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Segmentartig zusammengesetzter Düsenleitring für Turbinen Der Düsenleitring
von Gas- oder Abgasturbinen wurde bisher meist in der Form ausgeführt, daß ein innerer
und ein äußerer Tragring mit Einschnitten versehen wurde, in die die Düsenleitbleche
oder Leitschaufeln eingeführt und eingeschw eißtwurden. Bei Verwendung innengekühlter
Leitschaufeln wurden entsprechende Ausfräsungen in den Tragringen vorgenommen. Die
derart entstehenden Gebilde sind jedoch äußerst kompliziert in der Herstellung und
außerdem ziemlich anfällig gegen Spannungsrisse, da die starke Erwärmung vor allem
der Düsenleitbleche oder Leitschaufeln gegenüber der wesentlich geringeren Erwärmung
der Tragringe zu erheblichen Dehnungsunterschieden führt, die nicht ohne weiteres
ausgeglichen werden können. Hinzu kommt, daß die Düsenleitbleche vielfach zur Aufnahme
bzw. Durchleitung von Kräften herangezogen werden müssen. Man hat infolgedessen
für bestimmte Fälle die Teilung des Düsenleitringes in einen aus wenigen Streben
bestehenden Teil, der zur Lastübertragung verwendet wird, und den mechanisch praktisch
völlig entlasteten eigentlichen Düsenleitring vorgeschlagen, doch macht auch eine
derartige Konstruktion einen nicht unerheblichen Fertigungszeitaufwand erforderlich
und bringt eine unerwünschte Gewichsvergrößerung und Vergrößerung des erforderlichen
Platzaufwandes mit sich.
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Ein äußerst einfach herstellbarer Düsenleitring, bei dem die genannten
Fehler völlig vermieden werden, ist Gegenstand der nachfolgend beschriebenen Erfindung.
Gemäß der Erfindung können nämlich dieDüssenleitringesegmentartig zusammengesetzt
werden,
wobei ein aus ebenen Blechen oder einem geraden Rohrstück fierstelibares Segment
entweder einen vollkommenen Düsenkanal bildet, dessen Begrenzungswände mit den-
Nachbarsegmenten im wesentlichen nur an Eintritts- und Austrittskante der Leitschaufelhälften
in Vetbindung stehen, oder jedes Segment besteht aus der doppelmanteligen Leitschaufel
und den im Grenzfall bis zur Nachbarleitschaufel reichenden angebördelten Teilen
der ringförmigen Außen- bzw. Innenbegrenzung des Düsenleitringes. Wie aus der Beschreibung
u. a. hervorgeht, können die derart entstehenden zweiteiligen Leitschaufeln ohne
weiteres für Innenkühlung eingerichtet werden.
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In Abb: i a bis i c ist einAusführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
in den drei Rissen und in Abb: i d im Schrägriß dargestellt. Abb. .i e zeigt die
zugehörige Abwicklung in anderem MaNtab. Die eigentliche Leitfläche ist -zweiteilig
und wird durch die Teilleitflächen L1 und L2, die längs der Eintrittskante E zusammenhängen,
gebildet. An der Austrittskante fl werden die Leitflächen L1 und L, entweder ganz
oder teilweise, vorzugsweise durch Schweißung, verbunden. Wenn die Austrittskante
nur an einzelnen Punkten verschweißt wird, besteht die Möglichkeit, in den verbleibenden
Zwischenräumen zwischen den Leitflächen L1 und L2 in an sich bekannter Weise Kühlluft
durchzuschicken. An die Leitflächen L1 und L2, die bei. Innenkühlung mehr oder weniger
stark gewölbt ausgeführt werden, schließen sieh die Bördelränder Bi an, die jeweils
mit den gleichen Bördelrändern der Nachbarleitschauteln, mit denen sie überlappt
werden können, verbunden werden, so daß sie zwei nur durch die jeweiligen Zwischenräume
zwischen den Leitschaufelteilen L1 und L2 unterbrochene geschlossene Ringe bilden.
An der austrittsseitigen Kante der Bördelränder Bi sind hier weitere Bördelränder
B2 vorgesehen, um die Leitschaufel an die z. B. in Abb. i d gestrichelt und in Abb.
i c im Schnitt dargestellten Tragringe Ra und Ri anschweißen zu können.
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Eine Anordnung dieser Art hat als besondere Vorteile den Umstand aufzuweisen,
daß die Leitschaufeln ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand hohl gestaltet und damit
gekühlt werden können. -Ab-
gesehen davon, daß sich -hierdurch geringe thermische
Dehnungen zwischen dem äußeren und inneren Begrenzungsring des Düsenleitkanals ergeben,
ist hervorzuheben, daß die Anordnung der Bördelrän,der Bi gleichfalls eine gewisse
Nachgiebigkeit zwischen dem äußeren und dem inneren Begrenzungsring und den Leitflächen
L1 und L2 ermöglichen. Wie aus Abb. i e .hervorgeht, kann ein derartiges Leitschaufelsegment
aus einem ebenen Blech durch Faltung und Biegung usw. ohne weiteres hergestellt
werden. Bringt man benachbarte Bö rdelränder Bi zur Überlappung, so können sie in
einfacher Weise durch Punktschweißung verbunden werden. Die überlappung wird normalerweise
nicht breiter ausgeführt werden, als der -Abstand der einem Düsenkanal angehörenden
benachbarten Leitflächen auf dein jeweiligen Umfang ist. Bei geeigneter Anordnung
ist es außerdem möglich, mehrere benachbarte öder alle Düsenleitsegmente unmittelbar
zusammenhängen zu lassen und aus einem einzigen ebenen Blech herzustellen. DieVerschweißung
derBördelränder fällt in diesem Fall zum 'feil weg.
