DE2908242C2

DE2908242C2 - Rindförmiger Flansch für den Läufer einer axial durchströmten Strömungsmaschine zum Zusammenwirken mit einer Stirnfläche eines Radkranzes oder dergleichen

Info

Publication number: DE2908242C2
Application number: DE2908242A
Authority: DE
Inventors: Josette Le Meer sur Seine Benoist; Pierre Antoine Melun Glowacki; Gerard Marcel Francois Epinay sous Senart Mandet
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1978-03-08
Filing date: 1979-03-02
Publication date: 1986-04-03
Also published as: GB2016092B; FR2419389B1; DE2908242A1; GB2016092A; US4247257A; FR2419389A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Flansch nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Flansch dieser Bauart und Zweckbestimmung Ist in GB-PS 8 02 476 beschrieben und dargestellt. Bei dieser bekannten Ausgestaltung weist der Flansch einen Spalt auf, der eine Verkleinerung des ringförmigen Flansches durch Zusammendrücken desselben ermöglicht, um zwecks Montage bzw. Demontage den kurzen Schenkel des Jm Querschnitt U-förmigen Flansches In die kreisförmige Rille einsetzen aus der Rille herausziehen zu können.

Die bekannte Ausgestaltung ist deshalb problematisch, well es für einen ausreichend tiefen Eingriff des kurzen Schenkels bzw. Bügeis In die Rille eines verhältnismäßig breiten Spaltes bedarf, um den erforderlichen Spielraum für das Zusammendrücken des Flansches zu schaffen. Ein breiter Spalt steht jedoch der Funktion des Flansches entgegen, well der Spalt eine Öffnung darstellt, die sich für die möglichen Verwendungszwecke des Flansches, z. B. zum Arretieren von Schaufelfüßen oder zum Abdichten von Kühlluftlöchern, nachteilig auswirkt.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flansch der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß er in seiner am Bund des mit ihm zusammenwirkenden Körpers anliegenden Stellung einen im wesentlichen geschlossenen Ring bildet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Es ist ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, daß der Flansch aus zwei Segmenten besteht, von denen das kleinere Segment so ausgestaltet Ist, daß der Flansch mittels von Ihm selbst getragenen Haltemittel in Lage gehalten ist. Das Verschlußsegment vermag den ihm zugeordneten Freiraum im Ring voll auszufüllen. Die radial innere Begrenzung erfolgt bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung durch einen zwischen den Umfangsendflächen des Segments und des Verschlußsegments wirksamen Formschluß.

Es ist zwar aus GB-PS Il 00 860 schon bekannt, einen ringförmigen Flansch der vorliegenden Bauart In Segmente zu unterteilen, jedoch besteht dieser Flansch aus einer Vielzahl Segmente und ep sind keine vom Flansch selbst getragenen Haltemittel vorhanden. Eine Verriegelung bzw. Sicherung der Teile des Flansches wie bei der vorliegenden Erfindung ist bei dieser bekannten Ausgestaltung nicht möglich.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung stellt sich als eine einfache und preiswerte Lösung dar, die Insbesondere einen nahezu vollständigen Verschluß der vorhandenen Spalte ermöglicht und die sich deshalb Insbesondere zur Abdichtung eignet, vorzugsweise zur Abdichtung von Kühlluftlöciiem In der mit ihr zusammenwirkenden Stirnfläche.

Der wesentliche, durch die Ansprüche 2 und 3 erreichbare Vorteil besteht darin, daß die zwischen dem Segment und dem Verschlußsegment wirksamen Haltemittel durch die Form der die Teilung des Flansches bildenden Schnittlinien gebildet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand In Zeichnungen dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

Flg. 1 einen schematischen Axialschnitt durch einen Teil einer Gasturbine, mit einer Turbinenscheibe und einem von dieser stromab gelegenen erfindungsgemäß ausgestalteten Flansch;

Flg. 2a bis 2c einen Teil des ein Verschlußstuck aufweisenden Flansches in verschiedenen Montagepositionen, gesehen gegen die Strömungsrichtung entsprechend dem Pfeli Il In Flg. I;

Fig. 3a und 3b eine abgewandelte Ausführungsform des Flansches In verschiedenen Montagcposltloncn.

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ebenfalls gesehen entsprechend dem Pfeil Il in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Läufers 1 einer Strömungsmaschine in Form einer Axialturbine, die zu einer Ciasturbinenbaugruppc gehört. Letztere ist nicht in ihrer CicsanilhcH darRCslellt. Der Ulufc' arbeitet mil einem Stator 2 zusammen, urvl zwar unter Zwischenschaltung von Labyrinthdichtungen 3 und 4, um eine abgedichtete Kammer 5 zu begrenzen, die mit Kühlluft (achematisch angedeutet durch den Pfeil A) versorgt werden kann, weiche aus einem nicht gezeigten Verdichter der Gasturbinenbaugoippe stammt.

Der Läufer 1 umfaß) im wesentlichen eine Scheibe 6, die aui ihrem Umfang einen Kranz von Schaufeln 7 trägt. Diese werden von einer heißen Gasströmung angetrieben, die schematisch durch den Pfeil B wiedergegeben ist. Fsrner sind zwei ringförmige, koaxial zur Scheibe 6 liegende Flansche vorgesehen, die zu beiden Seiten eines Radkranzes 8 der Scheibe sitzen, und zwar handelt es sich um einen stromauf gelegenes Flansch 9 und um einen stromab gelegenen Flansch 10. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel Ist der stromab gelegene Flansch 10 in Obereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgebildet. Letzterer stützt sich, wie es noch erläutert werden soll, auf einer stromab gelegenen Frontfläche 8a des Radkranzes 8 ab, wobei diese Frontnäche 8a in einer quergerichteten Ebene senkrecht zur nicht dargestellten Achse des Laufers bearbeitet Ist.

Auf dem Umfang des Radkranzes 8 sind Im einzelnen nicht dargestellte Profilnuten vorgesehen, die Durchbrüche mit tannenbaumrörmigem Profil darstellen können, und die sich von der einen Frontfläche des Radkranzes 8 zur anderen erstrecken und zwischen sich Kämme auf der Scheibe 6 bilden. Jede Schaufel 7 weist einen aktiven Abschnitt 13 auf, der in den Strömungskanal der heißen Gase (Pfeil S) der Turbine hineinragt, und sie besitzt ferner einen Schaufelfuß 14, der durch eine Plattform? 15 vom aktiven Abschnitt 13 getrennt Ist. Der Schaufelfuß 14 stellt eine Wurzel bzw. einen inneren Abschnitt dar, dessen Profil demjenigen der Profllnuten des Radkranzes 8 entspricht, und er Ist außerdem mit einer Stelze bzw. « mit einem mittleren Abschnitt versehen, der In Radialrichtung ein wenig über die Kämme der Scheibe 6 vorspringt und den Übergang zwischen der Schaufelbefestlguc? und dem Schaufelprofll bildet. Jeder Schaufelfuß 14 weist eine stromab gelegene, ebene Frontfläche auf, die, wie es noch erläutert werden soll, von dem Flansch 10 In der Ebene der Frontfläche 8a des Radkranzes 8 gehalten wird.

Aus FI g. 1 ergibt sich, daß zwlschsn dem unteren Ende des inneren Abschnitts jeder Schaufel 7 und dem Boden der zugehörigen Profllnut ein freier Hohlraum 18 vorhanden Ist, der mit der Kammer 5 über eine Passage 9a im stromauf gelegenen Flansch 9 In Verbindung steht, und In dem Kühlkanäle 19 der Schaufel münden. Die Kühlluft, die, wie erläutert, entsprechend dem Pfeil A In die Kammer 5 gelangt, tritt entsprechend dem Pfeil C In die Passage 9a und In die vom Hohlraum 18 gebildete Versorgungsausnehmung ein, von wo aus sie durch den Kühlkanal 19 hindurchgeht. Es existieren ferner zwischen den Plattformen 15 und den Kämmen sektorförmlge Zwischenräume 20, die von den mittleren Abschnitten der Schaufelfüße 14 voneinander getrennt sind und, ausgehend von der Passage 9a, entsprechend dem Pfeil D mit Kühlluft versorgt werden. Die Kohlräume 18 und die von den Zwischenräumen 20 gebllde- ten Ausnehmungen münden auf der stromab gelegenen Frontfläche 8a des Radkranzes 8 in Öffnungen, die von «Jem stromab gelegjhen Flansch 10 versperrt sind.

Bei dem stromab gelegenen Flansch 10 handelt es sich um einen ringförmigen Flansch mit einem U-förm'.gen Querschnitt mit ungleichen Schenkeln, dessen Höhlung nach außen gerichtet Ist, wobei der kleine Schenkel des U einen Hügel 21 bildet, der in eine auf dem Innenumfang des Radkranzes 8 vorgesehene kreisförmige Rille 27, eingreift, während der große Schenkel eine Ringscheibe 23 bildet, die sich entlang der stromab gelegenen Frontnäche 8a des Radkranzes 8 erstreckt, wobei also der ringförmige Flansch 10 einen ringförmigen Bund 24 übergreift, der auf dem Innenumlang des Radkranzes 8 zwischen der Rille 22 und der stromab gelegenen Frontfläche 8o ausgebildet ist. Die Fläche der Ringscheibe 23, die gegen den Radkranz 8 gerichtet ist, trägt zwei vorspringende Bereiche, welche die Öffnungen der Hohlräume 18 und der Zwischenräume; 20 abdecken und die derart bearbeitet sind, daß sie sich gegen die Frontfläche 8a des Radkranzes 8 anlegen können.

Es ergibt sich, daß der Flansch 10 nicht montiert werden kann, sofern er aus einem Stück besteht. Er Ist daher in zwei ungleiche Segmente unterteilt, nämlich zum einen In ein Segment 27 (Fig. 2a bis 2c), das sich über den größeren Bereich des Umfangs erstreckt und elastisch nach Art eines Sprengringes auf dem Bund 24 slut, sowie zum anderen in ein kleineres Segment 28, das ein Verschlußstück bildet, welches den Flansch 10 vervollständigt, nachdem das Segment 27 montiert worden ist.

Wie es aus Flg. 1 ersichtlich ist, beflndet sich der Schwerpunkt G des Querschnitts des Flansches 10 im langen Schenkel bzw. in der Ringscheibe 23, so daß während des Betriebes die Zentrifugalkräfte, die an dem von der Scheibe 6 des Läufers 1 in Drehung versetzten Flansch 10 angreifen, die Tendenz besitzen, den Flansch 10 In einer Richtung zu verschwenken, in der die Ringscheibe 23 gegen den Radkranz 8 drückt, wobei also die ebenen Bereiche abdichtend an der stromab gelegenen Frontfiäche 8a des Radkranzes 8 sowie an den stromab gelegenen ebenen Flächen der Schaufelfüße 14 zur Anlage kommen.

Letztere werden durch die Gasströmung entsprechend dem Pfeil B stromabwärts belastet. Es ergibt sich also, daß die ebenen Bereiche des Flansches IC zum einen als Anschläge für die Schaufelfüße 14 und zum anderen als Abdichtung für die öffnungen der Hohlräume 18 und der Zwischenräume 20 auf der ebenen Frontnäche 8a dienen.

Der Flansch 10 trägt auf der stromabwärts gelegenen Seite nahe seinem Außenumfang einen kreisförmigen Ansatz 29 in Form einer kegelstumpfförmlgen Lippe, die mit einem nicht dargestellten Element des Stators zusammenwirkt, um eine Labyrinthdichtung entsprechend den Dichtungen 3 und 4 zu bilden. Außerdem ist der Flansch nahe seinem Außenumfan« mit einem zylindrischen Ansatz 30 versehen. Das Segment 27 weisi, auf seiner stromaufwärts gerichteten Fläche vorzugsweise in demjenigen Bereich seines Außenumfangs, der dem kleineren Segment 28 diametral gegenüberliegt, mindestens eine Nase auf (nicht dargestellt). Es können auch drei Nasen vorhanden sein, dleJn.Ausnehmujriggri Aufnahme finden, die jeweils an der ZwJsclisnhäche: zwischen einem Kamm der Scheibe 6 und einem Schaufelfuß liegen. Auf diese Welse wird der Flansch 10 drehfest verriegelt.

Das Segment 27, das sich über den größeren Umfangsberelch des Flansches 10 erstreckt, wird an seinem Platz auf dem ringförmigen Bund 24 des Radkranzes 8 durch seine Elastizität (und such durch die Nasen) festgehalten.

Da« kleine Segment 28 Ist gegen eine radial einwärts gerichtete Verschiebung durch an den Enden der Segmente 27, 28 ausgebildete Formschlußflächen gesichert, wobei es am großen Segment 27 gehalten Ist.

