DE1428218C3 - Läufer für einen Axialverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Läufer · für einen Axialverdichter mit Schaufeln, die aus duroplastischem Kunststoff bestehen und durch in Spannrichtung verlaufende Fasern verstärkt sind, die sich fast über die gesamte Länge der Schaufel erstrecken, wobei die Schaufeln einen Schaufelfuß aufweisen, der mit einem metallischen Verstärkungseinsatz ausgerüstet ist.

Ein derartiger Läufer ist aus der deutschen Patentschrift 952 468 bekannt.

Bei derartigen Läufern mit Schaufeln aus Kunstharz besteht eine Schwierigkeit hinsichtlich der Auswuchtung des Rotors, weil eine zur Beseitigung einer Unwucht vorgenommene spanabhebende Bearbeitung der Schaufel eine Beschädigung des Schaufelgerüstes zur Folge haben kann. Während nämlich bei metallischen Schaufeln die Entfernung überschüssiger Gewichtsteile durch spanabhebende Bearbeitung keinen Einfluß auf die Festigkeitseigenschaften der Schaufeln hat, kann bei faserverstärkten Kunststoffschaufeln durch Verletzung von Fasern die Gesamtfestigkeit der Schaufel wesentlich beeinträchtigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den beschaufelten Läufer eines Axialverdichters ohne spanabhebende Nachbearbeitung auszuwuchten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verstärkungseinsätze einiger Verdichterschaufeln aus einem spezifisch schwereren Material als die Einsätze der übrigen Verdichterschaufeln hergestellt sind, so daß durch geeignete Anordnung der Schaufeln mit schweren Verstärkungseinsätzen am Umfang des Läufers eine dynamische Auswuchtung des beschaufelten Läufers erfolgen kann.

Praktisch kann die Auswuchtung in der Weise vorgenommen werden, daß der Läufer mit den Schaufeln zusammengebaut wird, und zwar mit gleichen Einsätzen oder, falls Unwuchten bereits voraussehbar sind, mit entsprechend verteilten Einsätzen unterschiedlichen Gewichts. Die Unwucht des so zusammengebauten Läufers wird dann in einer Auswuchtmaschine gemessen, und erst dann wird die Gewichtsverteilung berechnet, durch die ein Gleichgewicht erhalten werden kann, und es werden dann die schweren und leichten Schaufeln entsprechend ίο plaziert. Dann wird der auf diese V/eise neu zusammengestellte Läufer wiederum in der Auswuchtmaschine gemessen, um festzustellen, ob die angestrebte Auswuchtung erreicht ist. Dieser Vorgang kann erforderlichenfalls nochmals erfolgen, bis das Gleichgewicht erhalten ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß Herstellungsdifferenzen zwischen einander sonst identischen Schaufeln keine Rolle spielen, weil die Berechnungen als Ergebnis physikalischer Messungen der Auswuchtmaschine durchgeführt werden und nicht nur theoretische Berechnungen unter der Annahme zugrunde gelegt werden, daß die Schaufeln gleiches Gewicht aufweisen.

Die metallischen Einsätze weisen vorzugsweise im Querschnitt eine dreieckige Gestalt auf, die im Schaufelfuß eine günstige Verstärkung ergeben, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der Verstärkungsfasern besteht.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben.
F i g. 1 ist ein Seitenriß eines Gasturbinentriebwerks in teilweise abgebrochener Darstellung, um den Rotor des Kompressors zu zeigen;

Fig. 2 ist ein Axialschnitt durch einen Teil des Kompressorrotors mit erfindungsgemäßen Rotorschaufeln;

F i g. 3 ist eine Ansicht in der Richtung des Pfeils 3 in Fig. 2;

F i g. 4 ist ein Querschnitt durch eine Rotorschaufel entlang der Linie 4-4 in F i g. 2;
F i g. 5 ist ein Querschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4;

F i g. 6 ist ein Querschnitt entlang der Linie 6-6 in Fig.4; ,

F i g. 7 ist ein Querschnitt entlang der Linie 7-7 in Fig.4;

Fig. 8 ist ein Querschnitt entlang der Linie 8-8 in Fig. 2.

Das Gasturbinentriebwerk in F i g. 1 hat einen Axialkompressor 10, der Luft durch den Lufteinlaß 11 empfängt und Druckluft an die Verbrennungseinrichtung 12 liefert, wo der Brennstoff in der Luft verbrannt wird, wobei die Verbrennungsprodukte durch einen Turbinenteil 13 strömen, bevor sie in ein Strahlrohr 14 eintreten und durch die Schubdüse 15 an die Außenluft abgegeben werden.

