DE735184C - Gasturbinenlaeufer, bei welchem Schaufeln und Laeufer aus keramischen Massen hergestellt sind - Google Patents

Gasturbinenlaeufer, bei welchem Schaufeln und Laeufer aus keramischen Massen hergestellt sind

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DE735184C
DE735184C DEM150222D DEM0150222D DE735184C DE 735184 C DE735184 C DE 735184C DE M150222 D DEM150222 D DE M150222D DE M0150222 D DEM0150222 D DE M0150222D DE 735184 C DE735184 C DE 735184C
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DE
Germany
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rotor
blades
disks
turbine
ceramic
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Expired
Application number
DEM150222D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Alfred Schuette
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MAN AG
Original Assignee
MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Gasturbinenläufer, bei welchem Schaufeln und Läufer aus keramischen Massen hergestellt sind Es ist allgemein bekannt, daß die Wirtschaftlichkeit der Gasturbine eine Frage des Werkstoffes ist. Je höher man mit der Gastemperatur beim Eintritt in die Turbine gehen kann, desto besser ist die Wirtschaftlichkeit. Die Dauerstandfestigkeit der gegenwärtig vorhandenen Stähle bzw. Legierungen setzt aber einer beliebigen Temperaturerhöhung bald eine Grenze. Man hat daher schon versucht, @die am höchsten wärmebeanspruchten Teile, wie z. B. die Schaufeln, durch einen Luftstrom oder in anderer Weise zu kühlen. Jede derartige Kühlung bedeutet aber einen zusätzlichen Aufwand und verteuert deshalb die Anlage. Außerdem wird dadurch eine Wirkungsgradeinbuße bedingt. Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man ferner vorgeschlagen, für die hochwärmebeanspruchten Teile keramische Werkstoffe zu verwenden. Bestimmte keramische Massen haben selbst bei Temperaturen von rooo° C und mehr noch Festigkeiten, die bei den in Frage kommenden metallischen Werkstoffen bei weitem nicht erreicht werden. Außerdem: haben die keramischen Massen die bedeutenden Vorteile des geringen spezifischen Gewichtes.
  • Die Bearbeitungsmöglichkeiten und viele andere Eigenschaften der keramischen Werkstoffe unterscheiden sie jedoch stark von metallischen Werkstoffen. Bei der Konstruktion von Gasturbnenläufern aus keramischen Werkstoffen muß. man auf diese ganz anders gearteten Verhältnisse besonders Rücksicht nehmen. Besondere Schwierigkeiten bereitet z. B. die Verbindung verschiedener keramischer Bauteile miteinander. So werden beispielsweise :die Füße der Gasturbinenschaufeln im Betrieb durch die Fliehkräfte sehr hoch beansprucht. Da ferner die keramischen Massen bei Raumtemperaturen keine Verforrn#barkeit aufweisen, muß bei der Bearbeitung der zu verbindenden Teile größte Sorgfalt darauf verwendet werden, daß die anein.anderliegenden Flächen genau eben sind, so daß nirgends Druckspitzen auftreten, die das Werkstück zersprengen könnten. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, hat man vorgeschlagen, Schaufeln und Läufer aus einem Stück herzustellen. Bei manchen keramischen Werkstoffen ist es aber sehr schwierig, z. B. den vollst:ilidigen Läufer mit den verhältnismäßig dünnen Schaufeln aus einem Stück fehlerfrei herzustellen. Es ist demgemäß auch bereits vorgeschlagen, auf frei stehende Schaufeln zll verzichten und in den Laufscheiben als Schaufelkanäle .dienende Durchbrechungen vorzusehen. Derartige Turbinenweisen aber einen sehr geringen Wirkungsgrad auf. Ferner hat man versucht, die Schaufeln einzeln mittels eines Laval- oder eines ähnlichen Fußes in den Läufer einzusetzen. Da man bei dies,r Anordnung hinsichtlich der Ausbildung des Fußes Rücksicht auf die Erfordernisse der keramischen Werkstorfe nehmen muß, wird jedoch die Schaufelteilung, die schon beim normalen Lavalfuß verliältnisinäß'ig groß ist, so groß, daß der anzustrebende höchste Wirkungsgrad nicht erreicht werden kann. Beim Gasturbinenbau ist aber Ausnützung aller Möglichkeiten, also auch höchster Wirkungsgrad-der Turbine, unbedingt erforderlich.
  • Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß die im Läuferumfang frei stehenden keramischen Laufschaufeln auf zwei Seiten von keramischen Scheiben gehalten werden, die auf der Turbinenwelle unter Zwischenschaltung eines elastischen Gliedes, z. B. einer Feder, gegeneinandergepreßt werden und die Berührungsflächen zwischen den Schaufeln und den Läuferscheiben einen solchen Winkel zur Turbinenachse bilden, daß die Kraftlinien sich noch innerhalb des Läuferfußes bzw. :der Läuferscheiben schneiden. Es ist zwar bei Metallturbinen bekannt, die Schaufeln zwischen zwei Laufscheiben einzuschweißen oder die Laufscheiben seitlich gegen -die Schaufeln anzupressen, doch hat dabei natürlich die Frage der Kräftelenkung wegen des gänzlich anders gearteten -Werkstoffes keine besondere. Beachtung gefunden. Bei der keramischen Turbine ist es demgegenüber aber von erheblicher Bedeutung, daß erst mit der besonderen Schaufelbefestigung nach der Erfindung eine einwandfreie Lösung dieser Aufgabe erreicht wurde.
  • - In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele von Turbinenläufern nach der Erfindung in schematischer Weise dargestellt, und zwar zeigen: Abb. i einen Turbinenläufer, der aus zwei keramischen Läuferscheiben besteht, Abb.2 einen Turbinenläufer, -essen keramische Läuferscheiben auf jeder Seite von einer Stahlscheibe abgeschützt sind, Abb.3 einen mehrstufigen Turbinenläufer. In der Abb. i ist der Turbinenläufer senkrecht in die beiden lzeramisclien Läufer- ; scheibert i und :2 unterteilt. Die Schaufeln ? welche ebenfalls aus keramischer Masse be stehen, besitzen einen Hammerkopffuß, de auf beiden Seiten von den Läuferscheiben und 2 umfaßt wird. Infolge der schräges Ausbildung der Berührungsflächen d an Schaufelfuß und 5 an den Läuferscheibei sind die Kraftlinien bei der Kraftübertragunt von den Schaufeln 3 auf die Läuferscheiben i und -2 so gerichtet, daß sie sich innerhalb de: Hammerkopffußes schneiden, so daß Bie gungsbeanspruchungen in der Schaufel nick auftreten. Die Verspannung der beider Läuferscheiben i und 2 erfolgt in der Weise daß die Läuferscheibe i sich gegen den Bund ; der Turbinenwelle 8 legt und die Läuferscheibe 2 mittels einer auf der Turbinenwelle 8 angeordneten Schraubenmutter 9 geger die Laufschaufeln 3 gedrückt wird. Zwischen der Schraubenmutter g und der Läuferscheibe 2 ist ein -elastisches Glied in Gestalt einer Schraubenfeder io angeordnet, uni Wärmedehnungen zu ermöglichen. Zwischen den beiden Läuferscheiben i und 2 ist zWeCkmäßigerweise ein schmaler Spalt 6 vorgesehen. .
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Abb.2 werden die beiden Läuferscheiben nicht unmittelbar miteinander verspannt, sondern gegen die Stahlscheiben. 12 und 13 abgestützt. Der Angriff der Stützscheiben 12 und 13 an den Stellen 1d. der Läuferscheiben i und 2 erfolgt in der Höhe der schrägen Flächen d. am Schaufelfuß, so da]) auf alle Fälle Biegungsbeanspruchungen in den Lauferscheiben i und 2 vermieden werden. Die Zusammendrü ckung der Abstützscheiben 12 und 13 erfolgt in der gleichen Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Abb. i. Die Scheibe 12 stützt sich gegen #ien L-ulld; der Turbinenwelle 8 und die Scheibe 13 wird unter Zwischenschaltung der Feder io mit Hilfe der Schraubenmutter 9 gegen die Läuferscheibe 2 gepreßt. Man kamt das elastische Zwischenglied (Feder io) auch dadurch ersetzen, daß man die Stahlscheiben auf ihrem senkrecht zur Wellenachse verlaufenden Teil 15 so dünn ausführt, daß -sie eine bestimmte Elastizität besitzen und deinzllfolge federnd wirken. Die Stalilschei-be 12 ist beispielsweise federnd ausgeführt, während die Stahlscheibe 13 einer Wärmeausdehnung des Tulbinenläufers Widerstand leistet und demzufolge nur in Verbindung mit der Feder io anwendbar ist. Selbstverständlich wird Milan in der Praxis entweder beide Scheiben 12 und 13 elastisch oder starr ausführen. Lm eine zu starke Erwärmung der Stahlscheiben 12 und 13 zu vermeiden, sind die Läuferscheiben i und 2 mit ringförmigen Rippen i(-) ausgebildet, die in Verbindung mit ebensolchen Rippen 17 am Turbinengehäuse i8 eine Labyrinthdichtung bilden. Man kann auch die Stahlscheiben 12 und 13 mit den gleichen Rippen 16 versehen. und zwischen den beiden Labyrinthdichtungen Sperrluft einführen, so daß an dieser Stelle noch einmal eine Abdichtung gegenüber dem Gasraum der Turbine vorhanden ist.
