Turbinenrotor mit wenigstens einem Schaufelrad. Die Erfindung betrifft die besondere Aus bildung eines Turbinenrotors mit wenigstens einem Schaufelrad, insbesondere für Gas- und Dampfturbinen. Sie besteht darin, dass das Schaufelrad aus zwei miteinander verschraub ten oder verschweissten Radkörperhälften be steht, die am äussern Umfang die zwischen diesen Teilen festgehaltene Turbinenschaufe- Jung aufnehmen;
wobei der durch die beiden Radkörperhälften und die Schaufeln begrenzte Hohlraum nach aussen durch Schweiss- oder Lötnähte zwischen den innern Schaufelfluss- flächen unter sich sowie zwischen diesen und der Innenfläche der einen Radkörperhälfte abgedichtet ist, während zwischen den Schau felfüssen und der andern Radkörperhälfte ringförmige Dichtungsflächen vorgesehen sind. Der Hohlraum zwischen Radkörperhälften und Schaufelkranz dient zweckmässig zur Aufnahme eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels, dessen Zufuhr z. B. durch Ka näle in der Turbinenwelle erfolgt.
Die Ab fuhr des Kühlmittels kann entweder ebenfalls durch Kanäle in der Turbinenwelle oder aber durch Bohrungen an beliebigen Stellen der Radscheiben stattfinden. Die Turbinenschau feln können auch Hohlräume enthalten, die nach dem Hohlraum zwischen den Radkör- perhälften offen sind. Ferner kann zwischen den beiden Radkörperhälften eine Scheiben förmige Trennwand, die sich auch strahlen förmig bis in die Hohlräume der einzelnen Schaufeln erstrecken kann, so angeordnet und geformt sein, dass das auf der einen Seite der Trennwand zugeführte, auf der andern Seite abgeführte Kühlmittel an den heissesten Teilen am äussern Umfang der Trennwand vorbeiströmen muss.
Die Verbin dung der beiden Radkörperhälften kann durch eine zentrale Verschraubung erfolgen, die auf ihrer äussern Seite so geformt ist, dass diese Verschraubung sowohl zur guten Führung der Gase oder des Dampfes, als auch zum Strahlungsschutz des Turbinenrades dient.
Die Erfindung ermöglicht, mit herstel lungstechnisch einfachen Mitteln einen Hohl raum im Innern von Turbinenrädern vorzu sehen. Damit ist, durch Verwendung .dieses Hohlraumes zur Aufnahme von Kühlmitteln, die Möglichkeit einer ausgiebigen innern Küh lung des Schaufelrades gegeben. Auf diese Weise können auch bei Gasturbinen mit sehr hohen Treibgastemperaturen die durch Fliehkräfte hoch beanspruchten Schaufeln und Radscheiben so kühl gehalten werden, dass deren Materialfestigkeiten nicht beein trächtigt werden. Anderseits wird bei Kon struktionen gemäss der Erfindung der rasche Zusammenbau und Auseinanderbau der ein zelnen Teile, zwecks Auswechslung der Schau feln oder zur Kontrolle und Reinigung des Kühlraumes, sehr erleichtert.
Die Zeichnungen stellen verschiedene Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dar. Fig. 1 zeigt eine Gasturbine mit Schau felrädern gemäss der vorliegenden Erfindung samt der von ihr angetriebenen Maschinen anlage; in Fig. 2, 3, 4 und 5 ist eine Aus führungsform eines Gasturbinenschaufelrades in verschiedenen Ansichten und Schnitten dargestellt.
Gleiche Zahlen bezeichnen gleiche Teile. In Fig. 1 stellt 2 das Gehäuse der im Schnitt gezeichneten dreistufigen Gasturbine 1 dar. Die unter Druck stehenden Verbren nungsgase eines Gasgenerators oder einer Brennkraftmaschine treten bei 3 in das G-e- Gehäuse 2 ein, geben ihre Energie durch Entspannung in den Düsenringen 4, 5 und 6 an die Turbinenräder 7, 8 und 9 ab und treten bei 10 wieder aus. Die an die Tur binenwelle 11 abgegebene Leistung dient in diesem Beispiel zum Antrieb eines Gebläses 12 sowie eines elektrischen Stromerzeugers 13.
Die in den beiden Lagern 14 und 15 gehaltene Welle 11 trägt die drei Turbinen laufräder 7, 8 und 9, welche durch die Mut ter 37 gegeneinander verspannt werden. Die Turbinenräder bestehen aus den als Seheiben ausgebildeten Radkörperhälften 16 und 17 und den Schaufeln 18, deren hammerförmige Füsse 19 zwischen den Scheiben 16 und 17 ein gepasst sind. Die Schaufeln 18 sind mit den einen Radkörperhälften 16 mit Lötnähten 20 gasdicht verbunden, während zwischen den Schaufeln und den Radkörperhälften 17 je eine Packung 21 liegt.
