DE1246321B

DE1246321B - Leitschaufelkranz fuer axial durchstroemte Turbinen oder Verdichter von Gasturbinentriebwerken

Info

Publication number: DE1246321B
Application number: DED45544A
Authority: DE
Inventors: Hans Krebs
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1964-10-02
Filing date: 1964-10-02
Publication date: 1967-08-03
Also published as: US3311345A; GB1061327A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F02c

Deutschem.: 46f-ll

Nummer: 1246 321

Aktenzeichen: D 455441 a/46 f

Anmeldetag: 2. Oktober 1964

Auslegetag: 3. August 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leitschaufelkranz für axial durchströmte Turbinen oder Verdichter von Gasturbinentriebwerken, bei dem die Schaufeln mit ihren unverdickten Enden in Schlitzen eines Außenringes fest und eines Innenriages in Schaufellängsrichtung gleitbar gehalten sind.

Leitschaufelkränze für Turbinen und Verdichter von Gasturbinentriebwerken sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei Leitschaufeln mit Füßen bilden die letzteren aneinandergereiht die innere Begrenzung des Strömungskanals und sind hier in Umfangsrichtung miteinander verbunden. Leitschaufeln mit Füßen sind im allgemeinen konstruktiv kompliziert und in ihrer Herstellung teuer. Diese nachteiligen Umstände werden durch fußlose Leit-Schaufelausführungen in gewisser Hinsicht vermindert.

Gemäß der deutschen Patentschrift 823 823 ist eine Leitschaufelanordnung für Gasturbinen bekannt, bei der die radial äußeren Enden der Leitschaufeln mit einem äußeren Deckring fest verbunden und die radial inneren Enden der Leitschaufeln in einem inneren Deckring in radialer Richtung gleitbar gelagert sind. Infolge der vielen verwendeten Einzelbauteile, aus denen insbesondere der äußere Deckring zusammengesetzt ist, ist diese bekannte Ausführung konstruktiv aufwendig.

Nach der deutschen Patentschrift 843 700 ist eine Anordnung von Leitschaufehl für Gasturbinen bekannt, bei der die radial äußeren plattenförmigen, verzahnten Enden der Leitschaufeln durch eine Klemmplatte am äußeren Deckring befestigt sind, während die Fußplatten aufweisenden radial inneren Enden der Leitschaufeln im inneren Deckring in radialer Richtung gleitbar gelagert sind. Auch diese Leitschaufelanordnung ist herstellungstechnisch teuer und konstruktiv kompliziert und weist ein verhältnismäßig hohes Baugewicht auf.

Die britische Patentschrift 758106 offenbart eine Leitschaufelanordnung für Gasturbinen, bei der die inneren Enden der Leitschaufeln in inneren Deckringen in radialer Richtung ausdehnbar gelagert sind, während die äußeren Schaufelenden mit dem äußeren Deckring an mehreren Punkten verschweißt sind, wodurch jedoch kerne höher belastbare Verbindung gegeben ist. In einer zweiten Ausführungsform zeigt die vorgenannte Patentschrift eine Leitschaufelanordnung, bei der beide Schaufelenden gleitbar im inneren und äußeren Deckring gelagert sind, wobei ein auf dem letzteren durch Schweißpunkte befestigter Blechstreifen die Leitschaufeln in radialer Richtung nach außen sichert, während sie in Leitschaufelkranz für axial durchströmte
Turbinen oder Verdichter von
Gasturbinentriebwerken

Anmelder:

Daimler-Benz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136

Als Erfinder benannt:

Hans Krebs, Stuttgart-Zuffenhausen

radialer Richtung nach innen durch Abstufungen an ihren Enden gesichert sind.

Aus der britischen Patentschrift 779 056 geht eine Leitschaufelanordnung hervor, bei der die Leitschaufeln mit ihren inneren und äußeren Enden mit den beiden Deckringen durch eine einfache Schweißnaht verbunden sind.

Gemäß der USA.-Patentschrift 2 851246 sind Leitschaufehl mit ihren inneren, mit Fußplatten versehenen Enden in radialer Richtung frei ausdehnbar in inneren Halteringen, angeordnet, während ihre äußeren Enden, die ebenfalls Platten aufweisen, durch einen durchgehenden Außenmantel und innenliegende Halteringe befestigt sind.

Schließlich zeigt die britische Patentschrift 748 912 eine Befestigung der äußeren, an der vorderen und hinteren Kante abgestuften Leitschaufelenden, die im mittleren Bereich eine schwalbenschwanzförmige Ausnehmung aufweisen, die zur Aufnahme von in Umfangsrichtung fortlaufend angeordneten, im Querschnitt bogenförmigen Sicherungsstreifen, dienen, die nach ihrer Montage durch Hammerschläge bleibend verformt werden,· wodurch die Abstufungen der Schaufelenden an die Innenseite der Deckringe gespannt werden. Derartige Klemmverbindungen bergen jedoch ganz allgemein die Gefahr in sich, daß sie durch die bei Gasturbinen während des Betriebs auftretenden hohen Temperaturschwankungen und Vibrationen locker werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der bei den bekannten Konstruktionen auftretenden Nachteile gleichzeitig eine konstruktiv und herstellungstechnisch einfache und außerdem festigkeitsmäßig zufriedenstellende Ausführung eines Leiischaufelkranzes zu schaffen.

Die erfindungsgemäße .Lösung der Aufgabe ist einmal gekennzeichnet durch die Kombination

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folgender für sich bekannter Merkmale, nach denen der Außenring einteilig ausgebildet und an seinen beiden Stirnseiten mit Radialbunden versehen ist, das Außenende der Schaufeln an der Vorderkante bzw. Hinterkante mindestens näherungsweise bis zur Außenkante der Radialbunde reicht und dazwischen U-förmig eingeschnitten ist und das Außenende der Schaufeln längs des Schaufelprofils mit dem Außenring verschweißt ist; ferner ist die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Radialbunden des Außenringes und der Vorder- bzw. Hinterkante der Schaufeln nur ein schmaler Spalt vorgesehen ist, der mit Schweiße vollgefüllt ist, so daß die Schweißnaht an diesen Stellen wesentlich erhöht ist.

Durch die Erfindung ist eine Voraussetzung dafür gegeben, daß der Innenring und Außenring in einfacher Weise einteilig ausgeführt werden können. Die beiden am Außenumfang des Außenringes vorgesehenen Radialbunde verleihen diesem eine hohe Steifigkeit und sind insbesondere dafür geeignet, eine äußerst feste Verbindung zwischen den radial äußeren Enden der Leitschaufeln und dem Außenring zu gewährleisten, wobei diese stabile Verbindung durch die an der vorderen und hinteren Profilkante der Leitschaufeln hochgezogene Schweißnaht erreicht wird. Die an diesen Stellen gegebene große Einspannhöhe mit einem Vielfachen der Blechstärke des Außenringes ergibt ein hohes Widerstandsmoment in axialer Richtung, in der große, von der Gasströmung verursachte Kräfte auftreten, die versuchen, den Innenring gegen das benachbarte Laufrad zu drücken. Der Spalt zwischen der radial inneren Kante der Leitschaufeln und dem die innere Begrenzung des Strömungskanals bildenden Ringflansch des Innenringes gewährt eine freie Ausdehnungsmöglichkeit zwischen dem letzteren und den Leitschaufeln. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Ausführung einfache und schnelle Montage. Schließlich wird trotz der vorhandenen Ausdehnungsmöglichkeit für den Innenring dessen zentrische Lage durch die Speichenwirkung aller Leitschaufeln stets gewährleistet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt '

Fig. 1 einen Leitschaufelkranz im Längsschnitt und .

F i g. 2 einen Teil des abgewickelten Leitschaufelkranzes.

