DE2430181A1 - Beschaufelter rotor fuer ein gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Beschaufelter Rotor für ein Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung betrifft einen beschaufelten Rotor für ein Gasturbinentriebwerk.

Bei beschaufelten Läufern von Gasturbinentriebwerken ist es normalerweise notwendig, eine Dicntung zwischen, -jenen Teilen benachbarter Schaufeln vorzusehen, die einen Teil des Strömungsringkanales bilden, d.h. zwischen den Sohaufelfußplattformen und/oder zwischen den Schaufelringabschnitten.

Zur Herstellung einer solchen Dichtung sind bisher zahlreiche Systeme bekannt geworden. Die meisten dieser Dichtungen haben Jedoch den Nachteil, daß im stationären Zustand des Rotors zwar eine äußerst wirksame Dichtung vorhanden ist, jedoch im Lauf bei vergleichsweise hoher Drehzahl die Zentrifugalkraft hierauf wirkt und eine Ausdehnung zur Folge hat, wodurch die Dichtungen an Wirksamkeit verlieren. Andere Schwierigkeiten treten bei der Abdichtung eines Turbinenrotors infolge der Ausdehnung der Turbinenbauteile auf, welche durch große Temperatüränderungen verursaoht werden, denen die Turbine ausgesetzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese beschriebenen Nachteile zu vermelden und einen besohaufelten Rotor, zu schaffen, der

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unter allen Betriebsbedingungen eine günstige Abdichtung bewirkt.

Die Erfindung geht aus von einem besohaufeiten Rotor für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Mehrzahl von im Winkelabstand zueinander angeordneten stromlinienförmigen Schaufeln, von denen jede mit einer Schaufelplattform oder einem Schaufelringabschnitt ausgestattet ist, und löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Plattform oder der Schaufelringabscnnitt eine Fläche aufweist, die mit einer entsprechenden Fläche der nächst benachbarten Schaufel so zusammenwirkt, daß eine sich in Radialrichtung verjüngende Nut gebildet wird, deren Breite mit zunehmendem Abstand von der Rotorachse abnimmt und in die ein Dichtungskörper so eingelegt ist, daß eine Abdichtung zwischen benachbarten Plattformen oder Schaufelringabschnitten bewirkt wird.

Vorzugsweise ist wenigstens ein Vorsprung an der Fläche oder den Flächen vorgesehen, der dazu dient, ein radiales Einfallen der Dichtungskörper nach innen zu verhindern, wodurch der Dichtungskörper aus der Nut freikäme.

Die Nut kann zwischen einer radialen Oberfläche der einen Fläche und einer geneigten Oberfläche der entsprechenden Fläche gebildet sein, oder zwischen einer geneigten Oberfläche der einen Fläche und einer entgegengesetzt geneigten Oberfläche der entsprechenden Fläche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Dichtungskörper aus einem Draht, welcher in Längsrichtung gekrümmt ist, damit er sich der Krümmung der sich verjüngenden Nut anpaßt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 eine sohematische Darstellung eines Gasturbinenstrahltriebwerks im Turbinenteil aufgebrochen;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Teils eines beschaufelten Rotors mit der erfindungsgemäßen Dichtungj

Fig. 3 eine Schnittansicht mit einer Schnittebene zwischen zwei Schaufeln gemäß Figur 2;

Fig. 4 eine Stirnansicht zweier benachbarter Schaufelfüße in Richtung des Pfeiles 4 nach Figur j5 betrachtet;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Dichtungskörpers;

Fig. 6 eine der Figur 2 entsprechende perspektivische Ansicht eines beschaufelten Rotors in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Figur 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 mit einem Lufteinlaß 12, einem Kompressor 13, einem Verbrennungsteil 14 und einer Turbine 15, an die sich eine Abgasdüse 16 anschließt, Ein im Turbinenabschnitt 15 aufgebrochener Teil des Gehäuses zeigt schematisch den Turbinenrotor gemäß der Erfindung.

Figur 2 stellt in größerem Maßstab eine perspektivische Ansicht des Turbinenrotors gemäß Figur 1 dar, wobei der Aufbau der einzelnen stromlinienförmig gestalteten Turbinenschaufeln 20a, 20b , 20c und 2Od ersichtlich ist, die Schaufelfüße 21a, 21b, 21 c und 21 d besitzen, von denen nur drei ganz oder teilweise in der Zeichnung dargestellt sind. Die Schaufelfüße sind ihrerseits in einer nicht dargestellten Rotorschaufel über ihr Tannenbaumprofil verankert. Die äußeren Spitzen der Schaufeln

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20a, 20b, 20c, 2Od sind mit einem Schaufelring 22 versehen, der mit einem ähnlichen Dichtungssystem wie das bei den Schaufelfüßen dargestellte versehen sein kann.

Die Dichtungsanordnung ist allgemein mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet. Aus Gründen der Herstellungstoleranz muß ein geringes Spiel an den gegenüberliegenden Oberflächen 25 und 26 der Schaufelfüße zugelassen werden und es ist deshalb notwendig, eine Dichtung einzubauen, um eine Luftströmung oder eine Gasströmung durch diesen Spalt zu verhindern.

Die Oberfläche 25 ist mit einer Ausnehmung versehen, die in einer geneigten bogenförmigen Oberfläche 27 endet, gegen die der bogenförmige Dichtungsgrad 28 anliegt. Die geneigte Oberfläche 27 und die gegenüberliegende flache Oberfläche 26 bilden zusammen eine sich verjüngende Nut 40, deren Breite mit zunehmendem radialen Abstand von der Rotorachse abnimmt. Der Draht 28 besitzt die gleiche Länge wie der Schaufelfuß. Diese Konstruktion ist auch aus Figur 4 ersichtlich. Die Dichtkörper 28 sind an einem radial herausfallend nach innen durch einen Vorsprung 29 gesichert, der radial von jenem Teil der flachen Oberfläche 26 nach innen versetzt ist, der der geneigten Oberfläche 27 gegenüberliegt.

