Schaufelkranz fort- laufend ändernde Neigung besitzen.
2. 2. Beschaufelung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung an beiden Schaufelenden einen über eine Vielzahl von Schaufeln fortlaufend verteilten Unterschied aufweist.
3. 3. Beschaufelung nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß an gleichen Stellen des Umfanges die Teilungen der beiden Schaufelenden voneinander abweichen.
4. 4. Beschaufelung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang verteilt verschiedene Schaufel- go teilungen angewendet sind.
5. 5. Beschaufelung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere regelmäßige, aber voneinander verschiedene Teilungen angewendet sind.
6. 6. Beschaufelung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die verschiedenen Teilungen an beiden Schaufelenden abschnittsweise abwechseln.
7. 7. Beschaufelung nach Anspruch 1 bis 6, iqo dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln auf dem Umfang bei einseitiger Neigung mindestens zweimal, bei zweiseitiger Neigung mindestens viermal in die parallele Lage zur Mittelachse der Maschine zurückkehren.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen