CH665684A5

CH665684A5 - Rotoranordnung, insbesondere fuer ein gasturbinentriebwerk.

Info

Publication number: CH665684A5
Application number: CH4940/84A
Authority: CH
Inventors: Edward C Hill
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1983-10-24
Filing date: 1984-10-16
Publication date: 1988-05-31
Also published as: US4505642A; TR22355A; IL73167A; BE900845A; JPS60111003A; NL8403110A; DK504784D0; CA1209483A; KR850003923A; YU181884A; GR80598B; DE3436663A1; DK504784A

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotoranordnung insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist allgemein bekannt, Dichtungen entlang des Spaltes zwischen benachbarten Schaufelplatten bei einem Rotor wie er bei einem Gasturbinentriebwerk vorkommt, vorzusehen, um das Entweichen von Gas aus dem Strömungsweg zu verhindern. Diese Dichtungen sind zwischen dem Scheibenrand und der Unterseite der Schaufelplatten in einer zwischen benachbarten Schaufeln gebildeten Kammer angeordnet und überbrücken den Spalt zwischen zwei Platten über einen beträchtlichen Teil der Länge eines solchen Spaltes. Die Dichtungen können aus einem dünnen, ebenen Metallblech sein, das sich unter den bei der Drehung des Rotors auftretenden Zentrifugalkräften an die untere Oberfläche der Platten anpasst und eine Dichtung entlang des zwischen ihnen vorhandenen Spaltes bildet. Eine solche Dichtung ist in der US-PS3 752 598 (Fig. 5) gezeigt.

Man ist fortlaufend auf der Suche nach Verbesserungen dieser Art von Dichtung. Ein leichter Zusammenbau und eine leichte Zerlegung des Rotors und der Dichtungen, Einfachheit, geringe Kosten, Zuverlässigkeit und die Sicherheit, dass die Dichtung immer richtig angeordnet ist, sind einige der Hauptüberlegungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten plattenüberlappenden Dichtung für Rotoren. Ausserdem soll die plattenüberlappende Dichtung ein geringes Gewicht haben und leicht in den Rotor eingebaut werden können. Darüber hinaus soll eine plattenüberlappende Dichtung geschaffen werden, welche die Sicherheit hat, dass sie zu allen Zeiten richtig in einem Rotor angeordnet ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Metallblattdichtung ist somit entlang der Unterseite benachbarter Schaufelplatten in einem Rotor angeordnet, wobei sie den Spalt zwischen benachbarten Plattenkanten überbrückt und den Spalt abdichtet. Die Dichtung ist an einer der Schaufelplatten dadurch befestigt, dass ein Teil der Dichtung in mindestens einen Schlitz auf der Unterseite der Platte eingesetzt ist, wobei eine Nase durch eine Öffnung in der Dichtung neben dem Schlitz hindurchgeht, um die Dichtung in dem Schlitz zurückzuhalten. Vorzugsweise hat jede Schaufel ein Paar von axial beabstandeten Schlitzen, wobei die Rückhaltenasen dazwischen angeordnet sind.

Die Dichtung nach der Erfindung wird vorteilhafterweise an einer Schaufel befestigt, bevor die Schaufel in die Scheibe eingesetzt wird. Vorzugsweise ähnelt die Form der Metallblattdichtung der Form der unteren Oberfläche der Platten, an der sie in Betrieb anliegt. Wenn die Dichtung an der einen Schaufel durch die Schlitze und die Nase befestigt ist, erstreckt sich ein Teil der Dichtung über die Kante der Platte hinaus. Wenn der aus Schaufel und Dichtung bestehende Zusammenbau in die Scheibe eingesetzt wird, gleitet dieser übestehende Teil der Dichtung unter die Platte einer benachbarten Schaufel, die bereits in der Scheibe angeordnet ist, und überbrückt den Spalt zwischen den Kanten der benachbarten Schaufelplatten.

Wenn sie vollständig eingebaut sind, werden alle Dichtungen in unmittelbarer Nähe zu den unteren Oberflächen der Platten entlang des Spaltes, den sie abdichten sollen, gehalten, unabhängig davon, ob der Rotor sich dreht oder nicht dreht. Einzelne Schaufeln können leicht von der Scheibe entfernt werden, und die Dichtung bleibt daran befestigt bis sie von Hand oder mit einem Spezialwerkzeug entfernt wird. Die Schlitze und die Nase zum Zurückhalten der Dichtung sind vorzugsweise so konstruiert, dass die Dichtung mit einem ausreichenden Spiel befestigt ist, um den Einbau der Schaufeln in die Scheibe zu erleichtern und der Dichtung

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zu gestatten, unter der Wirkung der Zentrifugalkraft sich richtig festzusetzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Rotoranordnung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlicher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines Turbinenrotors,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3 eine vergrösserte Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.

