CH666327A5

CH666327A5 - Vorrichtung zur befestigung von laufschaufeln.

Info

Publication number: CH666327A5
Application number: CH6114/84A
Authority: CH
Inventors: Douglas L Kisling; Edward C Hill; Ronald D Delahoussaye
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1983-12-22
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1988-07-15
Also published as: KR930003808B1; JPS60156905A; YU217484A; US4558988A; IL73762A; CA1211717A; DE3444587A1; DK599184A; NL194012B; DK159733B; NL8403760A; KR850004513A; IL73762A0; NL194012C; DE3444587C2; DK159733C; JPH0647921B2; BE901242A; DK599184D0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur axialen Befestigung von Laufschaufeln an einer Laufradscheibe mit Hilfe einer ringförmigen Halteplatte.

Viele gegenwärtig verwendete Abdeckplatten zum Halten von Laufschaufeln sind mit Hilfe von Schraubenbolzen an der Laufradscheibe befestigt. Die Schraubenbolzen sind entweder in Gewindelöcher eingeschraubt, welche die Laufradscheibe teilweise durchdringen, oder greifen durch Löcher hindurch, welche vollständig durch die Laufradscheibe hindurchgehen, wobei Schraubenmuttern am gegenüberliegenden Ende auf die Schraubenbolzen aufgeschraubt sind. Diese Art der Befestigung hat stark belastete Löcher für die Schraubenbolzen in der Laufradscheibe zur Folge. Abdeckplatten zum Halten von Laufschaufeln ohne Schraubenbolzen sind in den US-PSen 4171 930 und 4 304 523 gezeigt.

Es ist hauptsächlich Ziel und Zweck der Erfindung, eine Vorrichtung zur Befestigung von Laufschaufeln an einer Laufradscheibe mit Hilfe einer Abdeckplatte zu schaffen, ohne dass ein Loch für einen Schraubenbolzen durch die Laufradscheibe vorgesehen werden muss. Die Vorrichtung zur Befestigung von Laufschaufeln an einer Laufradscheibe ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradscheibe eine nach vorne weisende Ringnut (A) aufweist, die eine nach vorne weisende ringförmige Bodenfläche und eine nach innen weisende, zylindrische Fläche sowie eine nach aussen weisende, zylindrische Fläche besitzt, die eine nach aussen weisende Ringnut hat, die von der Bodenfläche nach vorne in Abstand angeordnet ist, und dass das innere Ende der die Schaufeln axial haltenden Platte einen seitlich versetzten Ringflansch aufweist, der eine nach vorne weisende Ringfläche und eine nach hinten weisende Ringfläche hat, und dass die Halteplatte eine nach aussen weisende zylindrische Fläche radial ausserhalb des seitlich versetzten Ringflansches aufweist, und dass die nach aussen weisende zylindrische Fläche der Halteplatte mit der nach innen weisenden zylindrischen Fläche der nach vorne weisenden Ringnut (A) in Eingriff steht, und dass der seitlich versetzte Ringflansch mit seiner nach hinten gerichteten Ringfläche an der ringförmigen Bodenfläche der nach vorne weisenden Ringnut (A) anliegt, und dass ein geteilter Haltering in der nach aussen weisenden Ringnut angeordnet ist und aus der Ringnut nach aussen in die nach vorne weisende Ringnut (A) vorsteht, wo der geteilte Haltering mit der nach vorne weisenden Ringfläche des seitlich versetzten Ringflansches in Eingriff steht, um den seitlich versetzten Ringflansch in der nach vorne weisenden Ringnut (A) zu halten, und dass eine Verriegelungseinrichtung zwischen dem geteilten Haltering und der Halteplatte angeordnet ist, um den geteilten Haltering in der nach aussen weisenden Ringnut zu halten.

