DE2200515A1

DE2200515A1 - Vorrichtung zum Verriegeln eines Bauteils

Info

Publication number: DE2200515A1
Application number: DE19722200515
Authority: DE
Inventors: Tournere Marcel Joseph
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1971-01-06
Filing date: 1972-01-05
Publication date: 1972-07-20
Also published as: DE2200515C3; FR2120499A5; US3759633A; GB1336971A; DE2200515B2

Description

Vorrichtung zum Verriegeln eines Bauteils

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verriegeln eines Bauteils, das durch eine Gleitverbindung mit einem um eine horizontale oder eine zur Vertikalen geneigte Achse umlaufenden Träger verbunden ist, insbesondere zum axialen Fixieren eines Schaufelfußes in einer Nut eines Rotors„

Der Rotor einer Turbine oder eines Verdichters ist üblicherweise mit parallel zu seiner Achse verlaufenden Nuten versehen, in denen die Schaufelfuße sitzen und gehalten werden; die Schaufelfüße sind auf diese Weise mit dem Rotor durch eine Gleitverbindung verbunden. Die bekannten Verfahren zum axialen Festlegen der Schaufeln in ihren Nuten erfordern verhältnismäßig kostspielige Vorrichtungen, die schwierig herzustellen und einzubauen sind und mechanische Teile aufweinen, die Ihrerseits eine teure und komplizierte

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Bearbeitung erfordern. Außerdem besteht aufgrund der Aus-

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bildung dieser Vorrichtung und ihres technologischen Aufwandes die Gefahr, daß die Lebensdauer der Teile beeinträchtigt wird, da Beanspruchungsanhäufungen und Kerbeinwirkungseffekte zu befürchten sind.

Durch die Erfindung sollen diese Nachteile vermieden werden. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftliche und sicher arbeitende Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der keine für die Betriebsweise und Dauerfestigkeit schädlichen, Fertigungsschwierigkeiten verursachenden Vorsprünge oder dergleichen vorhanden sind. Dies wird durch die im Anspruch 1. angegebenen Merkmale erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß dem erfindungsgemaßen Prinzip läßt sich eine Schaufel in ihrer Nut mit Hilfe zweier Kugeln axial fixieren, die jeweils in einer Lagerung versenkbar sind. Eine der Lagerungen ist im Rotor gegenüber einer Aussparung des Schaufelfußes gebildet, während die andere Lagerung Im Schaufelfuß gegenüber einer Aussparung des Rotors vorgesehen ist, derart, daß immer eine der Kugeln - aufgrund der Schwerkraft, wenn der Rotor stillsteht, oder aufgrund von Zentrifugalkräften, wenn der Rotor umläuft - in die gegenüber ihrer Lagerung angeordnete Aussparung greift. Die Aussparungen haben eine Tiefe, die kleiner als der Durchmesser der Kugeln ist; vorzugsweise haben sie die Form von Halbkugeln, deren Radius

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gleich dem Radius der Kugeln, ist. Die Kugel, die in eine Aussparung greift, bleibt außerdem mit ihrer gegenüber angeordneten Lagerung in Eingriff, so daß die Schaufel in ihrer Nutverriegelt und gegen eine Axialbewegung gesichert Wird.

Die Sicherung der Schaufel gegen eine Axialbewegung erfolgt somit unter allen Umständen durch Zusammenwirken der Lagerungen und der Aussparung mit den beiden Kugeln, die allein der Wirkung der Schwerkraft und der Zentrifugalkraft ausgesetzt sind. Sie werden nicht durch irgendeine Feder oder entsprechende gegenständliche Vorrichtungen vorgespannt, die eine Schadensquelle darstellen und den Ausbau der Schaufel praktisch un-■ möglich machen würden.

^; Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich eine Schaufel sehr leicht in der Weise ausbauen, daß ein Metalldraht oder

' dergleichen in einen Kanal eingeführt wird, der zwischen den einander zugewandten Flächen des Rotors und des Schaufel-

fußes gebildet ist und einerseits an der Außenseite und anderer-I
seits am Eingang zumindest einer der beiden Lagerungen mündet.

Zum Zweck des Ausbaus werden die beiden Kugeln nacheinander in ihre entsprechende Lagerung versenkt, indem der Rotor um l8o° gedreht und der Metalldraht eingeführt wird, um die Kugeln in

ihrer versenkten Lage zu halten. Diese Ausbildung stellt eine S, j

bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. j

ι ' I

j Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht auf j

j die Verriegelung von Schaufeln in ihren Nuten beschränkt. j . - 4 - I

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Sie läßt sich insbesondere bei jeder beliebigen Art von rotierenden Maschinen anwenden, bei denen axial gegeneinander verschiebbare Teile vorgesehen sind, beispielsweise zur Verriegelung von Ringen, die die Hülsen eines aus Scheiben und Hülsen zusammengesetzten Rotors bilden. Ganz allgemein läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verriegeln irgendeines beliebigen Bauteils verwenden, das gegen eine axiale Gleitbewegung und/oder Drehbewegung bezüglich eines rotierenden Trägers gesichert werden soll. Wenn das zu sichernde Bauteil eine gewisse Aussparung in Umfangsrichtung hat, müssen die beiden Kugeln in derselben Axialebene oder in zwei benachbarten Axialebenen angeordnet werden, damit immer eine der beiden Kugeln bei stillstehendem Träger durch die Schwerkraft in seine Ausnehmung gedrückt wird. Anders ausgedrückt: Die beiden Kugeln können in demselben Umfangsbereich des Trägers oder in zwei diametral gegenüberliegenden Umfangsbereichen angeordnet werden. Im letzteren Fall sind beide Lagerungen beispielsweise in dem umlaufenden Träger gebildet.

