DE1626122A1

DE1626122A1 - Kompressor oder Turbine fuer Gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE1626122A1
Application number: DE19671626122
Authority: DE
Inventors: Swain Francis Alan; Jack Britt
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1966-10-20
Filing date: 1967-10-19
Publication date: 1970-09-24
Also published as: US3428243A; GB1148339A

Description

PATENTANWÄLTE v ■

DIPL.-ING. GÖNTHER KOCH
DR.TI.NO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, ¹^. Oktober I967

UNSERZEICHEN^

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England

Kompressor oder Turbine für Gasturbinenstrahltriebwerke

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor oder eine Turbine für Gasturbinenstrahl triebwerke=.

Gemäß der Erfindung ist ein solcher Kompressor oder eine solche Turbine für ein Gasturbinenstrahltriebxtferk, die mehrere Rotor- und Statorstufen aufweisen, in der Weise ausgebildet, daß jede Rotorstufe eine Rotorscheibe besitzt, die mehrere Schaufeln am Umfang trägt, wobei Abdichtungsmittel zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Rotorscheiben vorgesehen sind, die einen Leckstrom des Arbeitsströmungsmittels von einer Stelle zwischen den Stufen verhindern und wobei die Abdichtungsmittel von getrennten Dichtungstragscheiben gehaltert sind, die mit den Rotorscheiben über Trägerbauteile verbunden sind. ₍

Die Abdichtungsmittel sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie mit den Mitteln der Statorschaufeln zusammenwirken, um einen Luftleckstrom dazwischen hindurch zu verhindern. .

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jeder Trägerbau ^eixegt zwischen einer Dichtungsträgerscheibe und der benachbarten Rotorscheibe und ist mit diesen verbunden. Auf diese Weise wird es möglich, jeden Bauteil als kegelstumpfförmigen Träger auszubilden.

Die kegelstumpfförmigen Bauteile können aus getrennten Teilen bestehen, vorzugsweise sind sie jedoch aus einem integralen Bauteil einstück hergestellt.

Die Träger sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie eine genügende Festigkeit und Starrheit besitzen, um den Antrieb von der Triebwerkshauptwelle auf die entsprechenden Scheiben zu übertragen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jede Schaufel mit einem Schaufelfuß ausgestattet, der geteilt ist, derart, daß er zwei im wesentlichen radial verlaufende Zinken bildet, wobei der radial äußere Umfang jeder Rotorscheibe mit zwei radial verlaufenden, in Umfangsrichtung vorstehenden Vorsprüngen ausgebildet ist, mit denen die Zinken der SchaufelfüSse verbunden sind»

Die Rotorschaufeln sind vorzugsweise durch eine metallurgische Verbindung mit den Rotorscheiben verbunden z.B. durch eine Diffusionsbindung, durch Löten oder durch Schweißen» So können die Schaufeln mit Gabelfüßen ausgestattet sein, die auf dem Scheibenrand reiten.

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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben, die einen Gasturbinentriebwerkskompressor veranschaulicht. *

In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 einen Kompressor eines Gasturbinenstrahltriebwerkes in

der erfindungsgemäßen Ausbildung, Fig. 2 in größerem Maßstab eine Teilschnittansicht des in Fig.l

dargestellten Kompressors,
Fig. J5 eine abgewandelte AusfÜhrungsform eines erfindungsgemäßen Kompressors.

Wenn die Drehzahl einer Kompressor-Rotorseheibe ansteigt, dann kommi ein Punkt, bei welchem die Mäterialbeanspruchung in der Scheibe ßo groß wird, daß das Material außerhalb eines gewissen Radius aufhört, selbsttragend zu sein und es muß die Dicke der Seheibennabe vergrößert werden, um eine zusätzliche Tragfähigkeit zu bewirken. Bei mit hoher Drehzahl laufenden Kompressoren wird der Radius, bei welchem das Material aufhört, selbsttragend zu sein, als der sogenannte freie Hoop-Radius bezeichnet, und dieser kann so klein werden, daß die Scheibennabe unproportional groß gemacht werden muß, so daß das "Gewicht nachteilig groß wird. Es ist deshalb wichtig, daß gewichtsmäßig so wenig Materials als möglich bei hochtourigen Kompressoren und Turbinen außerhalb des freien Höop-Hadlus liegt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hochtourigen Kompressor oder eine Turbine zu schaffen, die im Vergleich mit konventionellen Kompressoren und Turbinen gewichts-