Als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der in Fig. 1 perspektivisch gezeigte Teil derTurbinenrotor-anordnung 10 anzusehen. Die Rotoranordnung 10 weist eine Scheibe 12, eine Vielzahl von Schaufeln 14 und eine Vielzahl von Schaufelfussdichtungen 16 auf. Jede Schaufel 14 hat ein aerodynamisches Profil 18, einen Fuss 20 und eine Platte 22. Die Füsse 20 sind bei diesem Ausführungsbeispiel schwal-benschwanzförmig und passen in axial verlaufende Fussnuten 24, die am Umfang 26 der Scheibe 12 in Abständen angeordnet sind.

Jede Platte 22 weist eine radial nach aussen schauende obere Oberfläche 28 (Fig. 2), eine radial nach innen schauende untere Oberfläche 30 und ein Paar von axial verlaufenden, entgegengesetzt schauenden Kanten 32,34 auf. Die Kante 34 der einen Platte verläuft in einem geringen Abstand neben der Kante 32 einer benachbarten Platte und ist zu ihr ausgerichtet, wobei ein schmaler Spalt 36 (Fig. 3) dazwischen gebildet wird. Ein beträchtlicher Teil des Spaltes 36 ist zum Verhindern eines Gasaustritts durch die Dichtungen 16 abgedichtet, die an Teilen der unteren Oberflächen 30 der Platten 22 neben den Kanten 32,34 angeordnet sind. Jede Dichtung ist durch eine im folgenden beschriebene Einrichtung an einer der Schaufeln befestigt.

Wie aus den Figuren 1 bis 3 hervorgeht, ist jede Dichtung 16 an der unteren Oberfläche 30 einer Schaufelplatte 22 durch ein Paar axial beabstandeter Ansätze 38 und einer radial nach innen verlaufenden Nase 40, die zwischen den Ansätzen angeordnet ist, befestigt. Die Ansätze 38 sind einteilig mit der unteren Oberfläche 30 der Platte 22 Ausgebildet und weisen eine radial nach aussen schauende Oberfläche 42 auf, die einen geringen Abstand zu der unteren Oberfläche 30 hat, um ein Paar axial beabstandeter Dichtungsschlitze 44 zu bilden, von denen jeder eine Öffnung 46 (Fig. 3) hat, die in die Richtung der Kante 32 der benachbarten Schaufelplatte schaut. Ein erster Teil der Dichtung 16 passt unter die Ansätze 38 in die Schlitze 44 und hat eine Öffnung 48 in sich, durch welche sich die Nase 40 erstreckt. Die-

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ser erste Teil ist der Form der unteren Oberfläche 30, die er überlagert, im wesentlichen angepasst. Die maximale radiale Höhe «L» der Nase 40 von der unteren Oberfläche 30 aus ist etwas grösser als die maximale Höhe «S» der Schlitze 44. Ein Teil jeder Dichtung 16 überbrückt den Spalt 36 zwischen benachbarten Platten, überlagert einen Teil der unteren Oberfläche 30 der benachbarten Schaufelplatte 22 und ist der Form eines Teiles der unteren Oberfläche 30 der benachbarten Schaufelplatte 22 im wesentlichen angepasst.

Jede Dichtung 16 wird an ihrer jeweiligen Schaufel 14 befestigt, bevor die Schaufel in die Scheibe 12 eingesetzt wird. Dies wird gemacht, indem die Dichtung 16 in die Schlitze 44 eingeführt wird, bis die Nase 40 in die Öffnung 48 eintritt. Dadurch, dass die Höhe L der Nase 40 grösser als die Höhe S des Schlitzes 44 ist, verbiegt sich die Dichtung 16 leicht beim Einführen, bis die Nase 40 in die Öffnung 48 einschnappt. Die der Kante 34 zugekehrte Seite 52 der Nase 40 hat eine nach unten gerichtete Neigung auf die Kante 34 zu, um die Hinterkante 50 der Dichtung 16 leichter über die Nase 40 hinwegbewegen zu können. Die Öffnung 48 ist nur geringfügig grösser als die Basis der Nase 40, um eine Bewegung der Dichtung 16 in Umfangs- und in Axialrichtung zu verhindern, nachdem sie an Ort und Stelle ist. Die Höhe S der Schlitze 44 gestattet eine geringe Radialbewegung der Dichtung 16. Jedoch kann sie nicht von selbst aus dem Schlitz herausfallen, weil die Höhe der Nase 40 grösser als die Höhe der Schlitze 44 ist.

