DE855178C - Hohlschaufel fuer Stroemungsmaschinen, insbesondere fuer Gasturbinen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 10. NOVEMBER 1952

O 65 Ia j 46 f

Die vorliegende Erfindung betrifft eine innengekühlte, aus einem Blechstück hergestellte Hohlschaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere für Gasturbinen.

Bei den bisher bekanntgewordenen Schaufeln dieser Art erfolgt die Befestigung im Schaufelträger, ζ. B. in einem Turbinenrad, mittels Klemmstiften oder Keilen oder in zickzackförmig verlaufenden Nuten mit entsprechend geformten Klemm- bzw. Formstücken.

Das Kühlmittel wird hierbei entweder durch Öffnungen in der Nähe des Schaufelfußes an der Eintrittsseite und Austrittsseite der Schaufel seitlich zugeführt oder durch einen Hohlraum, der zwischen Schaufelfuß und Schaufelträger dadurch entsteht, daß eine Stirnseite des kastenförmig ausgebildeten Schaufelfußes in bezug auf den Schaufelträger übersteht. In beiden Fällen münden die Zuflußöffnungen der Schaufeln in einem Raum, der durch ein Deckblech und den Schaufelträger gebildet wird und in welchen das Kühlmittel eingebracht wird.

Die bekannten Schaufelbauarten haben den Nachteil, daß sie den Anforderungen, wie sie an Turbinenschaufeln hinsichtlich Festigkeit und Befestigung gestellt werden, kaum genügen können, daß der Schaufelfuß und der entsprechende Sitz im Schaufelträger verhältnismäßig schwer herzustellen ist, daß die Befestigung eines Einsatzes im Schaufelinnern, z. B. zwecks Führung des Kühlmittels, schwierig ist, daß die Auswechselbarkeit der Schaufeln erschwert ist und daß die Führung des Kühlmittels in die Schaufel

infolge scharfer Umlenkungen und nicht zu beseiti gender Undichtigkeiten mit großen Verlusten behaftet ist.

Zweck der Erfindung ist es, eine Hohlschaufel und S deren Fuß aus einem einzigen Blech herzustellen, die diese Nachteile vermeidet.

Erreicht wird dies durch folgenden Schaufelaufbau Das die Schaufelwand bildende Blech ist an seinem Ende zu einem Fuß gebogen, der kreisausschnittförmigen Querschnitt hat. Der Übergang des Fußes zum Schaufelprofil verläuft von den Enden des Kreisausschnitts ab auf beiden Seiten in je einer ebenen Fläche, die neben dem Fuß zur Anlage und Führung der Schaufel im Turbinenrad dienen. Der Fuß ist durch ein eingesetztes Füllstück versteift und besitzt auf seiner Unterseite eine oder mehrere öffnungen für den zentralen Durchtritt des aus dem Turbinenrad zugeführten Kühlmittels.

Eine erfindungsgemäße Hohlschaufel besitzt also den bei Vollschaufeln bereits bekannten und bewährten, sogenannten Lavalfuß.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. ι ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Hohlschaufel;

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie B-B der Fig. 2; Fig. 4 zeigt eine Variante für die Ausbildung der Schaufelhinterkante;

Fig. 5, 6 und 7 zeigen für die Herstellung der Schaufel aus einem ebenen Blechstück den Blechzuschnitt in Ansicht, Querschnitt und Längsschnitt; Fig. 8 und 9 zeigen den Einbau der erfindungsgemäßen Schaufel in einem Turbinenrad, und zwar zeigt die Fig. 8 die Draufsicht auf die Eintrittsseite eines Teils eines Turbinenrads und Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie E-E der Fig. 8.

