DE2853586C2 - Laufradscheibe für Gasturbinenläufer mit Innengekühlten Schaufeln - Google Patents

Description

25

Die Erfindung betrifft eine Laufradscheibe für Gasturbinenläufer mit innengekühlten Schaufeln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer aus rfer GB-PS 13 51029 bekannten Laufradscheibenkonstruktion dieser Gattung ist an der stromaufwärtigen -Sadscheibenstirnsiite ein Dichtungsring in Form einer konischen Platte befestigt, die Labyrinthdichtungsrippen aufweist uno sich radial bis innerhalb der Nutgrundflächen der zur Aufnahme der Schaufelfüße dienenden Haltenuten des Radscheibenrandes einwärts erstreckt. Dieser Dichtungsring ist radial außerhalb der Nutgrundflächen der Haltenuten mittels Schrauben an der Laufradscheibe befestigt. Der über seine ganze Radialausdehnung als geschlossener Ring ausgebildete Dichtungsring liegt dabei mit einem radial äußeren Flanschteil mittelbar über eine ringförmige Stirnplatte am Laufradscheibenrandbereich an. Die ringförmige, die stromaufwärtige Stirnfläche des Radscheibenrandbereiches abdeckende Stirnplatte ist <5 mit Durchtrittsbohrungen versehen, durch welche Kühlluft aus einem axial zwischen dem Dichtungsring und der Radscheibe gebildeten, radial nach innen offenen Kühlluftringkanal in Kühlluftkammern zwischen den Nutgrundflächen der Haltenuten und den darin gehalterten Schaufelfüßen eintreten kann.

Bei Laufradscheiben für hohe Drehzahlen tritt das Problem auf, daß der sogenannte kritische Ringradius berücksichtigt werden muß. Dabei handelt es sich um den größtmöglichen Radius, den ein geschlossener Ring gerade noch haben darf, um bei den vorgesehenen Betriebsdrehzahlen den durch die Fliehkraftwirkungen im Werkstoff erzeugten, in Umfangsrichtung wirkenden Zugspannungen gerade noch standhalten zu können, und bei dessen Überschreitung der Werkstoff des Ringes bei einer gegebenen Drehzahl bersten würde. Laufradscheiben für hohe Drehzahl werden üblicherweise so ausgelegt, daß der kritische Ringradius bei der Konstruktionsdrehzahl gerade radial innerhalb der Nutgrundflächen der Schaufelhaltenuten liegt. Bei der bekannten Laufradscheibenkonstruktion liegt der äußere Teil des Dichtungsringes mit seinem zur Befestigung am Radscheibenrand dienenden Flanschansatz wesentlich radial außerhalb des Nutgrundbereiches der .Schaufelhaltenuten. Bei Anwendung dieser bekannten Konstruktion für Laufradscheiben für hohe Drehzahl würde dieser äußere Dichtungsringbereich also wahrscheinlich außerhalb des kritischen Ringradius liegen, was dann eine Verstärkung des Dichtungsringes durch zusätzlichen, innerhalb des kritischen RingradUis gelegenen Werkstoff erfordern würde. Damit wäre .iber eine wesentliche Gewichtssteigerung verbunden, was bei Flugzeugtriebwerken bekanntermaßen unerwünscht ist

Außerdem wäre bei einer Laufradscheibe für hohe Drehzahl eine Befestigung des Dichtungsringes mittels Schrauben am Laufradscheibenrandbereich nach Art der bekannten Konstruktion wegen der dazu erforderlichen Schraubenbohrungen im Radscheibenrand ungünstig, die zu Spannungskonzentrationen in dem hochbeanspruchten Radscheibenrand führen, die eine starke Verkürzung der an sich möglichen Lebensdauer der Laufradscheibe zur Folge haben können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laufradscheibe der eingangs genannten Art für hohe Konstruktionsdrehzahl so auszubilden, daß eine ausreichende Kühlluftzufuhr in die Kühlluftverteilerkammern zwischen den Haltenutgrundflächen und den Schaufelfüßen gewährleistet -fet, ohne daß Bohrungen im Laufradscheibenrand zur Halterung eines Dichtungsringes hergestellt zu werden brauchen, und wobei die Anordnung so ausgelegt sein soll, daß der Verbindungsbereich zwischen dem umfangsmäßig ununterbrochenen Dichtungsring und der Laufradscheibe außerhalb des kritischen Ringradius liegen kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion weist der Dichtungsring einen als geschlossenen Ring ausgebildeten Dichtungsteil auf, der auf einem racial innerhalb der Nutgrundflächen der Haltenuten liegenden Radius liegt, und der durch einen umfangsmäfJig nicht mehr zusammenhängenden radial äußeren Teil einteilig mit dem Radscheibenrandbereich verbunden ist. Die in dem umfangsmäßig nicht mehr zusammenhängenden radial äußeren Teile des Dichtungsringes gebildeten Öffnungen werden zweckmäßig durch an den Schaufelfüßen der in die Haltenuten einzusetzenden Schaufeln gebildete Ansätze verschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Anwendung der Erfindung bei einem Gasturbinentriebwerk,

F i g. 2 einen Axialhalbschnitt durch eine Turbinenstufe des in F i g. 1 gezeigten Triebwerks,

Fig.3 eine auseinandergezogene Darstellung eines Abschnitts der Laufradscheibe und einer Turbinenschaufel des Turbinenläufers, und

Fig.4 eine Darstellung ähnlich Fig.2 einer etwas abgewandelten Ausführungsform.

Das in Fig. 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk weist einen Lufteinlauf 10, einen Verdichter 12, eine Brenneinrichtung 14, eine Turbine 16 und eine Strahldüse 18 auf.

Die Turbine 16 umfaßt mehrere beschaufelte Turbinenläufer, von denen einer in F i g. 2 dargestellt ist und die jeweils aus einer Laufradscheibe 22 mit einem Kranz von Laufschaufeln 20 bestehen. Die Schaufeln 20 haben jeweils einen tannenbaumförmigen Schaufelfuß

24, der in eine entsprechend profilierte Haltenut 26 im Randbereich der Laufradscheibe eingesetzt ist

Die radial Tiefe jeder Haltenut 26 ist größer als die radial Länge des zugehörigen Schaufelfußes 24, so daß zwischen dem Haltenutgrund und dem Schaufelfußende ein Zwischenraum in Form eines Kanals 28 verbleibt, der als Kühlluftverteiierkammer dient. Dieser Kanal 28 ist an seinen beiden axialen Enden durch Radialnasen 30 des Schaufelfuß?? 24 begrenzt die mit straffem Sitz in der Haltenut 26 sitzen und das Auslecken von Kühlluft aus dem Kanal 28 verhindern. An der stromabwärtigen Laufradstirnseite sichert eine segmeniierte Sicherungsplatte 32, die in Nuten 34 bzw. 36 der Schaufelfüße bzw. des Laufradscheibenrandes eingesetzt ist, die Schaufeln gegen axiale Verschiebung in den Haltenuten.

Ein Dichtungsring 38 in Form eines axialen Ringansatzes bildet mit seinem radial inneren Teil 38a auf einem Radius, der kleiner als der Radius der Haltenutgrundflächen 26 ist, einen umfangsmäßig ununterbrochenen Ring mit einer kontinuierlichen Dichtfläche, und ist mit seinem radial äußeren Teil 3Sb auf einem Radius, der größer als der R;:dius der Haltenutgrundflächen ist, also auf einem Radius, auf welchen der Laufradscheibenrand in Umfangsrichtung nicht mehr unterbrochen verläuft einteilig mit dem Laufradscheibenrand verbunden.

Zwischen dem Dichtungsring 38 und der benachbarten Laufradscheibenstirnfläche ist ein umfangsmäßig kontinuierlicher, radial nach innen offener Ringkanal 40 gebildet, dessen radiale Tiefe so groß ist, daß er den Nutgrundbereich, also die Nutgrundflächen und jeweils einen Teil der Nutflanken der Haltenuten 26 schneidet. Dieser Ringkanal 40 dient dazu. Kühlluft aus einer stromaufseitigen der Laufradscheibe 22 befindlichen Kühlluftkammer 42 in die einzelnen Kühlluftverteilerkammern 28 zwischen den Schaufelfüßen und den Haltenutgrundflächen zu leiten. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, bildet der Ringkanal 40 an seinen Schnittstellen mit dem Nutgrundbereich der Haltenuten 26 und mit dem radial äußeren Teil 386 des Dichtungsringes 38 etwa halbmondförmige Einlaßöffnungen 44 mit relativ großem Eintrittsquerschnitt für die Kühlluft in die Kühlluftverteilerkammern 28.

Die Schaufeln 20 weisen jeweils innere Kühlkanäle 46, 48 auf, die durch den Schaufelfuß 24 und das Schaufelblatt hindurchverlaufen und aus den Kühlluftverteilerkammern 28 gespeist werden. Der im Schaufelvorderkantenbereich verlaufende Kühlkanal 46 kann gemäß Fig.4 auch so geführt werden, daß er unmittelbar in den Ringkanal 40 mündet und die Kühlluft demzufolge aus diesem Ringkanal unmittelbar und ohne Druckverluste durch eine zuvor erfolgende Strömungsumlenkung in den Kanal 23 hinein in diesen den Schaufelvorderkantenbereich durchziehenden Kühlkanal eintreten kann.

Die erforderliche Kühlluft wird air dem Verdichter des Triebwerks abgezweigt und gejriäß Fig.2 in üblicher Weise durch die Dralldüse 50 in die Kühlluftkanmer 42 zugeführt. Die Kühlluftkammer 42 ist zur Vermeidung eines Ausleckens der Kühlluk im Laufradscheibenrandbereich mittels einer mit dem ununterbrochenen radial inneren Teil 38a des Dichtungsringes 38 zusammenwirkenden feststehenden Bürstendichtung 52 abgedichtet, deren dicht gepackte Borsten zwischen den Schenkeln eines Im Querschnitt

U-förmigen Halteringes 54 an der feststehenden Konstruktion stromauf der Laufradscheibe angeordnet sind.

Eine alternative Möglichkeit zur Abdichtung der Kühlluftkammer ist in F i g. 4 gezeigt. Dort findet eine Abdeckplatte 56 Anwendung, die radial außen dichtend mit dem Dichtungsring zusammenwirkt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Laufradscheibe für Gasturbinenläufer mit innengekühlten Schaufeln, mit Haltenuten zur Aufnahme der Schaufelfüße und mit einem an der stromaufwärtigen Radscheibenstirnseite axial vorspringend angeordneten, radial innerhalb der Haltenutgrundflächen umfangsmäßig ununterbrochenen Dichtungsring, der radial außerhalb der Nutgrundflächen mit der Radscheibe verbunden ist und einen axial ι ο zwischen ihm und der Radscheibe gelegenen, radial nach innen offenen Kühlluftringkanal begrenzt, der mit im Nutgrundbereich der Haltenuten zwischen den Nutgrundflächen und den in die Haltenuten einzusetzenden Schaufelfüßen gebildeten Kühlluftverteilerkammem in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (38) einteilig mit der Laufradscheibe (22) ausgebildet ist und daß die HaUenuten (26) mit ihrem Nutgrundbereich den radiai äußeren Bereich des Kühlluftringkanals (40) und den radial äußeren Teil (38ö/"des Dichtungsringes (38) schneiden.