In den Hohlräu men zwischen den beiden Radkörperhälften 16 und 17 sind Trennwände 22 angeordnet, welche mittels Fortsätzen 23 in die Hohl räume 24 der Laufschaufeln 18 hineinragen. Von der Pumpe 28 wird das Kühlmittel, wie durch Pfeile angegeben, durch die Leitung 27 in die Hohlräume 25 und 26 gedrückt, und zwar so, dass es zuerst in den Hohlraum 25 des Turbinenrades 9 eintritt, die Trenn wand 22 umströmt, durch den Hohlraum 26 aus dem Rad wieder austritt und dann durch Vermittlung der hohlen Welle 11 in gleicher Weise nacheinander die Hohlräume der Rä der 8 und 7 bespült. Die Abfuhr des Kühl mittels geschieht durch den Kanal 29 und die Leitung 30 zum Kühler 31, wo es wie der rückgekühlt wird.
Ein Teil des von der Pumpe 28 geförderten Kühlmittels tritt bei 32 in den Mantel des Turbinengebäuses und gelangt dann durch die Leitung 33 ebenfalls zum Kühler zurück.
Die Kühlmittelpumpe 28 kann in der ge zeichneten Weise von der Maschinenwelle 34 mittels des Riemens 35 angetrieben werden.
In Fig. 2 ist ein einzelnes Turbinenschau felrad im Querschnitt dargestellt. 16 und 17 sind wieder die beiden Radkörperhälften, zwischen welchen die in diesem Beispiel mit gezahnten Füssen 19 versehenen Schaufeln 18 eingesetzt sind. 20 ist die gegen die Scheibe 16 abdichtende Löt- oder Schweiss naht, 21 die zwischen die Dichtungsflächen der Scheibe 17 und den Schaufeln 18 einge legte Packung.
Die gegenseitige Befestigung der Radkörperhälften erfolgt hier sowohl durch Schweissnähte 42 und 43; als auch durch einen aus der Radkörperhälfte 16 heraustre tenden Gewindezapfen 36 und dessen Mut ter 37, welche einen haubenartigen Teil 38 besitzt. Durch diese Haube 38 wird die Rad scheibe 17 den Strahlungs- und Konvektions- einwirkungen der Arbeitsgase entzogen und gleichzeitig werden diese Gase nach ihrem Durchtritt durch die Schaufeln 18 gut ge führt. In den Schaufeln 18 liegen die Hohl räume 24, welche sich gegen die Hohl räume 25, 26 öffnen.
Auf der Zeichnung ist deutlich die Trennwand 22 zu sehen, die die Hohlräume 25 und 26 begrenzt und mit ihren Fortsätzen 23 in die Hohlräume 24 hineinragt. Das durch den Kanal 38 zuge führte Kühlmittel strömt zum einen, zweck mässig zum kühlerer) Hohlraum 25, umströmt die Trennwand 22 in den äussersten Spitzen der Schaufelhohlräume 24 und wird durch den durch das Rohr 39 gebildeten Kanal in der Turbinenwelle 11 wieder abgeführt.
Fig. 3 stellt, in Achsrichtung gesehen, einen Teil der Schaufeln 18 dar, bei abge- genommener Radkörperhälfte 17. Hier sind die Lötnähte 40 erkennbar, welche die Hohl räume 25, 26 gegen die Trennfugen 41 ab zudichten haben. Die Hohlräume 24 in den Schaufeln sind punktiert dargestellt.
Fig. 4 zeigt in Ansicht ein Stück der Trennwand 22. Darauf sind die in die Schau felhohlräume hineinragenden Fortsätze 23 erkennbar. In den äussersten, von der Trenn wand freigelassenen Lücken 44 kann das Kühlmittel von der einen Seite der Trenn wand auf die andere überströmen.
In Fig. 5 ist ein Zylinderschnitt durch einige Turbinenschaufeln 18 dargestellt. Aus dieser Figur ist die Anordnung der Hohl räume 24 sowie der Trennwandteile 23 er- ic htlich.
Turbine rotor with at least one impeller. The invention relates to the special training from a turbine rotor with at least one impeller, in particular for gas and steam turbines. It consists in the fact that the impeller consists of two wheel body halves screwed or welded to one another, which on the outer circumference receive the turbine blade held between these parts;
The cavity delimited by the two wheel body halves and the blades is sealed to the outside by welds or soldered seams between the inner blade flow surfaces and between them and the inner surface of one wheel body half, while annular sealing surfaces are provided between the blade feet and the other wheel body half are. The cavity between the wheel body halves and the blade ring is useful for receiving a liquid or gaseous coolant whose supply z. B. takes place through Ka channels in the turbine shaft.
