DE2607776C2 - In der Meridianebene geteilte Deckscheibe für Radiallaufräder von Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine in der Meridianebene geteilte Deckscheibe für Radiallaufräder von Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken, bei der eine Flanschverbindung beider Deckscheibenhälften sowie — von der Teilungsebene ausgehend — in mehreren weiteren umfangsseitig gleichmäßig untereinander beabstandeten Meridianebenen gelegene Stützrippen an der Außenwand jeder Deckscheibe zugrundegelegt sind.

Bei einer derartigen aus der US-PS 34 98 727 bekannten, hier allerdings als gleichzeitiger Axialleitschaufelträger fungierenden Deckscheibenkonstruktion besteht der wesentliche Mangel, daß infolge einer umfangsseitig unstetigen Materialverteilung — verursacht durch die flanschseitigen Materialanhäufungen in der Teilungsebene — unterschiedliche Steifigkeitsverhältnisse und unterschiedliche Wärmekapazitäten über dem Umfang der Deckscheibe vorliegen. Dies führt insbesondere bei instationären Betriebszuständen zu Deformationen in den einzelnen Meridianebenen der Deckscheibe und speziell als Folge sich verhältnismäßig stark ändernder Schaufelspitzenspiele, zu negativen Einflüssen auf Leistung und Betriebsverhalten der betreffenden Strömungsmaschine, wobei schlimmsten Falles mit aus Schaufelanstreifvorgängen herrührenden Schaufelbrüchen und deren ernsthaften Folgeschäden für die gesamte Strömungsmaschine zu rechnen wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu beseitigen und eine in einer Meridianebene teilbare Deckscheibe für Radial-Laufräder von Strömungsmaschinen zu schaffen, die hinsichtlich stationärer und instationärer Betriebszustände ein weitestgehend minimales, konstantes Schaufelspitzenspiel zwischen dem Radialrad und der Deckscheibe gewährleisten soll.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs gelöst.

In Verbindung mit der formal aufeinander abgestimmten Gestaltung der Rippen und Flansche ermöglicht die auf die Plansche in der Teilungsebene abgestimmte Biegesteifigkeit der Rippen ein über den gesamten Umfang konstantes Schaufelspitzenspiel vor allem unter stationären Betriebszuständen, während die auf die Flansche in der Teilungsebene abgestimmte Wärmespeicherkapazität der Rippen für ein über den gesamten Umfang konstantes Schaufelspitzenspiel, vor allem bei instationären Betriebsbedingungen, z. B. also bei schroffen Lastwechseln, sorgen soil.

Diese vorteilhaften Betriebskriterien sollen auch für eine stückweise zusammensetzbare Deckscheibe für Radiallaufräder erreichbar sein, wobei z. B. von nachträglich auf die Deckscheibe in den betreffenden Meridianebenen aufsetzbaren Stützrippen ausgegangen wird, deren Werkstoffzusammensetzung sich von derjenigen der in der Teilungsebene befindlichen Flansche unterscheiden kann.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise weiter erläutert; es zeigt

ίο Fig. 1 den Mittellängsschnitt eines zu einem Gasturbinentriebwerk gehörigen Radialverdichter-Laufrad-Abschnitts nebst angrenzenden Deckscheiben- und Gehäusepartien,

Fig.2 die Vorderansicht eines zum Radial-Verdichterlaufrad nach F i g. 1 gehörigen oberen Deckscheibenhälftenabschnitts,

F i g. 3 die Vorderansicht eines Deckscheibenhälftenabschnitts in einer zweiten Ausführungsform und

F i g. 4 die sich aus einem Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig.3 ergebende Rippen-Deckscheiben-Profilkontur.

F i g. 1 und 2 erläutern die in der Meridianebene 1 geteilte Deckscheibe im Wege der oberen Deckscheibenhäifte 2 für ein Radialverdichter-Laufrad 3 eines

2^r> Gasturbinentriebwerks, wobei die Deckscheibenhälften durch Flansche 4 miteinander verbindbar sind.

