DE1246321B

DE1246321B - Guide vane ring for axially flowed turbines or compressors of gas turbine engines

Info

Publication number: DE1246321B
Application number: DED45544A
Authority: DE
Inventors: Hans Krebs
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1964-10-02
Filing date: 1964-10-02
Publication date: 1967-08-03
Also published as: GB1061327A; US3311345A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

F02cF02c

Deutschem.: 46f-llGerman: 46f-ll

Nummer: 1246 321Number: 1246 321

Aktenzeichen: D 455441 a/46 fFile number: D 455441 a / 46 f

Anmeldetag: 2. Oktober 1964 Filing date: October 2, 1964

Auslegetag: 3. August 1967Opened on August 3, 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leitschaufelkranz für axial durchströmte Turbinen oder Verdichter von Gasturbinentriebwerken, bei dem die Schaufeln mit ihren unverdickten Enden in Schlitzen eines Außenringes fest und eines Innenriages in Schaufellängsrichtung gleitbar gehalten sind.The invention relates to a guide vane ring for axially flowed turbines or compressors of gas turbine engines, in which the blades with their unthickened ends in slots an outer ring and an inner ring are held slidably in the longitudinal direction of the blade.

Leitschaufelkränze für Turbinen und Verdichter von Gasturbinentriebwerken sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei Leitschaufeln mit Füßen bilden die letzteren aneinandergereiht die innere Begrenzung des Strömungskanals und sind hier in Umfangsrichtung miteinander verbunden. Leitschaufeln mit Füßen sind im allgemeinen konstruktiv kompliziert und in ihrer Herstellung teuer. Diese nachteiligen Umstände werden durch fußlose Leit-Schaufelausführungen in gewisser Hinsicht vermindert. Vane rings for turbines and compressors of gas turbine engines are in different Executions known. In the case of guide vanes with feet, the latter form the inner boundary in a row of the flow channel and are connected to one another here in the circumferential direction. Guide vanes with feet are generally structurally complex and expensive to manufacture. These disadvantageous circumstances are caused by footless guide vane designs diminished in some ways.

Gemäß der deutschen Patentschrift 823 823 ist eine Leitschaufelanordnung für Gasturbinen bekannt, bei der die radial äußeren Enden der Leitschaufeln mit einem äußeren Deckring fest verbunden und die radial inneren Enden der Leitschaufeln in einem inneren Deckring in radialer Richtung gleitbar gelagert sind. Infolge der vielen verwendeten Einzelbauteile, aus denen insbesondere der äußere Deckring zusammengesetzt ist, ist diese bekannte Ausführung konstruktiv aufwendig.According to the German patent specification 823 823 a guide vane arrangement for gas turbines is known, in which the radially outer ends of the guide vanes are firmly connected to an outer cover ring and the radially inner ends of the guide vanes in a radial inner shroud Direction are slidably mounted. As a result of the many individual components used, from which in particular the outer cover ring is composed, this known design is structurally complex.

Nach der deutschen Patentschrift 843 700 ist eine Anordnung von Leitschaufehl für Gasturbinen bekannt, bei der die radial äußeren plattenförmigen, verzahnten Enden der Leitschaufeln durch eine Klemmplatte am äußeren Deckring befestigt sind, während die Fußplatten aufweisenden radial inneren Enden der Leitschaufeln im inneren Deckring in radialer Richtung gleitbar gelagert sind. Auch diese Leitschaufelanordnung ist herstellungstechnisch teuer und konstruktiv kompliziert und weist ein verhältnismäßig hohes Baugewicht auf.According to the German patent specification 843 700, an arrangement of guide vanes for gas turbines is known, in which the radially outer plate-shaped, toothed ends of the guide vanes by a Clamping plate are attached to the outer cover ring, while the base plates having radially inner Ends of the guide vanes are slidably mounted in the inner cover ring in the radial direction. These too Guide vane arrangement is expensive to manufacture and structurally complicated and has a relatively high construction weight.

