DE1046408B - Laeufer fuer Radial-Turbinen oder Radial-Verdichter, insbesondere von Gasturbinenanlagen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft Läufer für Radial-Turbinen oder Radi al-Verdichter, insbesondere von Gasturbinenanlagen, mit einem 'beschaufelten Läufer, bestehend aus einem Läuferkörper, einem Schaufelträger, welcher an einer Seite des Läuferkörpers befestigt ist, und aus Schaufeln, welche vom Schaufelträger auf der dem Läuferkörper abgewandten Seite gehalten werden, wobei der Schaufelträger in axialer Richtung vom Läuferkörper durch einen Spielraum getrennt ist, durch welchen hindurch ein Kühlmittel zum Durchströmen zu bringen ist, und wobei das in den Spielraum an radial innen gelegenen Stellen eingeführte Kühlmittel durch diesen infolge Fliehkraftwirkung förderbar ist und ein Teil des Kühlmittels an radial außen gelegenen Stellen aus dem Spielraum in den Spalt zwischen Läufer und Gehäuse austritt.

Es sind zwar Läufer für Radial-Turbinen- oder Radial-Verdichter bekanntgeworden, bei welchen auf einem Schaufelgrundkörper ein Schaufelträger aus Metallblech so angeordnet ist, daß zwischen diesen ein Zwischenraum entsteht, durch welchen Kühlluft zirkuliert, um eine Kühlung der Schaufelfüße und des S chaufel trägers zu bewirken. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art sind die am Schaufelträger sitzenden Schaufeln aus massiven Metallblechen von relativ großer Dickenabmessung hergestellt, so daß eine Kühlung der einzelnen Schaufelblätter auf ihrer gesamten Fläche nicht möglich ist.

Zweck der Erfindung .ist die Schaffung eines Läufers für Radial-Turbinen- oder Radial-Verdichter, welcher Schaufeln aufweist, die aus relativ dünnen Blechen hergestellt sind und ein genügend hohes Widerstandsmoment aufweisen sowie über ihre ganze Fläche hinweg möglichst gleichmäßig gekühlt werden.

Bei Anwendung der Erfindung werden die Läuferschaufelblätter als Hohlschaufeln ausgebildet, wobei deren Hohlraum mit dem Hohlraum zwischen Läuferkörper und Schaufelträger in Strömungsverbindung steht, derart, daß von dem Kühlmittelstrom ein Kühlmittelteil zwischen Läufer und Gehäuse austritt und sich dann gemäß dem wesentlichen Erfindungsvorschlag in den Arbeitsmittelstrom abströmend mit diesem vermischt, während der andere Teil des Kühlmittels aus dem Spielraum zunächst in die als an sich bekannte Hohlschaufeln ausgebildeten Schaufeln eintritt. Dabei kann in Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens auf jader Seite des Läuferkörpers ein Schaufelträger befestigt sein.

Gemäß einem anderen Erfindungsmerkmal kann der oder jeder Schaufelträger als ringförmiger Leitbauteil aus Blech hergestellt sein, der auf einer seiner Flächen Hohlschaufeln aus gleichem Werkstoff trägt, wobei der Leitbauteil Öffnungen aufweist, durch welche Läufer für Radial-Turbinen

oder Radial-Verdichter,
insbesondere von Gasturbinenanlagen

Anmelder:

Power Jets (Research. & Development)
Limited, London

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

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 15. Februar 1951

John Constantine Grey, London,
ist als Erfinder genannt worden

hindurch ein Teil des Kühlmittels in die Schaufel einzufließen vermag.

Die Erfindung kann weiterhin darin bestehen, daß der Läuferkörper mit Durchlässen oder Bohrungen versehen ist, welche von einem in der Nabe vorgesehenen axialen Durchgangsweg oder einer Bohrung nach dem Spielraum führen, um das Kühlmittel dorthin zu übermitteln.

Dabei ist es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung möglich, daß die Durchlässe vom axialen Durchgangs weg her radial nach außen führen und daß Löcher in der Nähe des Umfanges des Läuferkörpers vorgesehen sind, so daß gasförmiges Kühlmittel, welches dem Durchgangsweg zugeführt wird, durch die Durchlässe hindurchfließt und durch die vorerwähnten Löcher in den Gasstrom austritt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Schaufeln am Schaufelträger angeschweißt sind und dieser am Läuferkörper ebenfalls durch Schweißen befestigt ist sowie darin, daß jede Schaufel einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und aus zwei Metallblechen hergestellt ist, welche in geeigneter Weise gebogen sind und durch Schweißen an der Grundfläche des »U« miteinander verbunden werden.

