Turbomaschinenrotor Die Erfindung bezieht sieh auf einen Turbomasehinenrotor, der einen aus einer An zahl von koaxialen, voneinander in Abstand gehaltenen Scheiben zusammengesetzten Ro- torkörper und einen Kranz von radialen, am t mfang dieses Rotorkörpers befestigten und aus kerb@empfindliehem Material hergestellten fiehaufeln aufweist.
Solche Sehaufeln weisen üblieherweise ein Blatt mit Tragflächenprofil und einen Fussteil ziuf, der eine besondere Form hat und in einer entspreehend geformten Ausnehmung des Ro- torkörpers verankert ist. Es hat. sieh gezeigt, class die Tannenbaumform , vom Standpunkt der Lasttragfähigkeit gesehen, eine der gün- sti;:sten ist.
Diese Form eignet sich aber nicht für Sehaufeln, die aus kerbempfindliehem Material hergestellt sind, d. h. aus einem iVla.te- rial, das spröde ist und gern zu Rissbildungen an Stellen wie scharfen Ecken neigt, an denen hohe Spannungskonzentrationen vorhanden sind.
Als Beispiele solcher Materialien können feuerfeste keramiselie Materialien wie gesin terte Oxyde, Silicide, Karbide oder Boride von Metallen. wie Beryllium, Aluminium oder Titan und gesinterte Metall-Keramik-Misehun- .en genannt werden, welehe ans einem der znersterwähnten keramiselien Materialien und einem Metall wie beispielsweise Niekel beste lien.
Für Sehaufeln aus einem dieser kei-b- empfindlichen Materialien ist ein schwalben- schwanzförmiger Fussteil mit sorgfältig abge rundeten Übergängen oder ein Fussteil mit der Form einer rundlichen oder länglichen Blase hinsichtlich Spannungsverteilung und -übertragung einem Fussteil mit mehr oder weniger scharfen Ecken unbedingt vorzuzie hen.
Diese Art der Verankerung hat aber eine geringere Tragfähigkeit als eine solche von Tannenbaumform und ist deshalb unter Um ständen nicht geeignet für die direkte Befesti gung in einem Rotorkörper, der nur eine be grenzte, für die Kraftübertragung nutzbare Fläche besitzen kann, z. B. in einem Rotor körper, der aus axial in Abstand voneinander angeordneten Scheiben zusammengesetzt ist.
Die Erfindung besteht nun darin, dass jede Schaufel an ihrem radial innern Ende einen Fussteil aufweist und. an den Scheiben des Rotorkörpers durch ein Paar von Halteglie dern befestigt ist, die in Umfangsrichtung des Rotors dies- und jenseits des Fussteils gelegen sind, wobei jedes dieser Halteglieder an allen Scheiben befestigt ist und auf der einen bzw. andern Seite des Schaufelfussteils angreift.
Beiliegende Zeichnung stellt ein Ausfüh rungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dar. Fig. 1 zeigt im Axialschnitt einen Teil der Gasturbine des Strahltriebwerkes eines Flug zeuges, und Fig. 2 zeigt. in Stirnansicht, von der Linie II-II der Fig.1 aus gesehen, einen Abschnitt des Rotors dieser Gasturbine.
Der in Fig. 1 dargestellte Gasturbinen rotor hat einen Rotorkörper, der sich aus fünf aus Blech hergestellten, in Abstand voneinan der gehaltenen und zwischen zwei massiven Seheiben 2 und 3 festgespannten koaxialen Scheiben l , lb, 1c, 1c1 und 1e zusammen setzt. Alle diese Scheiben sind durch einen zur Rotoraehse konzentrischen Kranz von Sehrau ben 4 zusammengehalten, die auch die Distanz ringe 5 tragen.
Der Rotorkörper ist an seinem Umfang mit einem Kranz von Schaufeln 6 versehen, die aus einem kerbempfindlichen Haterial, z. B. aus einem der einleitend er wähnten feuerfesten keramischen Materialien oder gesinterten -#vIetall-Keramik-Misehungen hergestellt sind.
Der Turbinenrotor ist am einen Ende einer Welle 7 befestigt., an deren anderem Ende der nicht gezeigte Rotor des Turboverdichters des Triebwerkes befestigt ist. Diese Welle läuft in einem Walzenlager 8, das im Gehäuse 21 sitzt. Dieses ist durch Radialarme 9 mit dem tra genden Statorteil 10 verbunden.
