Leitvorrichtung für axial durchströmte Turbomaschinen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Leit- vorrichtung für axial durchströmte Turbo maschinen, insbesondere Turbinen und Ge bläse für hohe Temperaturen, bei welcher die eigentlichen Umlenkschaufeln in eine Leit- scheibe sowie einen die letztere umgebenden Aussenkranz eingelassen und diesen Schau feln Tragstege vorgeschaltet sind, die den Aussenkranz mit der Leitscheibe verbinden.
Bei einer solchen Leitvorrichtung haben die eigentlichen Umlenkschaufeln die auf die Leitscheibe wirkenden Kräfte nicht selbst zu übertragen, indem diese Aufgabe durch die Tragstege, welche sich vornehmlich mit gro- ssein Widerstandsmoment in axialer Rich tung erstrecken, übernommen wird. Dabei werden in den meisten Fällen der Aussen kranz, die Tragstege und die Leitscheibe aus einem<B>Stück</B> gegossen.
Solche Ausführungen eignen sich ohne weiteres für verhältnis mässig niedrige Arbeitsmitteltemperaturen. Bei höheren Temperaturen ist man jedoch gezwungen, Gussbaustoffe hoher Warm- festigkeit zu verwenden, damit die grössten Beanspruchungen, welche in den Tragstegen auftreten, noch sicher<U>übernommen</U> werden können. Über etwa<B>500' C</B> fällt die Warm festigkeit, und vor allem die Dauerstands- festigkeit aller Stahlsorten sehr rasch ab, so dass nichts anderes übrig bleibt, als viele dicke Tragstege bei höheren Druckunter schieden anzubringen.
Die Schwierigkeiten der Herstellung sol cher verwickelter Gussstücke wachsen bedeu tend, wenn hochhitzebeständige Gussstahl- sorten zu verwenden sind. Werden in sol chen Fällen nicht besondere Vorkehrungen getroffen, so bilden sich,<B>an</B> den Übergangs stellen vom verhältnismässig dicken Kranz oder der dicken Scheibe in die Tragstege leicht Lunkerstellen und Einrisse, wodurch die Leitradscheibe sehr geschwächt, wenn nicht ganz unbrauchbar wird.
Zweck der Erfindung ist, diese Nach teile zu beheben, und zu diesem Behufe sind bei einer Leitvorrichtung der eingangs er- wähnten Art gemäss vorliegender Erfindung die Tragstege durch radiale Bohrungen des Aussenkranzes in radial verlaufende Vertie fungen der Leitscheibe gesteckt und gegen radiale Verschiebungen gesichert. Auf diese Weise wird eine zusammengesetzte Leitvor- richtung geschaffen, bei welcher Aussen kranz und Leitscheibe durch Tragstege ver bunden sind, die als Einzelstucke ausgebil det sind. Sowohl diese Einzelstücke als auch der Aussenkranz und die Leitscheibe können daher unabhängig voneinander her gestellt werden.
Dabei können Aussenkranz und Leitscheibe aus Guss oder Schmiede material bestehen, während die Stege aus hochwertigem, teurem Baustoif hergestellt werden, weil sie die grösste Beanspruchung aufzunehmen haben. Es braucht infolgedes sen nur verhältnismässig wenig teurer, hoch- warmfester Baustoff verwendet zu werden.
Ein weiterer Vorteil der neuen Bauart be steht darin, dass die vom Arbeitsmittelstrom bestrichenen Teile, das heisst also der freie Teil der Tragstege, sowie die Innenwand des Aussenkranzes und die Aussenwand der Leitscheibe vor dem Zusammensetzen ein wandfrei sauber bearbeitet, beispielsweise gefräst bezw. gedreht werden können.
Die in den Aussenkranz und die Leit scheibe gesteckten Tragstege können zum Beispiel mit diesen Teilen verschweisst sein, was die Stege gegen radiale Verschiebung sichert.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung, die eine beispielsweise Ausführungsform zeigt, im nachfolgenden eingehend erläutert.
Fig. <B>1</B> zeigt einen Teil eines axialen Längssehnittes durch eine axial durchströmte Turbine; Fig. 2 ist teils eine Seitenansicht und teils ein Schnitt durch eine Leitvorrichtung nach der Erfindung, und Fig. <B>3</B> ist ein in die Zeiehnungsebene ab gewickelter Schnitt in grösserem Massstab nach der Linie 111-III der Fig. <B>1.</B>
<B>1</B> bezeichnet eine zweiteilige Leitscheibe, 2 einen diese Scheibe<B>1</B> umgebenden, zweitei ligen Aussenkranz 'und<B>3</B> sind Tragstege, welche dazu dienen, die Teile<B>1</B> und 2 mit einander zu verbinden. 4 bezeichnet die eigentlichen Umlenkschaufeln, welche in die Leitscheibe<B>1</B> und den Aussenkranz 2 ein gelassen sind.<B>5</B> sind Laufräder, die mit der Turbinenwelle<B>6</B> ein Ganzes bilden, und<B>7</B> ist das Turbinengehäuse, in welches die ge zeigte Leitvorrichtung<B>1,</B> 2,<B>3</B> so eingesetzt ist, dass sie sich weder axial noch radial ver schieben kann und die beiden Hälften der zweiteiligen Teile<B>1,</B> 2 in der erforderlichen Weise gegeneinander anliegen.
