DE1253956B - Laufrad eines Geblaeses mit Randturbine - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F02c

Deutsche Kl.: 46f-ll

Nummer: 1 253 956

Aktenzeichen: G 37498 I a/46 f

Anmeldetag: 11. April 1963

Auslegetag: 9. November 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad eines Gebläses mit Randturbine, bei dem die radial inneren Enden der hohlen Turbinenschaufeln in Schlitzen eines die Gebläsebeschaufelung umhüllenden Rings von kastenförmigem Querschnitt befestigt sind.

Bei derartigen Gebläsen, die beispielsweise als Hubgebläse in Senkrechtstart-Flugzeugen verwendet werden können, treten ganz besondere Probleme auf. Diese Gebläse weisen in radialer Richtung einen zweistufigen Aufbau auf. Im radial innen gelegenen Abschnitt sind Gebläseschaufeln vorgesehen, die einen Luftstrom erzeugen sollen, der an einem Senkrechtstart-Flugzeug eine Hubkraft ausübt. Am Umfang dieser Gebläseschaufeln sind Turbinenschaufeln angeordnet. Die Befestigung dieser Turbinenschaufeln an den Gebläseschaufeln muß derart sein, daß durch diese Turbinenschaufeln ein Drehmoment auf die radial innen liegenden Gebläseschaufeln übertragen werden kann. Dabei muß dafür Vorsorge getragen werden, daß am äußeren Rand der Gebläseschaufeln, d. h. also an der Verbindungsstelle mit den Turbinenschaufeln, keinerlei Strömungsstörungen auftreten und daß an dieser Stelle im Bereich des Heißgaseintritts in die Randturbine noch eine gute Abdichtung geschaffen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einem vorstehend näher beschriebenen Laufrad eine leichte und stabile Halterung für die Gebläse- und Turbinenschaufeln zu schaffen.

Erfindungsgemäß sind an den axialen Außenflächen des Rings radial nach innen ragende Ringscheiben befestigt, die jeweils axial nach außen ragende, mit der radialen Außenfläche des Rings fluchtende Flansche aufweisen und die radial innen, an sich axial nach außen erstreckenden Flansche durch ein Ringstück verbunden sind, durch dessen Schlitze die an den Profilkanten abgeflachten Endteile der Gebläseschaufeln gesteckt sind, die zwischen den Ringscheiben befestigt sind; die die Enden der Turbinenschaufeln aufnehmenden Schlitze erstrecken sich dabei in die Ringscheiben und in deren Flansche hinein. In vorteilhafter Weise wird so eine besonders stabile Verbindung zwischen den Gebläseschaufeln und Turbinenschaufeln hergestellt, die einerseits eine sehr gute Drehmomentenübertragung zwischen den beiden Teilen dieses radial zweistufigen Aufbaus ermöglicht und die andererseits derart leicht gestaltet ist, daß das Gewicht gering bleibt.

Um die Dichtungseigenschaften zu verbessern, kann in vorteilhafter Weise mit dem radial inneren Ringstück ein axial jeweils vorstehendes, als Dichtungsteil ausgebildetes Ringstück verbunden sein. Um Laufrad eines Gebläses mit Randturbine

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. Hauser

und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Robert Louis Tharp, Wyoming, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 13. April 1962 (187 245)

den Aufbau zu verstärken, können mit den Ringscheiben an den Befestigungsstellen der Endteile der Gebläseschaufeln Verstärkungsplatten verbunden sein, und mit besonderem Vorteil können in den Schlitzen im kastenförmigen Ring Versteifungsstege angeordnet sein, die mit den Ringscheiben fest verbunden sind.

In den Figuren der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Gebläses mit Randturbine, welches das erfindungsgemäße Laufrad aufweist,

F i g. 2 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht des Eintrittsspiralgehäuses und der Turbinenschaufeln,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Teilansicht der abgewickelten Turbinenschaufelbefestigung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Turbinenlaufschaufelbefestigung,

F i g. 5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 der Fig. 4,

F i g. 6 eine Teilschnittansicht längs der Linie 6-6 der F i g. 4,

F i g. 7 eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 der Fig. 4,

F i g. 8 eine Endansicht des kastenförmigen Rings,

Fig. 9 eine Schnittansicht ähnlich wie Fig. 5, wobei jedoch die Turbinenlaufschaufeln abgenommen sind,

Fig. 10 eine Draufsicht auf die Turbinenlaufschaufeln und

709 687/82

Fig. 11 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Befestigung.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Gebläse 20 dargestellt, welches in der Fläche oder im Rumpf eines Senkrechtstart-Flugzeugs eingebaut werden kann. Das Gebläse 20 weist ein Laufrad mit einer Nabe 22 und einer kurzen Welle 21 auf. Vom Umfang der Nabe 22 aus erstrecken sich Gebläseschaufeln 23 radial nach außen. Zum Antrieb des Laufrads ist eine Randturbine 24 vorgesehen. Diese weist Turbinenschaufeln 26 auf. Heißgase, die von einem nicht dargestellten Triebwerk stammen, treten in das Eintrittsspiralgehäuse 27 durch einen Einlaß 28 (F i g. 1) ein und strömen durch die Eintrittsschaufeln 29 in die Randturbine 24.

