DE2058586C3 - Abstützring für einen Schaufelkranz einer Axialturbomaschine - Google Patents

Description

Ein derartiger bekannter Abstütznng (CH-P! 3 69 250) ist am Außenende von Schaufeln eines Laui schaufelkranzes angeschweißt und weist ein im Profi gewelltes Blech und zwei außen bzw. innen an diesen Ring aus gewelltem Blech angeschweißte Ringe mit ge radliniger Mantellinie auf. Der äußere Ring hat umge bördelte Ränder, die an gegenüberliegenden Gehäuse teilen anliegen.

Es ist auch ein Abstützring bekannt (US-P£ 29 80 396). der aus zwei miteinander verbundener Blechwänden besteht, in denen Durchgangsöffnunger zur Aufnahme jeweils eines Schaufelendes gebildei sind. Somit sind die Schaufelenden fest eingespannt und starr abgestützt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Abstützring für einen Schaufeikranz einer Axialturbomaschine so auszubilden, daß die Schaufeln trotz fester Einspannung in der Lage sind, die im Betrieb auftretenden Schaufelschwingungen, die zu einer Gefährdung der Schaufeln führen können, aufzunehmen bzw. zu vermindern.

Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einem Abstützring der einleitend genannten Art, gemäß der Erfindung dadurch, daß in an sich bekannter Weise Durchgangsöffnungen im Abstützring vorgesehen sind, in denen die Schaufelenden eingepaßt und befestigt sind

Ein Abstützring gemäß der Erfindung hat trotz großer Starrheit bzw. Steifheit eine örtliche Nachgiebigkeit, die es im Gegensatz zu den bekannten Abstützringen ermöglicht, Schaufelschwingungen elastisch aufzunehmen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 14 beschrieben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. I eine schematische Axialschnittansicht eines Teiles des Gehäuses einer Turbomaschine mit Abstützringen.

F i g. 2 bis 9 schematische Ansichten verschiedener Abwandlungen der Abstützringe bzw. ihrer Montage,

Fig. la eine Schnittansicht nach Linie Ia-Ia der Fig. 1.

F i g. 2a ist eine Schnittansicht nach Linie Ha-IIa der F i g. 2,

F i g. 3a ist eine Schnittansicht nach Linie Va-Va der Fig. 3.

F i g. 10 bis 12 sind schematische Ansichten, in denen die Schwingungsvorgänge erläutert werden, die beim Betrieb der Turbomaschine an der Schaufel auftreten.

In den F i g. 1 und la ist ein Teil des Gehäuses einer Turbomaschine dargestellt, beispielsweise eines Axialverdichters für ein Turbostrahltriebwerk. Genauer gesagt ist eine Vorrichtung zum Abstützen eines Kranzes von Leitschaufeln 1 dargestellt. Diese Vorrichtung umfaßt zwei Abstützringe, und zwar einen äußeren Ab- ,, stützring 2 und einen inneren Abstützring 3, von denen jeder wenigstens teilweise aus einer Sandwich-Schale ] gebildet ist. Jeder Abstützring 2, 3 umfaßt ein gewelltes \ Blech 2a bzw. 3a, welches den Kern bildet und zwi- \ sehen zwei Deckschichten 2b, 2c bzw. 3b. 3c angeordnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ver-

läuft die allgemeine Richtung der Wellungen der gewellten Bleche 2a und la im wesentlichen in Umfangsrichtung.

Um einen äußeren Abstützring 2 an einem nachfolgenden (nicht dargestellten) Abstützring anzubringen. wird an jedem Ende des Schaufelkr-nzes. beispielsweise durch Schweißung und nach vorhergehendem örtlichen Zusammendrücken der Sandwich-Schale, ein Ringkörper 4. der eine Nut 4a oder eine Zunge aufweist, derart befestigt, daß eine dichte Verbindung mit einem benachbarten ergänzenden Ringkörper hervorgerufen wird, der zu dem folgenden Ring 2 gehört.