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mäßig leicht ist und diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die herkömmlichen Dichtungen von den Rotorscheiben selbst weggenommen werden und daß diese Dichtungen auf getrennten Dichtungsträgerscheiben aufgesetzt werden, und außerdem dadurch, daß die Rotorschaufeln durch eine metallurgische Bindung, z.B. durch eine Diffusionsbindung, durch Verschweißen oder Verlöten, auf die Rotorscheiben aufgesetzt werden*

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Kompressor 1, einer Verbr ennungs einrichtung 2, einer Turbine 3 und einer Abgas-, düse 4.

Der Kompressor 1 ist im einzelnen in Pig*2 dargestellt und er besteht aus einem äußeren Gehäuse 10, in welchem mehrere Rotorstufen 11 und Statorstufen 12 angeordnet sind. Jede Rotorstufe weist eine Rotorscheibe 13 mit einem radial inneren Nabenteil 14 auf, der einen radial äußeren Rand 15 besitzt, auf dem mehrere Rotorschaufeln l6 montiert sind*

Jede Sta-to.rs.tufe weist einen aerodynamischen Schaufelabschnitt 18 auf, der zwischen dem Gehäuse 10 und einem ringförmigen Kastenträger 20 gelagert ist·- Auf den radial inneren Abschnitten des Kastenträgers 20 sind Dichtungen 21 aufgesetzt, die mit Dichtungen an dem äußersten Teil von Dichtungsträgerscheiben 22 zusammenwirken« Die Dichtungsträgerscheiben 22 sind so dünn als möglich ausgebil-

Hoopdet und jene Teile der Scheiben, die außerhalb des freien/Radius liegen, werden von der Mittelnabe 2j> getragen.

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Sowohl die Dichtungstrigerscheiben 22 als auch die Hotorscheiben weisen einen relativ großen Durchmessers aber eine geringe Dicke 'auf. Dl© verschiedenen KomprfssQBSchaufein können nicht miteinander verbolzt werden, um eine starre Baueinheit zu bildenj, da die

Bolzen darin innerhalb des freien ,Radius angeordnet werden müßten, was eine große !Instabilität der:'"Scheiben ergäbe. Die gesarate Korapressoranordnung ist daher mittels Trägerbauteilen 24 verlötet, die die Gestalt kegelstumpfförraiger Bauteile 25 haben, die sich zwischen den Diehtungsträgerscheiben 22 und der benachbarten ■Rotorscheibe Ij5 erstrecken. Jeder Trägerbauteil ist einstückig mit oder getrennt von Metallblechen hergestellt, die auf den Scheiben angelötet oder angeschweißt sind» Die Trägerbauteile .24 sind genügend stark gehalten, um die Antriebskräfte von der Welle auf die verschiedenen Scheiben zu übertragen*

Der Kompressor kann aus zwei Teilen verschiedenen Materials hergestellt sein, wobei der stromunterseitlge Teil ein Metall hoher Wärmefestigkeit aufweist, während das Metall des stromoberseitigen Bauteils billiger und/oder leichter ist. Die befieii feile sind, mittels eines Bolzens 2T verspännt, der innerhalb de^s freien Hoop-Radius der Scheibe liegen muß.

Die Schaufeln 16 reiten auf dem Rand 15 der Scheiben O und sind dort durch eine metallurgische Verbindung ζ «Β. durch eine DiffusionsbiSdung, durch Verlöten oder durch Verschweißen festge-"-legt, wodurch es möglich wird, im Vergleich mit herkömmlichen Tannenbaum-Schaufelfußbefestigungen einen sehr viel dünneren Scheibenrand 15 zu benutzen.

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Um das Gewicht der Anordnung waiter zu vermindern, kann das' innere Metallblech 25 mit Löchern versehen sein, -die-"Z.B. .bei dargestellt sind«.-wobei--der äußere konische Bauteil der Dichtung wegen voll bleibt* Derartige Löcher erleichtern auch die Überwachung, und Wartung des Triebwerks« .