Zu diesem Zweck Ist gemäß Flg. 2a bis 2c die Unterteilung zwischen dem Hauptsektor 27 und dem kleineren Sektor 28 auf einer Seite von einer schrägen Schnittlinie 34, die beträchtlich gegen den Innenumfang des kleineren Segments 28 geneigt Ist, und auf der anderen Seite von einer abgesetzten Schnittlinie 35 gebildet, die auf dem kleineren Segment 28 einen äußeren vorspringenden Abschnitt 36 (Flg. 2c) und einen Inneren zurückspringenden Abschnitt 37 ausbildet. Die Herstellung der Schnittlinien erfolgt beispielsweise durch elektro-eroslve Bearbeitung (Funkenerosion) mit drahtförmlgen Erosionselektroden.

Die Schnittlinie 34 bildet also am kleineren Segment 28 einen äußeren abgeschrägten Abschnitt 38 aus, der u€i ΓΓίΰΓίΐΐ6Π6Γη Flansch *C durch einen inneren abgeschrägten Abschnitt 39 des großen Segments 27 daran gehindert wird, sich nach innen vom Radkranz 8 wegzubewegen, während der äußere vorspringende Abschnitt 36 des kleinen Segments 28 an einer nach innen gerichteten Trennbewegung durch einen Inneren vorspringenden Abschnitt 40 des großen Segments 27 gehindert wird. Bei dem dargestellten AusfOhrungsbeisplel ist die schräge Schnittlinie 34 um einen Winkel von etwa 50° gegenüber dem Radius des Flansches 10 in Richtung auf den Innenumfang des kleinen Segments 28 geneigt. Die abgesetzte Schnittlinie 35 besteht aus zwei parallelen w Stücken 41 und 42, die um etwa 25° gegen den Außenumfang des kleinen Segments 28 geneigt sind und mit einer Stufenflache 43 eine Stufe bilden. Außerdem sind die abgeschrägten Abschnitte 38 und 39 an ihren Spitzen kegelstumpfförmig ausgebildet.

Die Fig. 2a und 2b verdeutlichen die Montage des das VerschJußstück bildenden kleinen Segments 28, Man zieht mit einer Zange o. dgl. den vorderen abgeschrägten Abschnitt 39 des als Sprengring wirkenden großen Segments 27 nach innen, wobei man den einen mittleren Abschnitt am Boden der Rille 22 festhält, um eine Tansentialbewegung des Segments 27 zu verhindern. Hierzu legt man das Segment 27 gleichzeitig mittels eines Werkzeuges an zwei Stellen fest, die um 90° versetzt zu beiden Seiten des Abschnitts 39 liegen. Sodann läßt man auf der schrägen Schnittlinie 34 des Hauptsektors 27 die Spitze des abgeschrägten Abschnitts 38 des kleinen Segments 28 nach außen gleiten, bis diese Spitze in Eingriff mit dem ringförmigen Bund 24 des Radkranzes 8 gelangt, wobei der vorspringende Abschnitt 36 des Meinen Segments 27 im Innenumfang des großen Segments 27 liegt. Diese Position ist in strichpunktierten Linien in Fig. 2a dargestellt. Sodann schwenkt man das kleine Segment 28 unter Anlage an der Schnittlinie 24 des großen Segments 27 nach außen, bis seine Spitze den ringförmigen Bund 24 übergreift. Diese Stellung ist in durchgezogenen Linien wiedergegeben. Man erkennt aus Fig. 2a, daß bei dieser Bewegung die Bewegungsbahn 44 des vorspringenden Abschnitts 36 des kleinen Segments 28 an der Schnittlinie 35 des großen Segments 27 vorbeiläuft. Am Ende der Bewegung befinden sich die Segmente 27 und 28 in einer Stellung, wie sie in durchgezogenen Linien in Fig. 2b dargestellt Lsi. Es genügt nun, die Krcifl aufzuheben, die den vorderen Abschnitt 39 des großen Segments 27 nach innen zieht, woraufhin letzterer seine endgültige Stellung einnimmt, die in strichpunktierten Linien gezeigt ist. Um den Flansch 10 zu demontieren, geht man in umgekehrter Reihenfolge vor.

