DE1946826A1

DE1946826A1 - Beschaufelter Rotor fuer Stroemungsmaschinen

Info

Publication number: DE1946826A1
Application number: DE19691946826
Authority: DE
Inventors: Albert Jubb
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1968-09-17
Filing date: 1969-09-16
Publication date: 1970-04-09
Also published as: US3588276A; DE1946826B2; CH513323A; DE1946826C3; GB1266505A; FR2018233A1

Description

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I PlAtßNTlVNVifXLiE -DIPL-ING-CURTWAtUCH

DIPL-ING. GONTHER KOCH 1946826 DR. TINO HAI BACH

• MUNCHiN a, 16.September 1969 unser ZEiCHCN, 122}2 - K/vM

Rolls-Royce. Limited, Derby, Derbyshire, England. Beschaufelt er Rotor für Strömungsmaschinen

Die Erfindung betrifft einen beschaufelten Rotor für Strömungsmaschinen und insbesondere einen Kompressorrotor oder einen Turbinenrotor für Gasturbinentriebwerke.

Die Erfindung geht aus von einem beschaufelten Rotor mit wenigstens einer umfänglichen Sohaufelreihe, bestehend aus im gleichen Winkelabstand zueinander angeordneten Schaufeln. Gemäß der Erfindung 1st die Anordnung derart getroffen, daß jede Schaufel einen Schaufelfuß mit wenigstens vier im wesentlichen identisch geformten, in radialen Abstand angeordneten, nach innen verlaufenden zinkenartigen Ansätzen aufweist, die an ihren radial inneren Enden mit den radial äußeren Enden einer gleichen Zahl entsprechend angeordneter, radial nach außen verlaufender zinkenartiger Ansätze befestigt sind, die am Umfang des Rotors vorgesehen sind und die am Schnittpunkt zweier Gruppen Im wesentlichen im gleichen Abstand liegender paralleler Linien angeordnet sind, die in einer Ebene senkrecht zu den zinkenartigen Teilen verlaufen. Die zinkenartigen Portsätze der Schaufeln sind vorzugsweise länger als die zinkenartigen Portsätze des Rotors und hierdurch wird gewährleistet, daß die Verbindungen dazwischen näher am Rotor als an der Schaufel liegen· :

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BAD ORIGINAL ·

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OtNaB einer bevorzugten Ausführung der Erfindung late dl· Breit· des Rauaes zwischen benachbarten zinkenartigen Ansitzen etwa gleich der HSIfte der Breite eines zinkenartigen Ansatzes.

Vorzugsweise 1st die Oberfläche der Schaufelwurzel zwischen benaohbarten zinkenartigen Portsätzen und der Oberfläche des Rotors zwischen benachbarten zinkenartig«! Körpern leicht konkav gekrümmt, so daß die Beanspruohungskonzentrationen an Punkten reduziert werden^ von denen die zinkenartigen Ansätze vorstehen.

Die Zahl und/oder Diaenslonen der zinkenartigen Bauteile 1st vorzugsweise so gewählt, daß gewährleistet wird, daS die Eigenfrequenz Jeder Schaufel außerhalb des normalen Drehzahlbereichs des Rotors liegt..

Die Enden der zinkenartigen Teile der Schaufeln können an den Enden entsprechender zinkenartiger Ansätze des Rotors durch Diffusionsbindung festgelegt werden.

Stattdessen und vorzugsweise können die Enden der zinkenartigen Bauteile der Schaufel an den Enden der entsprechenden zinkenartigen Bauteile des Rotors durch Verschweißung, z.B. durch Elektronenstrahlsohweißung oder elektrische Viderstandsversehweieung, festgelegt werden.

Venn das Material der Schaufeln keine gute Verechweißung mit des Material des Rotors ergibt, kann ein weiterer Werkstoff, der alt beiden ersterwähnten Materialien kompatibel ist» zwischen jedes Paar der Enden gefügt und alt diesen verschwelst werden.

Die Enden der j zinkenartigen Bauteile könne so gestaltet werdtfn, j

daß sie Stoßverbindungen oder Sohäftung ergeben. j

Bs können Mittel vorgesehen werden« vm ein Kühlmittel in die RMi ee

zwisohen den linkenartigen Teilen einzufahren.

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ein froaaelrotor oder ein Scheibenrotor sein.

fft auch ein Oasturbinentriebwerk, das alt Rotor geaii der trfindung ausgestattet ist.

