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Schaufelfußverriegelung mit geteilter Mutter
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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.
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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.
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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.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Schaufelsierungseinrichtung
zu schaffen, die eine einfache Montage und Dehmontage der Schaufeln der Rotorscheibe
gestattet.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand
aer folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt die Liicherungseinrichtung
gemäß der Erfindung im rnontierten Zustand in einer Rotorscheibe.
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Figur 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht und zeigt
die Sicherungseinrichtung gemäß Figur 1 zusammen rnit einen Teil einer Rotorscheibe.
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Figur 3 ist eine Querschnittsansicht und zeigt eine geteilte Mutter,
die in der Rotornut angeordnet ist.
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Figur 4 ist eine Querschnittsansicht aus Figur 1 nach einem Schnitt
entlang der Linie 5 - 5, wobei die Spannschraube nur teilweise eingesetzt ist.
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Figur 5 ist eine Querschnittsansicht wie Figur 4 und zeigt die vollständig
eingeführte Spannschraube.
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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.
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Die Rotorscheibe 11 weist in Umfangsrichtung beabstandete Schaufeln
22 und 24 auf, die auf ihrem Umfang angeordnet sind.
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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.
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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.
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In Figur 2 ist die letzte eingesetzte Schaufel 24 neben der kreisförmigen
Eingangsöffnung 36 und mit der Nut 16 fluchtend gezeigt.
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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.
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Alle Fußabschnitte 32 weisen gegenüberliegende Querflächen 35, 35t
auf, die sich über die schwalbenschwanzförmige Nut erstrecken.
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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.
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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.
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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'.
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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'.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In diesem Zustand füllt der Rand 66 die Unterschneidungen 58 und 58',
um die Gewindeabschnitte 56 und 56' zu überlappen.
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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.
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Die Lösung der Spannschraube 46 wird dadurch bewirkt, daß die Schraube
46 einfach in entgegengesetzter Richtung gedreht wird.
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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.