DE1045730B - Einrichtung an metallischen Schaufeltraegern zur Befestigung von Laufschaufeln aus sproeden Werkstoffen, insbesondere fuer Gasturbinen - Google Patents
Einrichtung an metallischen Schaufeltraegern zur Befestigung von Laufschaufeln aus sproeden Werkstoffen, insbesondere fuer GasturbinenInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3084—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers the blades being made of ceramics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
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Description
Feuerfeste Werkstoffe, besonders die keramischen, weisen sich bekanntlich durch hohe Sprödigkeit aus;
ihre Verwendung für die Herstellung von Turbinenschaufeln bereitet daher erhebliche Einspannschwierigkeiten.
Außerdem haben sie auch einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der im allgemeinen
auf Stahlbasis aufgebaute Läuferwerkstoff. Dies führt vor allem bei der Befestigung von keramischen
Laufschaufeln in Gasturbinenläufern zu beträchtlichen Schwierigkeiten, da die unterschiedlichen
Dehnungen zwischen Schaufelfuß und Träger im keramischen Werkstoff Zusatzspannungen hervorrufen,
die ihn überbeanspruchen.
Um dies zu vermeiden, hat man schon elastische Schichten zwischen der Nutenwand und dem Schaufelfuß
angeordnet, wobei als Material für die elastische Zwischenschicht Gewebe aus keramischen Fasern,
z. B. Asbest, Glas- oder Schlackenwolle, empfohlen wurden. Diese Stoffe sind zwar sehr hitzebeständig,
doch haben sie nur eine geringe Festigkeit, so daß sie als Zwischenschichten der kraftübertragenden Stützflächen
nicht in Frage kommen können. Die bekannten metallischen Werkstoffe hingegen sind bei den hohen
Treibmitteltemperaturen nicht mehr elastisch.
Aus diesen Gründen hatte man versucht, durch Anordnung mehrschichtiger metallischer Zwischenlagen
zwischen den Stützflächen des Schaufelfußes und der schwalbenschwanzförmigen Befestigungsnut Gleitschichten
zu schaffen, so· daß auch bei fehlender Werkstoffelastizität Dehnbewegungen ermöglicht werden
könnten. Doch diese mehrschichtigen metallischen Zwischenlagen konnten offenbar wegen der veränderten
Reibungsverhältnisse bei hohen Temperaturen nicht befriedigen.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an metallischen Schaufelträgern zur Befestigung von Laufschaufeln
aus spröden Werkstoffen, die mit hammerkopf- oder keilförmigem Fuß versehen sind, dessen
Stützflächen an den Gegenstützflächen der in Umfangs- oder axialer Richtung verlaufenden Befestigungsnut
des Läufers anliegen. Die Erfindung besteht darin, daß die Gegenstützflächen der Befestigungsnut
von dünnen, biegsamen Metallwänden gebildet sind, die auf der dem Schaufelfuß abgewendeten Seite unter
der Einwirkung eines Druckmittels stehen, dessen Druck regelbar ist. Eine derartige Einspannung der
Schaufeln ermöglicht es, auf den Schaufelfuß in jeder Betriebsphase immer nur den zum Halten der Schaufel
notwendigen Stützdruck einwirken zu lassen, so daß Überbeanspruchungen des S chaufel werkstoff es von
der Einspannung her ausgeschlossen sind. Die dünne Wandstärke und die Biegsamkeit der die Gegenstützfläche
bildenden Wand bieten zugleich die Gewähr für ein sattes Anliegen von Stütz- und Gegenstützflächen,
Einrichtung
an metallischen S chaufel trägem
zur Befestigung von Laufschaufeln
zur Befestigung von Laufschaufeln
aus spröden Werkstoffen,
insbesondere für Gasturbinen
insbesondere für Gasturbinen
Anmelder:
Mas chinenf abrik
Augsburg-Nürnberg A. G.,
Augsburg 2, Stadtbachstr. 7
Augsburg-Nürnberg A. G.,
Augsburg 2, Stadtbachstr. 7
Walter Handschuher, Augsburg,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
war vor allem für Schaufeln aus keramischen Werkstoffen, deren Oberflächen beim Brennen leicht verworfen
werden können, grundlegend wichtig ist.
Im folgenden sei die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen zweistufigen Läufer im Axialschnitt, bei dem das Druckmittel unmittelbar auf die dünne
Stützwand einwirkt,
Fig. 2 einen zweistufigen Läufer im Axialschnitt, bei dem das Druckmittel nicht unmittelbar auf die
dünne, biegsame Stützwand einwirkt,
Fig. 3 einen Läufer im Axialschnitt, bei dem der Stützdruck teilweise durch Fliehgewichte erzeugt wird,
Fig. 4 einen Läufer im Axialschnitt, bei dem das Druckmittel zugleich zur Läufer- und Schaufelfußkühlung
dient.
Fig. 5 und 6 sind Diagramme, welche die Druckverteilung innerhalb des Läufers in Abhängigkeit vom
Abstand r von der Drehachse darstellen. Auf der Ordinate sind die Drücke^ in kg/mm2 und auf der
Abszisse die Radien r in mm aufgetragen. T1 und r2
sind jeweils der innere bzw. der äußere Radius der Stützfläche. Der von der Schaufel ausgelöste Auflagedruck
in den Stützflächen ist mit pA eingetragen.
In Fig. 1 bis 4 sind die Laufschaufeln mit 1 und der stählerne Läufer, der aus mehreren Teilen zusammengesetzt
und geschweißt sein kann, mit 2 bezeichnet. Die Schaufeln 1 sind jeweils in Umfangsnuten
3 aufgenommen.
Bei dem Läufer nach Fig. 1 sind die beiden Seitenwände der Umfangsnut als dünne, biegsame Metall-
«09 697/1681
wände 4 herausgearbeitet und am Umfang mit dem Läufer verschweißt, derart, daß hinter diesen Wänden
4 Räume 5 entstehen, die zur Aufnahme des durch die Kanäle 6 zugeführten Druckmittels dienen, das
dem Raum 7 entnommen wird. Dieser Raum 7 ist nach, einer Seite hin von einer Membran 8 abgeschlossen,
die von den Tellerfedern 9 belastet wird, um so dem Druckmittel schon bei nicht rotierendem Läufer einen
bestimmten Vordruck aufzuprägen. Der bei der Rotation in dem Kanalsystem und in den Druckräumen 5
sich einstellende Druck ist im Diagramm der Fig. 5 mit der Parabel B-C-D eingetragen.
Bei dem Läufer nach Fig. 2 sind in die Umfangsnut 3 zu beiden Seiten dünne Metallbleche 14 als
Stützwände eingesetzt, wobei hinter diesen Blechen wiederum Räume 15 verbleiben, die radial einwärts
durch Membranen 20 abgeschlossen sind. In die Druckräume 15 ist ein Füllmittel mit einem geringeren
spezifischen Gewicht als das Druckmittel eingebracht, welch letzteres dem Ringkanal 21 durch die Kanäle 16
zugeführt wird und so die Membranen 20 beaufschlagt. Auf diese Weise wird der hohe Druckanstieg bei
Läufern mit größeren Abmessungen verringert; es stellt sich nämlich ein Druckverlauf ein, wie er im
Diagramm der Fig. 5 mit dem Linienzug E-C-P wiedergegeben ist.
Bei dem Läufer nach Fig. 3 sind die dünnen Metallwände 24 wiederum aus dem Läufermaterial herausgearbeitet
und am Umfang mit dem Läufer verschweißt, so daß Druckräume 25 gebildet werden, die
mit einem Druckmittel gefüllt sind. In der Umfangsnut sind ferner Führungsleisten 22 angebracht, an
denen Fliehgewichte 23 geführt sind. Bei der Rotation des Läufers wird in dem rotierenden Druckmittel ein
Druck erzeugt, der durch die Fliehgewichte 23 erhöht wird, und zwar in dem Maße, wie es zur Stützung der
Schaufeln 1 erforderlich ist. Der Druckverlauf ist im Diagramm der Fig. 6 mit der Linie G-H wiedergegeben.
Im Läufer nach Fig. 4 dient das Druckmittel gleichzeitig zur Kühlung des Läufers. Analog den zuvor erläuterten
Ausführungsbeispielen sind in die Umfangsnut de§ Läufers beidseitig dünne, biegsame Wände 34
eingesetzt, hinter denen die Räume 35 und 35' eingearbeitet sind, die in diesem Falle durch die Kanäle
33 miteinander verbunden sind. Das Druckmittel gelangt durch die Kanäle 36 in den Druckraum 35 und
von hier aus durch die Kanäle 33 in den Druckraum 35', von wo aus es über die Kanäle 37 in den Sammelraum
38 geführt wird. Vom Sammelraum 38 wird das Druckmittel durch die Rohrleitung 39 zu einem Kühler
gefördert, um dann wieder durch die Kanäle 36 dem Kühlkreislauf zugeführt zu werden. Der Druckmittelumlauf
wird dabei selbsttätig durch die Rotation des Läufers bewirkt. Die Druckverteilung im Kanalsystem
ist im Diagramm der Fig. 6 mit dem Linienzug I-K-L eingetragen.
