DE1814368B2 - Verdichterlaufrad fuer ein zweikreis-strahltriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verdichterlaufrad für ein Zweikreis-Strahltriebwerk mit einem Kranz von über den Umfang verteilten Schaufeln, die jeweils aus zwei radial übereinander angeordneten, je einem Kreis zugeordneten Schaufelabschnitten bestehen, die an ihren einander zugekehrten Enden miteinander verbunden sind, indem ein am einen Schaufelabschnitt vorgesehener profilierter Vorsprung in eine am anderen Schaufelabschnitt vorgesehene entsprechend profilierte Nut greift, und mit einem Versteifungsring, der mit mehreren, über den Umfang verteilten, radial durchgehenden Durchtrittsöffnungen versehen ist.

Bei einem vorbekannten Verdichterlaufrad (FR-PS 11 73 231) sind die radial übereinander angeordneten Schaufelabschnitte an ihren einander zugewandten Enden durch eine Nutverbindung, und zwar mittels eines Tannenbaumfußes, miteinander verbunden. Der Versteifungsring umgibt die Schaufelfüße der radial äußeren Schaufelabschnitte und dient ferner zur Lagerung von Labyrinthdichtungen. Die Schaufelabschnitte des Verdichterlaufrades sind unverstellbar.

Es sind ferner Verdichterlaufräder (GB-PS 9 37 826 und 9 81 476) vorbekannt, bei denen radial äußere und radial innere Schaufelabschnitte durch einen starren, die Strömungskanäle voneinander trennenden Ring miteinander verbunden sind. Auch bei diesem Verdichterlaufrad sind die Schaufelabschnitte unverstellbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verdichte! laufrad der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß die Schauielabschnitte verstellbar sind, ohne daß dadurch die Schwingungsanfälligkeit erhöht und die Montage der Schaufelabschnitte erschwert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verdichterlaufrad mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die profilierte Nut in einem am Ende des zugehörigen Schaufelabschnittes angeordneten scheibenförmigen Flansch gebildet ist, der in einer der Durchtrittsöffnungen des Versteifungsrings um die Schaufelachse drehbar gelagert ist, und daß der Versteifungsring mit mehreren Nuten versehen ist, die jeweils in einer der Durchtrittsöffnungen münden und eine Verlängerung der zugehörigen profilierten Nut des Flansches bilden.

Die drehbare Lagerung der Flansche in den Durchtrittsöffnungen des Versteifungsrings ermöglicht die Verstellbarkeit der Schaufeln. Da der Versteifungsring gerade dort angeordnet ist, wo die beiden radial übereinanderliegenden Schaufelabschnitte miteinander verbunden sind, wird die Schwingungsanfälligkeit der Gesamtschaufeln verringert. Durch die Anordnung der Nuten in den Versteifungsring wird nicht nur die Montage erleichtert, sondern der Versteifungsring dient gleichzeitig zur Sicherung der Schaufelfüße der radial äußeren Schaufelabschnitte.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

F i g. 1 eine Schaufel mit einem Versteifungsring, der die Schaufeln des Verdichterlaufrads miteinander verbindet, sowie einer Stellvorrichtung zur Veränderung der Anstellung der Schaufeln;

Fig.2, 3 und 4 Querschnitte längs der Linien Il-il, ΙΠ-ΙΠ und IV-IVin Fig. 1;

F i g. 5 einen Axialschnitt durch den Niederdruckverdichter eines Zweikreis-Strahltriebwerks mit erfindungsgemäß ausgebildeten Verdichterlaufrädern;

F i g. 6 eine andere Ausführungsfonu der Stellvorrichtung zum Verändern der Anstellung der Schaufeln;
F i g. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in F i g. 6.

In Fig. 1 ist eine Schaufel dargestellt, die zu einem Laufrad des Niederdruckverdichters eines Zweikreis-Strahltriebwerks gehört. Diese Schaufel, die mit der Welle r des Verdichters verbunden ist und gemeinsam mit ihr in einer zur Ebene der Figur senkrechten Ebene umläuft, besteht aus zwei Abschnitten, einem inneren Schaufelabschnitt 2 und einem äußeren Schaufelabschnitt 3. Die Schaufelabschnitte sind einem Versteifungsring 1 zugeordnet, der sämtliche Schaufeln des Laufrads untereinander verbindet.