In F i g. 3 ist ein Segment 30 der Randturbine 24 mit zu Segmenten zusammengefaßten Schaufeln dargestellt. Jedes Segment 30 überspannt wenigstens zwei Gebläseschaufeln 23 und weist etwa sechzehn Turbinenschaufeln 26 auf. Jedes Segment 30 weist eine Turbinenschauf elhalterung 31, Turbinenschaufeln 26, die sich von der Halterung 31 radial nach außen erstrecken, ein Turbinenschaufeldeckband 32, das an den äußeren Enden jeder Turbinenschaufel befestigt ist, eine Dichtung 33 und vier Seitenplatten 34 auf, von denen zwei an jeder Seite der Halterung 31 vorgesehen sind. Diese Seitenplatten 34 verbessern die Befestigung der Turbinenschaufelhalterung an den äußeren Enden der Gebläseschaufeln 23.

In den F i g. 4 bis 8 sind die Einrichtungen zur Befestigung der Turbinenschaufeln 26 an der Turbinenschaufelhalterung 31 dargestellt. Die Halterung für die Turbinenschaufeln weist einen Ring 36 mit kastenförmigem Querschnitt auf, der vorzugsweise aus einem hohen Temperaturen widerstehenden Metallblech besteht. An axialen Außenflächen des Rings 36 sind Ringscheiben 37 und 38 (Fig. 5 und 7) befestigt. Diese können durch mehrfache Biegung eines Metallblechs hergestellt werden, wobei durch diese Biegungen ein im allgemeinen C-förmiger Querschnitt entsteht. Die Ringscheiben 37 und 38 sind am Ring 36 vorzugsweise angelötet. Der Ring 36 und die Ringscheiben 37 und 38 werden in Längen gefertigt, die gleich der Länge eines Segments 30 der Randturbine 24 sind.

An jeder Ringscheibe 37 und 38 des Segments 30 können zwei Verstärkungsplatten 34 vorgesehen sein, um die Befestigung der Turbinenschaufelhalterung 31 an den äußeren Enden der Gebläseschaufeln 23 zu verbessern.

Der Hauptzweck der Verstärkungsplatten 34 ist, die Ringscheiben 37 und 38 an den Stellen, an denen die Gebläseschaufeln 23 befestigt sind, zu verstärken. Da die Gebläseschaufeln 23 ein Profil aufweisen, sind ihre äußeren Endteile 25 (F ig. 5) an den Profilkanten abgeflacht, damit jeweils eine Anlagefläche an den Ringscheiben entsteht. Da das Schaufelprofil gegen die Längsebene des Läufers geneigt ist, fluchten die Bohrungen 39, die sich durch die Verstärkungsplatten 34 und die Ringscheiben 37 und 38 hindurch erstrecken, nicht miteinander, sondern sind gegeneinander versetzt. Dies ist am besten aus Fig. 11 zu ersehen. Die F i g. 5 und 7 zeigen, daß die sich nach außen erstreckenden Flansche 41, 42 der Ringscheiben 37, 38 in der gleichen Ebene liegen wie die radiale Außenfläche des Rings 36.

Fig.4 zeigt eine Draufsicht auf die Oberwand43 des Rings 36. Diese Oberwand 43 ist mit einer Anzahl von Schlitzen 45 versehen. Jeder Schlitz 45 ist derart angeordnet und ausgebildet, daß er eine hohle Turbinenschaufel 26 aufnehmen kann. Wie F i g. 9 zeigt, erstrecken sich die Schlitze 45 in die Ringscheiben 37 und 38 bis zu einer Tiefe hinein, die etwas über die Seitenwände des Rings 36 hinausgeht. In manchen Fällen ist es wünschenswert, die hohlen Turbinenschaufeln durch eine Verstärkungsrippe 46 (Fig. 4 bis 6) zu verstärken, welche zur

ίο Aufnahme von Biegekräften dient, die auf die Turbinenschaufeln übertragen werden.

Wie F i g. 4 zeigt, weisen die Schlitze einen kontinuierlichen äußeren Umfang auf, der etwa dem Querschnitt der hohlen Turbinenschaufel 26 entspricht; ferner ist ein Querschlitz 48 vorgesehen, der im allgemeinen im mittleren Bereich angeordnet ist und dazu dient, die Verstärkungsrippe 46 aufzunehmen. Wie oben beschrieben, werden die Ringscheiben 37 und 38 am Kastenteil 36 angelötet. Mittels eines Elektroerosionswerkzeugs, welches eine Querschnittsform hat, die im wesentlichen der Schlitzausbildung entspricht, kann der Schlitz hergestellt werden.

