DE3008890A1

DE3008890A1 - Beschaufelter rotor fuer ein gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3008890A1
Application number: DE19803008890
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: IT1130017B; JPS55123303A; GB2043797A; FR2451452A1; IT8020480A0

Description

Patentanwälte D'pl.-Ing. Curt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

v3 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

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

Datum: Ί- MärZ I980

Unser Zeichen: 16 8^9 -

Anmelder: Rolls-Royce Limited

65 Buckingham Gate
London SWlE 6AT
England

Bezeichnung: Beschaufelter Rotor für ein

Gasturbinentriebwerk

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

Beschaufelte Läufer für Gasturbinentriebwerke weisen normalerweise eine die Schaufeln tragende Scheibe auf, die mit Schaufelfußnuten am Umfang versehen ist, in die die Schaufelfüße der Schaufeln eingreifen.

Ein Problem, welches sich in Verbindung mit diesen Konstruktionen ergibt, basiert auf der Vibration der Schaufeln, was, wenn man diese nicht dämpft, zu einem Schaufelbruch oder zu anderen Störungen führen kann. Dieses Problem ist den meisten Typen von Rotorschaufeln gemeinsam, jedoch tritt das Problem insbesondere bei Schaufeln auf, die an der Schaufelspitze nicht mit einem Schaufelring versehen sind, oder ein den Strömungskanal nach außen begrenzendes Deckband tragen.

Um dieses Problem zu lösen, hat man Dämpfungsglieder benutzt. Eine übliche Form eines Dämpfungsgliedes besteht aus einem Gewicht oder Gewichten, die sich um einen gewissen Betrag radial bewegen können, damit sie unter der Oberfläche der Schaufelplattform angreifen können. Die bekannten Konstruktionen benötigen jedoch entweder völlig freie Gewichte, die daher unerwartete Ergebnisse zeitigen können, oder es war erforderlich, die Schaufeln zu teilen, wodurch die Wirkungen der Vibration der Schaufel in der Weise beeinflußt wurde, daß die Wirkung der Gewichte selbst weniger kräftig war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaufelvibration unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile zu dämpfen.

Die Erfindung geht aus von einem beschaufelten Rotor für ein

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Gasturbinentriebwerk mit einer Rotorscheibe, die am Umfang Schaufelfußnuten aufweist, in die die Schaufeln mit ihren Schaufelvüßen einschiebbar sind, wobei jede Schaufel eine Plattform aufweist, die an eine Plattform benachbarter Schaufeln anstößt, um eine Ringwand zu bilden, und wobei eine vordere und eine hintere ringförmige Anordnung von Segmentplatten an der Scheibe derart befestigt ist, daß sie gegen die vordere und rückwärtige Oberfläche des Scheibenumfangs anliegen. Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß bei einem derartigen beschaufelten Rotor dadurch, daß getrennte vordere und hintere Dämpfungsgewichte von den vorderen und hinteren Platten derart getragen werden, daß sie sich frei radial nach außen so weit bewegen können, daß sie reibungsschlUssig an den inneren Oberflächen der Plattformen angreifen können.

Vorzugsweise greifen die Dämpfungsgewichte an den Plattformen in der Nähe jener Stelle an, wo diese an die Plattformen benachbarter Schaufeln anstoßen. Auf diese Weise kann jedes Gewicht an zwei Plattformen angreifen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzen die Gewichte abgewinkelte äußere Oberflächen in Form eines flachen Keiles, der in entsprechend abgewinkelte Flächen auf der-inneren Oberfläche der Plattform angreift.

Die Platten, die die Gewichte tragen, können Dichtplatten sein, und sie können an der Rotorscheibe durch Nieten, Stifte oder ähnliche Befestigungsmittel festgelegt werden.

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

Pig. I eine teilweise aufgebrochene Ansicht eines
Gasturbinentriebwerks mit einem gemäß der
Erfindung ausgebildeten beschaufelten Rotor;

Fig. 2 einen Radialschnitt durch die Rotorscheibe
gemäß Fig. 1;

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

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

Figur 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk mit einem Gehäuse 10, in dem in Strömungsrichtung hintereinander ein Kompressor 11 eine Brennkammer 12 und eine Turbine 13 angeordnet sind. Das Gehäuse 10 bildet eine Schubdüse 14. Die Arbeitsweise des
Triebwerks ist die gleiche wie bei bekannten Triebwerken und wird daher nicht im einzelnen erläutert.

Das Gehäuse ist im Bereich der Turbine 13 aufgebrochen, um
den beschaufelten Rotor sichtbar werden zu lassen, der einen Teil des Turbinenrotors des Triebwerks bildet. Dieser Rotor weist eine Scheibe 15 auf, die eine Reihe von Turbinenschaufeln 16 trägt. Einzelheiten der Scheibe 15 und der Schaufeln 16 sind aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich.