Ferner können die Kugeln durch Verriegelungsorgane anderer Form, beispielsweise zylindrische, konische, prismatische oder pyramidenförmige Verriegelungsorgane ersetzt werden. Die beiden Kugeln oder anderen Verriegelungsorgane können in der gleichen Führung radial beweglich sein, die durch zwei einander gegenüberliegend im umlaufenden Träger und im zu verriegelnden Bauteil gebildete Lagerungen gebildet wird, wobei diese Lagerungen jeweils eines der Verriegelungsorgane und einen Teil des anderen aufnehmen.

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Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur axialen Fixierung einer Schaufel im Rotor einer Turbomaschine längs der Linie I-I in Figur 2;

Figuren Einzelheiten der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab; la u.Ib

Figur 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Figur 1;

Figur J5 eine der Figur 1 entsprechende Ansicht zur Veranschaulichung der Lage der Verriegelungsvorrichtung bei umlaufendem Rotors

Figur 4 eine der Figur 2 entsprechende Ansicht zur Veranschaulichung der Lage der Verriegelungsvorrichtung bei stillstehendem Rotor, in kleinerem Maßstab;

Figur 5 eine der Figur 1 entsprechende Ansicht zur Veranschaulichung des Ausbaus einer Schaufel;

Figur 6 einen Querschnitt längs der Linie VI-VI in Figur 5·

Der dargestellte Rotor weist ein Rad oder mehrere Räder 1 auf, die um eine Achse A drehbar sind. Am äußeren Umfang jedes Rades 1 sind parallel zur Achse Ä mehrere Nuten 2 gebildet. In jeder

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der Nuten 2 sitzt der Fuß 3 einer Schaufel 4 oder 5. Der Schaufelfuß 3 wird in einer Nut 2 festgehalten, d.h. er kann keine Radialbewegung ausführen, könnte sich jedoch parallel zur Achse A verschieben, wenn keine Verriegelungsvorrichtung vorhanden wäre.

, Die zu diesem Zweck erfindungsgemäß vorgesehene Verriegelungs-

vorrichtung weist für jeden Schaufelfuß 3 zwei gleiche Kugeln 6, 7 auf, die jweils in einer Führung 8 bzw. 9 radial beweglich sind. Jede der Führungen 8 und 9 ist teilweise im Rad 1 und teilweise im Schaufelfuß 3 gebildet. Die Führung 8 weist

eine Lagerung 10 auf, die im Schaufelfuß 3 gegenüber einer Aussparung 11 des Rades 1 gebildet ist, während die Führung 9 eine Lagerung 12 aufweist, die im Rad 1 gegenüber einer Aussparung 13 des Schaufelfußes 3 gebildet ist. Jede der Aussparungen 11 und 13 besteht aus einer halbkugelförmigen Vertiefung, deren Radius gleich dem Radius der Kugeln 6 und 7 ist, und jede der Lagerungen 10 und 12 (vgl. Figuren la und Ib) weist eine halbkugelförmige Vertiefung 14 von gleichem Radius auf, die am Boden einer zylindrischen Bohrung 15 mit demselben Radius gebildet ist; die radiale Höhe h der zylindrischen Bohrung 15 ist gleich oder ein wenig größer als der Radius der Kugeln. Jede der Kugeln läßt sich somit in radialer Richtung zwischen einer Außerbetriebsstellung, in der sie in ihrer Lagerung verschwunden ist (Figur Ib), und einer Betriebsstellung, in der sie in die gegenüber

angeordnete Aussparung greift (Figur la), verschieben; in der letztgenannten Betriebsstellung verriegelt die Kugel den Schaufelfuß 3 und sichert ihn gegen eine Gleitbewegung in der

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Nut 2,

Wenn sich die Schaufel 4 bei Stillstehen der Maschine im oberen ■ Teil ihrer Umlaufbahn - d.h. oberhalb der Achse A - befindet

(Figuren 1, 2 und 4), hält die Schwerkraft die Kugel 6 in ihrer ; BetriebsstellTing und die Kugel 7 in ihrer Außerbetriebsstellung.