Um den Kranz von Rotorsehaufeln 6 er streckt sich ein Ring 11, der am äussersten Leitschaufeltragring 14 angeflanscht ist. Die Leitschaufeln 12 erstrecken sich von diesem einwärts zum innern Leitschaufeltragring 13. In unmittelbarer Nähe des Strömungskanals sind die gegenüberliegenden Flächen des Rin ges 13 und der Rotorscheibe 2 gerillt zwecks Bildung einer Labyi#inthdiehtung 15, welche die heissen Verbrennungsgase daran hindert, vom Strömungskanal in das Innere des Trieb werkes einzudringen.
An dem vom Rotor ab gewendeten Ende sind die Leitschaufeltra-,- ringe 13 und 14 an Statorteile 16 bzw. 17 an geflanscht, welche Wandungen einer Brenn- kammer des Gasturbinentriebwerkes bilden. Das von den Leitschaufeln abgewendete Ende des Ringes 11 ist mit einem kegeligen Rohr glied 18 verbunden, das zusammen mit einem kegeligen Glied 19 den Austrittskanal be grenzt, durch welchen die Verbrennungsgase ins Strahlrohr übertreten.
Jede der aus einem Stück bestehenden Schaufeln 6 weist gemäss Fig. 2 ein Blatt 6a mit Tragflächenprofil, einen sieh in Umfangs richtung erstreckenden, plattenförmigen Zwi schenteil 6b und einen Fussteil 6c auf, der, in Achsrichtung gesehen, eine Sehwalbenschwanz- form mit. abgerundeten Cbergängen hat.
Die Schaufeln sind auf dein Umfang des Rotors verteilt, wobei die unterste, der Rotorachse zugewendete Fläche ihres Fussteils auf Vor sprüngen aufliegt, die am Umfang der den Rotorkörper bildenden Blechscheiben<I>la,<B>l b,</B></I> <B><I>l e,</I></B><I> I</I> cl, <I>l e</I> vorgesehen sind und wobei die zur Schaufelachse geneigten Schwalbenschwanz seitenflächen 6d sich in einer zur Rotorachse parallelen Richtung erstrecken.
Zwischen je zwei benachbarten Schaufelfussteilen<B>6e</B> ist ein Halteglied 20 angeordnet, das im Umriss keil förmig ist, sich dabei radial einwärts verjüngt und Seitenflächen 20a hat, die sich wie die jenigen der Schaufelfussteile in achsparalleler Richtung erstrecken und auf den Seitenflä chen 6d der benachbarten Schaufelfussteile aufliegen, während der übrigbleibende Fuss teil 20b Tannenbaumform hat und in ent sprechenden, in Aelrsriehtung des Rotors auf einander ausgerichteten Ausnehmungen der Scheiben la, 1b,<I>1c,</I> 1d, 7.e festsitzen.
Die wäh rend des Betriebes auf die Schaufeln einwir kenden Zentrifugalkrä.fte werden somit durch die Halteglieder 20 auf diese Scheiben über tragen. Wie aus Fig.l. ersichtlich ist, über spannen die Fussteile<B>6e</B> der Schaufeln und die Halteglieder 20 die Zwischenräume 7wi- sehen den Scheiben, indem sie sieh über die ganze Breite des durch dieselben gebildeten Rotorkörpers erstrecken.
Eine Verschiebung der Schaufeln und der Halteglieder in Achs richtung des Rotors wird durch die Endschei- ben 2 und 3 verhindert, die sieh in radialer Richtung bis zum Übergang des Blattes 6 in den Zwischenteil 6b erstrecken, also einen grö sseren Durchmesser haben als die Scheiben la, lb, 1e, ld und le.
Die Seitenflächen 6d der Schaufelfussteile liegen auf ihrer ganzen in Achsrichtung des Rotors gemessenen Breite auf den Seitenflä- ehen 20n. der Halteglieder 20 auf, damit die Zentrifugalkräfte über eine möglichst grosse Fläche an die Halteglieder übertragen werden.
Da diese Fläche eine ansehnliche: Ausdehnung liat, werden örtliche Konzentrationen von Übertragungskräften vermieden. Überdies eig net sich die Sehwalbensehwanzform mit abge rundeten Übergängen am, besten zur Übertra- gung der auftretenden Kräfte unter Vermei dung von innern Spannungskonzentrationen.
Da der Rotorkörper aus voneinander in Abstand liegenden Scheiben zusammengesetzt ist, ist die; zur Übertragung der Zentrifugal kräfte von den Haltegliedern auf diese Schei- 13en zur Verfügung stehende Fläche kleiner, als wenn. kein Abstand zwischen den Scheiben vorhanden wäre, oder kleiner, als wenn der Rotorkörper aus einem Stück bestünde.