Die britische Patentschrift 758106 offenbart eine Leitschaufelanordnung für Gasturbinen, bei der die inneren Enden der Leitschaufeln in inneren Deckringen in radialer Richtung ausdehnbar gelagert sind, während die äußeren Schaufelenden mit dem äußeren Deckring an mehreren Punkten verschweißt sind, wodurch jedoch kerne höher belastbare Verbindung gegeben ist. In einer zweiten Ausführungsform zeigt die vorgenannte Patentschrift eine Leitschaufelanordnung, bei der beide Schaufelenden gleitbar im inneren und äußeren Deckring gelagert sind, wobei ein auf dem letzteren durch Schweißpunkte befestigter Blechstreifen die Leitschaufeln in radialer Richtung nach außen sichert, während sie in Leitschaufelkranz für axial durchströmte
Turbinen oder Verdichter von
GasturbinentriebwerkenBritish patent specification 758106 discloses a guide vane arrangement for gas turbines, in which the inner ends of the guide vanes are supported in inner shrouds so as to be expandable in the radial direction, while the outer blade ends are welded to the outer shroud at several points, which, however, gives the core a higher load-bearing connection. In a second embodiment, the aforementioned patent specification shows a guide vane arrangement in which both vane ends are slidably mounted in the inner and outer shroud, a sheet metal strip fastened to the latter by welding points securing the guide vanes in the radial direction outwards, while they flowed through axially in the guide vane ring
Turbines or compressors from
Gas turbine engines

Anmelder:Applicant:

Daimler-Benz Aktiengesellschaft,Daimler-Benz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Hans Krebs, Stuttgart-ZuffenhausenHans Krebs, Stuttgart-Zuffenhausen

radialer Richtung nach innen durch Abstufungen an ihren Enden gesichert sind.are secured in the radial direction inwards by gradations at their ends.

Aus der britischen Patentschrift 779 056 geht eine Leitschaufelanordnung hervor, bei der die Leitschaufeln mit ihren inneren und äußeren Enden mit den beiden Deckringen durch eine einfache Schweißnaht verbunden sind.British Patent 779 056 discloses a guide vane arrangement in which the guide vanes with their inner and outer ends with the two cover rings through a simple weld seam are connected.

Gemäß der USA.-Patentschrift 2 851246 sind Leitschaufehl mit ihren inneren, mit Fußplatten versehenen Enden in radialer Richtung frei ausdehnbar in inneren Halteringen, angeordnet, während ihre äußeren Enden, die ebenfalls Platten aufweisen, durch einen durchgehenden Außenmantel und innenliegende Halteringe befestigt sind.According to US Pat. No. 2,851,246, guide vanes are provided with their inner base plates Ends in the radial direction freely expandable in inner retaining rings, arranged while their outer ends, which also have plates, through a continuous outer jacket and inner ones Retaining rings are attached.

Schließlich zeigt die britische Patentschrift 748 912 eine Befestigung der äußeren, an der vorderen und hinteren Kante abgestuften Leitschaufelenden, die im mittleren Bereich eine schwalbenschwanzförmige Ausnehmung aufweisen, die zur Aufnahme von in Umfangsrichtung fortlaufend angeordneten, im Querschnitt bogenförmigen Sicherungsstreifen, dienen, die nach ihrer Montage durch Hammerschläge bleibend verformt werden,· wodurch die Abstufungen der Schaufelenden an die Innenseite der Deckringe gespannt werden. Derartige Klemmverbindungen bergen jedoch ganz allgemein die Gefahr in sich, daß sie durch die bei Gasturbinen während des Betriebs auftretenden hohen Temperaturschwankungen und Vibrationen locker werden.Finally, British Patent 748 shows 912 an attachment of the outer, leading and trailing edge stepped vane ends, the have a dovetail-shaped recess in the central area, which is used to accommodate in Circumferential direction continuously arranged, in cross-section arcuate securing strips serve are permanently deformed after their assembly by hammer blows, · whereby the gradations of the Blade ends are clamped to the inside of the shrouds. Such clamp connections However, in general there is a risk that they will be caused by the gas turbines during operation occurring high temperature fluctuations and vibrations become loose.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der bei den bekannten Konstruktionen auftretenden Nachteile gleichzeitig eine konstruktiv und herstellungstechnisch einfache und außerdem festigkeitsmäßig zufriedenstellende Ausführung eines Leiischaufelkranzes zu schaffen.The invention is based on the object while avoiding the known constructions Occurring disadvantages at the same time a structurally and technically simple and also to create a strength-wise satisfactory execution of a Leierschaufelkranz.