Die Schaufel der Fig. 1, 2 und 3 ist durch entsprechendes Biegen in Gesenken und mittels Formstücken aus einem ebenen Blechzuschnitt gemäß den Fig. 5, 6 und 7 hergestellt. Das Schaufelblech 1 ist an seinem Ende zum Schaufelfuß 2 gebogen. 3 sind die innerhalb des Übergangs zwischen zylindrischem Fuß und Schaufelprofil verlaufenden ebenen Anlageflächen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegen diese Flächen planparallel, und ihr Abstand ist geringer als der Durchmesser des Fußes. Mit 4 ist das zylindrische Füllstück des Fußes bezeichnet. 5 ist die öffnung an der Unterseite des Schaufelfußes für den zentralen Durchtritt des Kühlmittels. 6 ist die an der Unterseite des Fußes verlaufende Trennfuge zwischen den Blechenden 7° und 7», die den Fuß bilden und, wie an sich bekannt, längs der Fuge 6 verschweißt sind. Das Füll- ■ stück 4 ist an den beiden Stirnseiten und an der Trennfuge 6 mit dem Schaufelblech verschweißt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Schweißnaht 8 an der Eintrittsseite der Schaufel über den ganzen Umfang des Füllstücks 4, während die Schweißnaht 9 an der Austrittsseite der Schaufel aus Festigkeitsgründen nur über die an der Unterseite des Fußes liegenden Hälfte des Umfangs verläuft. Aus demselben Grund ist die Verschweißung des Schaufelblechs 1 an der Schaufelhinterkante 10 nur bis zum Punkt 11 geführt. In diesem Zusammenhang sei jedoch darauf hingewiesen, daß es auch möglich ist, das Füllstück 4 mit dem Schaufelblech 1 und das Schaufelblech 1 selbst an der Trennfuge 6 und der Hinterkante 10 so zu verschweißen, daß die Schaufel allseitig dicht geschlossen ist mit Ausnahme der öffnung 5 im Fuß für den Eintritt des Kühlmittels und mit Ausnahme der öffnung für den Austritt des Kühlmittels, die sich vorzugsweise am Schaufelende befindet.

Das Füllstück 4 ist im Bereich der öffnung 5 für den Durchtritt des Kühlmittels derart verjüngt, daß das Kühlmittel zu beiden Seiten des verjüngten Teils 4" längs der eingezeichneten Pfeile in die Schaufel eintritt. Die Verjüngung kann an sich beliebigen Querschnitt haben. Anstatt das Füllstück zu verjüngen, kann man es im Bereich der öffnung 5 auch unterbrechen bzw. durchbrechen. Es ist zweckmäßig, das Füllstück zweiteilig auszubilden, so daß es von beiden Seiten in den Fuß einschiebbar ist.

Ist die Schaufel, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, mit einem Einsatz 12 versehen, der als Führung für die Kühlluft oder als Schwingungsdämpfer oder für beide Zwecke gleichzeitig dient, so wird der Einsatz 12 durch einen Schlitz 13 im Füllstück 4 bis auf die Unterseite des Fußes hindurchgeführt und dort mit dem Füllstück 4 verschweißt.

Mit 14 ist in den Fig. 1 und 2 eine Nut im Schaufelfuß bzw. im Füllstück 4 bezeichnet, in welche bei der Montage der Schaufel im Schaufelträger (vgl. auch Fig. 9) ein Sicherungsring eingelegt wird.

Anstatt die Schaufelhinterkante 10 durch stumpfes Verschweißen der aneinanderliegenden Blechkanten verhältnismäßig rund auszubilden, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, kann man sie auch als scharfe Kante gemäß Fig. 4 herstellen. Im letzteren Falle ist die Verbindung mittels elektrischer Punkt- oder Rollschweißung vorzunehmen.

Als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Schaufel durch Biegen aus einem ebenen Blech dient erfindungsgemäß ein Blechzuschnitt 15 gemäß den Fig. 5, 6 und 7, der in nicht gebogenem Zustand nahezu rechteckige Form hat und an seinem einen Ende zur Bildung des Schaufelfußes vier rechteckige Ansätze 16, 17, 18 und 19 besitzt. Die Größe und die Abstände dieser Ansätze sind durch die Größe der öffnung im Schaufelfuß und den Durchmesser des Fußes gegeben.

Vorteilhaft wird, wie an sich bekannt, Blech verwendet, das vom Schaufelfuß zum Schaufelkopf abnehmende Blechstärke hat, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, die einen Schnitt längs der Linie D-D in Fig. 5 wiedergibt. Die beiden Kanten io° und io^b des Blechs, die nach dem Biegen aufeinanderliegen und die Austrittskante 10 der Schaufel bilden, sind auf der dem Schaufelinnern entsprechenden Seite abgeschrägt, wie aus der Fig. 6 zu ersehen ist, die einen Schnitt längs der Linie C-C der Fig. 5 darstellt.

Vorzugsweise verläuft diese Abschrägung mit vom Schaufelfuß zum Schaufelkopf abnehmender Tiefe, wie durch die gestrichelten Linien 20" und 20⁶ in Fig. 5 angedeutet ist.

Das Blech mit abnehmender Blechstärke und evenuell abgeschrägten Kanten wird beispielsweise durch

Formwalzen erzeugt mittels Walzen, in die das erforderliche Blechprofil eingearbeitet ist.

