DE800800C

DE800800C - Turbinenlaeufer fuer hohe Temperaturen

Info

Publication number: DE800800C
Application number: DE1948P0001160
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr-Ing Schuette
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1950-12-07

Description

Um möglichst hohe Temperaturen bei Gasturbinen zu ermöglichen, hat tnan verschiedene Wege eingeschlagen. Man hat versucht, das Ziel durch entsprechende Kühlung der Schaufeln und durch Entwicklung von Werkstoffen zu erreichen, die den gewünschten hohen Temperaturen standhalten. Die Schaufelkühlung wiederum kann durch gasförmige oder flüssige Kühlmittel erfolgen. Bei der Schaufelkühlung durch gasförmige Kühlmittel hat sich die Verwendung von Luft als zweckmäßig und naheliegend erwiesen. Diese Art von Kühlung ist schon in großem Umfang praktisch ausgeführt, hat sich aber bisher nur bei einstufigen Turbinen bewährt.
Die l\'asserkühlung hat zwar eine sehr intensive Wirkung, so daß man auch bei hohen Gastemperaturen mit unlegierten bzw. niedrig legierten Werksteffen auskommen kann. Diese Kühlung hat aber doch verschiedene Nachteile. Infolge der intensiven Kühlung wird viel \%"ärme abgeführt, die natürlich dem Turbinenbetrieb verlorengeht und den Gesamtwirkungsgrad herabsetzt. NIan ist daher bestrebt, den Wärmeabtransport von den Schaufeln zu verkleinern. Dies kann man nur durch Verkleinerung der wärmeabgebenden Schaufeloberfläche erreichen. Da (las umlaufende Gasgewicht jedoch durch die Turbine hindurch muß, wird die axiale Kom-1>onente der Geschwindigkeit erhöht und damit auch der Austrittsverlust. Die Bohrungen für das Kühlwasser in den Schaufeln sind fabrikatorisch nicht gerade einfach, und es liegen außerdem dem Konstrukteur bei der Ausbildung der Schaufeln gewisse Beschränkungen auf, so daß die Schaufeln nicht nur nach den Gesichtspunkten des günstigsten Wirkungsgrades ausgelegt werden können. Die Nachteile jeder Kühlung vermeidet man natürlich, wenn man den zweiten Weg einschlägt, nämlich Werkstoffe verwendet, die den hohen Temperaturen standhalten. Es gibt nun keramische Werkstoffe, die bei sehr hohen Temperaturen, bei denen selbst der höchstlegierte Stahl versagt, noch eine ausreichende Festigkeit besitzen. Es ist nun möglich, Teile von der Größe einer Laufschaufel einer Turbine aus diesen keramischen Massen herzustellen. Dagegen bereitet die Fertigung ganzer Turbinenscheiben oder gar ganzer Turbinenläufer aus keramischen Werkstoffen, wenn man von ganz kleinen Leistungen absieht, bis heute noch unüberwindbare Schwierigkeiten.
ach der Erfindung werden diese Schwierigkeiten nun dadurch vermieden, daß man keramische Laufschaufeln in einen wassergekühlten Stahlläufer einbaut. Man kann dabei die Schaufeln rein nach strömungstechnischen Gesichtspunkten auslegen, kann die Durchströmgeschw indigkeit in mäßigen Grenzen halten und verringert die mit dem Kühlwasser abgeführte Wärme ganz beträchtlich, da ja nur der Läufer gekühlt ist.
Der Läufer wird zu diesem Zweck aus einzelnen Ringen zusammengesetzt, die zw-isclien sich die: keramischen Schaufeln tragen. Die besonders profilierten Ringe des Läufers werden ineinander zentriert und durch einen dünnen Einlagering, der mit zwei benachbarten Läuferringen verschweißt wird, zusammengehalten. Wenn die ßeschaufelung ausgewechselt werden muß, müssen diese dünnen Einlageringe weggedreht werden. Nach Einbau einer neuen Beschaufelung werden wieder neue Einlageringe eingesetzt und mit den profilierten Läuferringen verschweißt.
In der Zeichnung ist in einem Axialschnitt ein Teil eines Läufers nach der Erfindung dargestellt. Der Läufer besteht aus einzelnen Scheiben i. Die Scheiben sind gegenseitig durch die "Zentrierung 2 zentriert. An den Seitenflächen besitzen die Scheiben entsprechende Aussparungen zur Aufnahme der keramischen Schaufeln 3 und 4. Der Schaufelfuß kann beliebig ausgebildet werden. So hat beispielsweise die Schaufel 3 einen Fuß mit an sich bekannten konischen Flächen, die auch bei ungleicher Erwärmung einen festen Sitz der Schaufel gewährleisten, und die Schaufel 4 einen Hammerkopffuß. Am inneren Umfang besitzen die Ringe i flanschährilicheAnsätze 5, in die dünne Einlageringe 6 eingelegt sind. Die Einlageringe 6 sind mit den Flanschen 5 dicht verschweißt (Schweißnähte 7) und verhindern somit ein Austreten des flüssigen Kühlmittels. Die einzelnen Ringe i können durch beliebige an sich bekannte in der Zeichnung nicht dargestellte Elemente zusammengespannt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Turbinenläufer für hohe Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (3, ,4) aus keramischen 1N@'erkstoffen bestehen und in einen gekühlten Stahlläufer (i) eingesetzt sind.
2. Turbinenläufer nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer aus einzelnen profilierten Stahlringen (i) besteht, die an ihren Seitenflächen entsprechende Ausdrehungen zur Aufnahme der Schaufelfüße und am inneren Umfang flanschähnliche Vorsprünge (5) aufweisen, die mit dünnen Einlageringen (6) zum Abdichten des Kühlmittels verschweißt sind.