Die erfindungsgemäße .Lösung der Aufgabe ist einmal gekennzeichnet durch die KombinationThe solution of the task according to the invention is characterized by the combination

709 619/154709 619/154

folgender für sich bekannter Merkmale, nach denen der Außenring einteilig ausgebildet und an seinen beiden Stirnseiten mit Radialbunden versehen ist, das Außenende der Schaufeln an der Vorderkante bzw. Hinterkante mindestens näherungsweise bis zur Außenkante der Radialbunde reicht und dazwischen U-förmig eingeschnitten ist und das Außenende der Schaufeln längs des Schaufelprofils mit dem Außenring verschweißt ist; ferner ist die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Radialbunden des Außenringes und der Vorder- bzw. Hinterkante der Schaufeln nur ein schmaler Spalt vorgesehen ist, der mit Schweiße vollgefüllt ist, so daß die Schweißnaht an diesen Stellen wesentlich erhöht ist.the following features, known per se, according to which the outer ring is formed in one piece and attached to its Both ends are provided with radial collars, the outer end of the blades at the leading edge or rear edge extends at least approximately to the outer edge of the radial collar and in between Is cut into a U-shape and the outer end of the blades along the blade profile with the outer ring is welded; Furthermore, the inventive solution to the problem is characterized in that only one between the radial collars of the outer ring and the leading or trailing edge of the blades narrow gap is provided which is completely filled with sweat, so that the weld seam on these Make is significantly increased.

Durch die Erfindung ist eine Voraussetzung dafür gegeben, daß der Innenring und Außenring in einfacher Weise einteilig ausgeführt werden können. Die beiden am Außenumfang des Außenringes vorgesehenen Radialbunde verleihen diesem eine hohe Steifigkeit und sind insbesondere dafür geeignet, eine äußerst feste Verbindung zwischen den radial äußeren Enden der Leitschaufeln und dem Außenring zu gewährleisten, wobei diese stabile Verbindung durch die an der vorderen und hinteren Profilkante der Leitschaufeln hochgezogene Schweißnaht erreicht wird. Die an diesen Stellen gegebene große Einspannhöhe mit einem Vielfachen der Blechstärke des Außenringes ergibt ein hohes Widerstandsmoment in axialer Richtung, in der große, von der Gasströmung verursachte Kräfte auftreten, die versuchen, den Innenring gegen das benachbarte Laufrad zu drücken. Der Spalt zwischen der radial inneren Kante der Leitschaufeln und dem die innere Begrenzung des Strömungskanals bildenden Ringflansch des Innenringes gewährt eine freie Ausdehnungsmöglichkeit zwischen dem letzteren und den Leitschaufeln. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Ausführung einfache und schnelle Montage. Schließlich wird trotz der vorhandenen Ausdehnungsmöglichkeit für den Innenring dessen zentrische Lage durch die Speichenwirkung aller Leitschaufeln stets gewährleistet.The invention provides a prerequisite for the inner ring and outer ring in a simple Way can be made in one piece. The two provided on the outer circumference of the outer ring Radial collars give this a high degree of rigidity and are particularly suitable for a extremely strong connection between the radially outer ends of the guide vanes and the outer ring to ensure this stable connection through the at the front and rear Profile edge of the guide vanes raised weld seam is achieved. The one given at these points large clamping height with a multiple of the sheet metal thickness of the outer ring results in a high section modulus in the axial direction in which large forces caused by the gas flow occur, the try to press the inner ring against the adjacent impeller. The gap between the radial inner edge of the guide vanes and the annular flange forming the inner boundary of the flow channel of the inner ring allows free expansion between the latter and the guide vanes. In addition, the embodiment according to the invention enables simple and fast Assembly. Finally, despite the existing expansion possibility for the inner ring of the centric position is always guaranteed by the spoke effect of all guide vanes.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt 'An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows '

Fig. 1 einen Leitschaufelkranz im Längsschnitt und .1 shows a guide vane ring in longitudinal section and.