Die Herstellung der erfindungsgemäß geformten Schaufel kann an Stelle der bisher erwähnten Verwendung eines ebenen Blechzuschnitts auch unter Verwendung eines entsprechend geformten und gezogenen Topfes oder Rohres vorgenommen werden.

Bei dem in den Fig. 8 und 9 wiedergegebenen Einbau einer erfindungsgemäßen Schaufel in ein Turbinenrad ist die Schaufel in entsprechende Nuten 21 des Radkranzes 22 eingesetzt. Mit 23 ist die Radscheibe bezeichnet. 24 ist ein Sicherungsring, der in die Nuten 14 aller Schaufeln eingelegt wird. Mit 25 ist ein Auswuchtstück bezeichnet. 26 ist eine der Bohrungen im Radkranz 22, durch welche das Kühlmittel den Schaufeln bzw. den öffnungen 5 im Fuß der Schaufeln längs der eingezeichneten Pfeile zugeführt wird. In Fig. 8 sind drei Bohrungen 26 gestrichelt eingezeichnet. Den Bohrungen 26 wird das Kühlmittel aus dem Raum 27 zugeführt, der aus der Radscheibe 23, dem Kranz 22 und dem Deckblech 28 gebildet wird und dem seinerseits das Kühlmittel über entsprechende, nicht dargestellte Leitungen zugeführt wird.

Wie aus der Fig. 9 zu ersehen ist, erfolgt die Zufuhr as des Kühlmittels in die Schaufel innerhalb der Schaufel ohne scharfe Umlenkungen und sind keine Leckstellen in der Führung des Kühlmittels vorhanden.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Innengekühlte, aus einem Blechstück hergestellte Hohlschaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere für Gasturbinen, mit folgenden Merkmalen: Das die Schaufelwand bildende Blech ist an seinem Ende zu einem Fuß gebogen, der kreisausschnittförmigen Querschnitt hat. Der Übergang des Fußes zum Schaufelprofil verläuft von den Enden des Kreisausschnitts ab auf beiden Seiten in je einer ebenen Fläche, die neben dem Fuß zur Anlage und Führung der Schaufel im Turbinenrad dienen. Der Fuß ist durch ein eingesetztes Füllstück versteift und besitzt auf seiner Unterseite eine oder mehrere öffnungen für den zentralen Durchtritt des aus dem Turbinenrad zugeführten Kühlmittels.
2. 2. Hohlschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anlageflächen planparallel verlaufen und ihr Abstand geringer ist als der Durchmesser des Fußes.
3. 3. Hohlschaufel nach Anspruch 1 oder 2 mit folgendem Merkmal: Das Füllstück ist mit dem Schaufelblech an der Trennfuge der Blechenden und gegebenenfalls an den beiden Stirnseiten verschweißt.
4. 4. Hohlschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit folgendem Merkmal: Das Füllstück ist im Bereich der öffnung für das Kühlmittel derart verjüngt, daß das Kühlmittel zu beiden Seiten des verjüngten Teils in die Schaufel eintritt.
5. 5. Hohlschaufel nach Anspruch 4 mit folgendem Merkmal: Das Füllstück ist im Bereich der öffnung für den Durchtritt des Kühlmittels unterbrochen.
6. 6. Hohlschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 5 mit folgendem Merkmal: Ein im Hohlraum der Schaufel angeordnetes Leitblech, das auch als Schwingungsdämpfer dienen kann, ist durch einen Schlitz im Füllstück bis auf die Unterseite des Fußes hindurchgeführt und dort mit dem Füllstück verschweißt.
7. 7. Hohlschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 6 mit folgendem Merkmal: Das in nicht gebogenem Zustand nahezu rechteckige Blechstück für die Herstellung der Schaufel besitzt an seinem einen Ende zur Bildung des Schaufelfußes vier rechteckige Ansätze. Größe und Abstände dieser Ansätze sind durch die öffnung im Schaufelfuß und den Durchmesser des Fußes gegeben.
8. 8. Hohlschaufel nach Anspruch 7 mit folgendem Merkmal: Die beiden Kanten des Blechs, die nach dem Biegen aufeinanderliegen und die Austrittskante der Schaufel bilden, sind auf der dem Schaufelinnern entsprechenden Seite abgeschrägt, vorzugsweise mit vom Schaufelfuß zum Schaufelkopf abnehmender Tiefe.

   Angezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 522 992, 557 860, 724470, 735668, 737 479;

   Aircraft Engineering, Februarheft 1946, S. 47 und 48.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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