Schließlich kann gemäß der Erfindung der Schaufelträger an einer in radialer Richtung innen gelegenen Scheibe und in einem in radialer Richtung außen ge-

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legenen Ring angeschweißt sein, wobei die Scheibe an hergestellt sein, da sie nicht in Kontaktberührung mit

der Nabe oder am Vorderende des Läuferkörpers und den heißen Gasen kommen.

der Ring am Umfang des Lauferkörpers befestigt sind. Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich,

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie bei- daß der teuere hitzebeständige austenitische Werkstoff

spielsweise wiedergegebenen Zeichnung ausführlicher S nur für die Metallblechteile in Betracht kommt, wäh-

erläutert werden, und zwar zeigt rend der relativ gedrungene Körper 2 aus ferritischem

Fig. 1 einen Längsteilschnitt durch eine einflutige Stahl bestehen kann und gut schmiedbar ist, da er

zentripetale Radial-Turbine, keine aus einem Stück mit ihm geformte Schaufeln

Fig. 2 eine räumliche Darstellung eines ringförmi- zu tragen braucht.

gen Schaufelträgers mit einer Hohlschaufel, die in io Der Schaufelträger 4 ist mit in radialer Richtung

ihrer Arbeitsstellung angeschweißt ist, und einer an- verlaufenden Reihen von Löchern 15 versehen, welche

deren Hohlschaufel, die getrennt dargestellt ist, von den Schaufeln 3 überdeckt werden, wenn diese

Fig. 3 einen Schnitt nach der Schnittlinie IH-III angebracht sind, so daß diese Löcher eine Verbindung

in Fig. 1, zwischen dem Raum 7 und dem hohlen Innern einer

Fig. 4 einen Schnitt nach der Schnittlinie IV-IV in 15 jeden Schaufel herstellen. Es mag erwähnt werden,

Fig. 2, während daß die Reihenfolge des Zusammenbaus gegenüber

Fig. 5 einen Axial teilschnitt durch eine doppel- dem Vorerwähnten geändert werden kann; beispiels-

flutige zentripetale Radial-Turbine wiedergibt. . weise kann der Schaufelträger 4 am Körper 2 befestigt

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte zentripetale werden, bevor die Schaufeln 3 angesetzt werden.
Radial-Turbine besteht aus einem Gehäuse 1, inner- 20 Der Läuferkörper 2 ist bei 16 mit einer Mittelhalb dessen ein einflutiger Läufer drehbar angeordnet aussparung versehen, und dieser Bohrung wird ein ist. Der Läufer besteht aus einem verhältnismäßig Kühlluftstrom zugeführt, welcher, wenn die Turbine gedrungenen Scheibenkörper 2 aus ferritischem Metall einen Teil einer Gasturbinenanlage bildet, vom Kom- oder einem ähnlichen Werkstoff und aus hohlen Metall- pressor einer solchen Anlage abgenommen werden schaufeln 3, welche an einem ringförmigen Schaufel- 25 kann, da, wie unten näher ausgeführt werden wird, träger 4 aus Metall angeschweißt sind, welcher selbst die Kühlluft einen höheren Druck als das Arbeitsam Körper 2 mittels einer nachfolgend näher beschrie- mittel zwischen den Läuferschaufeln aufweisen soll, benen Befestigung gehalten wird. Das heiße Acbeits- Durchlässe 17 strahlen in radialer Richtung von der mittel tritt durch die Düsenleitbleche 5 ein und strömt Bohrung 16 aus und führen in den Raum 7 hinein, in im allgemeinen radialer Einwärtsrichtung durch 30 während der Umfangsring 12 mit einer Ringreihe von die Durchlässe hindurch, welche von den Schaufeln 3 Löchern 18 versehen ist, welche den Raum 7 in Vergebildet werden, um dann in im allgemeinen axialer bindung mit der Rückseite des Läuferkörpers bringen. Richtung bei 6 ausgeblasen zu werden. Die Schau- Auf diese Weise fließt die Kühlluft, unterstützt durch fein 3 und der Schaufelträger 4, welche die Hauptteile die Fliehkraft, nach oben durch die Durchlässe 17 und des Läufers sind, welche von den heißen Gasen über- 35 durch den Raum 7, derart, daß der Körper 2 thermisch strömt werden, sind aus hitzewiderstandsfähigem gegenüber dem Schaufelträger 4 isoliert ist. Etwas austenitischen Werkstoff hergestellt. Der Schaufel- Kühlluft gelangt durch die Umfangslöcher 18 hinträger hat eine derjenigen des Körpers 2 angepaßte durch, und von dieser Luft strömt etwas um die Kante Form und ist daran in solcher Weise befestigt, daß des Ringes 12 herum und vermischt sich dort mit dem ein kleiner Spielraum 7, von beispielsweise etwa 3 mm 40 Arbeitsmittel, während andere Luft radial nach innen Mindestwert bei einem kleinen Läufer, zwischen über die Rückfläche des Läufers in Richtung auf die Schaufelträger und Scheibenkörper vorhanden ist. Labyrinthdichtung 19 strömen kann. Etwas Luft tritt