  • Wie man insbesondere aus der Abb. 3 erkennt, eignet sich die Ausbildung des Turbinenläufers nach der Erfindung besonders für mehrstufige Turbinen. In, der Abb. 3 ist die Anordnung schematisch für eine mehrstufige Turbine dargestellt. Jede zwischen zwei Stufen gelegene Läuferscheibe ig ist von Biegungsbeanspruchungen praktisch entlastet, da sich @die von der Fläche 5 ausgehenden Kraftlinien innerhalb der Läuferscheibe treffen. Man kann natürlich auch bei mehrstufigen Turbinenläufern die an den Enden befindlichenLäuferschefben i und 2 mit Stützscheiben in der gleichen Weise wie bei der Ausführung nach der Abb.,2 versehen.
  • Bei den erfindungsgemäßen Anordnungen lassen, sich diel Läuferscheiben mit der größtmöglichen Genauigkeit bearbeiten. Dasselbe gilt auch für die Schaufeln. Beim Schaufelfuß werden zunächst die. Seitenflächen in einer Vorrichtung genau geschliffen, dann werden die Schaufeln an diesen Flächen in einer Vorrichtung aneinandergelegt, wobei zum Ausgleich kleinerer Ungenauigkeiten ein Schlußstück eingepaßt wird.
  • Man kann schließlich auch die einzelnen Schaufeln in an sich bekannter Weise in die Läuferscheiben einglasieren. In diesem Fall wird zweckmäßig der Spalt 6 zwischen den Läuferscheiben sehr klein ausge "fuhrt, und die benachbarten Läuferscheiben zweier aufeinanderfolgender Schaufelkränze werden ebenfalls mittels Glasur zusammengebrannt. Bei diesem Verfahren ist die erforderliche Genauigkeit der bearbeiteten Schaufeln und Läuferscheiben. nicht so groß, da die Glasur in der Lage ist, geringe Unebenheiten auszugleichen.
  • Ein weiterer Vorteil des Läufers nach der Erfindung besteht darin, daß man kleine Ungenauigkeiten in der Herstellung dadurch ausgleichen kann, daß man die zusammengebauten Läufer bei hohen Temperaturen zusaminenpreßt, so daß etwa vorstehende Schaufeln in :die Läuferscheiben an der Stelle 5 hineingedrückt werden. Es kommen somit alle Schaufeln an den Stellen q. und an den Seitenflächen zum Anliegen. Durch eingehende Versuche wurde nämlich festgestellt, daß bei hohen Temperaturen die keramischen Werkstoffe in gewissem Maße sich plastisch verformen lassen. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann man .auch einzelne schadhaft gewordene Schaufeln auswechseln. Nach Einsetzen der neuen Schaufeln wird dann der ganze Läufer von neuem einem Preßvorgang bei hohen Temperaturen ausgesetzt, so daß die neuen Schaufeln ebenfalls an allen erforderlichen Stellen zum Anliegen kommen. Die Temperaturen müssen dabei für jede keramische Masse besonders ermittelt werden. Beim Zusammenpressen des Läufers wird der Druck zweckmäßig so eingeleitet, daß Biegungsbeanspruchungen vermieden werden., ,also an Stellen, die mit den Flächen ¢ bzw. 5 auf demselben Zylindermantel liegen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbinenläufer, bei welchem Schaufeln und Läufer aus keramischen Massen hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die am Läuferumfang frei stehenden keramischen Laufschaufeln (3) auf zwei Seiten von keramischen Scheiben (i und 2) gehalten werden; die auf der Turbinenwelle (8) unter Zwischenschaltung eines elastischen Gliedes (i o), z. B. einer Feder, gegeneinandergepreßt werden und :die Berührungsflächen (q. bzw. 5) zwischen den Schaufeln (3) und den Läuferscheiben (i und 2) einen solchen Winkel zur Turbinenachse bilden, daß die Kraftlinien sich noch innerhalb des Läuferfußes bzw. der Läuferscheiben (i und 2) schneiden:.
