DE3033768A1

DE3033768A1 - Laeuferbaugruppe

Info

Publication number: DE3033768A1
Application number: DE19803033768
Authority: DE
Inventors: Wilho Victor Palm Beach Fla. Aho jun.; Donald Robert Lake Park Fla. Trenschel
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1980-09-08
Publication date: 1981-04-09
Also published as: GB2058945B; GB2058945A; FR2466610A1; IL61021A; US4344740A; SE8006408L; JPS5654904A; IL61021A0

Description

patentanwälte
Menges & Prahl

Zugelassene Vertreter vor dem Europaischen Patentamt >jUo J / OO

Professional representatives before the European Patent Office

Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5

•V-

Patentanwälte Menges & Prahl, Erhardtstr 12. D-8000 München 5 Dipl.-lng Rolf Menges

Dipl.-Chem.Dr Horst Prahl

Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

IhrZeichen/Yourref.

Unser Zeichen/Ourref. U 715

Datum/Date 8.9.1980

UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

Läuferbaugruppe

Die Erfindung bezieht sich auf umlaufende Maschinen und betrifft insbesondere Seitenplatten von beschaufelten Läuferbaugruppen.

Die Konzepte wurden auf dem Gebiet der Gasturbinentriebwerke zur besonderen Verwendung in den Turbinenabschnitten von solchen Triebwerken entwickelt, haben aber breitere Anwendungsmöglichkeiten bei anderen Arten von umlaufenden Maschinen.

Repräsentative Turbinenkonstruktionen, bei denen Seitenplatten des hier angesprochenen allgemeinen Typs benutzt werden, sind aus den ÜS-PSen 3 096 074 und 4 019 833 bekannt. Bei den in diesen Patentschriften beschriebenen Triebwerken erstrecken sich mehrere Laufschaufeln von einer sie tragenden

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Scheibe aus nach außen über einen Strömungsweg für Arbeitsmediumgase. Jede Schaufel hat einen Wurzelabschnitt, der die Tragscheibe in einem im wesentlichen axialen Schlitz mit komplexer Geometrie erfaßt. Ein kleiner Spalt an der Grenzfläche zwischen dem Wurzelabschnitt und der Schaufel und der Scheibe ist vorgesehen, um den Einbau der Schaufel in den Scheibenschlitz zu ermöglichen. In einer laufenden Maschine wird die Schaufel durch Zentrifugalkräfte innerhalb des Schlitzes nach außen zu einem Haltepunkt gedrängt. Unerwünschterweise wird der Spalt an der Grenzfläche groß genug, um das Hindurchlecken von Mediumgasen zu gestatten, was mit einer sich daraus ergebenden Verschlechterung der Triebwerksleistungsfähigkeit verbunden ist. Scheibenseitenplatten sind herkömmlicherweise vorgesehen, um die Grenzflächen zwischen den Schaufeln und der Scheibe zu bedecken, damit dieses Lecken verhindert wird. Die Seitenplatten erfüllen die zusätzliche Funktion des axialen Festhaltens der Wurzelabschnitte der Schaufeln in den entsprechenden Schlitzen.

Bei beiden aus den vorgenannten Patentschriften bekannten Gebilden werden einstückige Seitenplatten verwendet. Verschiedene Verschlußvorsprünge halten die Seitenplatten an der Läuferscheibe. Trotz der Verfügbarkeit von Gebilden des obigen Typs werden Verbesserungen der Seitenplatten und der entsprechenden Befestigungsgebilde ständig gesucht.

