DE2231175B2 - Schaufelrad einer Strömungsarbeitsmaschine - Google Patents
Schaufelrad einer StrömungsarbeitsmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Schaufelrad einer Strömungsarbeitsmaschine mit einem aus Fasermaterial
bestehenden Ringkörper sowie einer auf der Außenseite des Ringkörpers angebrachten, zumindest teilweise aus
Metall bestehenden ringförmigen Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Schaufeln.
Bei einer vorbekannten Strömungsarbeitsmaschine dieser Art (US-PS 28 68 4.W), die im betreffenden Fall
ein Verdichter ist, sind zur Ilcfestigung metallene
Ringflansche vorgesehen, die an dem trommeiförmigen, aus Fasermaterialien bestehenden Ringkörper durch
Bolzen befestigt sind und durch Abstandselemente auf Abstand zueinander gehalten werden. Zwischen den
Ringflanschen erstrecken sich Lagerzapfen, die durch an den Schaufelfüßen angebrachte Hülsen hindurchgesteckt sind.
Diese Art der Befestigung der Schaufeln hat den Nachteil, daß der aus Fasermaterial bestehende
trommeiförmige Ringkörper durch die Löcher für die Bolzen geschwächt ist Darüber hinaus ist die gezeigte
Art der Befestigung relativ aufwendig, da vergleichsweise viele Einzelteile (Ringflansche, Befestigungsschrauben, Muttern, Lagerzapfen, Hülsen etc.) benötigt
werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaufelrad der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß der konstruktive Aufwand für die Befestigung
der Schaufeln verringert und dennoch eine Schwächung des aus Fasermaterial bestehenden Ringkörpers durch
Löcher oder dgl. vermieden wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Schaufelrad mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet daß die Befestigungseinrichtung aus die Schaufeln haltenden, axial verlaufenden, in Axialebenen geteilten, aus Metall bestehenden
Segmenten und mindestens einem die Segmente umgebenden und dadurch auf dem Ringkörper haltenden, aus Fasermaterial bestehenden Haltering besteht.
Entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung werden die metallenen, axial verlaufenden Segmente, die
sich zu einem geschlossenen Ring ergänzen, durch die aus Fasermaterial bestehenden Halteringe nach Art
einer Bandage auf dem Ringkörper gehalten. Dies bietet die Möglichkeit, die Schaufeln in herkömmlicher Weise
mittels Tannenbaumfüßen oder dgl. in Axialnuten der Segmente zu halten. Dennoch kann der Ringkörper
durchgehend ausgebildet werden; eine Schwächung des Ringkörpers durch Löcher, Ausnehmungen oder dgl. ist
nicht erforderlich. Der konstruktive Aufwand ist vergleichsweise gering, da relativ wenig Einzelteile
benötigt werden. Eine besondere Bsarbeitung des aus Fasermaterial bestehenden Ringkörpers ist nicht
erforderlich. Auch das Gewicht kann trotz der Verwendung der metallenen Segmente vergleichsweise
gering gehalten werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es
zeigt:
F i g. 1 einen axialen Halbschnitt einer erfindungsgemäß ausgebildeten Strömungsmaschine entlang der
Linie I-I in F i g. 2;
Fig.2 und 3 Querschnitte entlang der Linien 11-II
bzw. HI-III in F ig. 1.
In den F i g. 1 bis 3 ist ein Teil einer Strömungsmaschine 1 dargestellt, die beispielsweise der Niederdruckverdichter eines Turbinen-Gasstrahltriebwerkes ist.
Die Strömungsmaschine 1 weist einen Ringkörper 2 mit einer Achse X'-X sowie mehrere Segmente 3 auf.
Jedes der Segmente 3 erstreckt sich in axialer Richtung des Ringkörpers 2 und ist seitlich aneinander stoßend
auf der Außenfläche des Ringkörpers 2 befestigt, vgl. Fig. 2.
Der Ringkörper 2 besteht aus einem Fasermaterial und kann durch Wickeln einer Faser, 1. B. einer GlasikIlt Kuhlensloffascr, auf einem zylindrischen oder
leicht konischen Dorn hergestellt werden. Man geht in
bekannter Weise derart vor, daß man den Dorn um seine Achse dreht und gleichzeitig die Faser einer
geradlinigen zur Dornachse abwechselnd parellelen Bewegung unterwirft Man erhält auf diese Weise eine s
schraubenförmig überkreuzte Wicklung, die die Steifheit des Ringkörpers gegen Biegung und Verdrehung
gewährleistet Die Fasern werden während des Wickelvorgangs mit einem geeigneten Bindemittel
bedeckt, etwa einem Kunstharz. Während des Aushärtens des Bindemittels nimmt man den auf diese Weise
erhaltenen Ringkörper vom Dorn ab.