Wenn sich dagegen die S :haufel· 4 im unteren Teil ihrer Umlauf-J bahn befindet (gestrichelt dargestellte Lage 4a in Figur 4),

hält die Schwerkraft die Kugel β in ihrer Außerbetriebsstellung , und die Kugel 7 in ihrer Betriebsstellung. Somit wird durch die Schwerkraft immer eine der Kugeln in ihre Betriebsstellung und die andere Kugel in ihre Außerbetriebsstellung gedrückt, so daß der Schaufelfuß 3 bei stillstehender Maschine immer durch eine der Kugeln in seiner Nut 2 verriegelt wird.

Bei umlaufender Maschine werden die beiden Kugeln durch die Zentrifugalwirkung radial nach außen - weg von der Achse A "vorgespanntyso daß die Kugel 6 in ihrer Außerbetriebstellung und die Kugel 7 in ihrer Betriebsstellung gehalten wird (Figur ', 3)* wodurch der Schaufelfuß J in seiner Nut 2 verriegelt ist.

^; Die Schaufeln sind somit unter allen Umständen verriegelt. Die j Sicherheit der Verriegelung wird noch erhöht, wenn die Schaufeln

4 und 5 des Rades 1 untereinander verbunden sind, beispiels-. weise durch eine Ringscheibe, die entweder an dem äußeren Umfang der Schaufeln oder auf einem Kreis zwischen den Schaufelfüßen ! und den Schaufelspitzen angeordnet ist.

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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Höhe h der zylindrischen Bohrung 13 etwas größer als der Radius der Kugeln, damit die Vorrichtung durch Einführen eines Metalldrahtes in einen Kanal 16 zerlegt werden kann; der Kanal 16 ist parallel verlaufend zur Achse A in den gegenüber dem Schaufelfuß 3 und am Boden seiner Nut 2 liegenden Oberflächen gebildet. Um die Schaufel 4 auszubauen, wird sie zunächst in einen unteren Punkt ihrer Umlaufbahn (Lage 4a in Figur 4) gebracht, so daß die Kugel 6 in ihre Lagerung 10 eintaucht, und sie wird in dieser Lage gehalten, indem ein Metalldraht 17 in den Kanal 16 eingeführt wird (vgl. Figuren 'j und 6). Der Rotor wird nun um l8o gedreht (Figuren 1 und 2), so daß die Kugel 7 in ihrer Lagerung 12 verschwindet. Der Schaufelfuß 3 kann nun verschoben werden, um ihn aus seiner Nut 2 zu lösen, nachdem gegebenenfalls der Metalldraht 17 noch weiter in den Kanal 16 eingeführt worden ist, damit die Kugel 7 in ihrer Lagerung 12 gesperrt bleibt.

Der in den Zeichnungen dargestellte Kanal 16 besteht aus zwei Nuten, die einander gegenüberliegend in den Flächen des Schaufelfußes j5 und der Nut 2 gebildet sind und sich zu beiden Seiten des Rades 1 erstrecken, wobei sie durch die beiden Führungen 8 und 9 verlaufen. Es versteht sich jedoch, daß der Kanal auch ; nur von einer einzigen, in einer der Flächen gebildeten Nut ; gebildet werden kann und/oder der Kanal sich nur zwischen der ι einen Seite des Rades und der zugehörigen Führung erstreckt.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Verriegeln eines Bauteils, das durch eine Gleitverbindung mit einem um eine horizontale oder zur Vertikalen geneigte Achse umlaufenden Träger verbunden ist, insbesondere zur axialen Verriegelung eines Schaufelfußes in einer Nut eines Rotors, mit einem Verriegelungsorgan, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verriegeiungsorgane (6, 7) vorgesehen sind, die jeweils in einer im wesentlichen radialen Richtung zwischen einer Betriebsstellung und einer
Außerbetriebsstellung frei bewegbar gelagert sind, wobei
jedes der Verriegelungsorgane in der Außerbetriebsstellung in einer Lagerung (8, 12) des Trägers (1) oder des zu verriegelnden Bauteils (j5) versenkt ist und in der Betriebsstellung gleichzeitig in der Lagerung (8, 12) und einer

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gegenüber der Lagerung im Bauteil bzw. Träger gebildeten Aussparung (11, 13) sitzt, und daß die beiden Verriegelungsorgane (6, 7) im wesentlichen in derselben Axialebene liegen und ihre Betriebsstellungen einander derart zugeordnet sind, daß sich das eine Verriegelungsorgan in Richtung auf die Achse (A) des umlaufenden Trägers (1) und das andere Verriegelungsorgan von der Achse wegbewegen muß, um jeweils in seine Betriebsstellung zu gelangen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsorgane als Kugeln (6, 7) und die Aussparungen (11, 13) als halbkugelförmige Vertiefungen mit im wesentlichen dem gleichen Radius wie die Kugeln ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einander zugewandten Flächen des umlaufenden Trägers (1) und des zu verriegelnden Bauteils (¹I, 5) ein Kanal (l6) gebildet ist, der sich zwischen der Außenseite und dem Eingang zumindest einer der Lagerungen (11, 13) erstreckt und zur Aufnahme eines Metalldrahtes oder entsprechenden Werkzeuges dient, mit dem das Verriegelungsorgan in seiner Lagerung gehalten werden soll.

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