DE1628359A1

DE1628359A1 - Schaufelrotoranordnung und verfahren zu deren zusammenbau

Info

Publication number: DE1628359A1
Application number: DE19661628359
Authority: DE
Inventors: William Harrison
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1965-11-23
Filing date: 1966-11-23
Publication date: 1973-10-18
Also published as: US3393862A; FR1501492A; GB1093568A

Description

'Patentanwälte

Olpf. Ing. F. Waiciiir.cnn, Dr. Ing. A. Welskmann

öipl. Ing.!i. WjisJirüSRn, Dipl. F.vß, Cr, K. Finefce 8 Kuschen 27, HSMstrsB· 22

ROII-S-SOYCS;■ XIMEESD *
Nightingale Road, Derby, Derbyshire, England

Schaufelrotoranördnahg und Verfahren zu deren ."■·-■"'■■ Zusammenbau

Die Erfindung bezieht sich auf verbesserte Schaufelrotoren, wie YerdichterrotBren,

308142/0007

Gemäß der Erfindung ist ein aus mehreren Schaufeln bestehen--, des Rotorgebilde pit einer Rotorscheibe und einer ringförmigen. Schaufelplatte.vorgesehen, in welcher sich eine Vielzahl winklig versetzter Aussparungen für die Aufnahme von Schaufelansätzen befindet. Die Schaufelplatte weist eine Vielzahl an der Rotorscheibe befestigter Plattenaegmetite auf, deren jedes Segment mit einem Auflageteil versehen ist· Die einzelnen Auflageteile befinden sich jeweils in einer in der Außenumfängsfläche * der Rotorscheibe enthaltenen Aufnahme, und zwar derart, daß eine radiale Wegbewegung der Segmente verhindert ist.

Das Aufnahme-Auflägeteil-System kann vorzugsweise einen in der Außenumfängsfläche der Rotorscheibe vorgesehenen Keilnut enthalten. Das Auflageteil jedes Plattensegmentes kann dabei einen am umfang d«s jeweiligen Eeilnuts anliegenden Spund enthalten. Die in radialer Richtung innen liegenden Enden des betreffenden Spunden und des Keilnutes sind in axialer Richtung erweitert. Dabei weist der Keilnut ein Einführteil mit einer vergrößerten öffnung in der Umfangsflache auf. Diese öffnung entspricht weitgehend den Abmessungen der Plattensegmente. Durch das betreffende Einführteil können die Plattensegmente nacheinander in den Keilnut eingeführt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Schaufeln in Ausnehmungen der Rotorscheibe angeordnete Ansät zabschnitte auf. Zu den betreffenden Ausnehmungen la der Eotorscheibe sind die betreffenden Ausnehmungen in der Schaufelplatte entsprechend radial ausgerichtet.

Vorzugsweise 1st die Anzahl an. Plattensegmenten gleich, der Anzahl an Schaufeln. Die Ausnehmansen In der Schaufelplatte . können dann zwischen "henachbartpu Kanten der Aufhahmeplattensegnente gebildet sein.

Gemäß zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung-sind die Ausnehmungen in der Rotorscheibe vorzugsweise durch Schlitze ge—. "bildet, die am Umfang der ROtorschelbe Von deren einer Stirnseite zu deren anderer Stirnseite hin verlaufen. Die Ausnehmungen in der Schaufelplatte sind durch Schlitze gebildet, dl· parallel zu den Schlitzen in der Rotorscheibe verlaufen, auf einer Seite aber geschlossen sind* Damit gestattet die Schaufelplatte das Einführen der Schaufeln nur von einer Seite der Rotorscheibe her. Die in der Rotorscheibe befindlichen Schlitze und die Schaufelplatte sind vorzugsweise zur Drehachse der ■ Rotors ehe ibe hin. geneigt.

Die Erfindung besitzt eine besondere Anwendbarkeit bei der Herstellung von Rotoranordnungen aus synthetischen Harzele— men-ten,· da es sich nämlich als äußerst schwierig herausgestellt hat, aus synthetischem Harz bestehende Schaufeln.mit zusammerihängenden Platten-herzustellen«, Gemäß der Erfindung können nun die Schaufeln und/oder die Plattensegmente einer Rotoranordnung aus synthetischeni Harzmaterlal hergestellt sein.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Zusammenbau eines Schaufelrotors mit den oben angegebenen Merkmalen. Gemäß diesem Verfahren werden zuerst die Platten-

303842/00 O

segmente zur Bildung der Sehaufelplatte am Außenumfang der Rotorscheibe befestigt, und dann -werden die Schaufeln mit ihren Ansatzteilen in die Ausnehmungen der Rotorscheibe und der Schaufelplatte eingeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Pig. 1 zeigt in Draufsicht einen Axialströmungsverdichter mit einer Rotoranordnung gemäß der Erfindung als erste Stufe. Pig. 2 zeigt eine vergrößerte Teilschnittansicht entlang der in Pig. I eingetragenen linie 2-2. Pig. 3 zeigt ein.Tlattensegment in Richtung des in Pig. 2 eingetragenen Pfeiles A.