Die Segmente 3 sind aus Metall, vorzugsweise aus Titan. Jedes von ihnen weist eine glatte Innenseite auf,
mit der es vorzugsweise durch Verkleben, z. B. mittels eines Kunstharzleims, auf der Außenfläche des Ringkörpers
befestigt ist, und weist eine angepaßte Außenseite auf.
Wenn man den Schnitt einer durch die Achse gehenden Ebene betrachtet, wie in F i g. 1 gezeigt, so
weist jedes Segment 3 eine gezahnte Form auf, die aus Stegen 4a, 46..Ap... besteht, die mit Nuten 5a,
56...Sp... abwechseln. Zur Gewichtsverringerung ist
jeder Steg bei 18 hohl. Jede Nut 5a, 5b...5q... ist zur
Außenseite des Ringkörpers hin offen und erstreckt sich in Umfangsrichtung des Ringkörpers. Wie in Fig.3
gezeigt, sind die Nuten, etwa die Nuten 5p, in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend derart angeordnet,
daß sie Ringnuten 6a, 66... 6p bilden.
Wie in Fig.2 gezeigt, weist jedes Segment 3 auf
seiner Außenseite wenigstens eine profilierte Axialnut 7a, 7 b, 7c auf. die weniger tief als die Nuten 5a, 5b... 5p
ist Die Axialnut 7a ist vorzugsweise ein Schwalbenschwanz, während jede Axialnut 7b und 7c aus einem
halben Schwalbenschwanz besteht. Wie in der gleichen Figur zu sehen, bilden zwei halbe Schwalbenschwänze,
die zwei benachbarten Segmenten angehören, gemeinsam einen ganzen Schwalbenschwanz.
Jede der Axialnuten 7a, 7b, 7c erstreckt sich zwischen
zwei axial aufeinanderfolgenden Nuten 5a, 5b... über
die axiale Länge der Stege 4a, Ab... Ap.
Die durch die Axialnut 7a und die Axialnuten 7b, 7c gebildeten Schwalbenschwänze nehmen an der Stelle
der Stege 4a, Ab... Ap... einen entsprechend profilierten Schaufelfuß 9 auf. In F i g. 1 und 2 sind Laufschaufeln
8 mit Schaufelfüßen 9 sowie Leitschaufeln 15 dargestellt, die vorzugsweise aus Titan bestehen.
In jeder Ringnut 6a, 66... 6p... ist ein Haltering 1Oa1
106... 10p... aus in Umfangsrichtung um die Segmente
3 nach Art einer Bandage gewickeltem Fasermaterial so angeordnet. Die radiale Dicke »e« eines Halterings,
etwa 10p, gemessen vom Grund der Nut 5p, ist vorzugsweise kleiner oder gleich der radialen Höhe »Λ«
des angrenzenden Steges 4p, gemessen zwischen der Grundfläche des Steges und dem Grund der in den Steg
eingearbeiteten Axialnut, etwa 7a.
Wie die F i g. 1 zeigt, ist die Länge jeden Steges 4a,
Ab...Ap..., gemessen in Richtung der Achse des Ringkörpers 3, größer als die Länge des Schaufelfußes 9,
der in einer in diesen Steg eingearbeiteten Nut, etwa 7a,
angeordnet ist. Diese Besonderheit gestattet das Einfetzen von Zwischenstücker,·, 11, von denen jedes
einen Fuß 12 hat, dessen Profil demjenigen der Schaufelfüße 9 identisch ist Jeder Fuß 12 eines
Zwischenstücks 11 bildet zwei axial im Abstand angeordnete Endabschnitte, die in die Axialnuten, z. B.
7a, zweier aufeinanderfolgender Stege, etwa der Stege 4a, 46, desselben Segmentes eindringen, und die mit den
beiderseits in den Axialnuten angeordneten Schaufelfüßen 9 in Berührung kommen. Jedes Zwischenstück 11
überdeckt auf diese Weise bei einem Ring aus Fasermaterial, etwa 106, die zwischen den Stegen
liegende Nut
Jedes Zwischenstück 11 trägt auf seiner nach außen weisenden Seite Labyrinthdichtungen 13, die dichtend
mit einem Statorring 14 zusammenarbeiten können, der dazwischen die Leitschaufeln 15 an deren innerem
Radius miteinander verbindet.