In dem Aussenkranz 2 sind eine Anzahl radial durchgehende Bohrungen<B>8</B> von run dem Querschnitt vorgesehen. Die Stege<B>3</B> sind durch diese Bohrungen<B>8</B> gesteckt, wo bei sie noch in ebenfalls radial verlaufende Vertiefungen<B>9</B> der Leitscheibe<B>1</B> greifen. Die Form der Bohrungen<B>8</B> und Vertiefun gen<B>9</B> ist so gewählt, dass die Stege<B>3</B> pas send in sie hineingehen. Die in die Teile<B>1</B> und 2 gesteckten Stege<B>3</B> sind an ihren En den mit dem Teil<B>1</B> bezw. <B>9</B> bei<B>10</B> bezw. <B>11</B> verschweisst, so dass sie gegen radiale Ver schiebung gesichert sind.
Der freie Teil der Stege<B>3</B> ist in der in Fig. <B>3</B> gezeig-ten Weise stromlinienförmig ausgebildet, so,dass er dem durchtretenden Arbeitsmittel möglichst we nig Widerstand bietet.
Anstatt die Stege<B>3</B> mit den Teilen<B>1</B> und 2 zu verschweissen, lässt sich eine Sicherung dieser Stege gegen radiale Verschiebung be reits auch schon dadurch'erreichen, dass sie in den Aussenkranz 2 eingesehraubt werden. Die Tragstege<B>3</B> sind zweckmässig aus ge schmiedetem Baustoff, Aussenkranz<B>2</B> und Leitscheibe<B>1</B> dagegen aus schweissbarem Guss oder Gusslegierungen hergestellt. Ferner bestehen die Stege<B>3</B> aus einem Baustoff höherer Warmfestigkeit und Dauerstand festigkeit als der Aussenkranz und die Leit- scheibe.
Die Herstellung der zusammenzusetzen den Leitvorrichtung kann auch so geschehen, dass eine ganze Platte oder Plattenhälfte aus dem Baustoff hergestellt wird, der für den Aussenkranz und die Leitscheibe vorgesehen wurde. In diese Platte wird dann ein Ring- rauin entsprechend der Durchtrittsfläche für das Arbeitsmittel, das heisst von der Leit- schaufelhöhe, aus der vollen Platte heraus gedreht, und endlich werden die so erhaltene Scheibe und der Kranzteil durch Stege in der oben beschriebenen Weise verbunden.
Gegebenenfalls kann es auch vorteilhaft sein, die Tragstege mit Vorspannung-, das heisst durch Schrumpfen oder Pressen, in die Leitscheibe und den Aussenkranz einzusetzen.
Weil bei der besellriebenen Leitvorrich- tung für die Tragstege ein Baustoff von hoher Warmfestigkeit verwendet werden kann, lässt sich mit verhältnismässig wenigen dünnen Stegen auskommen, was bei der Her stellung von Leitvorrichtungen aus Guss in einem Stück nicht möglich ist. Infolgedessen werden bei einer Leitvorrichtung nach der Erfindung die Reibungsverluste herabge setzt, da, weniger Widerstandskörper (Trag stege) in der<U>Strömung</U> liegen.
Die in die Leitscheibe und den Aussen kranz gesteckten Teile der Stege können auch von ovaler, revliteckiger oder ähnlicher Querschnittsform sein, wobei dieser Form die Quersühnittsform der Bolirungen <B>8</B> und Vertiefungen<B>9</B> anzupassen ist.
Guide device for axial flow turbomachinery. The invention relates to a guide device for axially flowed turbo machines, in particular turbines and blowers for high temperatures, in which the actual deflection blades are embedded in a guide disk and an outer ring surrounding the latter and support webs are connected upstream of these blades connect the outer rim to the guide disc.
In such a guide device, the actual deflecting vanes do not have to transmit the forces acting on the guide disk themselves, in that this task is taken over by the support webs, which primarily extend with a large section modulus in the axial direction. In most cases, the outer rim, the supporting webs and the guide disc are cast from one <B> piece </B>.