Gemäß der Erfindung hat eine einstückige Seitenplatte einer Läuferbaugruppe mehrere Ansätze, die sich in axiale Preßberührung mit einer entsprechenden Anzahl von Scheibenansätzen erstrecken, um die Seitenplatte fest an der Scheibe zu halten, ohne daß herkömmliche Durchgangsschrauben oder -nieten benutzt werden.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist der die Wurzel bedeckende Teil der Seitenplatte, der elastisch gegen die Rotorscheibe verformbar ist, um eine Relativdrehung der Seiten-

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platte in bezug auf die Scheibenansätze beim Zusammenbau zu ermöglichen. Die Scheibenansätze haben jeweils eine Fläche, die der Mittelebene der Scheibe axial zugewandt ist. Die Seitenplattenansätze haben jeweils eine nach außen weisende Fläche, die durch Drehen in eine Linie mit der Fläche des entsprechenden Scheibenansatzes gebracht werden kann. Im zusammengebauten Zustand sind die einander gegenüberliegenden Flächen der Schaufel- und Scheibenansätze in Preßberührung. In wenigstens einer Ausführungsform durchdringen ein oder mehrere Stifte die Scheiben- und Schaufelansätze, um eine Relativdrehung der Scheibe und der Seitenplatte im vollständig zusammengebauten Zustand auszuschließen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung berührt ein Klemmring die Scheibenansätze, um eine Relativdrehung der Scheiben und der Seitenplatte auszuschließen. Das äußere Gebiet des Deckteils der Seitenplatte berührt im zusammengebauten Zustand die entsprechende Seitenwand der Scheibe. Das innere Gebiet des Deckteils der Seitenplatte ist im zusammengebauten Zustand mit Abstand von der Seitenwand der Scheibe angeordnet. In wenigstens einer Ausführungsform ist die entsprechende Seitenwand der Scheibe nach innen konisch, um den erforderlichen Abstand zwischen der Scheibe und dem inneren Gebiet des Deckteils der Seitenplatte zu schaffen.

Ein Hauptvorteil von Rotorbaugruppen nach der Erfindung ist die Vermeidung von Schrauben oder Nieten zum Befestigen der Seitenplatten an der Scheibe. Die Seitenplatte wird durch Gegeneinanderpressung der Scheiben- und der Seitenplattenansätze fest an der Seitenwand der Scheibe gehalten. Der Abstand des inneren Gebietes des Seitenplattendeckteils von der Seitenwand der Läuferscheibe ermöglicht eine Verformung der Seitenplatte und eine Relativdrehung derselben in bezug auf die Scheibenansätze beim Zusammenbau. Die Verformung des Deckteils der Seitenplatte beim Zusammenbau liegt innerhalb der Elastizitätgrenzen des Seitenplattenmaterials, so daß die axialen Flächen des Scheibenansatzes und des entsprechenden Seitenplattenansatzes nach dem Aufhören des auf

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die Seitenplatte ausgeübten Einbaudruckes aneinander gepreßt sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine vereinfachte Vorderansicht eines

Teils einer Läuferbaugruppe, wobei örtliche Gebiete einer Schaufeldeckseitenplatte weggebrochen sind, um die Befestigung der Laufschaufeln an der Läuferscheibe sichtbar zu machen,

Fig. 2 eine Querschnittansicht durch die Läufer

baugruppe, die eine an die Rotorscheibe angebaute Seitenplatte zeigt,

die Fig. 3A- 3C in vereinfachter schematischer Form die

Schritte des Anbauens der Seitenplatte an die Läuferscheibe und

Fig. 4 eine vereinfachte perspektivische An

sicht eines Teils der Läuferbaugruppe, die ein anderes Verriegelungsgebilde zum Ausschließen einer Relativdrehung der Seitenplatte und der Scheibe zeigt.

Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Baugruppe ist in dem Turbinenabschnitt eines Gasturbinentriebwerks von hohem Nutzen. Die Konzepte werden zwar unter Bezugnahme auf eine solche Turbinenausführungsform derselben beschrieben, die Konzepte haben jedoch einen breiteren Anwendungsbereich bei umlaufenden Maschinen allgemein.