Pig. 4 zeigt in einer perspektivischen !Teilschnittansicht einen Ausschnitt einer Rotoranordnung gemäß-der Erfindung. Pig. 5 ^eigt in einer Abwicklung einen in Draufsicht betrachteten Teil des Aüßeuumfängs der Rotorscheibe der in Pig. 4 dargestellten Anordnung.

In Figuren 1 und 2 ist ein Teil eines zu einem (hier nicht gezeigten) Gasturbinentriebwerk gehörenden Axialströmungsverdichters 1 gezeigt. Der Verdichter 1 enthält einen Außenmantel- 10, innerhalb dessen eine Anzahl Sehaufelrotor- und Statorstufen angeordnet ist. Der Verdichter 1 weist dabei eine Torstufen^Rötoranordnung 11 (Pig· 2) und unmittelbar in Strpmabwärtsrichtung von dieser eine Vorstufen-Statoranordnung 12 auf. Die weiteren Stufen sind in Pig, 2 nicht dargestellt.

30984270007 bad original

Die erfindungsgemäße Rotoranordnung 11 weist eine ringförmige Rotorscheibe 13 auf, die (durch hier nicht näher dargestellte Mittel) so angeordnet 1st, daß sie sich um eine Achse X-X drehen kann. In der AuSenumfangsflache der Rotorscheibe 13 befluden sich eine Reihe Schaufeln 14 und eine ringförmige Schaufelplatte' 15. Die Schaufelplatte 15 erstreckt sich zwischen den Schaufeln 14- und stellt einen Teil der radialen Innenwand des Verdichterrohres dar. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Sehaufelplatte in axialer Ebene zur Drehachse X-X der Rotorscheibe 15 geneigt.

Die Schaufelplatte 15 enthält eine Reihe Plattensegmente 16 (Pig. 5), die durch die Schaufeln getrennt am Aüßenumfangr der Rotorscheibe 13 aneinander anstoßenund die Schäufelplatte 15 bilden. ..

Die Stellung der die Schaufelrotoranordnung 11 bildenden Schaufeln 14 und Plattensegmente 16 auf der Rotorscheibe 15 ergibt sich aus Figuren 4 untl 5« Der Außenumfan^ der Rotorscheibe 15 ist mit einer Vielzahl von Ausnehmungen für die Schaufelansätze versehen. Diese Ausnehmungen weisen parallel verlaufende Schlitze 17 auf, die sich von einer Stirnseite der Rotorscheibe 13 zu deren anderer Stirnseite hinerstrecken und unter einem geringen Winkel zur Drehachse X-X geneigt sind. Die Bodenfläche jedes Schlitzes 17 ist. in·TJmfangsriehtung erweitert (s.Fig.4). Jede Schaufel 14 besitzt einen Ansatzabschnitt bzw. ein Ansatzteil 18 mit einem in radialer Richtung verstärkten Innenende, dessen Form der eines Schaufelauf—

3 0 98 4 2 / 00 07 ^^{ÄD GRIGINAL}

nahmeschlitzes 17 entspricht. In der Außenumfangsfläche der Rotorseheibe 13 befindet eich ferner ein um diese Scheibe herumlaufender Keilnut 20, dessen Grundlinie in axialer Richtung erweitert ist (Pig. 4).

. Jedes Plattensegment 16 besitzt einen radial nach innen und in Umfangsrichtung sich erstreckenden Spund 22 (Pig. 3), an den sich ein verstärktes Abschlußteil 23 anschließt. Größe und Form des Abschlußteiles 23 in axialer Ebene entsprechen Größe und Form des Keilnutee 20, wie dies durch einen Ausschnitt in Pig. 4 verdeutlicht ist.