Ferner ist es Ziel und Zweck der Erfindung, einen geteilten Haltering mit einem Querschnitt zu schaffen, der eine ringförmige Verlängerung aufweist, die ausserhalb der zweiten Ringnut liegt und vom ringförmigen Vorsprung oder Schenkel der die Schaufeln haltenden Abdeckplatte in der ersten Ringnut weggerichtet ist. Dieser Vorsprung verringert in starkem Masse die Neigung eines Ringes mit gleichförmigem Querschnitt, aus einer Nut herauszufallen, falls er unter Belastung durch die Halteplatte an seinem äusseren Rand nach vorne gedrückt wird. Dies führt in Verbindung mit der zylindrischen Verriegelungseinrichtung oder dem Vorsprung zu einer die Schaufeln haltenden Befestigungsvorrichtung mit einem guten Halt, einer gleichförmigen Belastung und einer geringen Beanspruchung. Darüberhinaus ist die Befestigungsvorrichtung leicht ein- und auszubauen.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

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Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer Turbinenstufe einer Gasturbinenanlage,

Fig. 2 einen vergrösserten Querschnitt durch die erfin-dungsgemässe Befestigungsvorrichtung mit der die Schaufeln haltenden Halteplatte,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Teiles der Laufradscheibe mit den Schaufeln und dem äusseren ringförmigen Ende der die Schaufeln axial haltenden Platte.

Die Fig. 1 zeigt eine Lauf radanordnung 10 einer Gasturbinenanlage. Die Laufradanordnung 10 weist ein Laufrad 12 -auf, das eine Laufradscheibe mit einer Vielzahl von Schaufeln 16 besitzt. Die Schaufeln 16 sind in einem gegenseitigen Abstand rings um den Umfang 17 der Laufradscheibe 14 angeordnet. Jede Schaufel 16 weist ein Blat 18, einen Fuss 20 und eine Plattform 21 auf. Jede Schaufel 16 besteht aus einem Stück. Der Fuss 20 kann ein herkömmliches tannenbaumartiges Ende 22 aufweisen, das in einer ähnlich geformten tannenbaumartigen Nut 24 angeordnet ist. Eine Vielzahl von Nutzen 24 ist rings um den Umfang 17 der Laufradscheibe 14 vorgesehen. Die Nuten 24 verlaufen axial durch die Laufradscheibe 14 von der vorderen Stirnfläche 26 zur hinteren Stirnfläche 28. Die Nuten 24 sind zwischen Nasen 27 ausgebildet.

Die Laufradscheibe 14 ist an einer nicht dargestellten Welle mit Hilfe von herkömmlichen, ebenfalls nicht dargestellten Einrichtungen befestigt. Die Achse der Welle ist die Achse der Gasturbinenanlage, um welche sich die Laufradanordnung 10 dreht.

Die Laufradanordnung 10 weist eine ringförmige Halteoder Abdeckplatte 30 auf, die an der vorderen Stirnseite der Laufradscheibe 14 befestigt ist. Das radial innen liegende ringförmige Ende der Halteplatte 30 weist einen axial nach hinten verlaufenden, zylindrischen Flansch 32 auf, der eine nach aussen weisende zylindrische Fläche 34 und eine nach innen weisende zylindrische Fläche 35 hat. Die vordere Stirnseite der Laufradscheibe 14 weist einen ersten, axial nach vorne verlaufenden ringförmigen Abschnitt 36 mit einer nach innen weisenden, zylindrischen Fläche 38 auf. Die nach aussen weisende, zylindrische Fläche 34 ist mit der nach innen weisenden, zylindrischen Fläche 38 dicht gepaart, um die Halteplatte 30 für die Schaufeln radial zur Laufradscheibe 14 auszurichten. Die vordere Stirnseite der Laufrad-scheibe 14 weist einen zweiten, axial nach vorne verlaufenden, ringförmigen Abschnitt 37 auf, der radial innerhalb des ringförmigen Abschnittes 36 liegt. Der ringförmige Abschnitt 37 besitzt eine nach aussen weisende zylindrische Fläche 61, die der nach innen weisenden, zylindrischen Fläche 38 zugekehrt ist.

Die hinteren Enden der zylindrischen Flächen 38 und 61 fluchten und sind über eine Ringfläche 43 miteinander verbunden, um eine nach vorne weisende Ringnut A zu bilden. Der axial nach hinten verlaufende, zylindrische Flansch 32 hat an seinem rückwärtigen Ende einen radial nach innen verlaufenden Ringflansch 47, der vom rückwärtigen Ende der nach innen weisenden, zylindrischen Fläche ausgeht. Der radial nach innen verlaufende Ringflansch 47 hat eine innere Endfläche 49, eine nach hinten weisende Ringfläche 51 und eine nach vorne weisende Ringfläche 52. Die innere Endfläche 49 bzw. die Innenumfangsfläche 49 des Ringflansches 47 ist dem hinteren Teil der nach aussen weisenden zylindrischen Fläche 61 des Ringabschnitts 37 zugekehrt, während die nach hinten weisende Ringfläche 51 mit der Ringfläche 43 in Berührung steht, um die Halteplatte 30 für die Schaufeln axial zur Laufradscheibe 14 auszurichten.

Um den nach innen verlaufenden Ringflansch 47 zusammen mit dem Rest der ringförmigen Halteplatte 30 für die Laufschaufeln an Ort und Stelle zu halten und zu verriegeln, ist eine Ringnut 70 in der nach aussen weisenden zylindrischen Fläche 61 des Ringabschnittes 37 vorgesehen. Die Ringnut 70 hat einen rechteckigen Querschnitt mit vorderen und hinteren Ringflächen B und C und einer Bodenfläche D. Die hintere Ringfläche C ist im Ringabschnitt 37 vorgesehen, um die zylindrische Fläche 61 in Flucht mit der nach vorne weisenden Ringfläche 52 des Ringsflanches 47 zu schneiden, wenn der Ringflansch 47 seine richtige Stellung einnimmt.

Ein geteilter Haltering 39 ist in der Ringnut 70 angeordnet. Zum Einbau wird der geteilte Haltering 39 durch elastische Verformung aufgeweitet, damit er über die zylindrische Fläche 61 zu der Ringnut 70 geführt werden kann. Der geteilte Haltering 39 schnappt dann in die Ringnut 70 ein, wobei er seine ursprüngliche, entspannte Form wieder einnimmt und in Anlage mit den vorderen und hinteren Ringflächen B und C gelangt. Zwischen dem geteilten Haltering und der Bodenfläche D bleibt ein kleiner Abstand. Der entspannte, geteilte Haltering 39 steht aus der Ringnut 70 nach aussen vor, wobei die hintere vorstehende Ringfläche die nach vorne weisende Ringfläche 52 des Ringflansches 47 berührt. Die vordere, vorstehende Seite des geteilten Halterings 39 hat einen nach vorne verlaufenden zylindrischen Abschnitt 39 A, dessen nach innen weisende zylindrische Fläche 39 B mit dem vorderen Teil der zylindrischen Fläche 61 in Eingriff steht. Dieser zusätzliche Abschnitt 39 A hat die Aufgabe, die Neigung dés geteilten Halterings 39 herabzusetzen, nach vorne aus der Nut 70 herauszufallen, wenn sich das Laufrad während des Betriebes dreht und eine axial nach vorne gerichtete Last vom Flansch 47 auf die Fläche C ausgeübt wird, da der Abschnitt 39 A bei einer Drehung eine Zentrifugalkraft hat, die eine Gegenkraft auf den geteilten Haltering 39 ausübt, um den Haltering 39 in einer Richtung zu drehen, die der nach vorne gerichteten Rollbewegung entgegengesetzt ist.