F i g. 2 einen Teil des abgewickelten Leitschaufelkranzes. F i g. 2 a part of the unwound guide vane ring.

Der im Maschinengehäuse eines Gasturbinentriebwerke angeordnete Leitschaufelkranz besteht im wesentlichen aus einem Außenring^, aus einzelnen Leitschaufeln B und aus einem Innenring C. Am Außenring A sind zwei Radialbunde 11 und 12 vorgesehen, deren radiale Höhe ein Mehrfaches der Blechstärke des Außenringes A beträgt. Der Teil des Außenringes A, der zwischen den beiden Radialbunden 11 und 12 liegt, wird als Deckringboden 13 bezeichnet, in dem Ausnehmungen (Schlitze) angeordnet sind, in denen die äußeren Enden 14 der Leitschaufehl B sitzen. Zwischen der vorderen Profilkante 15 der Leitschaufehi B und der Innenseite 16 des Radialbundes 11 ist ein Spalt e vorgesehen; ein gleicher Spalt/ befindet sich zwischen der hinteren Profilkante 17 und der hierzu benachbarten Innenseite 18 des Radialbundes 12. Durch diese beiden Spalte e und / verläuft die rund um die Leitschaufehi B gehende Schweißnaht 19; diese beiden Spalte e und / sind ganz mit Schweiße 19', 19" ausgefüllt, so daß hier die Einspannhöhe für die Leitschaufehi B ein Mehrfaches gegenüber der am Deckringboden 13 beträgt, wo die Schweißnaht 19 eine normale Dicke aufweist. Die äußeren Enden 14 der Leitschaufehi B sind, quer zur Strömungsrichtung des Arbeitsmittels betrachtet, U-förmig ausgebildet, also dem Außenring^ der Form nach angepaßt. Dies bringt eine Gewichtserleichterung durch die entstehende Ausnehmung zwischen den beiden »Hörnern« mit sich. Außerdem wirkt sich diese Form beim Anbringen der Schweißnaht günstig aus, wo sich die so geformten Schaufelenden dem Wärmeverzug besser anpassen können.The arranged in the machine housing of a gas turbine engine guide vane ring consists essentially of an outer ring ^ of individual vanes B and of an inner ring C. On the outer ring A two radial collars 11 and 12 are provided whose radial height is a multiple of the sheet thickness of the outer ring A. The part of the outer ring A that lies between the two radial collars 11 and 12 is referred to as the cover ring base 13, in which recesses (slots) are arranged, in which the outer ends 14 of the guide vane B sit. A gap e is provided between the front profile edge 15 of the guide vane B and the inside 16 of the radial collar 11; an identical gap / is located between the rear profile edge 17 and the inner side 18 of the radial collar 12 adjacent thereto. The weld 19 extending around the guide vane B runs through these two gaps e and /; these two gaps e and / are completely filled with weld 19 ', 19 ", so that here the clamping height for the guide vane B is a multiple of that at the bezel base 13, where the weld 19 has a normal thickness. The outer ends 14 of the guide vane B are U-shaped when viewed transversely to the direction of flow of the working medium, i.e. adapted to the shape of the outer ring favorable where the blade ends shaped in this way can better adapt to the heat distortion.

