DE2555911A1

DE2555911A1 - Rotor fuer stroemungsmaschinen, insbesondere gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE2555911A1
Application number: DE19752555911
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Weiler
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1975-12-12
Filing date: 1975-12-12
Publication date: 1977-06-23
Also published as: FR2334818A1; GB1524108A

Description

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Hünchen, den 28. Oktober 1975

Botor für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinenstrahltri ebwerke

uie -Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerke, bei den die Laufradscheiben durch Zwischenringe miteinander verbunden sind, die jeweils aus mit den Laufradscheiben versci-weiSten Innenringen und von diesen lösbaren Außenringen bestellen, die im Bereich deren beiderseitiger Stirnkanten fuSseitig an den Laufschaufeln zweier benachbarter La'jfrsdscheiben zur Anlage bringbar sind.

Eotoren für Strömungsmaschinen, bei denen mehrere mit; den Lauf schaufeln bestückte Laufradscheiben und eine entsprechende Anzahl Zwischenringe miteinander verschweißt sind, werden normalerweise als nicht zerlegbare Konstruktionen ausgeführt. Bei einem Aufbau aus Integralrädern, d.h. Rädern, bei denen Laufradscheibe und Beschaufelung unlösbar verbunden sind, ist der Austausch beschädigter Einzel-• teile so gut wie unmöglich.

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Bei einer Ausführung des Rotors mit einer lösbaren Verbindung zwischen Laufradscheiben und Beschaufelung.bereitet es vielter erhebliche Schwierigkeiten, im Bereich der Lauf- und Leitradbeschaufelung eine aerodynamisch günstige, d.h. vor allem glatte, stoßfreie innere Berandung des Strömungskanals zu erzielen, sofern der Rotor in der besagten Weise aus mehreren Laufradscheiben und einer entsprechenden Anzahl von Innenringen aufgebaut ist. Besonders im letztgenannten Fall bereitet es nicht unerhebliche Schwierigkeiten, das Rotorgewicht niedrig zu halten und folglich die betreffende Strömungsmaschine mit hohen Umfassungsgeschwindigkeiten zu fahren.

Bei einem eingangs genannten und bekannten Rotor für Strömungsmaschinen nach der DT-OS 2 14o 816 ist zwar bereits das Problem als gelöst anzusehen, eine aerodynamisch günstige, glatte innere Strömungskanalwand zu erzielen.

Andererseits hat ein in diesem bekannten Fall etwa notwendig werdender Schaufel austausch zur Folge, daß der Rotor teilweise oder, ganz entlang der gesamten Umfangsperipherie demontiert bzw. zerlegt werden muß; besonders gravierend ist dieser Umstand, weil z.B. zum Auswechseln nur einer einzigen beschädigten Laufschaufel zuvor ein oder mehrere komplette Schaufelsätze pro Radscheibe bzw. ein oder mehrere in sich ge-

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schlossen ausgebildete äußere Teile der Zwischenringe vom Rotor entfernt werden müssen.

Eine Ausnafcne bilden hier lediglich die Laufschaufeln an der in Strömungsrichtung zuletzt angeordneten Laufradscheibe des Eotors z.B. für einen mehrstufigen Verdichter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu den eingangs erörterten Rotorkonzeptionen vorgebrachten Nachteile zu "beseitigen und einen Rotor nach der eingangs genannten Gattung gegenüber Bekanntem hauptsächlich dahingehend zu verbessern, daß ein Schaden im Bereich der äußeren Umfangsperipherie des Hotors, insbesondere ein Schaufelschaden, leichter behoben werden kann.

Weiter soll ein Rotor geschaffen werden, der im Rahmen der eingangs genannten Forderungen bei relativ niedrigem Eigen- ■ gewicht mit relativ hohen Drehzahlen gefahren werden kann und die hierfür erforderlichen festigkeitsmäßigen Voraussetzungen mit sich bringt.

Weiter soll der So tor zusammen mit den Plattformen benachbarter Schaufeln eine aerodynamisch günstige innere Berandung des Strömungskanals bilden.

Zur lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem Hotor für Strömungsmaschinen nach der eingangs genannten Gattung vor, daß die Außenringe aus einzeln von den Innenringen lösbaren Bingsegmenten zusammengesetzt sind.

