DE3008889A1

DE3008889A1 - Beschaufelter rotor fuer ein gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3008889A1
Application number: DE19803008889
Authority: DE
Inventors: Derick Alfred Perry
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1979-03-10
Filing date: 1980-03-07
Publication date: 1980-09-11
Also published as: FR2451451B1; GB2043796B; DE3008889C2; JPS55123302A; FR2451451A1; IT8020482A0; GB2043796A; US4343594A; IT1130019B

Description

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Patentanwälte Dipl -^;ng. Cu rt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

<3 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: J. War Z I98O

Unser Zeichen: l6 848 - K/Ap

Anmelder: Rolls-Royce Limited

Buckingham Gate
London SWlE 6AT
England

Titel: Beschaufelter Rotor für ein

Gasturbinentriebwerk

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Die Erfindung bezieht sich auf einen beschaufelten Rotor für ein Gasturbinentriebwerk.

Die beschaufelten Läufer für Gasturbinentriebwerke besitzen normalerweise die Schaufeln tragende Scheiben,und die Scheiben besitzen Schaufelfußnuten, die in ihren Umfang in Axialrichtung eingebracht sind und in die die Schaufelfüße jener Schaufeln eingeschoben werden, die von der Scheibe getragen werden. Es ist gewöhnlich erforderlich, einen Schaft für die Schaufeln vorzusehen, und dieser Schaft erstreckt sich zwischen dem Schaufelfuß und der Schaufelplattform, die die innere Begrenzung der Gasströmung durch die Rotorstufe bewirkt. Um einen Gasleckstrom durch die Zwischenräume zwischen den Schäften zu verhindern, ist ein Dichtplattenaufbau erforderlich. Derartige Dichtplattenaufbauten sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Ein übliches Verfahren zur Halterung der Platten besteht darin, Nuten auf der Scheibe und der Schaufelplattform anzubringen, und die Platten werden dann zwischen die gegenüberliegenden Nuten eingepaßt. Wenn jedoch die Größe der Schäfte und demgemäß die erforderliche Größe der Platten ansteigt ist es notwendig, die Platten zu verdicken, damit sie dem Gasdruck widerstehen können und dies führt zu einem unnötig schweren Aufbau.

Eine alternative Möglichkeit, die bereits vorgeschlagen wurde, liegt in der Benutzung eines Formeingriffs zwischen der Platte und der Scheibe, wodurch die Zentrifugalbelastungen auf die Platten übertragen werden, und es sind zusätzliche durchgehende Bolzen erforderlich, die die Platte gegen die Gasbelastungen schützen. Dieser Aufbau ist kompliziert und erfordert,daß die Platten mit genau bearbeiteten,an der Scheibe angreifenden Oberflächen versehen sind.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde,

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daß es möglich ist sämtliche Belastungen der Platten direkt in die Scheibe über Bolzen oder Niete oder ähnliche Rückhaltemittel zu übertragen, ohne in unzweckmäßiger Weise die Festigkeit der Scheibe zu beeinträchtigen.

Die Erfindung geht aus von einem beschaufelten Rotor für ein Gasturbinentriebwerk, der eine Rotorscheibe aufweist, welche axial verlaufende Schaufelfußnuten am Umfang besitzt, in die die Füße der Schaufeln eingeschoben sind, wobei wenigstens ein ringförmiger Aufbau von Dichtungsplatten vorgesehen ist, um eine Abdichtung zwischen den Schaufelplattformen und der Rotorscheibe zu gewährleisten. Gemäß der Erfindung wird bei einem solchen beschaufelten Rotor die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Platten gegen axiale, radiale und in Umfangsrichtung verlaufende Bewegung durch wenigstens ein Rückhalteglied gesichert sind, das durch die Platte und durch jenen Abschnitt des Umfangs der Rotorscheibe hindurch verläuft, der zwischen den Schaufelfußnuten liegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei ringförmige Plattenaufbauten vorgesehen, von denen nur eine Gruppe eine Abdichtwirkung durchführen muß. In diesem Falle stehen vorzugsweise die Rückhalteglieder durch beide Plattenaufbauten hindurch.

Die Rückhalteglieder können sich durch die Platten auf einem Radius erstrecken, der im wesentlichen in der Mitte zwischen dem inneren und äußeren Radius der Platte liegt.

Die Platten können auch benutzt werden, um andere Abschnitte des Rotoraufbaus, beispielsweise Dämpfungsglieder zu tragen.

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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen;

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einem beschaufelten Rotor gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Radialschnitt durch die Rotorscheibe gemäß Fig. 1 in größerem Maßstab;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles 4 gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk mit einem Gehäuse 10, in dem in Strömungsrichtung hintereinander ein Kompressor eine Brennkammer 12 und eine Turbine 13 angeordnet sind. Das Gehäuse 10 bildet eine Schubdüse 14. Die Arbeitsweise des Triebwerks ist die übliche und braucht daher nicht einzeln erläutert zu werden.