Die Dichtungskörper und Schaufeln sind an einer axialen Bewegung relativ zur Rotorscheibe durch Verriegelungsplatten 30 bzw. 31 gehindert, die im einzelnen in Figur 3 dargestellt sind.

Figur 6 zeigt eine weitere Möglichkeit der Ausfuhrungsform der Erfindung, und in diesem Fall passt der Dichtungskörper 28 in die sich verjüngende bogenförmige Nut ein, die zwischen zwei geneigten bogenförmigen Stufenabschnitten 32 ausgebildet ist, die auf den radial äußersten Oberflächen der beiden Ausnehmungen vorgesehen sind, von denen je eine auf jeder Seite des Schaufel-

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fußes angeordnet sind. Wiederum sorgen zusammenwirkende Vorsprünge 33 radial innerhalb der Oberflächen 32 dafür, daß der Dichtungskörper 28 nicht radial nach innen fallen kann.

Im Betrieb der Turbine sucht die auf die Dichtungskörper 28 ausgeübte Zentrifugalbelastung diese radial nach außen zu drücken, so daß sie in den sich verjüngenden Abschnitt 27 der Ausnerimung gemäß Figur 2 oder zwischen die beiden verjüngten Abschnitte 32 gemäß Figur 6 eingedrückt wird, wodurch eine wirksame Abdichtung zustande kommt. Als Werkstoff für den Dichtungsdraht komme ein solcher in Betracht, der eine genügende Dehnbarkeit besitzt, um ein Einbetten in die sich verjüngende Nut zu gewährleisten. Außerdem unterstützen die bogenförmigen Dichtungskörper 28 eine Vibrationsdämpfung der Schaufeln und durch Wahl von Dichtungen bestimmter Größe und bestimmten Gewichtes kann eine besonders günstige Dämpfungswirkung erzielt werden. ·

Da die Dichtungskörper 28 zwischen den Plattformen angeordnet sind, verhindern sie, daß diese Plattformen sich gegenseitig . abscheuern. Ihre Lage am inneren Ende des stromlinienförmigen Arbeitsteils ermöglicht eine günstige Dämpfung in diesem Bereich. Es ist klar, daß je schneller sich der Rotor dreht, eine desto größere Zentrifugallast auf den Dichtungskörpern ruht und desto größer wird auch die Dämpfung. Es ist außerdem ersichtlich, daß eine Expansion oder Kontraktion in der Turbine durch diese Dichtungsanordnung ausgeglichen werden kann.

Durch Anordnung von Dichtungskörpern 28 in bogenförmiger Form, ■ die kurvenförmige Gestalt eine Winkelfestlegung ergibt, so daß die Enden der Diohtungskörper durch spanabhebende Bearbeitung so geformt werden können, daß sie mit der Oberfläche der Schaufelvorderseite 21a bzw. deren Rüokseite 21b übereinstimmt. Die bogenförmige Gestalt verhindert auch eine Verdrillung des Diohtungskörpers 28 und gewährleistet eine Reibungsdämpfung.

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Vorstehend wurde die Erfindung in Verbindung mit einer Turbinenabdichtung beschrieben. Sie ist jedoch nicht hierauf beschrieben und könnte in gleicher Weise zur Abdichtung eines Kompressor-Rotors oder eines ähnlichen beschaufelten Rotors benutzt werden.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Beschaufelter Rotor für ein Gasturbinentriebwerk mit mehreren im Winkelabstand zueinander angeordneten stromlinienförmigen Schaufeln, die Je mit einer Schaufelplattform oder einem Schaufelringabschnitt versehen sind, die gegenüber der Plattform oder dem Schaufelringabschnitt einer benachbarten Schaufel abgedichtet sind,
   dadurch gekennzeichnet, daß jede Plattform oder jeder Schaufelringabschnitt (21, 22) eine Fläche (2β) aufweist, die so mit einer entsprechenden Fläche (27) der benachbarten Schaufel so zusammenwirkt, daß sich eine radial verjüngende Nut ergibt, deren Breite mit zunehmendem Abstand von der Rotorachse abnimmt, und daß ein Dichtungskörper (28) in dieser Nut zwischen benachbarten Plattformen oder Schaufelringabschnitten eingefügt ist.

   2. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Vorsprung (29, 55) von einer der Oberflächen vorsteht, um zu verhindern,, daß der Dichtungskörper (28) aus der Nut radial nach innen herausfällt.

   J5. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial sich verjüngende Nut zwischen einer radialen Oberfläche der einen Fläche und einer geneigten Oberfläche (27) der hiermit zusammenwirkenden Fläche ausgebildet ist.

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   4. Beschaufelt er Rotor nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die radial sich verjüngende Nut zwischen einer geneigten Oberfläche (32) auf der einen Fläche und einer in Gegenrichtung geneigten Oberfläche (32) der hiermit zusammenwirkenden Fläche ausgebildet ist.

   5· Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (28) aus einem Draht besteht.

   6. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsdraht (28) und die sich verjüngende Nut in Längsrichtung so gekrümmt sind, daß die Krümmung des Drahtes jener der Nut angepaßt ist.

   7· Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß Verriegelungsplatten (30,31) zwischen Rotor und Schaufeln (20) vorgesehen sind, um die Axialbewegung der Schaufeln und der Dichtungskörper (28) gegenüber dem Rotor zu begrenzen.

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