«In Ausfunrungsbeiepiel der Erfindung anhand der ι. In der Zeichnung seigern

ι, teilweise avf gebrochene Ansicht eines Jje**ur*l)Unatreh1 triebwerke, «as alt einea besohaufelten " ^{L :t} ~~ der trfindmg ausgerüstet ist,

rore Natatab eine soheaatieche Ansicht eines Teils totere nach Fig.i,

nach dar UnIe 3-3 geiftt Fig.2, eJtlve Ausführungen von Schweiiverbindungen

«nd Rotor des Vesohaufelten Rotors nach

te Oasturbinenstrahltrlebwerk uafaBt in hinterelnaader einen LuftelnlaS 10, «inen Koaelnriohtung 14« eine Turbine 16, die

4ea Koapressor 18 verbunden 1st* sowie einen Ab-HA 94· Abgas· des Triebwerke· können sub Torsohub Sb einer nioht «irgestellten Vutsleistungsturbine be-

filM^ ^l* asfaft «in· Zahl beachaufelter Rotorstufen 80, von «ine ia «Inselnen in Fig.2 dargestellt ist. Diese besteht aus

Äfi, die aa Vsfang alt einer Reihe von la gleichen tp^Attiiiaader laigeordneten TuHiinensohaufeln 24 ausgestattet flMfr ftoha*fel 84 bssltst einen stroalinlenfOraigen Arbeiteab-

€er Bwisohen einea inneren und elnea kuieren Schanfelring verlftuft und auterdea baeltst Jede Schaufel einen Schaufel"

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Der Schaufelfuß 32 besteht aus mehreren« von im Abstand zueinander angeordneten, radial nach innen verlaufenden, gleichen Zinken 34, die in Gestalt eines regulären Mustera an den Schnittpunkten von zwei Gruppen von in gleichem Abstand zueinander verlaufenden parallelen Linien angeordnet sind, die in einer Ebene senkrecht zu den Zinken 34 (Pig.3) verlaufen. Die Breite der Abstände zwischen benachbarten Zinken 34 1st etwa halb so groß wie die Breite der Zinken 34, während die Oberfläche des Schaufelfußes 32 zwischen benachbarten Zinken 34 leicht konkav gekrümmt ist, wie bei 36 ersichtlich, um eine Spannungskonzentration an diesen Funkten zu vermeiden.

Die radial inneren Enden 38 der Zinken 34 sind durch Stumpfverschweißung, z.B. durch El ektronens trahls chwei ßung oder elektrische Wlderstandsschweißung mit den radial äußeren Enden 40 einer entsprechend angeordneten Gruppe radial nach außen vorstehender Zinken 42 festgelegt, die am Umfang der Rotorscheibe 22 liegen. Die Länge der Zinken 34 und die Länge der Zinken 42 ist so gewählt, daß die Schweißverbindungen dazwischen dichter am Rotor 22 als am Schaufelfuß 32 liegen« Im typxlschen Falle sind die Verbindungen in einem Abstand von drei Zinkenbreiten vom Rotor 40 vorgesehen. Die Oberfläche des Rotors 40 zwischen benachbarten Zinken 42 ist leicht konkav gekrümmt, wie bei 44 dargestellt, um Spannungskonzentrationen zu vermindern.

Wenn es erforderlich ist, festere Verbindungen zwischen den Zinken 34 und 42 herzustellen, können ihre Enden so gestaltet werden/ daß sie eine Sehäftung 46 erlauben, wie in Pig.4 dargestellt. Wenn der Werkstoff der Zinken 34 und der Zinken 42 unterschiedlich 1st und keine gute Verschweißung zwischen diesen Materlallen möglich ist, dann kann ein weiteres Material 48 eingefügt werden, das mit dem Werkstoff beider Zinken kompatibel ist (Pig.5) und auch hierbei ist eine stumpfe Stoßverbindung oder eine Sehäftung, wie aus Pig.5 · ' · ersichtlich, möglich. In extremen Fällen können mehr als ein Material zwischen die zu verschweißenden Enden der Zinken gefügt werden.

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BAD ORIGINAL

Die Enden der Zinken 34,42 können stattdessmauch durch Diffusionsverbindung aneinandergefügt werden, wenn die betreffenden ■ Materialien sich für dieses Verfahren eignen.

Im Betrieb wird ein Kühlmittel, z.B. Luft, vom Kompressor 12 des Triebwerkes abgezapft und in die Räume zwischen die Zinken 34,42 eingeführt·, wodurch die Zinken 34,42 gekühlt und die Wärmeleitung nach dem Rotor 40 reduziert wird. Die Lage der Verbindungen zwischen den Zinken 34,42, die dem Rotor 40 näherliegen, vermindert weiter die Temperatur,der sie ausgesetzt sind.