Die Sandwich-Schale der inneren Abstützringe 3 ist gleichfalls an den Kanten zusammengedrückt und derart abgerundet, daß beispielsweise mittels Schweißung oder Lötung Dichtringkörper 5 befestigt werden können. Diese letzteren arbeiten in bekannter Weise mit Labyrinthwänden zusammen, die von dem Läufer der Maschine getragen und in F i g. 9 dargestellt sind.

Die Abstützringe Z 3 sind an den Stellen, die für die Aufnahme der Schaufeln 1 vorgesehen sind, entsprechend der Profilform der Schaufeln ausgestanzt. In diese Durchgangsöffnungen sind die Schaufelenden eingefügt, und zwar entweder durch einfaches Einpressen oder durch irgendein Verbindungsverfahren, wie Schweißen. Löten. Diffundieren. Kleben od. dgl.

In den F i g. 2 und 2a ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bei der die allgemeine Richtung der Wellungen der gewellten Bleche 2a, 3a im wesentlichen parallel zur Achse der Turbomaschine verläutt. Weiterhin sind die Ringkörper 4 gemäß Fip. 1 durch Flansche 6 ersetzt. Die benachbarten Flansche 6 von zwei aufeinanderfolgenden Abstützringen 2 werden mittels Bolzen zusammengefugt.

In den F i g. 3 und 3a ist eine Abwandlung gegenüber der Ausführung gemäß den F 1 g. 2 und 2a dargestellt, bei der die Wellungen der gewellten Bleche 2a und la sich in Umfangsrichtung bzw. in axialer Richtung erstrecken. F i g. 3 zeigt gleichfalls die Befestigung von aufeinanderfolgenden Flanschen miteinander mittels Bolzen 12

In den F i g. 4 und 5 sind abgewandelte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, bei denen der Kern des Sandwich-Materials wenigstens zwei übereinander angeordnete geweilte Bleche 12a, 22a aufweist, die durch eine Zwischendeckschicht 2d voneinander getrennt sind. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 erstrecken sich die Wellungen der gewellten Bleche 12a. 22a in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen, und zwar erstrecken sich die Wellungen des gewellten Blechs 12a in Umfangsrichtung und die Wellungen des gewellten Blechs 22a in axialer Richtung. Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 erstrecken sich die Wellungen beider gewellten Bleche 12a, 22a in der gleichen Richtung, und zwar in Umfangsrichtung. In diesem Fall kann die Teilung der Weüungen des gewellten Blechs 12a vorteilhaft von denen der Wellungen des gewellten Blechs 22a verschieden gewähit werden, wodurch die Starrheit der Abstützvorrichtung in Querrichtung vergrößert wird.

F i g. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, bei der der Kern der Sandwich-Schale drei übereinander angeordnete gewellte Bleche 102a, 112a, 122a aufweist, die mittels Zwischendeckschichten 2e und 2/voneinander getrennt sind. Wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 ist die Teilung der Wellungen des gewellten Blechs 112a von denen der Wellungen des gewellten Blechs 102a, und 122a verschieden, und die letzteren können ihrerseits mit Bezug aufeinander derart angeordnet sein, daß eine gewisse Phasenverschiebung oder unterschiedliche Phase erhalten ist, die zu einer Vergrößerung der Starrheit der Abstützvorrichtung führt.

In Fig.7 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Wellungen des gewellten Blechs 2a im Gegensatz zu der einfachen Gestaltung wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen ein periodisches komplexes Profil aufweist.

In den F i g. 8 und 9 sind zwei abgewandelte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, bei denen die Abstützringe 2 — die aus Sandwich-Schale gebildet sind — der Leitschaufeln im Inneren eines üblichen starren Gehäuses befestigt sind, welches beispielsweise durch eine Aneinanderfügung von Ringkörpern 20 gebildet ist.