Die in Fig. 1 gezeigte Läuferbaugruppe 10 besteht aus einer

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Läuferscheibe 12, die mehrere Schaufelbefestigungsschlitze 14 in gegenseitigem ümfangsabstand auf ihrem Umfang 16 hat. Mehrere Laufschaufeln 18, deren Anzahl mit der Anzahl der Befestigungsschlitze übereinstimmt, erstrecken sich von der Scheibe nach außen. Jede Laufschaufel hat einen Wurzelabschnitt 20, der in einen entsprechenden Schlitz 14 einfaßt, und einen Plattformabschnitt 22. Die Plattformabschnitte sind, wie dargestellt, mit äußerem Abstand von dem Umfang der Scheibe durch verlängerte Halsgebiete 24 der Schaufeln angeordnet. In einem Turbinenabschnitt sind die Laufschaufeln im allgemeinen kühlbar und enthalten Hohlräume 26. Kühlluft wird den Hohlräumen über Kanäle 28 zugeführt, die sich durch die Wurzelteile und die verlängerten Halsteile der Schaufeln erstrecken. Eine Kühlluftzufuhrkammer 30 ist am Grund jedes Befestigungsschlitzes zwischen dem Schaufelwurzelabschnitt und der Scheibe gebildet.

Eine einstückige Seitenplatte 32 bedeckt die Grenzflächen zwischen den Schaufelwurzeln und der Scheibe sowie die Zwischenräume 36 zwischen benachbarten Schaufeln unterhalb der Schaufelplattformen. Die Seitenplatte ist an der Scheibe in einer Art Bajonettverbindung federbelastet. Jede Seitenplatte hat mehrere sich nach innen erstreckende Ansätze 38. Jeder Ansatz 38 hat eine in axiale Richtung weisende Fläche 40. Die Scheibe hat einen sich quer erstreckenden zylindrischen Arm 41 und mehrere Ansätze 42, die sich von dem Arm aus nach außen erstrecken und deren Anzahl gleich der Anzahl der Seitenplattenansätze ist. Jeder Scheibenansatz hat eine in axiale Richtung weisende Fläche 44, die der Fläche 40 des entsprechenden Seitenplattenansatzes gegenüberliegt. In der gezeigten Ausführungsform durchdringt eine Verriegelungsvorrichtung, wie beispielsweise der Stift oder Niet 46, die Scheiben- und Seitenplattenansätze, um eine Relativdrehung zwischen diesen zu verhindern. Es hat sich gezeigt, daß vier derartige Stifte für die meisten Ausführungsformen ausreichend sind, obgleich, wie weiter unten erläutert, einige Ausführungsformen derartige Stifte zur Ver-

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hinderung einer Relativdrehung nicht benötigen. Dichtungsringe 48 und 50 erstrecken sich quer zu der Seitenplatte und sorgen gemeinsam mit benachbarten Bauteilen der Maschine für eine Abdichtung. Die Seitenplatte hat außerdem Löcher 52 für die Zufuhr von Kühlluft zu jeder der Kammern 30.

Ein Teil der Läuferbaugruppe ist in Fig. 2 im Querschnitt gezeigt. Die Scheibe 12, die Seitenplatte 32 und eine der Schaufeln 18 sind zu erkennen. Ein ringförmiges Bauteil 54 der Triebwerksleitradbaugruppe erstreckt sich zwischen den Dichtungsringen 48 und 50 der Läuferbaugruppe. Eine ähnlich aufgebaute Seitenplatte 32A ist auf der entgegengesetzten Seite der Scheibe dargestellt. Die Läuferscheibe hat eine axiale Mittelebene A. Die in axiale Richtung weisenden Flächen 44 der Ansätze 42 sind der Mittelebene zugewandt. Die Scheibe hat weiter eine zylindrische Fläche 56 an einer einwärts der Befestigungsschlxtze 14 gelegenen Stelle, die radial nach innen weist. Eine Seitenfläche 58 ist im Querschnitt von der Mittelebene der Scheibe weg am Umfang konisch. Demgemäß hat der die Wurzel überdeckende Teil 60 der Seitenplatte in ihrem radial inneren Gebiet 62 Abstand von der Scheibe. Das radial äußere Gebiet 64 liegt an der konischen Seitenfläche der Scheibe und an den Laufschaufelwurzeln an. Statt dessen kann die Scheibe 12 mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Rippe auf der Seitenfläche an dem Umfang versehen sein, damit das innere Gebiet 62 der Seitenplatte Abstand von der Seitenfläche der Scheibe aufweist, oder die Seitenplatte selbst kann mit derartigem Profil versehen sein, daß sich eine entsprechende Geometrie ergibt.