  2. 2. Gasturbinenläufer nach Anspruch i, dadurch -gekennzeichnet, daß die Läuferscheiben (r und 2) mittels auf der Turbinenwelle (8) ,angeordneter Stahlscheiben (12 und 13) zusammengedrückt werden, die etwa in der Höhe der BerührungS1-flächen (q. und 5.) .zwischen Läuferscheiben (i und 2) und Laufschaufeln (3) angreifen.
  3. 3. Gasturbinenläufer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlscheiben in ihrem senkrecht zur Turbinenwelle (i) verlaufenden Teil elastisch ausgebildet sind. q.. Gasturbinenläufer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrstufiger Ausführung des Turbinenläufers die benachbarten Läuferscheiben (19) zweier aufeinand erfolgender Schaufelkränze aus einem Stück bestellen.
DEM150222D 1941-03-11 1941-03-11 Gasturbinenlaeufer, bei welchem Schaufeln und Laeufer aus keramischen Massen hergestellt sind Expired DE735184C (de)

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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE972310C (de) * 1952-05-22 1959-07-02 Siemens Ag Aus Scheiben und Ringen zusammengesetzter Turbinenlaeufer
DE1082459B (de) * 1957-03-13 1960-05-25 Raymond Emile Georges Laeufer fuer Stroemungsmaschinen, insbesondere fuer Gasturbinen
DE1118537B (de) * 1953-07-02 1961-11-30 Siemens Ag Fluessigkeitsgekuehlter Laeufer fuer Gasturbinen
DE1223623B (de) * 1957-04-19 1966-08-25 Robert Pouit Laufrad fuer Heissgasturbinen
US3746469A (en) * 1971-03-03 1973-07-17 Gen Motors Corp Turbomachine rotor
US4051585A (en) * 1976-07-26 1977-10-04 United Technologies Corporation Method of forming a turbine rotor
DE2845199A1 (de) * 1978-10-17 1980-04-24 Giovanni F Savonuzzi Schaufelrad fuer eine zentripetalturbine
US5062767A (en) * 1990-04-27 1991-11-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Segmented composite inner shrouds
EP2927425A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-07 Siemens Aktiengesellschaft Läufer für eine Gasturbine mit Verdrehsicherung für eine Wellenmutter

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE972310C (de) * 1952-05-22 1959-07-02 Siemens Ag Aus Scheiben und Ringen zusammengesetzter Turbinenlaeufer
DE1118537B (de) * 1953-07-02 1961-11-30 Siemens Ag Fluessigkeitsgekuehlter Laeufer fuer Gasturbinen
DE1082459B (de) * 1957-03-13 1960-05-25 Raymond Emile Georges Laeufer fuer Stroemungsmaschinen, insbesondere fuer Gasturbinen
DE1223623B (de) * 1957-04-19 1966-08-25 Robert Pouit Laufrad fuer Heissgasturbinen
US3746469A (en) * 1971-03-03 1973-07-17 Gen Motors Corp Turbomachine rotor
US4051585A (en) * 1976-07-26 1977-10-04 United Technologies Corporation Method of forming a turbine rotor
DE2845199A1 (de) * 1978-10-17 1980-04-24 Giovanni F Savonuzzi Schaufelrad fuer eine zentripetalturbine
US5062767A (en) * 1990-04-27 1991-11-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Segmented composite inner shrouds
EP2927425A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-07 Siemens Aktiengesellschaft Läufer für eine Gasturbine mit Verdrehsicherung für eine Wellenmutter

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