In Flg. 3a und 3b sind die Elemente, die ihrer Funktion nach mit denen in Flg. 2a bis 2c übereinstimmen, mit den gleichen Bezugsziffern, vermehrt um den Wert 100, versehen. BcI dieser Ausführungsform Ist die Schnittlinie 134 mit der Schnittlinie 34 vergleichbar, wobei die Schnittlinie 135 symmetrisch zur Schnittlinie 134 verläuft. Die Spitzen der abgeschrägten Abschnitte 138 und 139 sind gleichermaßen kegelstumpfförmlg ausgebildet, und dies gilt auch für die jeweils zu ihnen symmetrischen abgeschrägten Abschnitte 136 und 140. Darüber hinaus sind die Segmente 127 und !28 durch radiale Schlitze 54 eingekerbt, die gleichmäßig über den Umfang des Flansches 10 verteilt sind und letzterem eine größere Nachgiebigkeit verleihen. Um das das Verschlußstuck bildende kleinere Segment 128 aufzusetzen, zieht man mit Hilfe von Zangen die Enden, nämlich die Abschnitte 139 und 140 des großen Segments 127 nsch inner! !wie es !r. Fig. 3ü gezeigt Is!), wöbe! man das große Segment 127 in dem dem kleinen Segment 128 diametral gegenüberliegende Bereich festhält. Man setzt dann die Spitze des kleinen Segments 128 auf den ringförmigen Bund 24 des Radkranzes 8, wobei das kleine Segment 28 mit den Abschnitten 139 und 140 in Eingriff gelangt, wonach man ihn nach außen drückt. Als Variante kann man auch nur einen der Abschnitte 139 und 140 nach innen ziehen. Die Segmente 127 und 128 nehmen dann Ihre Endstellung ein, wenn man die Zugkraft aufhebt, die auf den einen oder beide der am Ende liegenden Abschnitte des großen Segments 127 einwirkt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ringförmiger Flansch für den Läufer einer axial durchströmten Strömungsmaschine jam Zusammenwirken mit einer Stirnfläche, insbesondere der stromab gelegenen Stirnfläche eines Radkranzes einer Scheibe oder Trommel, deren Innenumfang mit einem ringförmigen Bund zwischen der Stirnfläche und einer kreisförmigen Rille versehen iist, wobei der ringförmige Flansch einen U-Querschnltt mit ungleichen Schenkein aufweist, dessen Höhlung radial nach außen weist und dessen kurzer Schenkel einen in die kreisförmige Rille eingreifenden Bügel bildet, während dessen langer Schenkel eine Ringscheibe darstellt, die sich Ober die Länge der Stirnfläche bis zu den Schaufelplattformen erstreckt, wobei der ringförmige Flansch dementsprechend den ringförmigen Bund übergreift und wobei der ringförmige Flansch ein elastisch in se'ae Ebene verformbares Segment bildet, das sich Ober den Hauptteil des Umfangs erstreckt und in radialer Richtung elastisch auf dem Bund anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Umfangsendflachen (Schnittlinien 34, 35; 134, 13S) des Segments (27) ein mit dem gleichen Querschnitt wie das Segment (27) versehenes Verschlußsegment (28) unter elastischer Verformung des Segments (27) In seiner Ebene einsetzbar ist, und daß die formschlüssig ineinander eingreifenden Umfangsendflächen (Schnittlinien 34, 35; 134, 135) des Segments (27) und des Verschlußsegments (28) so gestaltet sind, daß das Verschlußsegment (28) durch das Segment (27) gegen tine radial nach Innen gerichtete Verschiebung verriegelt Ist.

2. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung zwischen dem Segment (27) und dem Verschlußsegment (28) an der einen Seite durch eine schräge Schnittlinie (34), die gegen den Innenumfang des kleineren Verschlußsegments (28) geneigt ist, und an der anderen Seite durch eine abgesetzte Schnittlinie (35) gebildet wird, welche am Verschlußsegment (28) einen vorspringenden äußeren Abschnitt (36) und einen zurückspringenden inneren Abschnitt (37) ausbildet, wobei die durch die schräge Schnittlinie (34) gebildeten abgeschrägten Abschnitte (38, 39) des Segments (27) und Verschlußsegments (28) an ihren Spitzen vorzugsweise eine Kegelstumpf-Form aufweisen.

3. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung zwischen dem Segment (127) und dem Verschlußsegment (128) an beiden Selten durch zueinander gegenläufig schräge Schnittlinien (134, 135) gebildet wird, welche gegen den Innenumfang des Verschlußsegments (128) geneigt sind, wobei der Flansch (10) insbesondere durch Schlitze (54) eingekerbt Ist, die seine Nachgiebigkeit erhöhen, und wobei die durch die schrägen Schnittlinien (134, 135) gebildeten abgeschrägten Abschnitte (136, 138, 139, 140) des Segments (127) und des Verschlußsegments (128) an ihren Spitzen Vorzugsweise eine Kegelstumpf-Form aufweisen.