Dia S'5it5c~li.rr= ZZ hs.~ v=it.=r -=.1τ>=η ΐ.ιπζΓΓ.£ί.1 €€„ "welcr^r eine radial nach außen weisende zylindrische Fläche 68 aufweist. Im zusammengebauten Zustand sind die nach außen weisende Fläche 68 der Seitenplatte und die nach innen weisende Fläche 56 der Scheibe in gegenseitiger Preß-

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berührung. Radiale Haltekräfte können durch die Scheibe auf die Seitenplatte an der Fläche 56 ausgeübt werden. Ebenso sind in dem zusammengebauten Zustand die einander gegenüberliegenden Flächen der Scheibe 44 und der Ansätze 42 in sich gegenseitiger Preßberührung (interference engagement) und halten so die Seitenplatte axial an der Scheibe, ohne daß durch die Scheibe hindurchgehende Schrauben oder Nieten benutzt werden.

Eine Technik zum Einbauen der Seitenplatte 32 wird durch den beschriebenen Aufbau ermöglicht und ist in den schematischen Reihenansichten in den Fig. 3A, 3B und 3C dargestellt. Die Seitenplatte 32 wird radikal abgekühlt, um den Durchmesser der ümfangsflache 68 auf einen Durchmesser zu verkleinern, der kleiner als der Durchmesser der Flächen 56 ist. Die Seitenplatte wird an der Scheibe so angesetzt, wie es in Fig. 3A gezeigt ist. Eine Querkraft F, die auf die Seitenplatte ausgeübt wird, verursacht eine elastische Verformung der Seitenplatte gegen die Scheibe, wie es in Fig. 3B gezeigt ist. In dieser Stellung sind die Scheibenansätze und die Seitenplattenansätze nicht in gegenseitiger Berührung und die Seitenplatte ist drehbar, um die Flächen 44 der Scheibe und die Flächen 40 der Seitenplatte umfangsmäßig in Deckung zu bringen. Die Kraft F wird beseitigt und der Seitenplatte wird gestattet, zu einer Temperatur im Gleichgewicht mit der der Läuferscheibe zurückzukehren. Im Gleichgewicht sind die Umfangsflächen 56 und 68 ebenso wie die axialen Flächen 40 und 44 in Preßberührung, d.h. jeweils gegeneinander gepreßt.

In einigen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, an den Scheibenansätzen Stifte hinzuzufügen, die eine Relativdrehung verhindern. In anderen Ausführungsformen kann die Reibung des Preßsitzes zwischen der Seitenplatte und der Scheibe ausreichen, um eine Drehung im Betrieb des Triebwerkes, in welches die Läuferbaugruppe eingebaut ist, zu verhindern. Eine

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weitere Technik, die geeignet ist, um eine Relativdrehung auszuschließen, ist in der perspektivischen Ansicht von Teilen der Läuferscheibe 12 und der Seitenplatte 32 in Fig. 4 dargestellt. In dieser Ausführungsform hat der Arm 41 einen sich nach innen erstreckenden Flansch 70. Ein Arretierring 72 mit mehreren Ansätzen 74, deren Anzahl gleich der Anzahl der Scheibenansätze 42 ist, ist an dem Flansch 70 mittels Befestigungselementen, wie den Nieten 76, befestigt. Die Ansätze 74 des Arretierringes greifen zwischen die Ansätze 42 der Scheibe und die Ansätze 38 der Seitenplatte, um eine Relativdrehung der Bauteile zu verhindern.