Der geteilte Haltering 39 hat eine nach aussen weisende zylindrische Fläche 79, die der nach innen weisenden zylindrischen Fläche 35 der ringförmigen Halteplatte 30 für die Laufschaufeln zugekehrt ist. Um zu verhindern, dass der geteilte Haltering aufgrund der Zentrifugalkraft oder aufgrund irgendeiner anderen Krafteinwirkung in unerwünschter Weise aus der Ringnut 70 herauskommt, wird ein ringförmiger Vorsprung 80 zwischen der nach innen weisenden zylindrischen Fläche 35 der ringförmigen Halteplatte 30 und der nach aussen weisenden zylindrischen Fläche 79 des geteilten Halterings 39 angeordnet. Der ringförmige Vorsprung 80 ist an einem ringförmigen Bauteil 40 befestigt, das an einem zylindrischen Abschnitt 37 A am Aussenende des nach vorne verlaufenden Ringabschnittes 37 befestigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der mittlere Abschnitt des ringförmigen Bauteiles 40 in der Art einer Labyrinthdichtung ausgebildet. Die Labyrinthdichtung hat eine Vielzahl von herkömmlichen, nach aussen verlaufenden Messerschneiden 41, die in einer dichtenden Beziehung mit einem ortsfesten, ringförmigen Dichtkörper 43 stehen, der an einem ortsfesten Bauteil 45 befestigt ist. Obgleich das ringförmige Bauteil 40 nach der Darstellung in Fig. 1 mit Hilfe der zusammenpassenden Ringflansche 42 und 42 A am zylindrischen Abschnitt 37 A befestigt ist, können auch andere Befestigungseinrichtungen verwendet werden. Bei der hier dargestellten Ausführungsform werden die Flansche 42 und 42 A von Schraubenbolzen 44 zusammengehalten.

Die ringförmige Halteplatte 30 weist auch ein axial nach vorne verlaufendes zylindrisches Dichtungselement 46 auf, das mit der Halteplatte 30 aus einem Stück besteht. Das Dichtungselement trägt eine Vielzahl von herkömmlichen, radial nach aussen verlaufenden Messerschneiden 48. Die Messerschneiden 48 stehen mit einem ortsfesten, ringförmigen

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Dichtkörper 50 in einerdichtenden Beziehung. Der Dichtkörper 50 ist am ortsfesten Bauteil 45 befestigt. Das ortsfeste Bauteil 45 arbeitet mit einer ersten Stufe von Leitschaufeln 54 eines Stators zusammen. Die Leitschaufeln 54 sind stromauf der Laufschaufeln 16 angeordnet.

Die ringförmige Halteplatte 30 weist ferner einen kegel-stumpfförmigen Abschnitt 56 auf, der radial nach aussen in Richtung der Strömung verläuft. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 56 hat ein radial aussen liegendes Ende 58. Das Ende 58 weist eine Ringfläche 60 auf, die in axialer Richtung stromab ausgerichtet ist. Die Ringfläche 60 stützt sich an der vorderen Stirnfläche der Laufradscheibe 14 und an den vorderen Enden der Schaufelfüsse 20 ab. Eine Dichteinrichtung 68 kann in der Ringfläche 60 vorgesehen sein. An der hinteren Stirnseite des Laufrades 12 kann irgendeine Einrichtung 90 zum Halten der Schaufeln vorgesehen sein. Eine vereinfachte Abdeckplatte 90 ist zwischen der hinteren Stirnfläche 28 der Lauf radscheibe 14 und den hinteren Enden der Schaufelfüsse 20 und einem Abstandshalter 92 angeordnet.

Die Dichtungselemente 40 und 46, die ringförmige Halte-5 platte 30 und das ortsfeste Bauteil 45 begrenzen eine innere, ringförmige Kammer 62, die mit Kühlluft aus einer Vielzahl von Düsen 63 gespeist wird, die längs des Umfanges in Abstand angeordnet sind. Die ringförmige Halteplatte 30 steht zwischen ihren inneren und äusseren Enden in Abstand io von der vorderen Stirnfläche 26 der Laufradscheibe 14 und begrenzt einen ringförmigen Kühlluftraum 64. Der Kühlluftraum 64 steht über grosse Löcher 66 in der Halteplatte 30 mit der Kammer 62 in Verbindung und stellt in Wirklichkeit einen Teil der Kammer 62 dar. Die Kühlluft aus dem Raum is 64 kann für eine Verwendung stromab der Laufradscheibe 14 durch die Laufradscheibe 14 hindurchgeführt oder zum Kühlen der Schaufeln 16 verwendet werden.