Die Scheibe 15 ist am Umfang mit mehreren axial verlaufenden Schaufelfußnuten IJ versehen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schaufelfußnuten IJ mit Tannenbaum-

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profil gestaltet. In jede Nut IJ greift ein entsprechend gestalteter Schaufelfuß 1δ der Schaufel 16 ein. Der Schaufelfuß 18 trägt einen Schaft 19, der seinerseits eine Plattform 20 und das Schaufelblatt 22 trägt. Die Plattform 20 und das Schaufelblatt 22 sind für die aerodynamische Punktion der Schaufel bestimmend, und die Plattform 20 definiert die innere Begrenzung des Heißgasstromes durch diese Stufe, während die Schaufelblätter 22 Arbeit aus dem Heißgasstrom abziehen.

Natürlich müssen einige zusätzliche Bedingungen bei der Auslegung des Rotors in Betracht gezogen werden. So ist es erforderlich, daß ein Entweichen von heißen Gasen unter die Plattform 20 verhindert wird, damit diese nicht im Nebenstrom an den Schaufelblättern 22 vorbeiströmen. Da das Schaufelblatt 22 an der Spitze keine Strömungsbegrenzung aufweist, ist es außerdem erforderlich, eine gewisse Dämpfung für die Schaufel als Ganzes vorzusehen.

Um einen Leckstrom von Heißgasen zu verhindern, sind Dichtplatten 23 vorgesehen. Diese Dichtplatten werden an der rückwärtigen Seite der Scheibe 15 festgehalten, und sie erstrecken sich zwischen einer Nut 24 in der rückwärtigen Oberfläche der Scheibe und den Stirnseiten 25 der Plattformen 20. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Platten 23 segmentartig ausgebildet sind, und daß sie zusammen einen vollständigen Ring bilden.

Um die Platten 23 in ihrer Lage zu halten, ist jede Platte mit zwei kreisförmigen Vorsprüngen 26 versehen, an denen die Köpfe 27 von Hohlnieten 28 anliegen. Die Nieten 28 verlaufen jeweils durch eine der öffnungen 29, die durch den Umfangsabschnitt der Scheibe hindurchgebohrt sind, und jeweils zwischen zwei Tannenbaum-Nuten 17 liegen. Jede Niete 28 ist am anderen

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Ende ausgebreitet und an zylindrischen Vorsprüngen 30 abgestützt, die auf der Vorderseite der Platten 3I angeordnet sind. Aus Pig. 3 ist ersichtlich, daß die Platten 3I nicht als Dichtplatten wirken, da sie Ausschnitte haben, aber sie werden benutzt um Dämpfungsglieder zu tragen, die weiter unten beschrieben werden.

Die Platten 23 und 3I werden nur durch Eingriff der Nieten 28 am Umfang der Scheibe I5 gehalten. Es hat sich gezeigt, daß anstelle der allgemeinen Regel, wonach der Randbereich der Rotorscheibe hohen Belastungen ausgesetzt ist und deshalb nicht mit Löchern oder anderen, die Beanspruchung erhöhenden Ausbildungen versehen werden sollten, dieser Bereich zwischen den Schaufelfußnuten I7 nur relativ gering belastet ist und der Erfindung liegt weiter die Erkenntnis zugrunde, daß diese Löcher 29 nicht nur nicht die Beanspruchungen der Scheibe vergrößern, sondern im Gegenteil die Positionierung verbessern.

Wie erwähnt, ist es notwendig,daß eine gewisse Dämpfung für die Schaufeln vorgesehen wird. Zu diesem Zweck sind die Platten 23 und 3I mit zwei Haltestiften 32 und 33 versehen. Diese Haltestifte 32 und 33 sind einander identisch und weisen einen Kopf 34 auf, der an der Platte zu liegen kommt, während ein im Querschnitt quadratischer Schenkel 35 durch die Platte nach innen in den Raum zwischen den Schenkeln I9 einsteht. An jedem der quadratischen Abschnitte 35 ist ein entsprechendes Dämpfungsgewicht verankert. Jedes der Gewichte 36 weist einen Trägerabschnitt 37 auf, der im Querschnitt relativ dünn ist und einen mittleren radial verlaufenden Schlitz aufweist, in den der quadratische Abschnitt 35 einsteht, so daß das Gewicht radial frei verschoben werden kann und außerdem in geringem Maße in Umfangsrichtung versetzt werden kann, und schließlich eine gewisse Verärill-

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möglichkeit besitzt. Der äußere Abschnitt eines jeden Gewichtes 36 besitzt bei 38 einen größeren Querschnitt und ist am äußersten Ende mit zwei im Winkel zueinander angestellten Flächen 39 versehen, die einen flachen Keil bilden.