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Claims

Patentansprüche :

1 .J Läuferbaugruppe mit einer Lauferscheibe und mehreren Laufschaufeln, die sich von ihr aus nach außen erstrecken, wobei die Schaufeln jeweils einen Wurzelabschnitt haben, der in einen entsprechenden Schlitz an dem Umfang der Scheibe einfaßt,

gekennzeichnet durch eine einstückige Seitenplatte (32), die die Schlitze (14) und die in die Schlitze einfassenden Wurzelabschnitte (20) bedeckt und mehrere sich nach innen erstreckende Ansätze (38) hat, welche jeweils eine nach außen weisende Fläche (40) aufweisen, und

durch mehrere Ansätze (42), deren Anzahl der Anzahl der Seitenplattenansätze entspricht und die jeweils eine nach innen weisende Fläche (44) in Preßberührung mit einer der nach außen weisenden Seitenplattenansatzflachen haben und die Seitenplatte fest an der Scheibe (12) halten, wobei die Seitenplatte elastisch gegen die Scheibe verformbar ist, damit die Scheiben- und Seitenplattenansätze in die Preßberührung gebracht werden können.

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2. Läuferbaugruppe mit einer um eine axiale Mittelebene gebildeten Läuferscheibe und mit mehreren Befestigungsschlitzen, die in gegenseitigem ümfangsabstand auf dem Umfang der Läuferscheibe angeordnet sind,

gekennzeichnet durch eine Seitenwand (58) in dem Gebiet der Befestigungsschlitze (14), die von der Mittelebene (A) weg an dem Umfang (16) der Scheibe (12) konisch ist, durch eine radial nach innen weisende, zylindrische Fläche (56) an einer Stelle radial einwärts der Seitenfläche und der Befestigungsschlitze,

durch einen zylindrischen Arm (41), der sich quer zu der Scheibe an einer Stelle einwärts der nach innen weisenden, zylindrischen Fläche erstreckt und mehrere sich radial nach außen erstreckende Ansätze (42) hat, von denen jeder eine der Mittelebene (A) zugewandte axiale Fläche aufweist, durch mehrere Laufschaufeln (18) in gleicher Anzahl wie die Befestigungsschlitze, wobei sich eine Schaufel von jedem Befestigungsschlitz aus nach außen erstreckt und eine Wurzel (20) in Eingriff mit dem Schlitz hat, und

durch eine einstückige Seitenplatte (32) , die die in gegenseitigem Eingriff befindlichen Befestigungsschlitze und Schaufelwurzeln auf einer Seite der Scheibe bedeckt, mit einem Ringteil (66) , der eine radial nach außen weisende, zylindrische Fläche (68) in Preßberührung mit der nach innen weisenden, zylindrischen Fläche der Scheibe hat, mehreren in gegenseitigem Ümfangsabstand angeordneten Ansätzen(38) in gleicher Anzahl wie die Scheibenansätze, die sich von dem Ringteil radial nach innen erstrecken und jeweils eine in axiale Richtung weisende Fläche (40) in Preßberührung mit der in axiale Richtung weisenden Fläche (44) des entsprechenden Scheibenansatzes haben, und einem Deckteil (60), der eine der Scheibe gegenüberliegende Fläche hat, die in dem radial inneren Gebiet (62) derselben Abstand von der entsprechenden konischen Seitenfläche (58) der Scheibe aufweist,

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um eine Verformung des Deckteils gegen die entsprechende Seitenfläche beim Inberührungbringen der Seitenplattenansatze mit den Scheibenansätzen 'zu gestatten.
3. Läuferbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine formschlüssige Verriegelungsvorrichtung (46, 72) zum Verhindern einer Relativdrehung zwischen der Seitenplatte (32) und der Scheibe (12).
4. Läuferbaugruppe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Arretierring (72), der an dem zylindrischen Arm (41) befestigt ist und mehrere sich nach außen erstreckende Ansätze (74) hat, die sich zwischen benachbarten Seitenplattenansätzen (38) erstrecken, um die Relativdrehung zwischen der Seitenplatte (32) und der Scheibe (12) zu verhindern.
5. Läuferbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung zum Verhindern der Relativdrehung wenigstens einen otift (46) aufweist, der einen der Scheibenansätze (42) und den entsprechenden Seitenplattenansatz (38) durchdringt.

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