Gemäß Fig.8 weisen die Abstützringe 2 Flansche 21, 22 auf, die mittels Bolzen 23 an den Ringen 20 des Gehäuses befestigt sind.

Gemäß F i g. 9 sind die Abstützringe 2 mit dem Gehäuse verbunden, und zwar einerseits in Umfangsrichtung mittels eines Systems von Nuten oder Rinnen 24. und andererseits in axialer Richtung durch axiales Aneinanderfügen und durch Vorsehen von Verkeilungsringen 25. um sie an Ort und Stelle zu halten. F 1 g. 9 zeigt weiterhin die relative Anordnung zweier Kränze von Leitschaufeln 1 und eines Kranzes von Laufschaufeln 26, die von einer Scheibe 27 getragen sind. An der letzteren sind Labyrinthwände 28 angebracht, die mit den Dirhtringen 5 zusammenarbeiten.

Nachstehend wird auf die Fig. 10 bis 12 Bezug genommen, in denen sehr schematisch die Schwingungen dargestellt sind, die oben erwähnt worden sind.

Bekanntlich sind die Leitschaufeln, die den aerodynamischen Schwingungen des die Turbomaschine durchquerenden Mediums ausgesetzt sind, ihrerseits mechanischen Schwingungen ausgesetzt, beispielsweise der Grundschwingung la oder einer harmonischen Schwingung, beispielsweise einer Schwingung zweiter Ordnung ib. Die Amplituden dieser Schwingungen sind in Fig. 10 zwecks größerer Klarheit übertrieben dargestellt. Wie die F i g. 11 und 12 zeigen, verlaufen die Amplituden e entlang der großen Trägheitsachse B-B des Schaufelprofils.

Die Schaufeln 1 sind an ihren betreffenden Enden in den Abstützringen 2, 3 befestigt, die von Sandwich-Ausführung gemäß vorstehender Beschreibung sind. F i g. 11 entspricht dem Fall, in welchem die Wellungen des Materials axial sind. Dieses Material hat somit in axialer Richtung große Starrheit und im Gegensatz dazu in Umfangsrichtung eine gewisse Nachgiebigkeit. Fig. 12 entspricht dem Fall, in welchem die Wellungen des Materials in Umfangsrichtung verlaufen. Dieses Material ist daher in Umfangsrichtung sehr starr und in axialer Richtung in gewissem Ausmaß nachgiebig. In beiden Fällen und zufolge der im wesentlichen schrägen Anordnung der Schaufeln 1 mit Bezug auf die Achse der Turbomaschine ist wenigstens eine Komponente Ar oder y der Schwingbewegung vorhanden, für weiche die Verbindung oder Befestigung der Schaufel mit einer durch das gewellte Blech 2a dargestellten elastischen Ausführung zusammenarbeitet. Durch geeignete Abmessungen und eine geeignete Montage des gewellten Bleches 2a kann erreicht werden, daß die Resonanzfrequenz des gewellten Blechs 2a immer viel niedriger als diejenige der Schaufel ist, was bekanntlich dazu führt, daß die Schwineuneen der .Schaufel vprHn-

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gert werden.

In dem Fall, in welchem bei der Sandwich-Schale, beispielsweise bei dem Material gemäß Fig.4 Wellungen in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen vorhanden sind, oder in dem Fall, in welchem die Wellungen in dem äußeren Abstützring 2 und in dem inneren Abstützring 3 rechtwinklig zueinander verlaufen, wie es beispielsweise in F i g. 3 dargestellt ist, ist die Wirkung 3er Absorption oder Aufnahme der genannten Schwingungen noch verstärkt.

Da die Hauptkräfte, denen die Turbomaschine unierworfen wird, allgemein axial und radial verlaufen, kann ein Interesse bestehen, für den äußeren Abstützring eine Sandwich-Schale zu wählen, welche wenigstens 'ein Blech mit axialen Wellungen aufweist, wie es in F i g. 2 und 4 dargestellt ist, und zwar wenigstens in dem Fall, in welchem man auf die innere Anordnung der Wellungen bauen muß, um die Starrheit des Gehäuseaufbaus zu gewährleisten. In dem Fall, in welchem diese Starrheit in jedem Fall durch ein übliches äußeres Gehäuse gewährleistet ist, wie es in den F i g. 8 und 9 dargestellt ist, hängt die Auswahl der Art der Wellungen im wesentlichen von seinen Schwingungsaufnahmeeigenschaften ab.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich. Beispielsweise können die beschriebenen Abstützringe in Form von Ringen aus Sandwich-Schale, die axial zusammengefügt werden, durch Halbr schalen oder Schalensektoren ersetzt werden, die ebenfalls aus Sandwich-Schale gebildet sind und entlang wenigstens einer axialen Verbindungsebene miteinander verbunden sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Pateitansprüche:

1. Abstützring für einen Schaufelkranz einer Axialturbomaschine, wobei der Abstützring aus gewelltem Blech besteht und die Schaufelenden derart an dem Abstützring festgelegt sind, daß die Skelettlinien der Profile der Schaufelenden schräg zu den Wellungen des Abstützringes verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise Durchgangsöffnungen im Abstützring vorgesehen sind, in denen die Schaufelenden eingepaßt und befestigt sind.

2. Abstützring nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise das gewellte Blech (2a, 3a) zwischen zwei Deckschichten (2b. 2c, 3b, 3c) so angeordnet ist. daß es den Kern einer Sandwich-Schale bildet.

3. Abstützring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Blech (2s, 3a) so angeordnet ist, daß die allgemeine Richtung seiner Wellungen zur Achse der Turbomaschine im wesentlichen paralie) verläuft (F i g. 2. 3.4. 5. If).

4. Abstützring nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gewellte Blech (2a. 3a) derart angeordnet ist, daß die allgemeine Richtung seiner Wellungen in bekannter Weise im wesentlichen in Umfangsrichtung verläuft (F i g. 1. 3,4,5.6. 7.1¹J).

5. Abstützring nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei übereinander angeordnete gewellte Bleche (12a, 22a; 102a. 112a. 122a) vorgesehen sind (F 1 g. 4. 5.6).

6. Abstütznng nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen der beiden gewellten Bleche sich in der gleichen Richtung erstrecken (F ig. 5. 6).

7. Abstütznng nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung der Wellungen der beiden gewellten Bleche verschieden sind (F i g. 5, 6).

8. Abstütznng nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen der beiden gewellten Bleche (12a, 22a) sich in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen erstrecken (F i g. 4).

9. Abstützring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Abstützring zwischen zwei zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Ringen (2) angeordnet ist, die axial zusammengefügt sind (F i g. 3).

10. Abstützring nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Schalenteilen besteht, die entlang wenigstens einer axialen Verbindungsebene miteinander verbunden sind.

11. Abstützring nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß er im Inneren eines äußeren starren Gehäuses (20) befestigt ist (F ig· 8.9)-

12. Abstützring nach einem der Ansprüche I bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Abstützring (2. 31 zum Abstützen der Außenenden und der Innenenden der Schaufeln vorgesehen ist.

13. Abstützring nach Anspruch 12. dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen der beiden Abstützringe (2,3) sich in gleicher Richtung erstrecken (Fig. 1 und 2).

14. Abstützririg nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen der beiden Abstützringe (2,3) sich in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen erstrecken (F i g. 3a).

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abstützring ft einen Schaufelkranz einer Axialturbomaschine, wob« der Abstützring aus gewelltem Blech besteht und di Schaufeienden derart an dem Abstützring festgeleg sind, daß die Skelettlinien der Profile der Schaufel&n den schräg zu den Wellungen des Abstützringes verlau