Am inneren Ende 20 weisen die Leitschaufehi B einen kurzen Fortsatz 21 auf, der radial verschiebbar in Ausnehmungen (Schlitzen) sitzt, die in einem die innere Begrenzung des Strömungskanals bildenden Ringflansch 22 des Innenringes C vorgesehen sind. Zwischen der inneren Kante 23 der Schaufeln B und dem Ringflansch 22 ist ein Spiel g belassen, so daß sich die während des Betriebs stärker erwärmenden Leitschaufehi B gegenüber dem Ringflansch 22 bzw. dem inneren Deckring C frei ausdehnen können.At the inner end 20, the guide vanes B have a short extension 21, which sits radially displaceably in recesses (slots) which are provided in an annular flange 22 of the inner ring C which forms the inner boundary of the flow channel. A play g is left between the inner edge 23 of the blades B and the annular flange 22, so that the guide vanes B , which heat up more strongly during operation, can expand freely with respect to the annular flange 22 or the inner cover ring C.

Die Montage des Leitschaufelkranzes geschieht in folgender Weise: Zuerst werden die einzelnen Leitschaufehi B in die im Boden 13 des auf der Montagevorrichtung horizontal angeordneten einteiligen Außenringes A vorgesehenen Ausnehmungen (Schlitze) radial von innen nach außen eingesteckt, und zwar nur so weit, daß die innere Kante 21' des Fortsatzes 21 vor dem Ringflansch 22 des ebenfalls einteilig ausgebildeten inneren Deckringes C liegt, so daß dessen Anordnung innerhalb der Leitschaufeln B auf der Montagevorrichtung möglich ist. Dann werden die einzelnen Leitschaufehi B in ihre endgültige Einbaulage radial nach innen wieder zurückgezogen, d. h., die Fortsätze 21 werden in die im Ringflansch 22 vorgesehenen Ausnehmungen (Schlitze) eingefädelt, wobei durch eine geeignete Lehre das Wärmeausdehnungsspiel g eingestellt wird. Nachdem dies geschehen ist, werden die Schweißnähte 19,19', 19" um die oberen Enden 14 längs des Schaufelprofils der einzelnen Leitschaufehi B gelegt. In der endgültigen Einbaulage der Leitschaufehi B liegen die Außenkantenil' und 12' der beiden Radialbunde 11 und 12 sowie die Außenkante 14' der Leitschaufelenden 14 etwa in gleicher Höhe.The assembly of the guide vane ring is done in the following way: First, the individual Leitschaufehi B are inserted radially from the inside to the outside into the recesses (slots) provided in the bottom 13 of the one-piece outer ring A arranged horizontally on the mounting device, and only so far that the inner Edge 21 'of the extension 21 lies in front of the annular flange 22 of the inner cover ring C, which is also formed in one piece, so that its arrangement within the guide vanes B on the assembly device is possible. Then the individual guide vanes B are retracted radially inward again into their final installation position, ie the extensions 21 are threaded into the recesses (slots) provided in the annular flange 22, the thermal expansion clearance g being set by a suitable gauge. After this has been done, the welds 19, 19 ', 19 "are placed around the upper ends 14 along the blade profile of the individual guide vanes B. In the final installation position of the guide vanes B are the outer edges' and 12' of the two radial collars 11 and 12 as well the outer edge 14 'of the guide vane ends 14 at approximately the same height.

Claims

Claim:

Guide vane ring for axially flow-through turbines or compressors of gas turbine engines, in which the vane shell with its unthickened ends is held firmly in slots of an outer ring and an inner ring is slidably held in the longitudinal direction of the vane, characterized by the combination of the following features known per se, that the outer ring (A) is made in one piece and is provided with radial collars (11, 12) on its two end faces so that the outer end (14) of the blades (B) at the front edge (15) or the rear edge (17) at least approximately to the outer edge (11 'or 12 ') the radial collar extends and is cut in a U-shape therebetween and that the outer end (14) is welded to the outer ring along the blade profile, further characterized in that

between the radial collars and the Vorderbzw. Rear edge only a narrow gap (e or f) is provided, which is completely filled with weld (19 'or 19 "), so that the weld seam (19) is significantly increased at these points.

Considered publications:

"German Patent Specifications No. 843 700, 823 823;

British Patent Nos. 779 056, 758106, 748 912;

U.S. Patent No. 2,851,246.

1 sheet of drawings