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, die in den wesentlichen Bauteilen jedoch dem Ausführungsbeispiel nach Pig. I und 2 entspricht unddsshalb sind einander entsprechende Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen»

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Rotorschaufeln 16 mit Gabelfüßen 30 versehen, die im wesentlichen radial verlaufen und jede Rotorscheibe 11 weist zwei radial verlaufende, in Umfangsrichtung vorstehende Vorsprünge 31 auf, an denen die beiden Zinken 30 der gegabelten Schaufelfüße durch eine metallurgische Verbindung befestigt werden. Der Zweck der Gabelung des Pusses der Schaufel und der entsprechenden Vorsprünge der Rotorscheibe liegt darin, daß hierdurch eine Verbindung geschaffen wird, die einen "hohen . Widerstand gegenüber Biegebeanspruchungen aufweist,, die durch axiale Schubbelastungen von Kompressor oder Turbine erzeugt werden.

Die Anordnung kann in Schichten vor der Verbindung zusammengebaut werden, wobei die Verbindung in einem Arbeitsgang durch Anwendung von Hitze und Druck erzeugt wird.·

Pie Rotorscheiben IJ und die Dichtungsträgerseheiben können sich von einem relativ dicken Abschnitt am radial inneren Ende nach einem relativ dünnen Abschnitt am radial äußeren Ende verjüngen.

Zur Herstellung einer verjüngten Scheibe dieser Art kann die Scheibe auf einer Achse montiert und in eine elektrochemische Ktzlösung eingetaucht werden, in der die Scheibe gedreht wird, während sie langsam herausgezogen wird.

Patentansprüche:

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Claims

Pat e η tan s ρ r Ü c he:

1. Kompressor oder Turbine für Gasturbinenstrahltriebwerke mit mehreren Rotor- und Statorstufen, wobei jede Rotorstufe eine Rotorscheibe aufweist, die mehrere Schaufeln am Umfang trägt und wobei Dichtungen zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Rotorscheiben vorgesehen sind, die ein Hindurchlecken von Arbeitsmittel verhindern,

dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , _

daß die Dichtungen von gesonderten Dichtungsträgerscheiben (22) getragen werden, die mit den Rotorscheiben Über Träger (24) verbunden sind,

2. Kompressor oder Turbine nach Anspruch i, dadurch gekennzei c h ή β t , daß jede Schaufel einen Schaufelfuß aufweist, der geteilt ist und zwei im wesentlichen radial verlaufende Zinken (-JO) bildet, und daß der radial äußere Umfang jeder Scheibe mit zwei radial über den Umfang laufenden Vorsprüngen 01) versehen ist, an denen die gabelfüße der Schaufeln befestigt sind.

~5. Kompressor oder Turbine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, daß die Dichtung mit Mitteln (21) der Statörstufen zusammenwirkt, um einen Leckstrom von Luft dazwischen hindurch zu vermeiden.

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4.· Kompressor oder Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k en η ζ e i c h η e t , daß jeder Träger zwischen einer Dichtungsträgerscheibe und einer benachbarten Sofeorscheibe angeordnet und mit diesen befestigt • ist.

5» Kompressor oder Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis A, dadurch g e k e η η ze ic h η e t , daß jeder Träger aus mehreren kegelstumpfförmigen Bauteilen (25) besteht, die mit der Dichtungsträgerscheibe bzw. einer Rotorseheibe verbunden sind.

6. Kompressor oder Turbine nach Anspruch 5* dadurch ge k.e nn ζ e i c hn e t ^ daß die kegelstumpfförmigen Bauteile einen Teil einer einzigen integralen Tragstruktur bilden.

7» Kompressor oder Turbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η. η ze ic hn e t , daß die Trägerstruktur und die Dichtungsträgerscheiben die einzigen Mittel sind, die den Antrieb zwischen Rotor und den Scheiben übertragen.

8. Kompressor oder Turbine nach den Ansprüchen 1 bis J» dadurch g e k e η η ze i c h net , daß jede Rotorschaufel am Umfang einer Rotorscheibe durch eine metallurgische Verbindung festgelegt ist.

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