Jede Schaufel 3 hat einen U-förmigen Querschnitt in das Innere der Hohlschaufeln 3 durch die Löcher 15 (vgl. Fig. 3 und 4) und besteht aus zwei ähnlichen hindurch ein, wobei anzunehmen ist, daß im Betrieb Hälften, welche entlang der Linie 8 zusammenge- 45 die Luft durch die Schlitze 10 hindurchfließt und sich schweißt sind, und zwar am untersten Punkt des »U«. mit dem Arbeitsmittel am Auslaß oder Auspuff ver-Wie ersichtlich, ist die so gebildete Hohlschaufel am einigt. Die genaue Art der Luftströmung ist nicht mit Einlaßende geschlossen, und zwar dadurch, daß die Sicherheit voraussehbar, und es kann sich tatsächlich Kanten zusammengepreßt und bei 9 verschweißt sind, herausstellen, daß bessere Ergebnisse in der Praxis während am Ausgangsende die Schaufeln bei 10 offen 50 dadurch erzielbar sind, daß Schaufeln verwendet wergelassen sind, obwohl .die Kanten etwas zusammen- den, welche, ungleich den dargestellten, durch Vergepreßt sind, derart, daß die Öffnung 10 nur ein schweißen an ihren strömungsauswärts gelegenen oder Schlitz -ist, der enger als die Breitenabmessung des Ausgangskanten (d. h. an der Stelle 10) verschlossen Schaufelquerschnitts an der weitesten Stelle ist. Jede sind, während ihre strömungseinwärts gelegenen oder so hergestellte Schaufel (die mit den Auslaßkanten 55 Einlaßkanten mittels eines Schlitzes offengehalten in der erforderlichen Weise kurvenförmig ausgabildet werden. In einem solchen Falle würde die Luftströist) wird am Schaufelträger 4 mittels Schweißnaht an mung durch die Hohlschaufeln hindurch vermutlich jeder Seite entlang der Linie 11 befestigt. Die gesamte eine in radialer Richtung nach außen verlaufende hitzebeständige bauliche Einheit (d.h. Schaufelträger 4 Strömungsrichtung aufweisen, wobei die Luft sich plus Schaufeln 3) ist am Körper 2 am Umfang durch 60 mit dem Strom des heißen Arbeitsmittels an den Verschweißen an einem Ring 12 befestigt, welcher Schaufelspitzen 9 vereinigt. Es ist auch denkbar, daß über Bolzen von Körper 2 gehalten wird, wobei der die Verwendung von Hohlschaufeln, die sowohl am Ring aus austenitischem Metall hergestellt ist, da er Einlaß- als auch am Anslaßende geschlossen sind, ein Teil ist, der mit den heißen Gasen in Berührung von Vorteil sein kann.

kommt. An der Nabe ist der Schaufelträger 4 bei 13 a 65 Fig. 5 zeigt eine doppelflutige Turbine, die tat-

an einem Ring 13 angeschweißt, welcher über Bolzen sächlich aus zwei Läufern gemäß demjenigen nach

vom Körper 2 gehalten wird, und er ist außerdem bei Fig. 1, Rücken an Rücken angeordnet und mit den