Wenn eine Dichtung 16 an der Schaufelplatte befestigt worden ist, wird der Schaufelfuss 20 in einen Scheibenschlitz 24 eingesetzt. Das Radialspiel der Dichtung und ihre Fähigkeit, sich federnd zu verbiegen, gestattet es dem über die Plattenkante 34 hinaushängenden Teil der Dichtung, unter die Platte einer benachbarten Schaufel zu gleiten, die in der Scheibe 12 schon angeordnet ist. Die Seitenteile 54,56 (Fig. 2) der Dichtungen 16 sind vorzugsweise radial nach innen gekrümmt, um den Einbau und die Entfernung der Schaufeln mit den daran befestigten Dichtungen noch mehr zu erleichtert. Wenn der Rotor vollständig zusammengebaut ist, sind die Dichtungen 16 in unmittelbarer Nähe zu ihrer richtigen Dichtungsposition angeordnet, selbst wenn die Rotoranordnung 10 sich nicht dreht. Dadurch, dass die Dichtungen durch die Ansätze 38 und die Nase 40 etwas lose gehalten werden, können sie sich bei der Drehung der Rotoranordnung 10 in ihre genaue Stellung schieben, in welcher sie mit den entsprechenden Teilen der unteren Oberflächen 30 der benachbarten Schaufelplatten zusammenpassen. Vorzugsweise ist die Dichtung 16 dünn genug, dass die Zentrifugalkräfte ein eventuell noch verbleibendes Nicht-Zusammen-passen ausschalten.

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1 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Rotoranordnung, insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk, mit einer Scheibe (12), die in ihrem Rand (26) Nuten (24) zur Aufnahme von Schaufelfüssen (20) aufweist, mit einer Vielzahl von Schaufeln (14), von denen jede einen Fuss (20) hat, der in einer der Scheibennuten (24) angeordnet ist, wobei die Schaufeln (14) am Umfang der Scheibe (12) in gleichen Abständen angeordnet sind, jede Schaufel (14) eine radial nach aussen von dem Rand beabstandete Platte (22) hat, jede Platte (22) eine erste und eine zweite axial verlaufende Kante (34,32) hat, die erste Kante (34) jeder Platte (22) neben der zweiten Kante (32) der Platte (22) einer benachbarten Schaufel ( 14) und in Ausrichtung zu dieser unter Bildung eines Spaltes (36) zwischen ihnen angeordnet ist, jede Platte (22) auch eine radial nach innen schauenden ersten Oberflächenteil (30) neben der ersten Kante (34) und einen zweiten unteren Oberflächenteil (30) neben der zweiten Kante (32) hat, und mit einer Metallblattdichtung (16) zwischen jedem Paar benachbarter Schaufeln (14), wobei jede Dichtung ( 16) einen ersten Teil hat, welcher den ersten unteren Oberflächenteil (30) der Schaufelplatte (22) der einen Schaufel (14) des Schaufelpaares überlagert, und mit einem zweiten Teil versehen ist, der sich über die erste Kante (34) hinauserstreckt und den zweiten unteren Oberflächenteil (30) der Schaufelplatte (22) der anderen Schaufel (14) des Schaufelpaares überlagert, wobei die Dichtung (16) den Spalt (36) zwischen den benachbarten Plattenkanten (32,34) des Schaufelpaares überbrückt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil der Dichtung (16) dem ersten unteren Oberflächenteil (30) der Schaufelplatte (22) der einen Schaufel (14) und der zweite Teil der Dichtung (16) dem zweiten unteren Oberflächenteil (30) der Schaufelplatte (22) der anderen Schaufel ( 14) im wesentlichen angepasst ist, dass jede Schaufel (14) radial innerhalb ihrer Platte (22) mindestens einen Schlitz (44) aufweist, der eine radial nach aussen schauende Oberfläche (42) hat, die sich in Abstand zu dem ersten unteren Oberflächenteil (30) der jeweiligen Schaufel (14) befindet und diesem zugekehrt ist, wobei dieser Schlitz (44) eine Öffnung (46) hat, die in die Richtung der ersten Kante (34) der jeweiligen Schaufelplatte (22) schaut, und dass die Platte (22) eine Nase (40) aufweist, die neben dem Schlitz (44) angeordnet ist und von dem ersten unteren Oberflächenteil (30) der Platte (22) aus radial nach innen verläuft, wobei der erste Teil der Dichtung in dem Schlitz (44) der einen Schaufel (14) angeordnet ist und mit einer Öffnung (48) versehen ist, durch die sich die Nase (40) erstreckt, und wobei die Nase (40) die Dichtung (16) innerhalb des Schlitzes (44) fesselt.
2. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Nase (40) grösser als die Höhe der Schlitzöffnung (46) ist.
3. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei axial beabstandete Schlitze (44) vorgesehen sind und die Nase (40) zwischen den beiden Schlitzen (44) angeordnet ist.
4. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (16) radial nach innen gekrümmte Seitenteile (54, 56) aufweist.
5. Rotoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (44) durch zwei axial beabstandete Ansätze (38) gebildet sind, wobei jeder Ansatz (38) einen der beiden Schlitze (44) bildet.