Jedes Gewicht 36 ist in Umfangsrichtung auf die Verbindung zwischen zwei Plattformen 20 ausgerichtet. Jede der Plattformen 20 weist benachbart zum Rand,der an die benachbarte Plattform anstößt, eine winkelige Fläche 40 auf, deren Winkel auf den Winkel der Fläche 39 des Dämpfungsgliedes 36 angepaßt ist.

Wenn sich der Rotor dreht, werden die Gewichte 36 nach außen gedrückt und greifen daher mit ihren Keilflächen 40 an den jeweiligen Plattformen 20 an. Jede Plattform 20 wird auf diese Weise der Wirkung von vier Gewichten ausgesetzt, von denen jeweils eines an jeder Ecke wirksam wird. Die Vibrationsbewegung der Schaufel, die zu einer Bewegung der Plattformen 20 führt, wird daher durch die Energie gedämpft, die in Wärme umgewandelt wird, wenn sich die Plattform relativ zu dem Dämpfungsgewicht 36 bewegt.

Die vorliegende Erfindung schafft demgemäß eine Möglichkeit, die Platten 23 und 3I direkt von der Scheibe I5 abzustützen. Diese Platten haben demgemäß keinerlei Wirkung auf die Vibrationscharakteristiken der Schaufel, und die volle Wirkung der Länge der Schenkel I9 bleibt betriebsmäßig erhalten, um die Wirkung der Dämpfungsglieder 36 zu maximieren. Die Platten 23 werden durch die Nieten 28 etwa auf ihrem mittleren Radius getragen. Das ist natürlich die beste Stelle, um sie zu haltern, damit die Gasbelastungen aufgefangen werden, die durch die Heißgase veranlaßt sind, die unter der Plattform 20 abzuströmen trachten.

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Es können zahlreiche Abwandlungen getroffen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die Hohlnieten 28 durch andere Befestigungsstifte oder sogar durch Schraubbolzen ersetzt werden, die dann wiederverwendbar sind. Die Platten 23 und 31 könnten ausgewechselt werden, oder sie könnten beide als vollständige Dichtplatten ausgebildet werden. Die Dämpfungsgewichte 36 können von den Platten 23 und 3I durch andere Mittel als die beschriebenen Stifte 32 gehaltert werden.

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ZUSAMMENFASSUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen beschaufelten Rotor 15 für ein Gasturbinentriebwerk mit Schaufelfußnuten I7 am Umfang, in die die Schaufeln 16 mit ihren Schaufelfüßen eingeschoben werden. Um Vibrationsbewegungen der Schaufeln zu dämpfen, greifen an der Unterseite der Schaufelblattformen 20 Dämpfungsgewichte 36 an, die von einer ringförmigen Anordnung von Platten 23, j51 getragen werden, welche direkt an der Rotorscheibe I5 festgelegt sind.

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Claims

Patentansprüche :

ίIy Beschaufelter Rotor für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Rotorscheibe, die Schaufelbefestigungsnuten am Umfang aufweist, in die die Schaufelfüße der Rotorschaufeln einschiebbar sind, welche jeweils eine Plattform aufweisen, die an die Plattform benachbarter Schaufeln anschließt, um eine Ringwand zu bilden, wobei vordere und hintere Segmentplatten an der Rotorscheibe derart befestigt sind, daß sie gegen die vordere und rückwärtige Oberfläche des Scheibenumfangs anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte vordere und hintere Dämpfungsgewichte (36) von den vorderen bzw. hinteren Platten (23, 3I) jeweils so getragen werden, daß sie sich radial nach außen genügend weit bewegen können, um reibungsschlüssig an inneren Oberflächen (40) der Plattformen (20) angreifen zu können.
2. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsgewichte (36) an den Plattformen (20) benachbart zu jener Stelle angreifen, wo diese an den Plattformen (20) benachbarter Schaufeln (16) anschließen.
3. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dämpfungsgewicht (36) an der Plattform (20) zweier benachbarter Schaufeln (16) angreift.

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4. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Plattform (20) eine angewinkelte innere Oberfläche (40) aufweist, und daß jedes Gewicht eine entsprechend angewinkelte Oberfläche (39) aufweist, die einen flachen Keil bildet und mit den angewinkelten Oberflächen (40) der Plattformen zusammenwirkt.
5. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dämpfungsgewicht (36) einen in Längsrichtung verlaufenden Schlitz aufweist, in den ein Vorsprung

(35) einer Platte (23, 3I) eingreift, um das Gewicht

(36) an der Platte (23,31) zu haltern.
6. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (23,31) an der Rotorscheibe (I5) durch Nieten, Stifte oder dergleichen 28 befestigt sind.

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