Das Gehäuse ist im Bereich der Turbine 13 aufgebrochen, um den beschaufelten Rotor erkennen zu lassen, der den Turbinenrotor des Triebwerks bildet. Dieser Rotor besteht aus einer Rotorscheibe 15, die eine Reihe von Turbinenschaufeln 16 trägt. Einzelheiten der Rotorscheibe 15 und der Schaufeln können aus Fig. 2 und 3 entnommen werden.

Die Rotorscheibe 15 ist an ihrem Umfang mit mehreren axial verlaufenden Haltenuten Ij versehen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Nuten 17 als Tannenbaum-Nuten

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ausgebildet. Ίχι Jeder Nut 17 ist ein entsprechend gestalteter Schaufelfuß 18 der Rotorschaufel 16 eingeschoben. Der Schaufelfuß 18 trägt einen Schaft 19, der seinerseits eine Plattform 20 und ein Schaufelblatt 22 trägt. Die Plattform 20 und das Schaufelblatt 22 sind für die aerodynamische Funktion der Schaufel maßgebend, und die Plattform 20 definiert die innere Begrenzung für die Heißgasströmung durch Jene Stufe, während die Schaufelblätter 22 Arbeit aus dem Heißgasstrom abziehen.

Natürlich müssen noch einige zusätzliche Bedingungen bei der Auslegung des Rotors in Betracht gezogen werden. So ist es erforderlich zu verhindern, daß die Heißgase unter die Plattform 20 gelangen, und so im Nebenschluß zu dem Schaufelblatt

22 vorbeiströmen. Da das Schaufelblatt 22 am radial äußeren Ende keine Begrenzung aufweist, ist es erforderlich eine gewisse Dämpfung für die Schaufel als Ganzes vorzusehen.

Um einen Leckstrom der Heißgase zu verhindern, sind Dichtungsplatten 23 vorgesehen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden diese Platten an der Rückseite der Scheibe 15 festgelegt, und sie erstrecken sich zwischen einer Nut 24 in der Rückfläche der Scheibe und den Stirnflächen 25 der Plattformen 20. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Platten

23 segmentförmig gestaltet sind, und daß sie zusammen einen vollständigen Ring bilden.

Um die Platten 24 an Ort und Stelle zu halten, ist jede Platte mit zwei kreisförmigen Ansätzen 26 versehen, in die die Köpfe 27 von zwei Hohlnieten 28 eingreifen. Die Nieten 28 verlaufen durch je eine Öffnung 29, die durch den Umfangsabschnitt der Scheibe gebohrt sind und zwischen jeweils zwei Tannenbaum-Nuten 17 liegen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist jedes Niet 28 am

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anderen Ende nach außen ausgebreitet und greift an zylindrischen Ansätzen 30 an, die an der Frontseite der Platten 3I angeordnet sind. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Platten 31 nicht als Dichtplatten wirken, da sie einen Ausschnitt besitzen, aber sie werden tatsächlich benutzt, um Dämpfungsmittel zu tragen, die weiter unten beschrieben werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Platten 23 und 31 nur durch Eingriff der Nieten 28 mit den Umfangsabschnitten der Scheibe I5 getragen werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es zweckmäßig ist, anstelle der allgemeinen Regel, die Randflächen der Ruderscheibe nicht mit Öffnungen oder anderen, die Beanspruchung erhöhenden Teilen zu versehen, weil diese hochbelastet ist, zwischen den Schlitzen 17 das Einbringen Bohrungen unschädlich ist, weil hier nur eine relativ geringe Belastung auftritt, und durch solche Löcher die Beanspruchungen der Scheibe nicht erhöht werden, sondern hierdurch die Position verbessert wird.

Wie erwähnt ist es auch notwenig, daß eine gewisse Dämpfung für die Schaufeln vorgesehen wird. Aus diesem Grunde ist jede der Platten 23 und 31 mit zwei Haltestiften 32 und 33 ausgestattet. Diese Haltestifte 32 und 33 sind einander identisch und weisen einen Kopfteil 24 auf, der mit einer entsprechenden Platte zusammenwirkt,und einen quadratischen Abschnitt 35,der nach innen in den Raum zwischen die Schäfte I9 einsteht. Auf jedem der quadratischen Abschnitte 35 ist formschlüssig ein entsprechendes Dämpfungsgewicht angeordnet.

