Schaufelfußverriegelung mit geteilter Mutter

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Verriegelungs-oder Sicherungseinrichtung in Form einer geteilter Mutter für eine Schaufel und insbesondere auf eine Sicherungseinrichtung zum Befestigen einer Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Schaufeln, die um den Umfang einer Rotorscheibe herum angeordnet sind.

Bei einem Axialstromverdichter wird bekanntlich eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Schaufeln um den Außenumfang einer Rotorscheibe herum angeordnet. Jede derartige Schaufel weist einen stromlinienförrnigen Abschnitt, der von dem Umfang der Rotorscheibe nach außen verläuft, und einen Fußabschnitt auf, der sich von dem Umfang der Rotorscheibe im wesentlichen radial nach innen erstreckt. Es ist weiterhin bekannt, die Schaufeln in radialer und axialer Richtung in den Rotor durch eine schwalbenschwanzförmige Nut um den Außenumfang des Rotors herum zu haltern. Die Schaufelfüße sind am radial inneren Ende verdickt, um nach außen verlaufende Schultern zu bilden, die an den nach innen gerichteten Flächen der schwalbenschwanzförmigen Nut anliegen. Die Schaufelfüße werden üblicherweise dadurch in die schwalbenschwanzförmige Nut eingeführt, daß die Schaufelfüße durch einen engen Eingangsschlitz, der an einem oder mehreren diskreten Punkten um den Scheibenumfang herum eingeschnitten ist, eingesetzt wird, und dann die Schaufeln innerhalb der schwalbenschwanzförmigen Nut in ihre entsprechenden Positionen geschoben werden. Es müssen Mittel vorgesehen sein, um die Schaufeln in ihrer Umfangs stellung auf dem Umfang der Rotorscheibe zu sichern bzw. zu verriegeln. Die Sicherungseinrichtung muß der Umfangskomponente der aerodynamischen Belastung widerstehen, die während des Betriebes des Verdichters entwickelt wird. Gleichzeitig muß die Sicherungseinrichtung eine Montage und Demontage der Schaufelteile an der Rotorscheibe mit relativer Leichtigkeit gestatten.

Die in der US-PS 3 721 506 beschriebene Sicherungseinrichtung stellt einen wesentlichen Fortschritt in der Technik dar. Es wurde jedoch gefunden, daß bei einer Anwendung in einem Gasturbinentriebwerk verschiedene Komponenten der bekannten Sicherungseinrichtung sich aufgrund der Vibrationen in dem Triebwerk lösten. Die vorliegende Erfindung ist auf eine Verbesserung der bekannten Einrichtung gerichtet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Schaufelsierungseinrichtung zu schaffen, die eine einfache Montage und Dehmontage der Schaufeln der Rotorscheibe gestattet.

Die Sicherungseinrichtung soll die Schaufel so sicher haltern bzw. verriegeln, daß Schwingungen bzw. Vibrationen während des Triebwerksbetriebes keine unerwünschte Lockerung oder Beseitigung der Einrichtung bewirken.

Erfindungsgemäß wird eine eine geteilte Mutter aufweisende Verriegelungs- bzw. Sicherungseinrichtung für eine Befestigung in einer Nut geschaffen, wobei die geteilte Mutter eine Hülse mit zwei bogenförmigen Segmenten aufweist, die jeweils Gewindeabschnitte aufweisen, die durch eine kleinere Durchmesserstrecke zwischen den Spitzen gegenüberliegender Gewindegänge auf jedem der Segmente voneinander beabstandet sind. Die geteilte Mutter enthält ferner eine Unterschneidung neben den Gewindeabschnitten, wobei die Unterschneidung einen größeren Durchmesser hat als der vorstehend genannte kleinere Durchmesser. Eine Spannschraube weist einen verformbaren Abschnitt auf, der in einem ersten Betriebszustand einen ersten Durchmesser besitzt, der kleiner als der kleinere Durchmesser ist. Der verformbare Abschnitt ist auf einen zweiten Durchmesser verformbar, der dann größer als der kleinere Durchmesser ist.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand aer folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt die Liicherungseinrichtung gemäß der Erfindung im rnontierten Zustand in einer Rotorscheibe.

Figur 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht und zeigt die Sicherungseinrichtung gemäß Figur 1 zusammen rnit einen Teil einer Rotorscheibe.

Figur 3 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine geteilte Mutter, die in der Rotornut angeordnet ist.

Figur 4 ist eine Querschnittsansicht aus Figur 1 nach einem Schnitt entlang der Linie 5 - 5, wobei die Spannschraube nur teilweise eingesetzt ist.

Figur 5 ist eine Querschnittsansicht wie Figur 4 und zeigt die vollständig eingeführte Spannschraube.

Figur 1 zeigt einen Teil von einem Rotor 1b, wie er üblicherweise in einem Axialstromverdichter enthalten ist, der einen Teil eines Gasturbinentriebwerkes bilden kann. Der Rotor 10 ist mit einer Rotorscheibe 11 gezeigt, die axial beabstandete, gegenüberliegende Stirnflächen 12 und 14 aufweist, die beide im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Rotors verlaufen.

Die Rotorscheibe 11 weist in Umfangsrichtung beabstandete Schaufeln 22 und 24 auf, die auf ihrem Umfang angeordnet sind.

Die Schaufeln 24 sind bezüglich der Sicherungsrichtung Endschaufeln, die besonders angepaßt sind, um clie eine geteilte Mutter aufweisende Schaufelsicherungseinrichtung aufzunehmen, j je insgesamt mit der Bezugszahl 37 versehen ist und die im folgenden noch näher erläutert wird. Jede Schaufel 22, 24 enthält einen stromlinienförmigen Abschnitt 2t, über den eine Gasströmung für deren Verdichtung in üblicher Weise geleitet werden kann. Die Schaufeln 22, 211 enthalten ferner Plattformabschnitte 28, 30, von denen die schwalbenschwanzförmigen Fußabschnitte 32 im wesentlichen radial nach innen ausgehen. Die Plattformabschnitte 28 und 30 erstrecken sich im allgemeinen über die Fußabschnitte 32 hinaus. Die Schaufeln 22, 24 sind in radialer und axialer Richtung durch eine in Umfangsrichtung verlaufende schwalbenschwanzförmige Nut 16 gehalten, die sich um den Außenumfang der Rotors scheibe 11 herum erstreckt. Die schwalbenschwanzförmige Nut 16 enthält zwei Seitenwände 18, die unterschnitten sind, uni nach innen gerichtete Anschlagflächen 20 zu bilden. Jeder schwaiberjschwanzförmige Fußabschnitt 32 ist an seinen radial inneren Ende verdickt, um nach außen ragende Schultern 34 zu bilden, die an den nach innen gerichteten Flächen 20 der schwalbenschwanzförmigen Nut anliegen, um dadurch die Schaufeln bei Zentrifugalbelastung in radialer Richtung festzulegen.

Gemäß Figur 2 enthält die in Umfangsrichtung verlaufende schwalbenschwanzförmige flut 16 einen kreisförmigen Eingangssehlitz 3b, um das Einsetzen der einzelnen SchauSelfußabschnitte 32 in die schwalbenschwanzförmige Nut 16 zu gestatten. Jeder Schaufelfußabschnitt 32 wird einzeln durch die kreisförmige Durchgangsöffnung 36 eingesetzt, um mit den gegenüberliegenden Oberflächeri der schwalbenschwanzförmigen Nut 16 in Eingriff zu kommen. Nach dem Einführen wird jede Schaufel 22 in Umfangsrichtung um die Nut 16 herum geschoben, bis der Plattformabschnitt an denjenigen der benachbarten Schaufel anliegt und alle eingesetzten Schaufeln im Umfangsrichtung die schwalbenschwanzförmige Nut füllen. Die letzten zwei einzusetzenden Schaufeln sind die Endschaufeln 24.

In Figur 2 ist die letzte eingesetzte Schaufel 24 neben der kreisförmigen Eingangsöffnung 36 und mit der Nut 16 fluchtend gezeigt.