Der Turbinenteil 13 treibt einen Kompressorrotor 16 über eine nicht dargestellte Welle, welcher einen Teil des Kompressors bildet. Der Rotor 16 hat axial versetzte Reihen von Kompressorrotorschaufeln 17, weiche mit axial versetzten Statorschaufeln 18 abwechseln, die am Gehäuse des Kompressors 10 befestigt sind. Jede Rotorschaufel 17 besteht aus verstärktem, duroplastischem Harzstoff, wie beispielsweise mit einem Phenol- oder Epoxyharz getränkte Glas- oder Asbestfasern, und umfaßt einen Arbeitsteil 17a mit aerodynamischem Querschnitt und einen Wurzclteil 17 b, durch den die Schaufel an der Rotorplatte 16 des Kompressors befestigt ist.

Der Wurzelteil 17 b hat schwalbenschwanzförmigen Querschnitt und sitzt in einem entsprechend geformten Schlitz 19 am Umfang der Rotorscheibe 16. Jede Rotorschaufel 16 wird axial an der Rotorscheibe 16 durch einen Kunstharzstift 20 und eine Metallnase 21 festgehalten. Der Stift 20, der an einem Ende des Wurzelteils 17 b vorgesehen ist, steht mit dem stromaufwärtigen Teil der Rotorscheibe 16 im Eingriff. Die Metallnase 21 liegt zwischen dem unteren Ende des Wurzelteils 17 b und der unteren Wandung des Schlitzes 19, wobei ein Ende der Nase 21 einen nach außen gerichteten Flansch 21 a hat, der mit dem Stift 20 in Eingriff gelangt, während das andere Ende der Nase 21 einen radial nach innen gerichteten Flansch 21 b hat, der mit der Flache der Rotorscheibe 16 in Eingriff kommt.

Jeder Wurzelteil 17 b ist durch einen Verstärkungseinsatz 22 verstärkt, der im Wurzelteil 17 b in der Spannrichtung angeordnet ist, und der in der quer zur Radialebene des Arbeitsteils 17 α liegenden Ebene gekrümmt ist. Der Krümmungsradius jedes Verstärkungseinsatzes 22 ist derselbe wie der mittlere Profilkrümmungsradius des Arbeitsteils 17«. Dieser mittlere Profilkrümmungsradius ist in F i g. 3 durch die gestrichelte Linie 23 gezeigt.

Diese Verstärkungseinsätze 22 haben einen weitgehend dreieckigen Querschnitt, wobei die untere Wandung des Dreiecks in der Ebene der unteren Wandung des betreffenden Wuizelteils 17 b liegt.
Wie aus den F i g. 5 bis 7 näher ersichtlich ist, erstrecken sich die Glasfasern 24 des Schaufelwerkstoffs über die ganze Länge der Schaufel 17, von deren Spitze bis zum Wurzelteil, und umschließen den Verstärkungseinsatz 22. Der übrige Wurzelteil 17 b

ίο besteht aus Kissen 25 aus Kunstharz und hat schwalbenschwanzähnliche Formung.

Durch Krümmen der Verstärkungseinsätze 22 wird der Winkel, durch den die Glasfasern 24 gebogen werden, um über die Verstärkungseinsätze zu passen, auf ein Mindestmaß beschränkt.

Die Verstärkungseinsätze 22 bestehen vorzugsweise aus Magnesium oder Aluminium, können jedoch auch aus anderen Metallen oder aus duroplastischen Kunstharzen geformt sein.

Um die Rotorscheibe 16 des Kompressors dynamisch auszuwuchten, können einige der Schaufeln 17 einer Schaufelreihe mit Magnesiumeinsätzen 22 und andere Schaufeln 17 derselben Reihe mit Aluminiumeinsätzen ausgestattet sein, welche geeigneterweise um die Peripherie der Rotorscheibe 16 angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Läufer für einen Axialverdichter mit Schaufeln, die aus duroplastischem Kunststoff bestehen und durch in Spannrichtung verlaufende Fasern verstärkt sind, die sich fast über die gesamte Länge der Schaufel erstrecken, wobei die Schaufeln einen Schaufelfuß aufweisen, der mit einem metallischen Verstärkungseinsatz ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinsätze (22) einiger Verdichterschaufeln (17) aus einem spezifisch schwereren Material als die Einsätze (22) der übrigen Verdichterschaufeln (17) hergestellt sind, so daß durch geeignete Anordnung der Schaufeln mit schweren Verstärkungseinsätzen (22) am Umfang des Läufers (16) eine dynamische Auswuchtung des beschaufelten Läufers erfolgen kann.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinsätze (22) aus Magnesium bzw. aus Aluminium bestehen.

3. Läufer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinsätze (22) im Querschnitt dreieckig gestaltet sind und daß der untere Rand des Dreiecks in der Ebene der radial inneren Begrenzungswand des Schaufelfußes (17 b) liegt.