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In Abb. 2a bis sc ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Möglichkeit,
den Düsenleitring segmentartig zusammenzusetzen, wiedergegeben. Die einzelnen .Segmente
umschließen hier je einen ganzen Düsenkanal und stoßen im wesentlichen nur an der
Eintritts- und Austrittskante der Leitschaufel unmittelbar zusammen. Insbesondere
an der Leitschaufeleintrittskante wird eine Verschweißung oder andere Verbindung
der üblichen Art durchgeführt werden, während die Austrittskante vielfach nur zum
Teil zusammengeschweißt wird. Werden -die Teilleitschaufeln L1 und L, etwas nach
innen gewölbt ausgeführt, so können auch hier hohle Leitschaufeln gebildet werden,
ohne daß es notwendig ist, irgendwelche Fräsarbeiten od. dgl. vornehmen zu müssen.
Die Herstellung derartiger Segmente kann gleichfalls aus ebenen Blechen erfolgen,
doch können hier auch dünnwandige Rohre od. dgl. verwendet werden: In Abb. 2d ist
ein derartiges Segment nochmals im Schrägriß dargestellt, wobei durch Bördelränder
analog der Ausführung nach Abb. i die Möglichkeit besteht, sowohl an der Eintritts-
oder Austrittsseite des Düsenl.eitkanals eine Verbindung mit Halteringen entsprechend
dem Ring Ra und Ri nach Abb. i d vorzunehmen. Aus derartigen kastenförmigen Segmenten
aufgebaute Düsenringe können auch dazu verwendet werden, einen Stützring zu verkleiden;
dessen Streben sich dann in allen oder einem Teil der hohlen Leitschaufeln befinden
und damit vom heißen Gasstrom isoliert sind. Durch den Stützring werden in .diesem
Fall die äußeren Kräfte aufgenommen und weitergeleitet. Der eigentliche Leitschaufelring,
.der erfindungsgemäß aus Segmenten gebildet wird, wird in diesem Fall besonders
weich und elastisch ausgebildet werden können. Der Stützring -wird je nach der Art
seiner Herstellung verschieden ausgeführt werden können. Seine Herstellung aus einzelnen
Segmenten ist gleichfalls möglich.
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In Abb. 3 a ist gezeigt, wie aus derartigen Düsenleitsegmenten zusammengesetzte
Düsenringe mit den übrigen Teilen von Abgasturbinen od. dgi. in Verbindung gebracht
werden können. Die hier gezeigte Anordnung sieht vor, däß die Austrittskante der
Leitschaufel ganz oder zum Teil offen ist, so daß durch die Saugwirkung die mit
hoher Geschwindigkeit durchströmende Frisch- oder Abgasluft durch das hohle Schaufelinnere
gefördert wird, die etwa so strömt, wie es durch die Pfeilrichtung angedeutet ist.
Die austrittsseitigen Bördelränder an den Außen- und Innenbegrenzungen der Düsen-Leitkanäle
können auch; wie es Abb. 31) zeigt, zwischen zwei Flanschringe eingeklemmt werden,
wodurch sich eine etwa größere Beweglichkeit der Teilsegmente gegenüber der- relativ
starren Einspannung in den Ringen ergibt. Wird die Austrittskante geschlossen ausgeführt,
so könnte man auch
an die Durchförderung von Kühlluft durch die
hohlen Leitschaufeln in radialer Richtung denken.
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Abb. 4a und 4b zeigen eine Möglichkeit, die insbesondere bei;inneng
ekühlten :Turbi.nenlaufschaufeln zur Anwendung kommen kann; hier sind nämlich die
äußeren Begrenzungsteile der Düsenleitkanäle bis über die Laufschaufel verlängert
und etwa so, wie es Schnitt 1-I in Abb. 4b zeigt, aufgebogen, so daß die im wesentlichen
tangential zum Laufschaufelaußendurchmesser ausströmende Kühlluft zwischen diesen
Verlängerungen der einzelnen Segmente in einen Ringraum oberhalb von Leit-und Laufschaufeln
der Turbinen eintritt. Die der Turbinenkühllu.ft bei ihrer Strömung durch die Laufschaufeln
zugeführte Energie wird auf diese Weise teilweise dadurch nutzbar gemacht, daß sie
entweder in Druck umgesetzt wird und hierdurch ein Strömungsgefälle aufgebaut wird,
mit dem z. B. die Leitschaufeln oder das Gehäuse bzw. beide mit Kühlluft beschickt
werden können. Wenn auch die Kühlluft, die aus den Laufschaufeln austritt, schon
eine etwas erhöhte Temperatur besitzt und sich möglicherweise auch teilweise mit
Abgas vermischen wird, so reicht .die Kühlwirkung immerhin noch für die Leitschaufel
und das Gehäuse aus. Ist man dagegen nicht auf eine Kühlung dieser beiden Bauelemente
angewiesen, so kann durch die Verlängerungen der Leitschaufelsegmente die aus den
Laufschaufeln austretende Kühlluft in einer Richtung gelenkt werden, daß die innewohnende
Energie zum Vortrieb als Strahl z. B. bei Luftfahrzeugen dienen kann.