Such designs are readily suitable for relatively moderately low working medium temperatures. At higher temperatures, however, one is forced to use cast building materials with a high heat resistance so that the greatest stresses that occur in the supporting webs can still be safely <U> taken </U>. Above about <B> 500 'C </B>, the heat resistance and, above all, the fatigue strength of all types of steel drop very quickly, so that there is nothing left than to attach many thick support webs with higher pressure differences.
The difficulties in producing such intricate castings increase significantly when high-temperature-resistant cast steels are used. If special precautions are not taken in such cases, voids and tears can easily develop at the transition points from the relatively thick rim or the thick disk to the support webs, which weakens the stator disk, if not completely becomes unusable.
The purpose of the invention is to remedy these disadvantages, and for this purpose, in a guide device of the type mentioned according to the present invention, the support webs are inserted through radial bores in the outer ring in radially extending recesses of the guide disk and secured against radial displacement. In this way, a composite guide device is created, in which the outer rim and guide disk are connected by support webs that are designed as individual pieces. Both these individual pieces and the outer rim and the guide disc can therefore be made independently of each other.
The outer rim and guide disc can be made of cast or forged material, while the bars are made of high-quality, expensive building material because they have to absorb the greatest stress. As a result, only a relatively low-cost, high-temperature-resistant building material needs to be used.
Another advantage of the new design is that the parts swept by the flow of working fluid, i.e. the free part of the support webs, as well as the inner wall of the outer rim and the outer wall of the guide disk, are perfectly machined, for example milled or can be rotated.
The support webs inserted into the outer rim and the guide disk can, for example, be welded to these parts, which secures the webs against radial displacement.
The invention is explained in detail below with reference to the drawing, which shows an exemplary embodiment.
FIG. 1 shows part of an axial longitudinal section through a turbine through which there is an axial flow; FIG. 2 is partly a side view and partly a section through a guide device according to the invention, and FIG. 3 is a section wound into the drawing plane on a larger scale along the line III-III in FIG B> 1. </B>
<B> 1 </B> denotes a two-part guide disc, 2 a two-part outer rim surrounding this disc <B> 1 </B> and <B> 3 </B> are support webs which serve to support the parts B> 1 </B> and 2 to connect with each other. 4 denotes the actual deflection vanes, which are let into the guide disk <B> 1 </B> and the outer rim 2. <B> 5 </B> are running wheels that are connected to the turbine shaft <B> 6 </B> Form a whole, and <B> 7 </B> is the turbine housing into which the shown guide device <B> 1, </B> 2, <B> 3 </B> is inserted in such a way that it is neither axially can still move radially ver and the two halves of the two-part parts <B> 1, </B> 2 rest against one another in the required manner.
In the outer rim 2, a number of radially through bores <B> 8 </B> are provided around the cross section. The webs <B> 3 </B> are inserted through these bores <B> 8 </B>, where they are also inserted into recesses <B> 9 </B> of the guide disk <B> 1 </ B > grab. The shape of the bores <B> 8 </B> and depressions <B> 9 </B> is chosen so that the webs <B> 3 </B> fit into them. The webs <B> 3 </B> inserted into parts <B> 1 </B> and 2 are at their ends with part <B> 1 </B> respectively. <B> 9 </B> at <B> 10 </B> resp. <B> 11 </B> welded so that they are secured against radial displacement.
The free part of the webs <B> 3 </B> is streamlined in the manner shown in FIG. 3, so that it offers as little resistance as possible to the working medium that passes through.
Instead of welding the webs <B> 3 </B> to parts <B> 1 </B> and 2, securing these webs against radial displacement can already be achieved by inserting them into the outer rim 2 to be robbed. The support webs <B> 3 </B> are expediently made of forged building material, while the outer rim <B> 2 </B> and guide disc <B> 1 </B> are made of weldable cast iron or cast alloys. Furthermore, the webs <B> 3 </B> consist of a building material with a higher heat resistance and long-term strength than the outer rim and the guide disk.
The manufacture of the guide device to be assembled can also be done in such a way that an entire plate or plate half is made from the building material that was provided for the outer rim and the guide disc. In this plate an annular roughness corresponding to the passage area for the working medium, that is to say from the guide vane height, is turned out of the full plate, and finally the thus obtained disk and the rim part are connected by webs in the manner described above.
If necessary, it can also be advantageous to insert the supporting webs into the guide disk and the outer rim with prestressing, that is to say by shrinking or pressing.
Because a building material with high heat resistance can be used for the supporting webs in the described guide device, relatively few thin webs can be used, which is not possible when manufacturing guide devices from cast in one piece. As a result, the friction losses are reduced in a guide device according to the invention, since fewer resistance bodies (support webs) are in the flow.
The parts of the webs inserted into the guide disk and the outer ring can also have an oval, revolute-angular or similar cross-sectional shape, the cross-sectional shape of the brackets <B> 8 </B> and depressions <B> 9 </B> being adapted to this shape .