An einer Stelle des Keilnutes 20 befindet sich ein Einführabschnitt 24, dessen Breite in axialer Richtung durchgehend gleich.der Breite der erweiterten Grundlinie des Keilnutes ist. Die Länge des Einführabschnittes 24 ist gleich der länge , des Abschlußteiles 23 jedes Spundes 22. Der Einführabschnitt befindet sich in einen solchen Abschnitt des Keilnutes 20, in dem dieser von einem der Schaufelaufnahmeschlitze 17 gekreuzt ■wird.

Jedes der auf einem Kreis angeordneten Plattensegmente 16 weist einen Plattenbegrensungsabscbnitt 15a auf, dessen Xänge gleich dem Abstand zwischen benachbarten Schaufelaufnahmeschlitzen 18 auf dem betreffenden Kreis ist. Der Abschnitt 15a weist zwei parallele Kanten 25,26 auf, die parallel zu den Schaufelaufnatameschlitzen 17 verlaufen, wenn die Segmente 16 zur Bildung der Schaufelplatte 15 zusammengesetzt sind.

BAU OftlGlNAL

Beim Zusammensetzen der Seh&ufelrotörstufe 11 wird zunächst das Absehlüßteil 23 des Jeweiligen Plattenspundes 22 in den Keilnut 20 der Rotorscheibe 13 eingesetzt. Dabei wird jeweils nur ein solches Teil durch den Einführabschnitt 24 eingeführt. Dies geschieht solange,--."bis die. gesamteAnzahl an Plattensegment^n 16, die gleich -"tier Anzahl an Schaufeln 14-ist, für die der.Rotor ausgelegt ist, eingeführt ist. Die Kanten 25 der Plattensegmente 16 stoßen an die Kanten 26 der jeweils benachbarten Plattensegmente 16 an. Auf diese Weise bilden die Plattenbegrenzungsabschnitte 15a insgesamt die Schaufelplatte 15. Die Kante 26 jedes Platterisegmetites weist einen Absatz von gleichmäßiger Sreite auf. Diese Breite ist gleich der Breite des radialen Außenendes des jeweiligen Schaufelansatzes 18. Damit weist die Schaufelplatte 15 nach erfolgtem Zusammenbau eine Tielzahl Ton parallel zu den . Schlitzen 17 verlaufenden und ztr'diesen radial ausgerichteten Schlitzen;27 auf (s.Fig. 4). Die Absätze in den Kanten 26 der Plattensegmente 16 verlaufen jedoch nicht über den gesamten Plattenbegrenzungsabschnitt 15a, ;so daß die durch diese Absätze gebildeten Schlitze 27 an ihrem jeweiligen rückvmrtigen Snde geschlossen sind.

ITunmehr werden die Schaufeln 14 eingesetzt, wobei die Ansatzabschnitte 18, wie dies Pig. 4 zeigt, in die jeweiligen Schlitze 17 eingeführt werden. Die Sehaufelansätze 18 sind dabei auf einer Kreisbahn 'angeordnet und stehen von den _: Schlitzen 17 aus radial weg? eine Bewegung desjeweiligen Schaufelansatzes 18 in Rüclcwärtsrichtung ist durch das jeweilige Piattensegment16 verhindert. . ,

BAD

3Q9842/0007

Wenn die Rotorstufe 11 schließlich in dem Veräiehtermantel (Pig, 2) angeordnet ist, werden die vorderen Axialstirnflächen der Schaufelansätze 18 und der Schaufelplatte 15 mit einem Uasenkegelteil 28 abgedeckt. Damit sind dann die Schaufeln vollständig in der Rotorscheibe 13 festgehalten·

Die die Rotorschaufeln 14 und die Plattensegmente 16'umfassende Rotoranordnung gemäß der Erfindung wird vorteilhafterweise aus synthetischen Earzzusammensetzungen hergestellt, wie "beispielsweise aus harzverklebten Metall- oder Glasfasern· Die sich hiernach ergebende Schaufelanordnung besitzt dann ein verhältnismäßig geringes Gewicht. Außerdem ist diese Anordnung von erheblicher Bedeutung für die Entwicklung von YerdichtereleuLenten ft3r Gasturbinentriebwerke.

Die Rotoranordnung gemäß der Erfindung wurde vorstehend anhand eines besonderen Beispiels unter Bezugnahme auf einen Verdichterrotor erläutert; die Erfindung ist nun darauf nicht beschränkt, sondern ganz allgemein auf Rotoranordnungen anwendbar·

309842/0007

Claims

Pat β η t a η s ρ r H c he

ti Sehaufelrotoranordnüng, umfassend eine Rotorscheibe, eine Vielzahl an Schaufeln und eine ringförmige Schaufelplatte, welche eine Vielzahl an der Rotorseheibe befestigter Platteneegmente aufweist, wobei die Schaufelplatte zur Aufnahme τοη Sehaufelansätzender Schaufeln mit einer Vielzahl winklig versetzter Ausnehmungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Plattensegment (16) einen Auflageteil (22,25) enthält, mit dem es in einer Aufnahmevorrichtung(20) der Rotorscheibe (13) angeordnet ist, und daß diese Aufnahmevorrichtung (20) eine solche Form besitzt, daß eine radialeWegbewegung der Plattensegmente (16) verhindert ist.
2. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung (20) durch einen in der Außenumfangsflgche der Rotorscheibe (13) enthaltenen Eeilnut (20) gebildet ist, und daß der Auflageteil (22,23) jedesPlattensegmentes (16) einen Spund (22) enthält, der in-den Eeilnut (20) hineinragt·
3. Rotoränordnung nach Anspruch 2, daduiich gelrennzelehnet, daß der Spund (22) jedes Plattensegmentes (16) und der Keilnut (20) in radialer Richtung mit Abschlußteilen (23) versehen sind, die in axialer Richtung erweitert sind, daß der Eeilnut (20) einen Einführabschnitt (24) aufweist, dessen länge weitgehend

. gleich der länge jedes Plattensegmentes (16) ist, und daß durch diesen Einfuhrabschnitt (24) nacheinander die einzelnen Platttnsegmente (.t6) mit ihrem jeweiligen Spund (22) in den Keilnut (20) einfühijbar sind.

3Ö9842/0007

• ■ ~ 10 -
4« Rotoranordnung nach einem der-vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelansätze (.18) der Schaufeln (14) in an sich "bekannter Weise, in in der Eotorscheibe (13) befindlichen Ausnehmungen (17) angeordnet sind, und daß in der Schaufelplatte (15) enthaltene Ausnehmungen (27) zu den entsprechenden Ausnehmungen (17) in der Rotorscheibe (13) radial ausgerichtet sind..
5* Rohranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Schaufelplatte (15) enthaltenen Ausnehmungen (27) zwischen "benachbarten Kanten von aneinander anstoßenden Plattensegmenten (16) gebildet sind.
6. Rotoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen"(17) in der Rotorscheibe (15) Schlitze (17) enthalten, die in an sich bekannter Weise um der« Umfang der Rotorscheibe (13). herum jeweils von deren einer Stirnseite zu deren anderer Stirnseite verlaufen, und daß die Ausnehmungen (27) in der Schaufelplatte (15) Schlitze (17) enthalten, die parallel zu den Schlitzen (17) in der Rotorscheibe (13) verlaufen, jedoch an einem Ende geschlossen sind, so daß die Einführung von·Schaufeln, (.14) nur von einer Stirnseite der Rotorscheibe (13) her vornehmbar ist.
7. Rotoranordnung, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

dl· Schlitze (17,27) in Rotorscheibe (13) und Schaufelplatte (15) in an steh bekannter Weise zur Drehachse der Rotorscheibe (13)

hingeneigt sind. '

_ΟΛΛΛ ' BAD

309842/0007·
8,. RotOranordnung nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer der zur Aufnahme von Schaufein dienenden.Schlitse (17) der Rotorscheibe (13) minaestens einen Teil des Einführabschnittes (24) des Keilnutes (20) kreuzt.
9· Rotoran^oröaung nach einei⁷: der" vorhergehenden Ansprüche, da— ; durch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Schaufelplätte (15) in an .-sich bekannter Weise in axialer Richtung zur Drehachse der Rotorscheibe (13) geneigt ist.
10. Rotoranordnung nach einein "der" vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daßdie Schaufel (14) und/oderdie Plattensegmente (16) in an sich bekannter Weise aus synthetischer! llarzmaterial hergestellt sind.
11. Rotoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurcfc gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe (13) eine Tor-

. stufe eines Axialströmungsverdichters darstellt.
12. Verfahren zum Zusammenbaueiner'Plügelrotoränordnung nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Plattensegmente (1'6) an der Außenumfangsflache. der Rotorscheibe (13) zur Sildung der Schaufelplatte (15) befestigt Vierden, und daß dann die Schaufelansätze (1S) der Schaufeln (14) in die Ausnehmungen (17,27) der Rotorscheibe (13) und der Schaufelplatte (15) eingesetzt werden. y V

; BAD ORIGINAL

309642/0007