Dei innere Schaufelabschnitt 2 weist an seinem äußeren Ende einen Flansch 5 auf, der in eine entsprechende Durchtrittsöffnung la im Versteifungsring 1 eingreift. Eine im Flansch 5 gebildete Nut 6, die ein zur Schaufelbefestigung übliches Profil aufweist (beispielsweise Schwalbenschwanz- oder Tannenbaum-Profil), dient zur Befestigung des äußeren Schaufelabschnitts 3 am Flansch; zu diesem Zweck trägt der Fuß des äußeren Schaufelabschnitts 3 einen Vorsprung 6a (F i g. 3) von entsprechendem Profil. Um den Vorsprung 6a in die Nut 6 des Flansches einschieben zu können, ist im Versteifungsring 1 eine Nut 7 des gleichen Profils wie die Nut 6 des Flansches gebildet; die Nut 7 kann nach der Montage auf irgendeine Weise verschlossen werden.

Durch diese Anordnung kann man die zusammengesetzten Schaufeln 2,3 verhältnismäßig lang machen, wie es im Fall von Niederdruckverdichtern bei Zweikreis-Strahltriebwerken erwünscht ist, wobei gleichzeitig durch den Versteifungsring 1 ein guter Zusammenhalt der Schaufeln und eine Dämpfung der Schaufelschwingungen gewährleistet sind. Ferner besteht die Möglichkeit, dem äußeren Schaufelabschnitt 3 ein seiner Funktion entsprechendes Profil zu geben, und man ist nicht gezwungen, lediglich das Profil des Schaufelabschnitts 2 zu verlängern.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Möglichkeit angegeben, die Schaufeln

zu verstellen, d. h. die Schaufeln um eine radiale Achse zu verdrehen und dadurch ihre Anstellung zu verändern.

Der innere Schaufelabschnitt 2 einer jeden Schaufel endet in einem Schwenkzapfen 4, der mittels konischer Drucklager 8 in einem Lagerträger 9i eines Gehäuses 9, das mit der Verdichterwelle r fest verbunden ist, gelagert ist. Die konischen Drucklager 8 dienen zur Halterung und Zentrierung der Schaufeln, nehmen die Zentrifugalkräfte auf und ermöglichen die Verstellung der Schaufeln.

Jeder Schwenkzapfen 4 trägt ein Zahnrad 10, das mit einer Zahnstange 11 im Eingriff steht. Die Zahnstange 11, die parallel zur Maschinenachse verläuft, wird von einem Arm 12 getragen. Die verschiedenen Arme 12 sind mit einer Hülse 13 fest verbunden, die auf der Welle r gleitbar gelagert ist. Außerdem sind der Flansch 5 und der entsprechende Durchbruch des Versteifungsrings 1 kreisförmig ausgebildet (F i g. 2), wobei die Nut 6 des Flansches diametral oder auf einer Sekante des Kreises verläuft.

Aufgrund dieser Anordnung lassen sich also mittels einer nicht dargestellten Stellvorrichtung sämtliche Schaufeln des Laufrads um ihre radiale Achse verdrehen, so daß die Anstellung der Schaufeln bezüglich der Strömung je nach den Erfordernissen eingestellt werden kann.

Während der Montage des äußeren Schaufelab--Schnitts 3 auf dem inneren Schaufelabschnitt 2, wenn der Flansch 5 bereits in den Versteifungsring 1 greift, muß der innere Schaufelabschnitt natürlich eine derartige Winkelstellung haben, daß die Nut 6 des Flansches zur entsprechenden Nut 7 des Versteifungsrings 1 ausgerichtet ist, so daß der Vorsprung 6a des äußeren Schaufelabschnitts 3, der zunächst in der Nut 7 sitzt, in die Nut 6 geschoben werden kann. Man macht sich dabei die Möglichkeit, die inneren Schaufelabschnitte schwenken zu können, zunutze. Nach dem Zusammenbau werden die Schaufeln in ihre normale Lage (F i g. 2) gedreht, in der die Nuten 6 und 7 nicht mehr zueinander ausgerichtet sind und die äußeren Schaufelabschnitte 3 somit nicht herausfallen können. Wie bereits erwähnt, kann man die Nuten 7 nach dem Zusammenbau natürlich auch verschließen, beispielsweise durch Keilfedern od. dgl.

Die F i g. 5 zeigt einen mehrstufigen Niederdruckverdichter eines Zweikreis-Strahltriebwerks. Die beiden koaxialen Strömungskanäle sind mit Pfeilen /i (für den Primärstrom, der dem Hochdruckverdichter 14 zugeführt wird) und ft (für den Sekundärstrom) gekennzeichnet.

Der dargestellte Niederdruckverdichter besteht aus zwei Schaufelrädern mit zusammengesetzten Schaufeln 2, 3, wie sie in den F i g. 1 bis 4 dargestellt sind; selbstverständlich könnte der Niederdruckverdichter auch aus mehr Stufen bestehen. Die Leitschaufelkränze 15 können aus einem Stück bestehen oder, ähnlich wie die rotierenden Schaufelräder, aus zwei Abschnitten zusammengesetzt sein. Ihre Anstellung kann unveränderbar oder veränderbar sein; im zweiten Fall könnte die Schaufelverstellung in üblicher Weise erfolgen.

In der Figur sind die Zahnstangen 11 zu erkennen, mit denen die Anstellung der Schaufeln verändert werden kann. Wie bereits beschrieben, sind die Zahnstangen 11 mit Hülsen 13 fest verbunden, die auf der Welle r axial gleiten können, und zwar aufgrund einer Hülse mittels eines beweglichen Rades. Die Hülsen 13 werden jeweils paarweise von einem fest angeordneten Stellmotor 16 betätigt, der in dem ringförmigen, die Welle r umgebenden Zwischenraum, zwischen zwei Schaufelrädern, angeordnet ist. Der Stellmotor besteht im wesentlichen aus einem Zylinder mit drei Kammern, in dem zwei Kolben 17 symmetrisch zueinander bewegbar sind, wobei sie die beiden Hülsen 13 in entgegengesetzter Richtung und um den gleichen Betrag verschieben.

Da sich die beiden Hülsen in entgegengesetzter Richtung bewegen, sind die dem einen Schaufelrad zugeordneten Zahnstangen auf der einen Seite und die dem anderen Schaufelrad zugeordneten Zahnstangen auf der anderen Seite der Schaufel-Schwenkachsen angeordnet, so daß sich die Schaufeln der beiden hintereinander geschalteten Schaufelräder im gleichen Drehsinn verstellen.

Der Stellmotor 16 kann auf drehfesten Ringen gelagert sein, die mittels Kugellager 18 von den beiden rotierenden Hülsen 13 getragen werden.

Die Beaufschlagung des Stellmotors mit Drucköl erfolgt mit Hilfe der Leitungen 19, 20, die im Inneren einer de Leitschaufeln, die zwischen zwei rotierenden Schaufelrädern angeordnet sind, verlaufen. Die Leitungen 19, 20 durchdringen das Gehäuse des Triebwerks und sind mit einem nicht dargestellten Regelventil verbunden, das den Öldruck steuert, um den Schaufeln die entsprechend den Betriebsbedingungen optimale Stellung zu geben.

Die Steuerung einer größeren Anzahl von Schaufelrädern könnte in der gleichen Weise, nämlich paarweise, erfolgen.

Die Verstellung der Schaufeln könnte auch durch andere Mittel, beispielsweise auf pneumatischem, mechanischem oder gegebenenfalls elektrischem Wege bewirkt werden; der Vorteil einer elektrischen Steuerung ist, daß sie durch die Achse erfolgen könnte, so daß die Verbindungen durch die Leitschaufeln und das Gehäuse der Maschine nicht erforderlich wären.

Die F i g. 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform der Stellvorrichtung für die Schaufelverstellung. In diesem Fall trägt jeder Schwenkzapfen einen verzahnten Sektor 21, der aus dem Laufrad 9 herausragt. Die verschiedenen Sektoren 21 stehen sämtlich mit einer verzahnten Scheibe 22 im Eingriff, die auf der Welle r zentriert ist. Die Scheibe 22 rotiert mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Welle r, wobei die Schaufeln eine bestimmte Winkelstellung haben; sie kann jedoch auch mittels einer nicht dargestellten Stellvorrichtung relativ zur Welle gedreht werden. Über die verzahnten Sektoren 21 bestimmt sie somit die Winkelstellung der Schaufeln.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verdichterlaufrad für ein Zweikreis-Strahltriebwerk mit einem Kranz von über den Umfang verteilten Schaufeln, die jeweils aus zwei radial übereinander angeordneten, je einem Kreis zugeordneten Schaufelabschnitten bestehen, die an ihren einander zugekehrten Enden miteinander verbunden sind, indem ein am einen Schaufelabschnitt vorgesehener profilierter Vorsprung in eine am anderen Schaufelabschnitt vorgesehene entsprechend profilierte Nut greift, und mit einem Versteifungsring, der mit mehreren, über den Umfang verteilten, radial durchgehenden Durchtrittsöffnungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte N Jt (6) in einem am Ende des zugehörigen Schaufelabschnittes (2) angeordneten scheibenförmigen Flansch (5) gebildet ist, der in einer der Durchtrittsöffnungen (la) des Versteifungsrings (1) um die Schaufelachse drehbar gelagert ist, und daß der Versteifungsring (1) mit mehreren Nuten (7) versehen ist, die jeweils in einer der Durchtrittsöffnungen (la) münden und eine Verlängerung der zugehörigen profilierten Nut (6) des Flansches (5) bilden.