Der im Maschinengehäuse eines Gasturbinentriebwerke angeordnete Leitschaufelkranz besteht im wesentlichen aus einem Außenring^, aus einzelnen Leitschaufeln B und aus einem Innenring C. Am Außenring A sind zwei Radialbunde 11 und 12 vorgesehen, deren radiale Höhe ein Mehrfaches der Blechstärke des Außenringes A beträgt. Der Teil des Außenringes A, der zwischen den beiden Radialbunden 11 und 12 liegt, wird als Deckringboden 13 bezeichnet, in dem Ausnehmungen (Schlitze) angeordnet sind, in denen die äußeren Enden 14 der Leitschaufehl B sitzen. Zwischen der vorderen Profilkante 15 der Leitschaufehi B und der Innenseite 16 des Radialbundes 11 ist ein Spalt e vorgesehen; ein gleicher Spalt/ befindet sich zwischen der hinteren Profilkante 17 und der hierzu benachbarten Innenseite 18 des Radialbundes 12. Durch diese beiden Spalte e und / verläuft die rund um die Leitschaufehi B gehende Schweißnaht 19; diese beiden Spalte e und / sind ganz mit Schweiße 19', 19" ausgefüllt, so daß hier die Einspannhöhe für die Leitschaufehi B ein Mehrfaches gegenüber der am Deckringboden 13 beträgt, wo die Schweißnaht 19 eine normale Dicke aufweist. Die äußeren Enden 14 der Leitschaufehi B sind, quer zur Strömungsrichtung des Arbeitsmittels betrachtet, U-förmig ausgebildet, also dem Außenring^ der Form nach angepaßt. Dies bringt eine Gewichtserleichterung durch die entstehende Ausnehmung zwischen den beiden »Hörnern« mit sich. Außerdem wirkt sich diese Form beim Anbringen der Schweißnaht günstig aus, wo sich die so geformten Schaufelenden dem Wärmeverzug besser anpassen können.

Am inneren Ende 20 weisen die Leitschaufehi B einen kurzen Fortsatz 21 auf, der radial verschiebbar in Ausnehmungen (Schlitzen) sitzt, die in einem die innere Begrenzung des Strömungskanals bildenden Ringflansch 22 des Innenringes C vorgesehen sind. Zwischen der inneren Kante 23 der Schaufeln B und dem Ringflansch 22 ist ein Spiel g belassen, so daß sich die während des Betriebs stärker erwärmenden Leitschaufehi B gegenüber dem Ringflansch 22 bzw. dem inneren Deckring C frei ausdehnen können.

Die Montage des Leitschaufelkranzes geschieht in folgender Weise: Zuerst werden die einzelnen Leitschaufehi B in die im Boden 13 des auf der Montagevorrichtung horizontal angeordneten einteiligen Außenringes A vorgesehenen Ausnehmungen (Schlitze) radial von innen nach außen eingesteckt, und zwar nur so weit, daß die innere Kante 21' des Fortsatzes 21 vor dem Ringflansch 22 des ebenfalls einteilig ausgebildeten inneren Deckringes C liegt, so daß dessen Anordnung innerhalb der Leitschaufeln B auf der Montagevorrichtung möglich ist. Dann werden die einzelnen Leitschaufehi B in ihre endgültige Einbaulage radial nach innen wieder zurückgezogen, d. h., die Fortsätze 21 werden in die im Ringflansch 22 vorgesehenen Ausnehmungen (Schlitze) eingefädelt, wobei durch eine geeignete Lehre das Wärmeausdehnungsspiel g eingestellt wird. Nachdem dies geschehen ist, werden die Schweißnähte 19,19', 19" um die oberen Enden 14 längs des Schaufelprofils der einzelnen Leitschaufehi B gelegt. In der endgültigen Einbaulage der Leitschaufehi B liegen die Außenkantenil' und 12' der beiden Radialbunde 11 und 12 sowie die Außenkante 14' der Leitschaufelenden 14 etwa in gleicher Höhe.

Claims

Patentanspruch:

Leitschaufelkranz für axial durchströmte Turbinen oder Verdichter von Gasturbinentriebwerken, bei dem die Schaufehl mit ihren unverdickten Enden in Schlitzen eines Außenrings fest und eines Innenrings in Schaufellängsrichtung gleitbar gehalten sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender für sich bekannter Merkmale, daß der Außenring (A) einteilig ausgebildet und an seinen beiden Stirnseiten mit Radialbunden (11, 12) versehen ist, daß das Außenende (14) der Schaufeln (B) an der Vorderkante (15) bzw. der Hinterkante (17) mindestens näherungsweise bis zur Außenkante (11' bzw. 12') der Radialbunde reicht und dazwischen U-förmig eingeschnitten ist und daß das Außenende (14) längs des Schaufelprofils mit dem Außenring verschweißt ist, ferner dadurch gekennzeichnet, daß

zwischen den Radialbunden und der Vorderbzw. Hinterkante nur ein schmaler Spalt (e bzw. f) vorgesehen ist, der mit Schweiße (19' bzw. 19") vollgefüllt ist, so daß die Schweißnaht (19) an diesen Stellen wesentlich erhöht ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

" Deutsche Patentschriften Nr. 843 700, 823 823;

britische Patentschriften Nr. 779 056, 758106, 748 912;

USA.-Patentschrift Nr. 2 851246.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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