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In weiterer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes kann die radialkräfteübertragende, lösbare Verbindung zwischen dem inneren und den äußeren Teilen (Segmenten) des Zwischenrings als für sich bekannte Schwalbenschwanz-, Hammerkopf-, Tannenbaum-, Laval- oder Bolzenfußverbindung gestaltet werden, wobei Art, Abmessungen und Anzahl der Verbindungen zwischen dem inneren und den äußeren Teilen des Zwischenrings üblicherweise nicht mit Art,. Abmessungen und Anzahl der Laufschaufelbefestigungen in den jeweils benachbarten Laufradscheiben übereinstimmen muß. Im Interesse einer wirtschaftlichen Herstellungsweise des Botors kann es andererseits durchaus zweckmäßig sein, die Nuten bzw. Bohrungen in den inneren Teilen der Zwischenringe mit denselben Bearbeitungsverfahren herzustellen, die bei der Herstellung der bekannten Schaufelbefestigungen zur Anwendung kommen, wobei die erreichbaren !Form- und Maßgenauigkeiten somit dieselben wie bei der Herstellung der Schaufelbefestigungen sein können.

Zum Ausgleich sich gegebenenfalls bei der Herstellung ergebender geringfügiger Teilungsungenauigkeiten kann ein Spiel sowohl in der radialkräfteübertragenden lösbaren Verbindung zwischen dem Innenteil und den äußeren Teilen eines jeweiligen Zwischenrings als auch an den geweiligen Stoßflächen der äußeren Teile in tfmfangsrichtung vorgesehen werden, wie- dies bei LaufSchaufelbefestigungen üblich ist.

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Die sich nach dem Setzen der äußeren Teile des Zwischenrings unter Fliehkrafteinfluß möglicherweise ergebenden unterschiedlichen Fliehkräfte der einzelnen äußeren Teile des Zwischenrings und die daraus resultierende Unwucht kann den Verhältnissen bei den lösbaren Laufschaufelbefestigungen entsprechen und in den zulässigen Grenzen gehalten werden.

Erfindungsgemäß können weiter die äußeren Teile (Eingsegmente) eines jeweiligen Zwischenrings durch eigene Sicherungselemente in ihrer axialen Lage gehalten werden, jedoch ist es auch denkbar, daß die axiale Positionierung der äußeren Teile der Zwischenringe durch jeweils benachbarte Laufschaufeln erfolgt.

Bei einer entsprechenden Gestaltung der Sicherungselemente für die äußeren Teile der Zwischenringe und die Laufschaufeln ist es möglich, in einem gewissen Umfangswinkelbereich-oder in eines Extremfall - längs einer Mantellinie, den Eotor zu entschaufeln, um beschädigte Teile, z.B. Laufschaufeln, auszutauschen.

Auf demselben Prinzip beruhend, können die äußeren Teile eines jeweiligen Zwischenrings so ausgebildet werden, daß sie die Plattformen der jeweils benachbarten Schaufeln untergreifen. Diese Kaßnahme dient zur Abdichtung der inneren

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Berandung des Strömungskanals und verhindert ein Einströmen des strömenden Mediums in den zwischen den Schaufelfußplattformen und den Eingsegmenten einerseits sowie den inneren Zwischenringen andererseits gebildet en Ringraum, so daß etwa hierdurch bedingte Wirkungsgrad einbüßen auf ein Minimum reduziert sind.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die äußeren Teile der Zwischenringe entweder mit Labyrinthspitzen versehen und bei Strömungsmaschinen zur Anwendung kommen, deren Leitgitter mit Innenringen ausgestattet sind, oder sie können auch mit labyrinthartigen Ringnuten ausgestattet werden und bei Strömungsmaschinen, insbesondere bei Verdichtern mit innenringfreien Leitgittern, zur Anwendung kommen. In diesem Zusammenhang erscheint es vorteilhaft, insbesondere bei Versuchsmaschinen die Rotoren mit erfindungsgemäßen Zwischenringen auszustatten, wenn grundsätzliche Änderungen der Konfiguration - Ausrüstung der Maschine wahl- ■

mit Innenring
weise mit Leitgittern/oder mit innenringfreien Leitgittern -

vorgesehen sind.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch eine Nachbearbeitung der inneren Teile der Zwischenringe auf eine Form z.B. mit Labrinthspitzen eine nachträgliche

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UiErüstung der Maschine auf eine Ausführung mit Leitgittern, die Innenringe aufweisen, möglich ist.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigen

Fig. i den als Kittellängsschnitt dargestellten Abschnitt eines Rotors in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 den als Mittellängsschnitt dargestellten Abschnitt eines Rotors in einer zweiten Ausführungsform,

Jig. 3 den als Mittellängsschnitt dargestellten Abschnitt eines Rotors in einer dritten Ausführungsform und

Fig. A- den als Mitteilängsschnitt dargestellten Abschnitt eines Rotors in einer vierten Aus fuhrungs form.