Es wird deutlich, daß die kreisförmige Eingangsöffnung 36 einen genügend großen Radius hat, damit der einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschrlitt aufweisende Fußabschnitt 32 der Endschaufel 24 eingesetzt werden kann. Die Fußabschnitte der üblichen Schaufeln 22 sind die gleichen wie die Fußabschnitte der Endschaufeln 24 und sind in gleicher Weise in die Eingangsöffnung eingesetzt, um mit der schwalbenschwanzförmigen Nut in Eingriff zu stehen.

Alle Fußabschnitte 32 weisen gegenüberliegende Querflächen 35, 35t auf, die sich über die schwalbenschwanzförmige Nut erstrecken.

Die gegenüberliegendai Querflächen 35, 35' liegen im allgemeinen in der Schnittebene von einem Rotorradius mit der mittleren Drehachse und sie verlaufen senkrecht zu den Seitenwänden 18 der in Umfangsrichtung verlaufenden schwalbenschwanzförmigen Nut 16.

Die gegenüberliegenden Querflächen 35, 351 sind jedoch nicht auf eine bestimmte Ebene beschränkt und können in Relation zu den Seitenwänden 18 der Nut 16 auch geneigt sein.

Die eine geteilte Mutter aufweisende Sicherungseinrichtung gemäß Figur 2 weist eine geteilte Mutter 38 und eine Imbusschraube 46 auf. Aus noch näher zu beschreibenden Gründen ist am Boden der Eingangsöffnung 36 eine schützende Unterlegscheibe 36 angeordnet. Die geteilte Mutter 38 weist eine geteilte Hülse 39 mit zwei bogenförmigen Segmenten 40, 40' auf. Die außenseitigen Oberflächen 41, 41 ' der bogenförmigen Segmente 40, 40' sind auf entsprechende Weise ausgebildet, um mit den innenseitigen Oberflächen der kreisförmigen Eingangsöffnung 36 in Eingriff zu kommen. Die bogenförmigen Segmente 40, 40' der geteilten Hülse 39 weisen auf entsprechende Weise Flanschteile 43, 43' auf. Die Flanschansätze 43, 43 besitzen nach außen ragende Schultern 44, 44 t für einen Eingriff mit den nach innen gerichteten Anlageflächen 20 der Seitenwände 18 der schwalbenschwanzförmigen Nuten 16. Die Enden der Flanschansätze 43, 43' arbeiten zusammen zur Bildung von geteilten quer verlaufenden Anlageflächen 54, 54'.

Die bogenförmigen Segmente 40, 40' enthalten innere vergrößerte Aussparungen oder Unterschneidungen 58, 58', die auf entsprechende Weise unmittelbar benachbart zu dem Innengewindeabschnitt 56, 56' angeordnet sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erstrecken sich die Unterschneidungen 58, 58' auf die gleiche Tiefe wie der größere Gewindedurchmesser in dem Innenabschnitt 56, 56'.

Die bogenförmigen Segmente 40, 40' enthalten Innengewindeabschnitte 56, 56', die mit dem Außengewinde 57 der Spannschraube 46 in Schraubeingriff kommen. Die Spannschraube 46 weist einen konisch geformten, verformbaren Abschnitt 60 auf, der an dem einen Ende von dem Gewindeabschnitt 57 ausgeht. In dem verformbaren Abschnitt 60 ist ein Entlastungsschlitz 62 angeordnet, um die Verformung des Abschnittes 60 in einer noch zu beschreibenden Weise zu unterstützen. Der Abschnitt 60 weist ferner eine im allgemeinen konische Oberfläche 64 auf, die am Außenrand 66 von dem Gewindeabschnitt 56 entfernt endet.

In Figur 3 sind die Gewindeabschnitte 56 und 56' zueinander ausgerichtet gezeigt und weisen einen kleineren Durchmesser a und einen größeren Durchmesser "b" auf. Der kleinere Durchmesser "a" ist der Durchmesser über den Gewindeabschnitten 56 und 56' an den Spitzen der Gewindezähne, während der größere Durchmesser "b" der Durchmessen über den Gewindeabschnitten 56 und 56' an den Tälern der Gewindezähne ist. Zusätzlich ist die Unterschneidung 58 in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einem Durchmesser gezeigt, der größer als der kleinere Durchmesser "a" und im wesentlichen gleich dem größeren Durchmesser b ist.