The coolant can either also be moved through channels in the turbine shaft or through bores at any point in the wheel disks. The turbine blades can also contain cavities which are open after the cavity between the wheel body halves. Furthermore, a disk-shaped partition wall, which can also extend radially into the cavities of the individual blades, can be arranged and shaped between the two wheel body halves in such a way that the coolant supplied on one side of the partition wall and discharged on the other side to the the hottest parts must flow past the outer circumference of the partition.
The connection of the two halves of the wheel body can be made by a central screw connection, which is shaped on its outer side in such a way that this screw connection serves both for good guidance of the gases or steam and for radiation protection of the turbine wheel.
The invention makes it possible to provide a hollow space in the interior of turbine wheels with production technology simple means. Thus, by using .this cavity for receiving coolants, the possibility of extensive internal cooling of the impeller is given. In this way, even in gas turbines with very high propellant gas temperatures, the blades and wheel disks, which are highly stressed by centrifugal forces, can be kept so cool that their material strengths are not impaired. On the other hand, in the constructions according to the invention, the rapid assembly and disassembly of the individual parts, for the purpose of replacing the blades or for checking and cleaning the cold room, is very much easier.
The drawings represent various exemplary embodiments of the subject matter of the invention. FIG. 1 shows a gas turbine with blade wheels according to the present invention, together with the machinery it drives; In Fig. 2, 3, 4 and 5, an imple mentation form of a gas turbine impeller is shown in different views and sections.
Like numbers indicate like parts. In Fig. 1, 2 represents the housing of the three-stage gas turbine 1 shown in section. The pressurized combustion gases of a gas generator or an internal combustion engine enter the housing 2 at 3, and give their energy through relaxation in the nozzle rings 4, 5 and 6 to the turbine wheels 7, 8 and 9 and exit again at 10. The power delivered to the turbine shaft 11 is used in this example to drive a fan 12 and an electric power generator 13.
The shaft 11 held in the two bearings 14 and 15 carries the three turbine wheels 7, 8 and 9, which are braced against each other by the courage ter 37. The turbine wheels consist of the wheel body halves 16 and 17 designed as Seheiben and the blades 18, the hammer-shaped feet 19 between the discs 16 and 17 are fitted. The blades 18 are connected in a gas-tight manner to one of the wheel body halves 16 with soldered seams 20, while a pack 21 is located between the blades and the wheel body halves 17.
In the Hohlräu men between the two wheel body halves 16 and 17 partitions 22 are arranged, which protrude by means of extensions 23 in the hollow spaces 24 of the blades 18. The coolant is pressed by the pump 28, as indicated by arrows, through the line 27 into the cavities 25 and 26, in such a way that it first enters the cavity 25 of the turbine wheel 9 and flows around the partition 22 through the cavity 26 emerges from the wheel again and then flushed the cavities of the wheels 8 and 7 one after the other through the intermediary of the hollow shaft 11 in the same way. The removal of the cooling means is done through the channel 29 and the line 30 to the cooler 31, where it is cooled back like that.
Part of the coolant conveyed by the pump 28 enters the jacket of the turbine housing at 32 and then also returns to the cooler through the line 33.
The coolant pump 28 can be driven in the manner shown by the machine shaft 34 by means of the belt 35.
In Fig. 2, a single turbine blade wheel is shown in cross section. 16 and 17 are again the two wheel body halves between which the blades 18, which in this example are provided with toothed feet 19, are inserted. 20 is the soldering or welding seam sealing against the disk 16, 21 the pack placed between the sealing surfaces of the disk 17 and the blades 18.
The mutual fastening of the wheel body halves takes place here both by welds 42 and 43; as well as by one of the wheel body half 16 heraustre border threaded pin 36 and its courage ter 37, which has a hood-like part 38. Through this hood 38 the wheel disk 17 is withdrawn from the radiation and convection effects of the working gases and at the same time these gases are well guided after they have passed through the blades 18. In the blades 18 are the hollow spaces 24, which open against the hollow spaces 25, 26.
In the drawing, the partition 22 can clearly be seen, which delimits the cavities 25 and 26 and protrudes with its extensions 23 into the cavities 24. The coolant supplied through the channel 38 flows on the one hand, expediently to the cooler) cavity 25, flows around the partition 22 in the outermost tips of the blade cavities 24 and is discharged again through the channel formed by the pipe 39 in the turbine shaft 11.
3 shows a part of the blades 18, seen in the axial direction, with the wheel body half 17 removed. Here, the soldered seams 40 can be seen, which have to seal the cavities 25, 26 against the separating joints 41. The cavities 24 in the blades are shown dotted.
Fig. 4 shows a view of a piece of the partition wall 22. The projections 23 projecting into the blade cavities can then be seen. In the outermost gaps 44 left free by the partition wall, the coolant can flow over from one side of the partition wall to the other.
A cylinder section through some turbine blades 18 is shown in FIG. 5. The arrangement of the cavities 24 and the partition wall parts 23 can be seen in this figure.