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2 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur axialen Befestigung von Laufschaufeln an einer Laufradscheibe mit Hilfe einer ringförmigen Halteplatte, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradscheibe (14) eine nach vorne weisende Ringnut (A) aufweist, die eine nach vorne weisende ringförmige Bodenfläche (43) und eine nach innen weisende, zylindrische Fläche (34) sowie eine nach aussen weisende, zylindrische Fläche (61) besitzt, die eine nach aussen weisende Ringnut (70) hat, die von der Bodenfläche (43) nach vorne in Abstand angeordnet ist, und dass das innere Ende der die Schaufeln axial haltenden Platte (30) einen seitlich versetzten Ringflansch (47) aufweist, der eine nach vorne weisende Ringfläche (52) und eine nach hinten weisende Ringfläche (51) hat, und dass die Halteplatte (30) eine nach aussen weisende zylindrische Fläche (38)

radial ausserhalb des seitlich versetzten Ringflansches (47) aufweist, und dass die nach aussen weisende zylindrische Fläche (38) der Halteplatte (30) mit der nach innen weisenden zylindrischen Fläche (34) der nach vorne weisenden Ringnut (A) in Eingriff steht, und dass der seitlich versetzte Ringflansch (47) mit seiner nach hinten gerichteten Ringfläche (51 ) an der ringförmigen Bodenfläche (43) der nach vorne weisenden Ringnut (A) anliegt, und dass ein geteilter Haltering (39) in der nach aussen weisenden Ringnut (70) angeordnet ist und aus der Ringnut (70) nach aussen in die nach vorne weisende Ringnut (A) vorsteht, wo der geteilte Haltering (39) mit der nach vorne weisenden Ringfläche (52) des seitlich versetzten Ringflansches (47) in Eingriff steht, um den seitlich versetzten Ringflansch (47) in der nach vorne weisenden Ringnut (A) zu halten, und dass eine Verriegelungseinrichtung (80) zwischen dem geteilten Haltering (39) und der Halteplatte (30) angeordnet ist, um den geteilten Haltering (39) in der nach aussen weisenden Ringnut (70) zu halten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteplatte (30) eine nach innen weisende zylindrische Fläche (35) radial ausserhalb der nach aussen weisenden Ringnut (70) aufweist, und dass der geteilte Haltering (39) in der nach aussen weisenden Ringnut (70) untergebracht ist und eine nach aussen weisende zylindrische Fläche (79) aufweist und dass die Verriegelungseinrichtung (80) zwischen der nach aussen weisenden zylindrischen Fläche (79) des geteilten Halterings (39) und der nach innen weisenden zylindrischen Fläche (35) der Halteplatte (30) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach aussen weisende Ringnut (70) die nach aussen weisende zylindrische Fläche (61) der nach vorne weisenden Ringnut (A) in zwei Teile, einen vorderen zylindrischen Flächenteil und einen hinteren zylindrischen Flächenteil, teilt, und dass der geteilte Haltering (39) einen nach vorne abstehenden Flansch (39 A) am Aussenende des geteilten Halterings aufweist, und dass der nach vorne abstehende Flansch (39 A) mit dem vorderen zylindrischen Flächenteil der nach aussen weisenden zylindrischen Fläche (61) der nach vorne weisenden Ringnut (A) in Eingriff steht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung einen ringförmigen Vorsprung (80) aufweist, der zwischen der nach aussen weisenden zylindrischen Fläche (79) des geteilten Halterings (39) und der nach innen weisenden zylindrischen Fläche (35) der Halteplatte (30) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Vorsprung (80) an einem an der Laufradscheibe ( 14) starr befestigten Bauteil (40) vorgesehen ist.