14(7. an einem Ring oder einer Scheibe 14 angeschweißt, dadurch bedingten baulichen Abänderungen, besteht,

welche über Bolzen vom Teil 13 gehalten werden. Die Beispielsweise sind die Scheibenkörper 2 bei 20 mit

Bauteile 13 und 14 können aus ferritischem Werkstoff 7° einer Passungseindrehung versehen, wobei Bolzen 21

die beiden Körper gegeneinaniderpressen und auf einer Welle befestigen. An der einen Seite des Läufers stellen axiale Bohrungen 22 eine Verbindung mit den radialen Durchlässen 17 her. In der übrigen Hinsicht ist die bauliche Ausbildung ziemlich die gleiche wie diejenige in den Fig. 1 bis 4, wobei in Fig. 5 die gleichen Bezugszeichen für solche Bauteile verwendet worden sind, welche den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Teilen gleichen oder entsprechen.

Wenn auch die Erfindung hauptsächlich in der Anwendung bei zentripetalen Radial-Turbinen beschrieben worden ist, so ist sie auch beim Bau von Zentrifugal-Kompressoren anwendbar, wenn sich Umstände ergeben (beispielsweise bei Gasturbinenanlagen für chemische Prozesse), wo es erwünscht ist, heiße Gase zu komprimieren.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Läufer für Radial-Turbine oder Radial-Verdichter, insbesondere von Gasturbinenanlagen, mit einem beschaufelten Läufer, bestehend aus einem Läuferkörper, einem Schaufelträger, welcher an einer Seite des Läuferkörpers befestigt ist, und aus Schaufeln, welche vom Schaufelträger auf der dem Läuferkörper abgewandten Seite gehalten werden, wobei dar Schaufelträger in axialer Richtung vom Läuferkörper durch einen Spielraum getrennt ist, durch welchen hindurch ein Kühlmittel zum Durchströmen zu bringen ist, und wobei das in den Spielraum an radial innen gelegenen Stellen eingeführte Kühlmittel durch diesen infolge Fliehkraftwirkung förderbar ist und ein Teil des Kühlmittels an radial außen gelegenen Stellen aus dem Spielraum in den Spalt zwischen Läufer und Gehäuse austritt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kühlmittelteil sich dann in den Arbeitsmittelstrom abströmend mit diesem vermischt, während der andere Teil des Kühlmittels aus dem Spielraum zunächst in die als an sich bekannte Hohlschaufeln ausgebildeten Schaufeln eintritt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite des Läuferkörpers ein Schaufelträger befestigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Schaufelträger als ringförmiger Leitbauteil aus Blech hergestellt ist, der auf einer seiner Flächen Hohlsdhaufeln aus gleichem Werkstoff trägt, wobei der Leitbauteil Öffnungen aufweist, durch welche hindurch ein Teil des Kühlmittels in die Schaufel einzufließen vermag.

4. Einrichtung nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferkörper mit Durchlässen oder Bohrungen versehen ist, welche von einem in der Nabe vorgesehenen axialen Durchgangsweg oder einer Bohrung nach dem Spielraum führen, um das Kühlmittel dorthin zu übermitteln.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe vom axialen Durchgangsweg her radial nach außen führen und daß Löcher in der Nähe des Umfanges des Läuferkörpers vorgesehen sind, so daß gasförmiges Kühlmittel, welches dem Durchgangsweg zugeführt wird, durch die Durchlässe hindurchfließt und durch die vorerwähnten Löcher in den Gasstrom austritt.

6. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln am Schaufelträger angeschweißt sind und daß dieser am Läuferkörper ebenfalls durch Schweißen befestigt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und aus zwei Metallblechen hergestellt ist, welche in geeigneter Weise gebogen sind und durch Schweißen an der Grundfläche des »U« miteinander verbunden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelträger an einer in radialer Richtung innen gelegenen Scheibe und in einem in radialer Richtung außen gelegenen Ring angeschweißt ist, wobei die Scheibe an der Nabe oder am Vorderende des Läuferkörpers und der Ring am Umfang des Läuferkörpers befestigt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 594 930;
Patentanmeldung ρ 26336 I a/27 c D (bekanntgemacht am 2. 11. 1950);
schweizerische Patentschrift Nr. 227 661;
französische Patentschrift Nr. 906 225;
USA.-Patentschrift Nr. 2 283 176.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 869 711, 858 335, 855 021.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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