Dies wird aber ausgeglichen durch die grössere Tragfähigkeit der Verbindung mit Tannen baumform im Vergleich zu der Verbindung mit Seliwa.lbenschwanzform. Auch werden ört liche Spannungskonzentrationen an jenen Stellen der Halteglieder vorhanden sein, wo diese auf den Scheiben la, 1b, 1c, 1d und 1e aufliegen; dafür sind aber die Halteglieder aus einem hitzebeständigen Stahl oder einem sonstigen Baustoff hergestellt, der auf solche örtlielw Spannungskonzentrationen nicht emp findlich ist.
Die Halteglieder werden zweck mässig aus Stabmaterial zugeschnitten, das diirel> Walzeng in die erforderliche Quer- sclinittsform gebracht worden ist.
Es hat sich gezeigt, dass zur Erzielung einer optimalen Spannungsverteilung der Winkel a, unter welchem die Seitenflächen 20a gegenüber der radialen Richtung geneigt sind, :30 nielit unterschreiten sollte.
Mit: der gezeigten Konstruktion kann die Notwendigkeit umgangen werden, an Schau feln aus keramischem oder anderem kerbemp- f'indliehem Material. einen Fussteil mit Tan- nenbaumform vorsehen zu müssen. Ausserdem ist zu beachten, dass, wenn die Schaufeln aus keramischem Baustoff unmittelbar mit den in Abstand voneinander angeordneten Scheiben verbunden wären, letztere zur Vermeidung unzulässiger Spannungskonzentrationen an den Schaufelfussteilen zu nahe aneinander an geordnet werden müssten.
Dank der Zwischen schaltung von Haltegliedern aus einem Bau stoff, der auf Spannungskonzentrationen nicht so empfindlich ist, ist diese Schwierigkeit um etliches herabgesetzt und können grössere Ab stände zwischen den Scheiben vorgesehen wer den. Die hauptsächlichste Beschränkung liegt darin, dass die Tragfähigkeit der Aufla.geflä- ehen zwischen Haltegliedern und Blechschei ben gleich gross sein muss wie diejenige; der Auflagefläche zwischen den Schaufelfussteilen und den Haltegliedern.
Zur Kühlung des Rotorkörpers und der Rotorschaufeln wird Kühlluft in die Zwi schenräume zwischen den Blechscheiben la, 1.b, 1c, ld, 1e eingeführt. Die Endscheibe 2 und die derselben benachbarten vier Blech scheiben<I>la,</I> 1b, 1c, 1d sind mit Löchern 22ca, 22b, 22c, 22d bzw. 22e von stufenweise abneh mendem Durchmesser versehen, um die er wünschte Verteilung der Kühlluft auf die ein zelnen Zwischenräume zu erzielen.
Die Kühl luft wird am Verdichter abgezapft und inner halb des Haupttraggliedes 10 durchgeführt.. Letzteres hat eine Verlängerung 23, die mit Dichtungsringen 24 ausgerüstet ist, welche an einem Ringflansch 2a der Endscheibe 2 aufliegen, um einen Übertritt der Kühlluft in den Strömungskanal der Verbrennungsgase zu verhindern. Dass Lagergehäuse 21 hat eine die Welle 7 mit nur wenig Abstand umgebende Verlängerung 21a., welche mit Dichtungsele menten 25 ausgerüstet ist, die der Kühlluft den Zutritt in das Innere des Lagers verweh ren.
Die in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Blechscheiben 1a., 1b, <B>l</B> e" <I>l cl, l e</I> ge langte Kühlluft entweicht durch Kanäle 20c in den Haltegliedern und gelangt in die Räume 26; die sich unter den plattenförmi gen Zwischenteilen 6b der Schaufeln befinden; sie bildet dort eine in gewissem Masse gegen Wärme isolierende Schicht und entweicht schliesslich durch zwischen den Verbindungs teilen vorhandene Spalte, um in den Strö mungskanal der Verbrennungsgase zu gelan gen.
Cewünschtenfalls könnte ein gewisser An teil der Kühlluft durch Kanäle geleitet wer den, die sich über die ganze Länge durch die Schaufeln erstrecken würden.
Die Schaufelfussteile könnten eine Form haben, die von derjenigen eines Schwalben- schwanzes abweichen würde, aber so zu wäh len wäre, dass übermässige Spannungskonzen trationen vermieden wären. Ein Beispiel einer andern Form, welche diese Bedingung erfüllt, ist die bei der Verankerung von Turbomaschi- nen-Rotorschaufeln auch schon früher ange wendete Form einer Blase, wobei natürlich die Seitenflächen der Halteglieder eine der Bla- senform des Schaufelteils angepasste Form haben müssen.