BeiE Rotor nach Fig. 1 sind die Laufradscheiben i, 2 durch sogenannte "doppel-T-förmige" Zwischenringe 3 miteinander verbunden, von denen jeder aus einem mit den Laufradscheiben

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1 , 2 verschweißten Innenring 4- und einzeln von diesen lösbaren Rings e gin ent en 5 "besteht, die mit ihren beiderseitigen Stirnkanten an den Fußplatten 6, 7 der Laufschaufeln 8,9 der benachbarten Laufradscheiben 1, 2 anliegen·, oberhalb der Riiigsegsiente 5> bzw. zwischen den Laufschaufeln 8, 9* sind feste Leitschaufeln Io angeordnet.

Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich ist, können die Ringsegmente 3 entsprechend der inneren Strömungskanalwand des Rotors geneigt zwischen den jeweils benachbarten Fußplattformen 6, der Laufschaufeln δ, 9 angeordnet sein.

Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für im wesentlichen gegenüber Fig. 1 unveränderte Einzelheiten, ist Fig. 2 eine Abwandlung gegenüber Fig. Λ dahingehend, daß die äußeren Singsegaente 11 mit an deren Stirnseiten kragenförmig abgesetzten Endabschnitten 12', 1Jjdie Fußplattformen 6, -7 der Laufschaufeln 3, 9 zweier benachbarter Laufradscheiben 1,2 untergreifen sollen.

Weiter können die Rings egm en te 12 (Fig. 3) bzw. 13 (Fig. 4) Bestandteil einer berührungslos en labyrinthartigen Dichtung (Leitschaufeln 1o ohne Innenring - Fig. 3 - ) oder Bestandteil einer Berührungsdichtung (Leitschaufeln 14- mit Innenring 15) sein.

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Bei den Ausführungsbeispielen nach Pig. 1 "bis 4 kann die radialkrafteubertragende lösbare Verbindung zwischen den Innenringen 4 und den Ringsegmenten 5, 11, 12, 13 z.B. als Schwalbenschwanz-, Hammerkopf-, Tannenbaum-, Laval- oder Bolzenfußverbindung gestaltet sein, wobei in allen gezeichneten Fällen die Eingsegmente 5, H₅ .12, 13 über die jeweils benachbarten Laufschaufeln 8, 9 gegen axiale Verschiebung gesichert sind.

Demgegenüber wäre es auch möglich, die·Ringsegmente mittels eigener Sicherungselemente, bzw. im Rahmen der gewählten Befestigungsart (Bolzenverbindung oder dergleichen) gegen axiale Verschiebung gesichert, mit den Innenringen lösbar zu verbinden.

Um z.B. eine beschädigte Laufschaufel 9 auszutauschen, müssen an der davor liegenden Partie der Laufradscheibe nur soviel Laufschaufeln 8 entfert werden, daß das in Achsrichtung vor der beschädigten Laufschaufel 9 liegende Ringsegment 5 unbehindert in Achsrichtung nach vorn über den entschaufelten Abschnitt der Laufradscheibe 1 geschoben werden kann» bzw. unbehindert mit den Fußteilen aus den zum Innenring 4 gehörigen Ausnehmungen gezogen werden kann.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Rotor für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerke, bei dem die Laufradscheiben durch Zwischenringe miteinander verbunden sind, die jeweils aus mit den Lauiradscheiben verschweißten Innenringen und von diesen lösbaren Außenringen bestehen, die im Bereich deren beiderseitiger Stirnkanten fußseitig an den Laufschaufeln zweier benachbarter Laufradscheiben zur Anlage bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe aus einzeln von den Innenringen (4·) lösbaren Ringsegmenten (5, 11, 12, 13) zusammengesetzt sind.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Ringsegmente (11) mit an deren Stirnseiten kragenförmig abgesetzten Endabschnitten (I2^r, 13') die Pußplattformen (6, 7) der Laufschaufeln (8, 9) zweier benachbarter Laufradscheiben (1, 2) untergreifen.

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5. Hotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegiaente (5, 11, 12) entsprechend der inneren Strönaingskanalwand des Rotors geneigt zwischen den Jeweils benachbarten IFußplattformen' der Laufschaufeln angeordnet sind.

4. So tor nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingsegmente (12, 13) Bestandteil einer Berührungs- oder einer berührungslosen labyrinthartigen Dichtung sind.

5. Hotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingsegmence mittels eigener Sicherungselemente, bzw.' im Eahmen der gewählten Befestigungsart (Bolzenverbindung oder dergleichen) gegen axiale Verschiebung gesichert, mit den Innenringen lösbar verbunden sind.

6. Eotor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung zwischen den Innen— ringen (4) und den Ringsegment en (5, 11, 12, 13) als an sich bekannte Schwalbenschwanz-, Hammerkopf-, Tannenbaum-, Laval- oder Bolzenfuß verbindung gestaltbar ist, wobei die für einen Rotor jeweils von diesen gewählte eine Befestigungsart auch für die Jexireiligen Schaufelfußverbindungen vorgesehen ist.

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