Beschaufelte Rotoranordnungen gemäß der Erfindung besitzen gegenüber herkömmlichen Ausführungen zahlreiche weitere Vorteile. Die Spannungskonzentrationen im Schaufelfuß 32 der Schaufeln 24 und am Umfang des Rotors 40 sind geringer als jene, die z.B. bei Rotoranordnungen auftreten, die Tannenbaumschaufelfüße besitzen. Auch ist die Lagerung der Schaufel 24 infolge der Zinken 34,42 in gewisser Hinsicht flexibel und durch geeignete Wahl der Zahl und/oder der Dimensionen (Insbesondere der Querschnittsfläche) der Zinken 34,42 kann erreicht werden, daß die Eigenfrequenz der montierten Schaufeln 24 außerhalb dem normalen Betriebsdrehzahlbereich des Rotors liegt und dies wiederum erhöht die Lebensdauer des Rotors. Außerdem kann das Auftreten eines Fehlers bei einer oder mehreren Zinkenverbindungen 34,42 relativ leicht festgestellt werden, indem Änderungen dieser Eigenfrequenzen festgestellt werden, die durch den Fehler hevorgerufen sind.

Die Erfindung ist speziell anwendbar für Kompressor- und Turbinenrotoranordnungen einer Gasturbinenanlage mit geschlossenem Heliumkreislauf, bei der ein Kernreaktor zu Erhitzung des Heliums verwendet wird. '

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Claims

^-^ ' Patentansprüche: 1 9 Λ 6 8 2 6 [ 1.jBeschaufelter Rotor, bestehend aus einem Rotor und wenigstens einer umfangsmäßig angeordneten Reihe von im gleichen Winkelabstand zueinander angeordneten Schaufeln, dadurch gekennzeichnet,

daß jede Schaufel (24) mit einem Schaufelfuß (32), bestehend aus wenigstens vier,im wesentlichen identischen, im gleichen Abstand zueinander angeordneten, radial nach innen verlaufenden, zinkenförmlgen Teilen (34) besteht, die an ihren radial inneren Enden (38) mit den radial äußeren Enden (40) einer gleichen Zahl entsprechend ausgebildeter und angeordneter, radial nach außen vorstehender, zinkenartiger Bauteile (42) verbunden sind, die am Umfang des Rotors (22) vorgesehen sind und die auf den Schnittpunkten zweier Gruppen von mit im wesentlichen gleichen Abständen verlaufenden parallelen Linien liegen, die in einer senkrecht zur Ebene der Zinken verlaufenden Ebene liegen.
2. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzei chnet,

daß die Zinken (34) der Schaufel (24) länger sind als die Zinken (42) des Rotors (22).
3· Beschaufelter Rotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Breite des Raumes zwischen benachbarten Zinken (34 oder 42) etwa gleich der Hälfte der Breite einer Zinke (34 bzw. 42) ist.
4. Beschauf elter Rotor nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet,

daß die Oberfläche des Schaufelfußes (32) zwischen benachbarten Zinken. (34) und die Oberfläche des Rotors (22) zwischen benachbarten Zinken (42) mit glattem Übergang konkav gekrümmt ist, um die Spannungskonzentrationen an jenen Punkten zu vermindern, von denen dl© Zinken (34 oder 42) vorstehen.

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5. Beschaufelter Rotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl und/oder Abmessungen der Zinken (32,42) so gewählt ist, daß die Eigenfrequenz Jeder gelagerten Schaufel (24) außerhalb der normalen Betriebsdrehzahlbereiche der Rotirranordnung (20) liegt.
6. Beschaufelter Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (38) der Zinken (34) der Schaufel (32) an den Bnden (40) der entsprechenden Zinken (42) des Rotors (22) durch Diffusionsbindung festgelegt sind.
7· Besohaufelter Rotor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Bnden (38) der Zinken (34) der Schaufel (32) an den Enden (40) der entsprechenden Zinken (42) des Rotors (22) durch Versohweißung, z.B. durch Blektronenstrahlverschweißung oder elektrische Vlderstandsverschweißung, festgelegt sind.
8* Beschaufelter Rotor nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet , daß ein Zwischenwerkstoff (48) zwischen ein Paar der zu verschweißenden Enden (38,40) gefügt ist, wobei das Material kompatibel ist gegenüber dem Material der Schaufeln und dem Material des Rotors.
9. Besohaufelter Rotor nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Baden (38,40) der Zinken (34,42) so gestaltet sind, daß eine stumpfe Anlage oder eine Schaftung erreicht wird.
10. Besohauf elter Rotor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

daß Mittel vorgesehen sind, um ein Kühlmittel in die Räume zwi- * sehen den Zinken (34,42) einzuleiten.

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