Der verformbare Abschnitt 60 weist im unverformten Zustand am Rand 66 einen Durchmesser auf, der etwas kleiner als der kleinere Durchmesser "a" ist. In diesem Zustand kann die Spannschraube 46 zwischen den Segmenten 40 und 40' eingeschraubt werden, ohne daß ein Eingriff zwischen dem Rand 66 und den Gewindeabschnitten 56 und 56' der geteilten Hülse 39 erfolgt.

Um die Schaufeln in der Befestigungsposition auf dem Umfang der Rotorscheibe 11 zu sichern, nachdem alle Schaufeln in die Nut eingesetzt worden sind, wird die geteilte Mutter 38 in den Bereich der kreisförmigen Eingangsöffnung 36 und in die schwalbenschwanzförmige Nut 16 derart eingesetzt, daß die Außenflächen 41, 41' der bogenförmigen Segmente der geteilten Mutter 39 an den Innenflächen der kreisförmigen Eingangsöffnung anliegen, und jede nach außen ragende Schulter 44, 44' greift an einer entsprechenden, nach innen gerichteten Anlagefläche 20 der Nut 16 an. Die geteilten, quer verlaufenden Anlageflächen 35, 35' greifen an entsprechenden Querflächen 35, 35' der Fußabschnitte 32 der Endschaufeln 24 an. Die geteilten Hälften der Mutter 38 werden auseinandergedrückt und in einer Anlage- und Eingriff stellung mit der schwalbenschwanzförmigen Nut 16 gehalten, inder die Imbus-Spannschraube 46 eingesetzt wird, :lie mit der geteilten Butter 38 in Eingriff kommt.

Es werden nun anhand der Figuren 4 und 5 die 7elbstsicherungsmerkmale erläutert. Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht der Spannschraube 46, die teilweise zwischen die geteilten Hälften der Mutter 38 eingesetzt ist. In dieser Stellung ist lie Spannschraube 46 so weit eingesetzt, daß der Rand 6 6 an an einer verformbaren Unterlegscheibe 33 anliegt, di- verhindert, daß de Rand 66 der Spannschraube 46 den Boden der schwalbenschwanzförmigen Nut 16 verkrazt, wenn die Spannschraube 46 gedreht wird.

Weiterhin ist gemäß Figur 4 der konische verformbare Abschnitt 60 in einem ersten der unverformten Zustand angeordnet, wobei der Durchmesser des Randes 66 etwas kleiner als der kleinere Durchmesser "a" der Gewindeabschnitte 5b und 56' ist. Infolgedessen kommt während des Einsetzens der Rand 66 nicht mit den Innengewinden 56 und 56' oder der geteilten Mutter 38 in Eingriff.

Gemäß Figur 5 bewirkt ein weiteres Anziehen der Spannschraube 46, daß sich der Rand abschnitt 66 leicht bewegt und mit der Unterlegscheibe 33 in Eingriff kot. Dieses Festziehen bewirkt, daß sich der verformbare Abschnitt 60 spreizt, wobei der Durchmesser des Randes 66 sich zu einem zweiten Durchmesser vergrößert, der größer als der kleinere Durchmesser "a" ist.

In diesem Zustand füllt der Rand 66 die Unterschneidungen 58 und 58', um die Gewindeabschnitte 56 und 56' zu überlappen.

Auf diese Weise ist die Spannschraube 46 durch den Eingriff des Randes 66 mit den Gewindeabschnitten 56 und 56' an einem unerwünschten Austritt gehindert der anderenfalls durch Vibration während des Triebwerksbetriebes hervorgerufen werden könnte.

Die Lösung der Spannschraube 46 wird dadurch bewirkt, daß die Schraube 46 einfach in entgegengesetzter Richtung gedreht wird.

Das auf die Spannschraube ausgeübte Drehmoment bewirkt, daß sich die Gewindeabschnitte 56 und 56' in den Randabschnitt 66 schneiden, um darauf Außengewinde bilden, wodurch die Spannschraube 66 leicht herausgedreht werden kann.