Abschließend ist noch darauf hinzuweisen, daß als Druck- und Füllmittel für die Ausführungen nach
Fig. 1 bis 3 nicht unbedingt flüssige Stoffe zu verwenden sind, es können vielmehr auch gas- oder
dampfförmige oder sogar feste Stoffe, beispielsweise in Pulverform, verwendet werden.
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Einrichtung an metallischen Schaufelträgern zur Befestigung von Laufschaufeln aus spröden Werkstoffen, die mit hammerkopf- oder keilförmigem Fuß versehen sind, dessen Stützflächen an den Gegenstützflächen der in Umfangs- oder axialer Richtung verlaufenden Befestigungsnut anliegen, insbesondere für Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstützflächen der Befestigungsnut (3) von dünnen, biegsamen Metallwänden (4) gebildet sind, die auf der dem Schaufelfuß abgewendeten Seite unter der Einwirkung eines Druckmittels stehen, dessen Druck regelbar ist.2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Druckmittels proportional der während der Rotation auftretenden Fliehkraft zunimmt.3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlich neben den Schaufelfüßen angeordneten Druckmittelräume (5) durch Kanäle (6) in der Laufscheibe mit einem zentral angeordneten Druckmittelspeicher (7) verbunden sind, in dem durch zusätzliche Spannmittel (z. B. einer federbelasteten Membran (8), einen Verdrängerkolben od. dgl.) ein Überlagerungsdruck erzeugt wird (Fig. 1).4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräume (15) mit einem Füllmittel geringeren spezifischen Gewichts als das Druckmittel gefüllt und radial einwärts durch Membranen (20) abgeschlossen sind, die vom Druckmittel beaufschlagt sind (Fig. 2).5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlagerungsdruck von Fliehgewichten (23) erzeugt wird (Fig. 3).6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräume (35 und 35') durch Kanäle (33) verbunden sind und das Druckmittel unter Einschaltung eines Kühlers einen Kreislauf beschreibt.7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel flüssig ist.8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel gas- oder dampfförmig ist.9. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel fest, z. B. pulverförmig ist.In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 879 488.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen11.5»
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEM36192A DE1045730B (de) | 1957-12-18 | 1957-12-18 | Einrichtung an metallischen Schaufeltraegern zur Befestigung von Laufschaufeln aus sproeden Werkstoffen, insbesondere fuer Gasturbinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEM36192A DE1045730B (de) | 1957-12-18 | 1957-12-18 | Einrichtung an metallischen Schaufeltraegern zur Befestigung von Laufschaufeln aus sproeden Werkstoffen, insbesondere fuer Gasturbinen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1045730B true DE1045730B (de) | 1958-12-04 |
Family
ID=7302494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEM36192A Pending DE1045730B (de) | 1957-12-18 | 1957-12-18 | Einrichtung an metallischen Schaufeltraegern zur Befestigung von Laufschaufeln aus sproeden Werkstoffen, insbesondere fuer Gasturbinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1045730B (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3809495A (en) * | 1973-03-27 | 1974-05-07 | Westinghouse Electric Corp | Turbine rotor having cushioned support surfaces for ceramic blades mounted thereon |
EP0037897A1 (de) * | 1980-04-15 | 1981-10-21 | M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft | Einrichtung zur Kühlung des Inneren einer Gasturbine |
FR2967453A1 (fr) * | 2010-11-17 | 2012-05-18 | Snecma | Disque de retention d'aubes |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE879488C (de) * | 1945-02-22 | 1953-06-15 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Befestigung von Keramikteilen an Koerpern mit anderer Waermedehnung |
-
1957
- 1957-12-18 DE DEM36192A patent/DE1045730B/de active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE879488C (de) * | 1945-02-22 | 1953-06-15 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Befestigung von Keramikteilen an Koerpern mit anderer Waermedehnung |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US3809495A (en) * | 1973-03-27 | 1974-05-07 | Westinghouse Electric Corp | Turbine rotor having cushioned support surfaces for ceramic blades mounted thereon |
EP0037897A1 (de) * | 1980-04-15 | 1981-10-21 | M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft | Einrichtung zur Kühlung des Inneren einer Gasturbine |
FR2967453A1 (fr) * | 2010-11-17 | 2012-05-18 | Snecma | Disque de retention d'aubes |
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