Jedes Gewicht 36 weist einen Tragabschnitt 37 auf, der im Querschnitt relativ dünn ist und einen zentralen radial verlaufenden Schlitz besitzt, in den der quadratische Abschnitt 35 derart eingreift, daß das Gewicht in radialer Richtung im

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wesentlichen frei beweglich ist, wobei eine gewisse Beweglichkeit in Umfangsrichtung und in Verdrehungsrichtung gegeben ist. Der äußere Abschnitt eines jeden Gewichts 36 weist einen schwereren Abschnitt bei 38 auf, der am äußersten extremen Ende mit zwei im Winkel angestellten Flächen 39 versehen ist, die einen flachen Keil bilden.

Jedes der Gewichte 36 ist so angeordnet, daß es in Umfangsrichtung auf die Verbindung zwischen zwei Plattformen 20 ausgerichtet ist. Jede der Plattformen 20 besitzt benachbart zu ihrem Rand,der an der benachbarten Plattform anstößt, eine winkelige Fläche 40, deren Winkel mit dem Winkel der entsprechenden Stirnfläche 39 des Dämpfungsgewichtes 36 zusammenwirkt.

Wenn sich der Rotor dreht, dann werden die Gewichte 36 nach außen gedrückt und wirken mit den beiden Flächen 40 der benachbarten Plattformen 20 zusammen. Jede Plattform 20 wird der Wirkung von vier Gewichten ausgesetzt, und zwar der Wirkung je eines Gewichts an jeder Ecke. Die Vibrationsbewegung der Schaufel, die die Bewegung der Plattformen 20 reflektiert, wird daher durch die Energie gedämpft, die in Hitze umgewandelt wird, wenn die Plattform sich relativ zum Dämpfungsgewicht 36 bewegt.

Es ist daher ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung eine Möglichkeit schafft, mit der die Platten 23 und 31 direkt von der Scheibe I5 abgestützt werden können. Diese Platten haben demgemäß keine Wirkung auf die Vibrationscharakteristik der Schaufel, und die volle Wirkung der Länge des Schaftes I9 bewirkt eine Maximierung des Effektes der Dämpfungsglieder 36. Die Platten 23 werden von den Nieten 28 etwa auf ihrem mittleren Radius getragen. Dies ist ersichtlich die

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beste Lage, urn sie abzustützen und um die Gasbelastungen aufzunehmen, die durch den Heißgasstrom erzeugt werden, der versucht, unter die Plattform abzuströmen.

Es können gewisse Abwandlungen getroffen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die Hohlniete 28 durch andere Befestigungsstifte oder sogar durch Schraubbolzen ersetzt werden, die dann sogar wieder benutzt werden können. Die Platten 23 und 31 könnten ausgewechselt werden, oder sie könnten beide als vollständige Dichtungsplatten ausgebildet sein. Die Dämpfungsgewichte könnten von den Platten 23 und 31 auch über andere Mittel als über die beschriebenen Stifte 32 getragen werden.

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ZUSAMMENFASSUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen beschaufelten Rotor für ein Gasturbinentriebwerk, mit einer Rotorscheibe I5, die Schaufelfußnuten I7 im Umfang aufweist. Um die Räume zwischen den Plattformen 20 und der Scheibe I5 abzudichten, ist eine ringförmige Anordnung von Dichtplatten 23 vorgesehen. Diese Platten werden direkt von der Rotorscheibe durch eine Niete, einen Stift oder dergleichen in der Weise abgestützt, daß jede zusätzliche Belastung der Schaufeln selbst vermieden wird.

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Claims

Patentansprüche :

Beschaufelter Rotor für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Rotorscheibe, die axial verlaufende Schaufelfußnuten am Umfang aufweist, in die die Schaufelfüße der Rotorschaufeln eingreifen und mit wenigstens einem ringförmigen Aufbau von Dichtungsplatten, die eine Dichtung zwischen den Schaufelplattformen und der Scheibe bewirken, dadurch gekennze ichnet, daß jede Platte (23) gegen axiale, radiale und in Umfangsrichtung verlaufende Bewegung durch wenigstens ein Rückhalteglied (28) gesichert ist, das sich durch die Platte (23) und durch jenen Abschnitt des Umfangs der Scheibe 15 hindurch erstreckt, der zwischen den Schaufelfußnuten (I7) verläuft.
2. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Plattenaufbau (3I) durch die Rückhalteglieder (28) an die Stirnseite der Scheibe (I5) angedrückt wird, die den Dichtplatten(23) gegenüberliegt.
3. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhaltemittel aus Nieten (28) bestehen.

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4. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungsplatten (23) in eine Nut (24) eingreifen, die in der Scheibe (15) ausgebildet ist.
5. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte (23, 31) durch zwei Rückhalteglieder (28) festgehalten wird.
6. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte weitere Abschnitte (36) des Aufbaus des beschaufelten Rotors trägt.
7. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhaltefeder (28) an den Dichtplatten (23) an einer Stelle angreifen, die im wesentlichen in der Mitte zwischen ihrem inneren und äußeren Umfang liegt.

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