Um die hohlen Turbinenschaufeln 26 zu verstärken, werden durch die Schlitzausbildung innere Versteifungsstege in der Ebene der Oberwand 43 und der radial inneren Wand des Rings 36 geschaffen. Es sind Versteifungsstege 50 und 51 in der Oberwand 43 vorhanden, die der Schlitz 45 umgibt. Wie F i g. 4 zeigt, ist ein Versteifungssteg 52 in der radial inneren Wand des Rings 36 vorhanden. Diese Versteifungsstege 50, 51 und 52 sind mit der Turbinenschaufelhalterung 31, und zwar an den Ringscheiben 37 und 38 verbunden. Nachdem die Turbinenschaufelhalterung 31 zusammengebaut ist und nachdem die Schlitze herausgeschnitten sind, werden die einzelnen Turbinenschaufeln in die Schlitze eingesetzt, und die Turbinenschaufeln und die Verstärkungsrippen werden mit der Halterung 31 verlötet. Die Versteifungsstege 50, 51 und 52 werden mit den Innenseiten der Turbinenschaufeln 26 an allen zugänglichen Stellen verlötet. Wenn die Verlötung einmal durchgeführt ist, sind die einzelnen Turbinenschaufeln 26 mit inneren Versteifungen in der Ebene der Oberseite 43 als auch in der Ebene der radialen Innenseite des Rings 36 versehen, so daß ein fest zusammengefügter Aufbau geschaffen wird.

Zusätzlich zu den Schlitzen 45 ist eine Anzahl von Öffnungen 54 (F i g. 4 und 7) in der radial inneren Seite des Rings 36, und zwar im Bereich zwischen benachbarten Turbinenschaufeln 26 vorgesehen. Eine Öffnung 55 ist im Versteifungssteg 52 vorgesehen. Diese Öffnungen ermöglichen einen Spannungsausgleich beim Verlöten, und mittels dieser Öffnungen kann die Verlötung an der Innenseite des Rings 36 überprüft werden.

Das Ringstück 33 dient als Dichtungsteil dem Heißgas- und Luftkanal; ferner schafft es an den äußeren Enden der Gebläseschaufeln 23 eine glatte Luftkanalwand, und zwar an den Stellen, wo die äußeren Enden der Gebläseschaufeln 23 mit der Turbinenschaufelhalterung 31 verbunden sind.

Wenn ein Eintrittsspiralgehäuse verwendet wird, welches das Gebläse nur teilweise umgibt, muß ein Drehmoment auf die Gebläseschaufeln 23 übertragen werden, die nicht unmittelbar unterhalb der Eintrittsleitschaufeln 29 liegen. Um die Übertragung dieses Drehmoments zu unterstützen, ist ein innerer Ring 56 vorgesehen, wie in den F i g. 3, 5 und 7 gezeigt, um

die Segmente 30 (F i g. 3) miteinander zu verbinden. Der Ring 56 ist mit den Segmenten 30 mittels Schrauben 57 verbunden* ferner sind im Ring 56 Ausschnitte 58 vorgesehen, welche lose die Endteile der Gebläseschaufeln 23 aufnehmen. Auf diese Weise wird ein Drehmoment von den Turbinensegmenten 30 auf die Gebläseschaufeln über eine Schraubenbolzenbefestigung der Endteile an den Verstärkungsplatten 34 der Halterung 31 übertragen.

IO

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Laufrad eines Gebläses mit Randturbine, bei dem die radial inneren Enden der hohlen Turbinenschaufeln in Schlitzen eines die Gebläsebeschaufelung umhüllenden Rings von kastenförmigem Querschnitt befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den axialen Außenflächen dieses Rings (36) radial nach innen ragende Ringscheiben (37, 38) befestigt sind, die jeweils axial nach außen ragende, mit der radialen Außenfläche des Rings (36) fluchtende Flansche (41, 42) aufweisen und die radial innen, an sich axial nach außen erstreckenden Flansche durch ein Ringstück (56) verbunden sind, durch dessen Schlitze (58) die an den Profilkanten abgeflachten Endteile (25) der Gebläseschaufeln (23) gesteckt sind, die zwischen den Ringscheiben (37, 38) befestigt sind, und daß sich die die Enden der Turbinenschaufeln (26) aufnehmenden Schlitze (45) in die Ringscheiben und in deren Flansche (41, 42) hinein erstrecken.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem radial inneren Ringstück (56) ein axial jeweils vorstehendes, als Dichtungsteil ausgebildetes Ringstück (33) verbunden ist.

3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Ringscheiben (37, 38) an den Befestigungsstellen der Endteile (25) der Gebläseschaufeln (23) Verstärkungsplatten (34) verbunden sind.

4. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schlitzen (45) im kastenförmigen Ring (36) Versteifungsstege (50, 51, 52) angeordnet sind, die mit den Ringscheiben (37, 38) fest verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 958 888, 906 845;
schweizerische Patentschrift Nr. 304 835;
britische Patentschriften Nr. 748 903, 742 475,
758, 728 670, 701 263.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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