Von der Meridian- bzw. Teilungsebene 1 ausgehend, sollen ^;n mehreren weiteren umfangsseitig gleichmäßig untereinander beabstandeten Meridianebenen 5 und 6 gelegene Stützrippen 7 und 8 an der Außenwand der Deckscheibenhälfte 2 vorgesehen sein, die entsprechend den Flanschen 4 geformt und auf die Wärmespeicherkapazität und Biegesteifigkeit der letzteren abgestimmt sind. Die gemäß Fig. 1 in die Zeichenebene projizierte

j^r> Kontur 4' des Flansches 4 soll demgemäß mit der Kontur der Stützrippen 7,8 übereinstimmen.

Wie aus den Fi g. 3 und 4 ersichtlich ist, können pro Deckscheibenhälfte 9 die Rippen 10, It einschließlich der Flansche 12 zu einem skelettartigen Körper zusammengefaßt sein, indem jeweils zwischen einem Flansch 12 und einer Rippe 10, bzw. jeweils zwischen zwei Rippen 10, 11 Verbindungsstege 12', 13 angeordnet sind, aus denen die Deckscheibenhälfte 9 zusammensetzbar ist.

Dem gegenüber kann die Deckscheibenhälfte 9 einschließlich der Rippen 10,11 sowie einschließlich der Flansche 12 und der Verbindungsstege 12', 13 auch als ganzes Gußstück hergestellt werden, was sinngemäß auch für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 gilt.

Wie an der oberen Deckscheibenhälfte 2 nach F i g. 1 und 2 erläutert, kann die Deckscheibe mittels mehrerer gleichmäßig über deren Umfang verteilt angeordneter, radial gerichteter Bolzen 14 am Gehäuse 15 des Gasturbinentriebwerks befestigl sein, wobei die Bolzen 14 an kragenförmigen Wandabschnitten 16, 17 der Deckscheibenhälfte 2 befestigt und innerhalb darüber liegender Gehäusevorsprünge 18, 19 dehnelastisch aufgehängt sind. Durch diese Maßnahme kann die Deckscheibe vollständig von Kräften und Verformun-

bo gen aus der Struktur der Maschine freigehalten werden, was automatisch zu ein^r Verringerung der Spalte zwischen Laufrad und Leitrad führt.

Weitere kragenförmige Wandabschnittc zur Befestigung derartiger Bolzen sind in I- i g. 3 mit 20 und 21

b5 bezeichnet.

Die kragenförmigen Wandabschnitte 16, 17 (Fig. 1 und 2) bzw. 20, 21 (Fig. 3) können ebenfalls mit den betreffenden Deckscheibenhälften 2 bzw. 9 zusammen

als Gußstück hergestellt werden.

Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsbeispiele wäre es im Interesse einer Schaufelspitzenspieloptimierung durchaus sinnvoll, wenn die Wärmespeicherkapazität der jeweiligen Deckscheibe aiif diejenige des jeweiligen Laufrads abgestimmt würde.

Die aufgezeigten Deckscheiben eignen sich nicht nur für reine Radialverdichterlaufräder oder Turbinenlaufräder von Strömungsmaschinen, z. B. Gasturbinentriebwerken oder Gasturbinenstrahltriebwerken, sondern auch für kombinierte Radial-Axial-Verdichterbzw. Turbinen-Laufräder derartiger beispielhaft genannten Strömungsmaschinen.

Fernerhin wäre z. B. der Einsatz bei radial beschajfelten Turboladern denkbar.

Hier, u 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   In der Meridianebene geteilte Deckscheibe für Radiallaufräder von Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken, bei der eine Flanschverbindung beider Deckscheibenhälften sowie — von der Teilungsebene ausgehend — in mehreren weiteren umfangsseitig gleichmäßig untereinander beabstandeten Meridianebenen gelegene Stützrippen an der Außenwand jeder Deckscheibe zugrundegelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrippen (7, 8) entsprechend den Flanschen (4) geformt und auf die Wärmespeicherkapazität und Biegesteifigkeit der letzteren abgestimmt sind.