Der Zusammenbau der Strömungsmaschine geschieht in üblicher Weise. Wenn der Stator aus einer
Reihe von einstückigen Ringen zusammengesetzt ist, die einen Kranz von überstehenden Leitschaufeln 15
tragen, geht man schrittweise vor. Man fängt z. B. mit dem Einsetzen der Laufschaufeln 8 einer Stufe an. Dann
werden die Zwischenstücke 11 eingesetzt, die diese Stufe von der folgenden Stufe trennen. Dann werden die
Laufschaufeln der folgenden Stufe eingesetzt usw. Für den Fall, daß der Stator aus zwei Teilen oder
Gehäusehälften besteht, die durch die ebene Fläche einer axial verlaufenden Teilfuge getrennt sind, kann das
Laufrad vor seinem Einbau in den Stator vollständig mit allen seinen Schaufeln 8 ausgestattet werden.
Im Betrieb genügt die durch das Verkleben der Segmente 3 mit dem Ringkörper 2 bedingte Haftung,
um die Segmente mit dem Ringkörper in Drehung zu versetzen. Die durch die Zentrifugalkraft erzeugte
Lösekraft der Segmente wird von den Halteringen 10a, 106... 10p... aufgenommen, die die Rolle einer
Bandage spielen.
Der wichtigste Teil der Haltevorrichtung (Ringkörper 2 und Halteringe 10a, 106... 10p...) besteht somit
aus Fasermaterial mit großer Widerstandsfähigkeit und geringem Gewicht. Die Technologie des Schaufelfußes
und dessen Anordnung bleiben jedoch von üblicher Art und werden durch die Verwendung metallischer
Segmente 3, die die der Bearbeitung von Fasermaterial anhaftenden Unannehmlichkeiten vermeiden, einfach
gehalten. Die Gewichtszunahme der Anordnung durch das Vorhandensein der metallischen Segmente ist
wegen der vielen in die Segmente eingearbeiteten Ausnehmungen relativ gering.
Es versteht sich, daß die beschriebene Ausbildung des Laufrades auf den Stator übertragen werden könnte.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Schaufelrad einer Strömungsarbeitsmaschine mit einem aus Fasermaterial bestehenden Ringkör- ■>
per sowie einer auf der Außenseite des Ringkörpers angebrachten, zumindest teilweise aus Metall bestehenden ringförmigen Befestigungseinrichtung zur
Befestigung der Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung aus
die Schaufeln haltenden, axial verlaufenden, in Axialebenen geteilten, aus Metall bestehenden
Segmenten (3) und mindestens einem die Segmente (3) umgebenden und dadurch auf dem Ringkörper (2)
haltenden, aus Fasermaterial bestehenden Haltering (10a, ύ...) besteht
2.
Schaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (3) mit einer oder
mehreren in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten (Sa, b...) versehen sind, wobei sich die Nuten (5a,
b...) der gesamten Segmente (3) jeweils zu Ringnuten (6a, £>...) zur Aufnahme des bzw. der
Halteringe (10a, b...) ergänzen.
3. Schaufelrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (3) an zwischen
aufeinanderfolgenden Ringnuten (6a, b...) gebildeten Stegen (4a, />...) mit profilierten Axialnuten (7a,
b...) zur Aufnahme entsprechend profilierter Schaufelfüße (9) versehen sind.
4. Schaufelrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke (e) des Halterings
(10a) höchstens gleich dem radialen Abstand zwischen der Grundfläche der Stege (4a, b...) und
dem Nutgrund der Axialnuten (Ja, b...) ist
5. Schaufelrad nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede einen Haltering (10a, b...)
enthaltende Ringnut (6a, b...) von einem Ring aus segmentförmigen Zwischenstücken (11) überdeckt
ist, die mit entsprechend den Schaufelfußen (9) profilierten Füßen (12) versehen sind, die mit ihren
entgegengesetzten axialen Enden in die profilierten Axialnuten (7a, b...) der beiden angrenzenden Stege
(4a, £>...) greifen und an den benachbarten Schaufelfüßen (9) anliegen.
6. Schaufelrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Zwischenstücke (U) auf ihrer radial
äußeren Seite mit Labyrinthdichtungen (13) versehen sind.
7. Schaufelrad nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (4a, b...)
teilweise hohl sind.
8. Schaufelrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (3) durch Verkleben am Ringkörper (2)
befestigt sind.
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Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |