DE3305880A1

DE3305880A1 - Befestigungsanordnung fuer turbinenschaufeln

Info

Publication number: DE3305880A1
Application number: DE19833305880
Authority: DE
Inventors: Bruno Gustav Cincinnati Ohio Lampsat; Jack Lee Mitchell Ky. Readnour; Robert Howard Roth
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1983-02-19
Publication date: 1983-09-15
Also published as: IT8319761A1; GB2115883A; JPH0425408B2; IT1171062B; DE3305880C2; FR2522362B1; FR2522362A1; GB8300213D0; JPS58165503A; GB2115883B; IT8319761A0

Description

9O45-13DV-7814

Beschreibung Befestigungsanordnung für Turbinenschaufeln

Die Erfindung bezieht sich auf Turbomaschinen und insbesondere auf eine Schaufelbefestigungsanordnung in einem Gasturbinentriebwerk.

Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist besonders brauchbar in Verbindung mit einem Gasturbinentriebwerk mit Schaufeln, wie beispielsweise Bläserauslaß-Führungsschaufeln und Statorschaufeln. Beispielsweise weisen Statorschaufeln jeweils üblicherweise eine integrale bzw. einstückige Befestigungsplatte an ihrem radial äußeren Ende auf, die an einem zylindrischen Statorgehäuse durch Halteringe oder durch mehrere Befestigungsbolzen befestigt ist. Die Schaufeln können Fußabschnitte mit komplexen Formen aufweisen, wie beispielsweise Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuße, die in komplementär geformte Nuten in einen inneren Statorstützring passen. Schaufeln mit integralen Plattformen und speziell geformten Füßen sind für wesentlich erachtet worden, um eine genaue Ausrichtung und sichere Halterung der Schaufeln in dem Statorgehäuse sicherzustellen.

Weiterhin werden moderne Flugzeug-Turbinentriebwerke kürzer in der Länge, was eine engere Beabstandung der Bläserschaufeln, der Statorschaufeln und der Rahmenkomponenten erfordert. Die daraus resultierende große Nähe und die daraus resultierende aerodynamische Wechselwirkung zwischen den Bläserschaufeln, den Statorschaufeln, wie beispielsweise Auslaß-Führungsschaufeln, und dem Bläserrahmen erfordert mehr als eine Schaufelart in jeder Schaufelreihe, um die gewünschte Luftströmung zu erzielen. Beispielsweise können einzelne Schaufeln der Auslaß-Führungsschaufelreihe verschiedene Schaufelquerschnitte und

Steigung, d.h. unterschiedliche Anstellwinkel in Bezug auf die radiale Achse der Turbine, aufweisen, um die aerodynamische Leistungsfähigkeit zu vergrößern.

Die Verwendung der vorstehend beschriebenen ungleichförmigen Schaufeln in einer Turbomaschine und deren große Nähe zu benachbarten Triebwerkskomponenten hat eine im allgemeinen komplexere Befestigungsanordnung erfordert, um für die Montage und Demontage der einzelnen Schaufeln zu sorgen. Eine derartige Befestigungsanordnung kann viele Teile und eine genaue Fertigung erfordern und vergrößert dadurch die Komplexität und Kosten der Fertigung und Montage. Um beispielsweise das Gewicht zu vermindern, werden die Befestigungsteile der Anordnung relativ klein gemacht und es werden zusätzliche Zwischenflügel-Befestigungsteile zwischen benachbarten Sdi aufelenden angeordnet, um eine im wesentlichen nicht unterbrochene, äußere Strömungsoberfläche auszubilden für eine glatte Strömung der Gase.

Zusätzlich werden Turbomaschinenschaufeln einer Zwangserregung bei ihren Exgenschwingungsfrequenzen ausgesetzt, die unerwünscht hohe Schaufelbeanspruchungen zur Folge haben. Diese Schaufelbeanspruchungen sind von größerer Bedeutung, wenn die Schaufelteile aus zusammengesetzen Materialien gebildet sind. Insbesondere vergrößern die in eine Richtung wirkenden Festigkeitscharakteristiken von Fasern in einer aus zusammengesetzten Materialien gebildeten Schaufel die Komplexität bei der Ausbildung üblicher integraler Ummantelungen , entweder an den Enden oder an einer Teillänge, um die Schaufel zu befestigen und Schaufelschwingungen aufzunehmen, wie es bei homogenen Metallschaufeln getan wird.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte Anordnung zu schaffen zum Befestigen von Schaufeln in einer genauen Ausrichtung und mit einer sicheren Halterung in einer Turbomaschine. Dabei soll die

Schaufelbefestigungsanordnung auch zum Befestigen von Schaufeln geeignet sein, die aus zusammengesetzten Materialien gebildet sind. Hierbei soll eine selektive Montage und Demontage der einzelnen Schaufeln möglich sein. Ferner soll die Schaufelbefestigungsanordnung die Schaufeln elastisch haltern und deren Schwingungen dämpfen. Die Schaufelbefestigungsanordnung soll mehrere kombinierte Befestigungs- und Zwischenschaufel-Profilteile aufweisen, die einen Mantel mit einer im wesentlichen nicht unterbrochenen Strömungsgrenzfläche aufweisen, um eine glatte Strömung der Gase zu gestatten. Dabei soll die Schaufelbefestigungsanordnung leicht und aus wenigen Teilen aufgebaut sein.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Anordnung zum Befestigen der Enden von mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten und radial verlaufenden Schaufeln geschaffen, die mehrere Befestigungsprofile aufweisen, die die Enden der Schaufeln aufnehmen und abstützen. Jedes Befestigungsprofil weist einen mittleren Ansatzteil· mit wenigstens einer radial verlaufenden Vertiefung auf, die in dessen radial gerichteter Oberfläche ausgebildet ist und die einen elastomeren Schuh enthalten kann zum Aufnehmen eines Endes von einer der Schaufeln. Das Befestigungsprofil enthält weiter integrale erste und zweite Flansche, die sich von gegenüberliegenden Seiten des Ansatzteils in Umfangsrichtung nach außen erstrecken und neben ersten bzw. zweiten Flanschen von benachbarten Befestigungsprofilen angeordnet sind. Befestigungsmittel verbinden die ersten und zweiten Flansche von benachbarten Befestigungsprofilen, um einen im wesentlichen kontinuierlichen, ringförmigen Mantel zu bilden.

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

Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht von einer Bläseranordnung und einem Auslaß-Führungsschaufelteil von ■■ einem Gasturbinentriebwerk mit einem Ausführungs-

beispiel der Erfindung.

Fig. 2 ist eine perspektivische Teilansicht von einer Sehauf elbef es'tigungsanordnung, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist.

Fig. 3 ist eine Teilschnittansicht im wesentlichen ent- : i lang der Linie 3-3 in Fig. 1.

Fig;. 4 ist eine Teilschnittansicht im wesentlichen entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 und stellt eine Schaufelbefestigungsanordnung dar, die gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist.

In Fig. 1 ist ein Bläserabschnitt von einem AxialStrömungs-Gasturbinentriebwerk 10 mit hohem Bypass-Verhältnis dargestellt. Das Gasturbinen- oder Turbofan-Triebwerk 10 enthält einen Bläserabschnitt, der in einem im wesentlichen zylindrischen Statoraußengehäuse 12 eingeschlossen ist. Die Bläseranordnung umfaßt eine Bläserschaufelreihe, die mehrere in ümfangsrichtung beabstandete und sich radial erstreckende Bläserschaufeln 11 umfaßt. Die radial inneren Enden der Bläserschaufeln 11 sind in geeigneter Weise mit einer umlaufenden Welle 13 verbunden.

Stromabwärts von den Bläserschaufeln 11 ist eine Auslaß-Führungsschaufelreihe angeordnet, die mehrere in ümfangsrichtung beabstandete und sich radial erstreckende Auslaß-Führungsschaufeln 14 aufweist. Obwohl die Schaufeln 14 aus Aluminium und anderen Metallen hergestellt sein können, werden leichte zusammengesetzte Materialien hoher Festigkeit bevorzugt. Insbesondere können die zusammengesetzten Materialien hochfeste Fasern, beispielsweise Bor- oder Graphitfasern umfassen, die in einer homogenen Matrix, wie beispielsweise einem Kunstharz, eingebettet sind.

Jede Auslaß-Führungsschaufel 14 weist ein radial inneres Ende oder einen Spitzenabschnitt 15 und ein radial äußeres Ende oder einen Fußabschnitt 16 auf. Obwohl die Auslaß-Führungsschaufeln 14 Spitzenabschnitte 15 und Fußabschnitte 16 mit komplexen Formen aufweisen können, wie es bei bekannten Schaufeln der Fall ist, enthält eine verbesserte Schaufelbefestigungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ebenen Enden versehene Schaufeln

Genauer gesagt, weist jede Schaufel 14 einen langgestreckten Teil mit einfach geformten, vorzugsweise stromlinienförmig geformten Spitzen- und Fußabschnitten 15 bzw. 16 auf, wie es insbesondere auf der Schaufel 14c in Fig. 2 gezeigt ist. Alternativ und als Beispiel können der Spitzenabschnitt 15 und der Fußabschnitt 16 andere Formen besitzen, beispielsweise können sie rechtwinklig sein. Die Spitzen 15 und Füße

16 der Schaufeln 14 sind elastisch an der inneren Oberfläche des Statorgehäuses 12 bzw. an einem inneren Stützmantel angebracht, der in dem Triebwerk 10 in geeigneter Weise befestigt ist, wie es im folgenden noch beschrieben wird.

Das Statorgehäuse 12 weist ein stromaufwärtiges Ende, das einen ringförmigen Bläsereinlaß 18 bildet, und einen Zwischenabschnitt auf, der um den Innenmantel 17 koaxial beabstandet ist und zusammen mit diesem einen ringförmigen Bypass-Kanal oder einen Strömungskanal 19 bildet. In dem Bypass-Kanal 19 angeordnet und an dem Statorgehäuse 12 und dem Innenmantel

17 befestigt sind mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Streben- oder Rahmenteile 20. Im Betrieb wird Umgebungsluft durch den Bläsereinlaß 18 des stromaufwartigen Endes des Statorgehäuses 12 eingezogen und durch die Bläserschaufeln 11 beschleunigt, wobei ein Teil der Luft zwischen und um die Auslaß-Führungsschaufeln 14 und durch den Bypass-Kanal 19 strömt. Zur Erhöhung der aerodynamischen Leistungsfähigkeit der durch den Bypass-Kanal 19 strömenden Luft sind die Auslaß-Führungsschaufeln 14 in ungleichförmigen Winkelstellungen in Bezug zueinander angeordnet.

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Genauer gesagt, kann die Winkelstellung der Schaufeln 14 in Bezug auf entsprechende radiale, hindurchführende Triebwerksachsen und in Bezug auf die Luftströmungslinien der durch den Bypass-Kanal 19 strömenden Bläserluft von Schaufel zu Schaufel verändert sein. Ohne die vorliegende Erfindung erfordert eine derartige Ungleichförmigkeit der Winkelstellung der Schaufeln 14 eine ungleichförmige Befestigungsanordnung für jede Schaufel 14.

Weiterhin ist es wünschenswert, daß jede Schaufel 14 einfach und selektiv einbaubar und aus ihrer Stellung zwischen dem Statorgehäuse 12 und dem Innenmantel 14 ausbaubar ist. Die relativ große Nähe der Bläserschaufeln 11, der Auslaß-Führungsschaufeln 14 und der Rahmenteile 20 bildet eine

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kleine Fläche, um die Schaufeln in ihre und/ihrer Position zu bringen, und vergrößert demzufolge die Schwierigkeiten, eine derartige zugängliche Schaufelanordnung zu schaffen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Schaufelbefestigungsanordnung geschaffen, die den vorstehend beschriebenen Erfordernissen genügt und auch zusätzliche Vorteile bei ihrer Benutzung schafft, wie es im folgenden beschrieben wird.

Fig. 2 und 3 stellen eine Schaufelbefestigungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung genauer dar. Eine Schaufelbefestigungsanordnung mit mehreren bogenförmigen Befestigungsprofilen, die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, verbindet benachbarte Auslaß-Führungsschaufeln 14 und das Statorgehäuse 12.

Die Befestigungsprofile können in komplementären Paaren angeordnet sein, die ein erstes, radial inneres Befestigungsprofil 21 und ein zweites, radial äußeres Befestigungsprofil 22 umfassen. Die Befestigungsprofile 21 und 22 weisen jeweils einen mittleren Ansatz bzw. Vorsprung 23 mit entgegengesetzt radial verlaufenden ersten und zweiten Enden und wenigstens einer langgestreckten Vertiefung 24 auf, die in dem ersten.

radial inneren Ende angeordnet ist. Die Vertiefung 24 erstreckt sich vorzugsweise im wesentlichen radial, d.h. senkrecht nach innen von der unteren oder inneren Oberfläche des Vorsprungs 23 und im wesentlichen parallel zu einer radialen Triebwerksachse. Die Vertiefung 24 erstreckt sich, wie es insbesondere in Verbindung mit dem Befestigungsprofil 21 der Schaufel 14c gezeigt ist, longitudinal in dem Vorsprung 23 und im allgemeinen parallel zu der Mittellängslinie des Triebwerks und sie bildet einen Schacht, der im allgemeinen der Querschnittsform eines Tragflügelprofils zur Aufnahme des Fußes 16 der Schaufel 14c entspricht.

Das erste Befestigungsprofil 21 weist ferner erste und zweite vorspringende Ränder oder Flansche 25 bzw. 26 auf, die in Umfangsrichtung nach außen ragen von gegenüberliegenden Seiten von im wesentlichen dem radial nach innen gerichteten oder unteren Abschnitt des Vorsprungs 23. Die Flansche 25 und 26 und der Vorsprung 23 bilden im allgemeinen ein umgekehrtes, T-ähnliches Lateralprofil, wenn man entlang der Längsmittellinie des Triebwerkes blickt, wobei jeder Flansch 2 5 und 26 ein Element von einem Überlappungs-Verbindungspaar bildet. Der erste Flansch 25, der zweite Flansch 26 und der Vorsprung 23 arbeiten zusammen zur Bildung eines vorzugsweise bogenförmigen Befestigungsprofils mit einer kontinuierlichen konkaven, radial nach innen gerichteten,unteren oder inneren Oberfläche 27. Es könnte jedoch auch ein geeignetes nicht bogenförmiges Befestigungsprofil verwendet werden.

Die Flansche 25 und 26 des Befestigungsprofils 21 sind relativ dünn in der radialen oder Querausdehnung, um das Gewicht des Befestigungsprofils zu vermindern. Om für eine angemessene strukturelle Festigkeit zu sorgen, erstrecken sich mehrere integrale Verstärkungsanschlüsse 28 von den oberen Flächen der ersten und zweiten Flansche 25 und 26 und von den Seiten des Vorsprungs 23. Die Anschlüsse 28 bilden dazwischen mehrere im wesentlichen dreieckige, das Gewicht vermindernde Taschen 29.

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Auf gegenüberliegenden Seiten des Vorsprungs 23 und integral mit den ersten und zweiten Flanschen 2 5 und 26 sind Befestigungsansätze 30 bzw, 31 symmetrisch angeordnet, um Befestigungsbolzen aufzunehmen. Die Befestigungsansätze 30 und 31 weisen darin ausgebildete quer oder radial verlaufende öffnungen auf, die geeignete Buchsen enthalten können und Befestigungsbolzen aufnehmen. Die öffnungen in den Ansätzen 30 und 31 haben Achsen_, diezusammen mit der radialen Achse der Vertiefung sich vorzugsweise an einem im wesentlichen gemeinsamen Punkt auf der Mittellinie des Triebwerks schneiden. Die Befestigungsansätze 30 und 31 sind quer in den Flanschen 25 und 26 angeordnet und können sich von der unteren Oberfläche 27 des ersten Befestigungsprofils 21 auf etwa der Hälfte der Querdicke des Vorsprungs 23 nach oben erstrecken, wie es insbesondere in Fig. 3 gezeigt ist.

Das zweite Befestigungsprofil 22 ist im allgemeinen ähnlich aufgebaut wie das erste Befestigungsprofil 21 .Es enthält jedoch erste und zweite vorspringende Ränder oder Flansche 32 bzw. 33, die sich von gegenüberliegenden Seiten des im wesentlichen radial nach außen gerichteten oder oberen Abschnitts des Vorsprungs 23 in Umfangsrichtung nach außen erstrecken. Die ersten und zweiten Flansche 32 und 33 und der Vorsprung 23 bilden im allgemeinen ein T-ähnliches Lateralprofil, wenn man entlang der Längsmittellinie des Triebwerks blickt. Jeder der ersten und zweiten Flansche 32 und 33 der zweiten .Befestigungsprofile 22 überlappt in radialer Rich-. tung die zweiten und ersten Flansche 26 bzw. 25 von benachbarten ersten Befestigungsprofilen 21 und bildet das zweite Element des Überlappungsverbindungspaars.

Der erste Flansch 32, der zweite Flansch 33 und der Vorsprung 23 arbeiten zusammen, um ein vorzugsweise bogenförmiges Befestigungsprofil mit einer konkaven, radial nach innen gerichteten inneren oder unteren Oberfläche 34 zu bilden. Es kann jedoch auch ein geeignetes nicht-bogenförmiges Befestigungsprofil verwendet werden. Die Flansche 32 und 33 sind auch relativ dünn in der radialen oder Querrichtung, um das Gewicht

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des Befestigungsprofils zu vermindern. Mehrere integrale Verstarkungsansatze 35 gehen von den oberen Oberflächen der ersten und zweiten Flansche 32 und 33 und von den Seiten des Vorsprungs 23 aus. Die Ansätze 35 bilden dazwischen mehrere im wesentlichen dreieckförmige, das Gewicht vermindernde Taschen 36.

Auf gegenüberliegenden Seiten des Vorsprungs 23 und integral mit den ersten und zweiten Flanschen 32 und 33 sind Befestigungsansätze 37 bzw. 38 symmetrisch angeordnet, um Befestigungsbolzen aufzunehmen. Die Befestigungsansätze 37 und 38 weisen quer oder radial verlaufende öffnungen auf, die ebenfalls geeignete Buchsen zur Aufnahme von Befestigungsbolzen enthalten können und Achsen aufweisen, die zusammen mit der radialen Achse der Vertiefung 24 sich vorzugsweise im wesentlichen an einem gemeinsamen Punkt auf der Längsmittellinie des Triebwerks schneiden. Die Befestigungsansätze 37 und 38 sind quer in den Flanschen 3 2 und 33 angeordnet und können sich von der oberen oder radial äußeren Oberfläche des zweiten Befestigungsprofils 22 auf etwa der Hälfte der Querdicke des Vorsprungs 23 nach oben erstrecken, wie es insbesondere in Fig. 3 gezeigt ist.

Obwohl die Füße 16 der Schaufeln 14 direkt in den Vertiefungen 24 der Befestigungsprofile 21 und 22 starr befestigt sein können, ist es vorzuziehen, daß die Befestigungsprofile 21 und 22 weiterhin gummiartige Aufnahmemittel aufweisen, wie beispielsweise einen elastischen Schuh oder einen geschlossenen Bodeneinsatz 39 in den Vertiefungen 24 zur elastischen Halterung der Füße 16 der Schaufeln 14. Auf diese Weise können die Befestigungsprofile strukturell stabil ausgebildet sein, um irgendwelche Lasten aufzunehmen, die von den Schaufeln 14 auf sie einwirken; der elastomere Schuh 39 sorgt für eine strukturell weiche, federnde Befestigung, die irgendwelche Schwingungen der Schaufeln 14 zusätzlich dämpfen kann.

Geeignete Materialien für die Schuhe 39 können beispielsweise Polyesterurethan umfassen. Jedoch wird ein fluorhaltiges Elastomer, wie es beispielsweise unter dem Handelsnamen Viton von der Firma DuPont im Handel erhältlich ist, vorgezogen, da sich dessen Materialeigenschaften bei den erhöhten Temperaturen, die im Betrieb auftreten, nicht merklich verschlechtern.

Die Befestigungsprofile 21 und 22 können aus Metallen, wie beispielsweise Aluminium, oder im Druckguß hergestellt sein unter Verwendung von Polysulfonen oder Polyamid-Imid, wie es beispielsweise unter dem Handelsnamen Torion von der Firma Amoco Chemicals Corp. im Handel erhältlich ist. Jedoch wird ein ausgeformtes Befestigungsprofil, das ein durch zerhackte

. enthalt,

Graphitfasern verstärktes Polyamid (Handelsname Nylon)/ bevorzugt, da es für eine relativ hohe strukturelle Festigkeit bei vermindertem Gewicht sorgt.

Die Durchführungen bzw. Buchsen in den Befestigungsansätzen 30, 31, 37 und 38 können entweder strukturell harte oder weiche Materialien enthalten, um die Befestigungsprofile 21 bzw. 22 entweder starr oder elastisch zu haltern. Jedoch wird für Befestigungsprofile 21 und 22, die Nicht-Metalle enthalten, wie beispielsweise durch zerhackte Graphitfasern verstärktes Polyamid (Handelsname Nylon), eine Metallbuchse, wie beispielsweise Aluminium, bevorzugt.

Die Vertiefungen 24 können genügend groß gemacht werden, um eine Familie von Schaufelfüßen 16 mit verschiedenen Querschnittsformen und Winkelstellungen aufzunehmen. Auf diese Weise können die ersten und zweiten Befestigungsprofile 21 und 22 jeweils einen gleichförmigen Aufbau besitzen^ und nur die Schuhe 39 werden individuell angepaßt, um mit den verschiedenen Schaufelfüßen 16 übereinzustimmen. Die Schuhe 39 können auf einfache Weise individuell ausgeformt werden, um die verschiedenen Füße 16 in den Vertiefungen 24 der Befestigungsprofile aufzunehmen.

Ein entsprechendes Befestigungsprofil 21 oder 22, ein Schuh

39 und eine Schaufel 14 bilden eine Montageeinheit, die montiert werden kann und ein Klebemittel, wie beispielsweise Epoxid, kann verwendet werden, um den Schuh 39 mit dem Fuß 16 der Schaufel 14 zu verbinden und in die Vertiefung 24 einzufügen. Alternativ kann der Fuß 16 der Schaufel 14 in der Vertiefung 24 eines entsprechenden Befestigungsprofils 21 oder 22 angeordnet werden und der Schuh 39 kann an Ort und Stelle ausgeformt und ausgehärtet werden, wobei das Material des Schuhs 39 als das Klebemittel zum Verbinden des Schuhes mit dem Fuß 16 der Schaufel 14 und mit den Wänden der Vertiefung 24 dient.

Um die Auslaß-Führungsschaufeln 14 in dem Turbonfan-Triebwerk 10 zu montieren, werden die Füße 16 der Schaufeln 14 in die entsprechenden ersten und zweiten Befestigungsprofile eingebaut, wie es vorstehend beschrieben wurde. Wie es insbesondere in Fig. 2 und in Verbindung mit der auseinandergezogenen Schaufel 14c beschrieben ist, wird eine Schaufel 14 mit einem daran befestigten ersten Befestigungsprofil· 21 in der Turbine 10 angeordnet, wobei die Spitze 15 in einem elastomeren Schuh

40 angeordnet wird. Der Schuh 40 weist einen ähnlichen Aufbau und eine ähnliche Zusammensetzung wie der Schuh 39 auf und enthält eine Vertiefung, die komplementär geformt ist, um die Spitze 15 fest aufzunehmen. Jeder Schuh 40 ist in geeigneter Weise in einer entsprechenden der mehreren, radial verlaufenden Schlitze 41 in dem Innenmantel 17 befestigt. Dann kann eine Schaufel 14 mit einem zweiten Befestigungsprofil 22, das an deren Fuß 16 befestigt ist, wobei in Fig. 2 eine Schaufel 14d in einer Zwischenstellung zwischen der eingebauten und der ausgebauten Stellung gezeigt ist, in der Turbine 10 angeordnet werden, wobei die Spitze 15 in einem nicht-gezeigten Schuh in dem Schlitz 41 in dem Innenmantel 17 angeordnet wird.

Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, werden rohrförmige Abstandshalter 42 zwischen der oberen Oberfläche der zweiten Befestigungsprofile 22 und dem Statorgehäuse 12 angeordnet und mit den öffnungen in den Befestigungsansätzen 3? und 38

der ersten und zweiten Flansche 32 bzw. 33 und mit Öffnungen 43 ausgerichtet, die durch das Statorgehäuse 12 hindurchführen, wobei alle Elemente und Öffnungen vorzugsweise entlang entsprechenden gemeinsamen radialen Achsen ausgerichtet

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Die ersten Befestigungsprofile 21 werden gegen die inneren Oberflächen der zweiten Befestigungsprofile 22 angeordnet, so daß die ersten und zweiten Flansche von benachbarten Befestigungsprofilen sich radial überlappen. Genauer gesagt, werden die äußeren Oberflächen der Ansätze 30 und 31 der ersten Befestigungsprofile 21 gegen die inneren Oberflächen der zweiten und ersten Flansche 33 und 32 von den benachbarten zweiten Befestigungsprofilen 22 angeordnet und bilden dort Überlappungsverbindungen.

Befestigungsbolzen 44 führen durch entsprechende erste und zweite Flansche von benachbarten Befestigungsprofilen und durch Abstandshalter 42 und Öffnungen 43 in dem Statorgehäuse 12 hindurch und sind auf geeignete Weise, beispielsweise durch eine Mutter, an dem Statorgehäuse 12 befestigt. Die Köpfe der Bolzen 44 sind auf geeignete Weise in den Innenflächen der Ansatz 30 und 31 der ersten Befestigungsprofile 21 vertieft angeordnet. Obwohl jedes Befestigungsprofil durch zwei Bolzen bzw. Schrauben gehalten ist, haltern die Bolzen zusätzlich benachbarte Befestigungsprofile, was zu einer wirksamen Befestigungsanordnung führt, die effektiv nur einen Bolzen pro Befestigungsprofil erfordert.

Wenn die Befestigungsprofile 21 und 22 miteinander montiert sind, ist die überlappungsverbindungsanordnung ihrer ersten und zweiten Flansche wirksam zur Lieferung eines im wesentlichen kontinuierlichen und segmentierten zylindrischen Außenjnantels, der die Schaufeln 14 verbindet. Weiterhin sind die Innenflächen 27 und 34 der ersten und zweiten Befestigungsprofile 21 bzw. 22 in Umfangsrichtung ausgerichtet auf einem gemeinsamen Radius von der Längsinittellinie des Triebwerks

und sie bilden eine im wesentlichen ununterbrochene und aerodynamisch glatte, gerade, zylindrische Strömungsbahn oder Profiloberfläche. Eine derartige Profiloberfläche vermindert die Leckage der Luftströmung radial außen zwischen den Schaufeln 14 und gestattet die glatte Strömung von Gasen in axialer Richtung.

Wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt ist, wird die Herausnahme einer einzelnen Schaufel 14 aus der Auslaß-Führungsschaufelreihe auf einfache Weise dadurch ausgeführt, daß die zwei Bolzen 44, die durch das entsprechende Befestigungsprofil hindurchführen, entfernt werden und die Schaufelanordnung herausgeschwenkt wird. Wenn eine erste Befestigungsprofil- und SchaufeLeinheit, beispielsweise die Schaufel 14c, herausgenommen werden soll, kann die Einheit aus ihrer Lage in radialer Richtung abgesenkt werden, da die Spitze 15 der Schaufel 14 radial in die Vertiefung 41 des Innenmantels 17 gleiten kann. Eine zweite Befestigungsprofil- und Schaufeleinheit, beispielsweise die Schaufel 14d, ist einzeln herausnehmbar, nachdem die Abstandshalter 42 entfernt sind, wodurch die Profil- und Schaufeleinheit erstens axial gedreht und zweitens radial gedreht oder angehoben und aus der Auslaß-Führungsschaufelreihe entfernt wird.

Die Verwendung gurnmiartiger Schuhe 39 und 40 hat eine federnde oder elastische Befestigung zur Folge, die im wesentlichen eine einfache Halterung anstatt einer festen Halterung an den äußeren Enden, d.h. der Spitze und dem Fuß, der Schaufeln 14 schafft. Diese einfache Halterungsanordnung vermindert aerodynamisch induzierte Schaufelbeanspruchungen an den äußeren, gehalterten Enden der Schaufeln. Die Verminderung der Beanspruchung an den gehalterten Außenenden der Schaufeln 14 ist eine liauptüberlegung für die erfolgreiche Befestigung zusammengesetzter Schaufeln der vorstehend beschriebenen Art. Zusätzlich sorgt die Verwendung gummiartiger Schuhe 39 und 40

für eine natürliche wirksame Dämpfung irgendwelche Schwingungen der Schaufeln 14, die auftreten können. Weiterhin kann die elastische Anbringung der Schaufeln 14 eine durch Fremdgegenstände hervorgerufene Beschädigung der Schaufeln 14 vermindern, die anderenfalls auftreten könnte.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. Mehrere Befestigungsprofile 45 befestigen die radial äußeren Enden der Schaufeln 14 an dem Statorgehäuse 12. Jedes Befestigungsprofil 45 besitzt im allgemeinen einen ähnlichen Aufbau und ein ähnliches Material wie das erste Befestigungsprofil 21, das in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel haben jedoch alle Befestigungsprofile 45 im wesentlichen die gleichen Abmessungen und sind nebeneinander angeordnet, ohne daß eine radiale Überlappung benachbarter Flansche auftritt. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel· können die Schuhe 39 einzeln ausgeformt sein, um irgendeine ungleichförmige Winkelstellung der Schaufeln 14 in den Vertiefunger. 2 4 aufzunehmen.

Aus Fig. .4 wird deutlich, daß ohne die Überlappung benachbarter Befestigungsprofile zwei Bolzen bzw. Schrauben 4 4 für jedes Befestigungsprofil erforderlich sind, um die Schaufeln 14 an dem Statorgehäuse 12 anzubringen. Dies ist im Gegensatz zu dem einen Bolzen 44 pro Schaufel, wie es in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Ansonsten sind jedoch alle Vorteile erzielbar, die für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurden.

Selbstverständlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele möglich. Beispielsweise können die Befestigungsprofile 21 und 22 jeweils einen Vorsprung oder mehrere Vorsprünge 23 mit mehreren darin ausgebildeten Vertiefungen 24 aufweisen, die in Umfangsrichrung beabstandet sind, um mehrere Schaufelfüße aufzunehmen. Auf diese Weise können die Schaufeln 14 in Gruppen angebracht, und montiert werden, die die Montage und Demontage vereinfacher, und auch die Schwingungscharakteris-

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tiken der gruppierten Schaufeln verbessern können, indem die Schwingungseigenfrequenzen erhöht werden.

Die Befestigungsprofile können alternativ auch so aufgebaut sein, daß die radial inneren Enden der Schaufeln 14 befestigt werden, wenn dies erwünscht ist.

Die Schuhe 39 und 40 können alternativ an den Enden offene Buchsen oder Durchführungen sein, die in Vertiefungen 24 und 41 angebracht sind, wobei die Vertiefungen Öffnungen aufweisen können, die durch die Vorsprünge 23 bzw. den Mantel 17 hindurchführen. Zusätzlich können die ersten und zweiten Flansche der Befestigungsprofile Flansche aufweisen, die in axialer Richtung Seite an Seite angeordnet sind, um überlappungsver- , bindungen zu bilden, die sich in einer axialer Ebene überlappen und in geeigneter Weise verbunden sind.

Obwohl die Schaufelbefestigungsanordnung die Auslaß-Führungsschaufeln in einem Gasturbinentriebwerk montiert, kann die Anordnung auch dazu verwendet werden, Statorschaufeln an dem ·'. Statorgehäuse in einem Gasturbinentriebwerk zu befestigen.

Die Schaufelbefestigungsanordnung kann einen drehbaren Außenmantel aufweisen zum Verbinden der Spitzen der umlaufenden Schaufeln in einem Triebwerk. In diesem Ausführungsbeispiel brauchen die Befestigungsbolzen 44 nur den ersten oder am Vordereride befindlichen Flansch und den zweiten oder am Hinterende befindlichen Flansch von benachbarten Befestigungsprofilen zu verbinden und müssen nicht an dem Statoraußengehäuse 12 befestigt sein, damit das Rotorrad und die Schaufeln frei umlaufen können.

Claims

Ansprüche

Befestigung für eine Turbinenschaufel, gekennzeichnet durch ein Befestigungsprofil (21, 22) mit einem zentralen VorSprungsteil (23) mit entgegengesetzt verlaufenden ersten und zweiten Enden und einer Vertiefung (24), die in dem ersten Ende angeordnet ist zur Aufnahme eines Ende einer Schaufel (14) und mit integralen ersten und zweiten Flanschen (25, 26), die von gegenüberliegenden Seiten des Vorsprung teils (23) nach außen ragen.
2. Befestigung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Flansche (25, 26) im wesentlichen von dem ersten Ende des Vorsprung teils (23) ausgehen und mit dem Vorsprung teil (23) zusammenarbeiten zur Bildung einer glatten, unteren Oberfläche (34).
3. Befestigung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Flansche (25, 26) im wesentlichen von dem zweiten Ende des Vorsprungteils (23) ausgehen, und das erste Ende des Vorsprungteils (23) eine glatte, untere Oberfläche bildet.

4. Befestigung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Oberfläche (3 4) konkav ist.

5. Befestigung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß elastomare bzw. gummiartige Aufnahmemittel (39) vorgesehen sind, die in der Vertiefung (24) angeordnet sind und eine Öffnung aufweisen zur Aufnahme eines Endes der Schaufel (14).

6. Befestigung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die elastomeren bzw. gummiartigen Aufnahmemittel (39) durch einen Schuh gebildet sind.

7. Befestigung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Flansche (25, 26) jeweils eine Öffnung zur Aufnahme eines Befestigungsbolzens (44) aufweisen und daß jede Öffnung und die Vertiefung (24) des Vorsprungteils (23) radial verlaufende Achsen aufweisen, die sich im wesentlichen an einem gemeinsamen Punkt schneiden.

8. Befestigungsanordnung für mehrere in Umfangsrichtung beabstandete und radial verlaufende Schaufeln, die jeweils radial verlaufende Enden aufweisen, gekennzeichnet durch mehrere, in Umfangsrichtung angeordnete Befestigungsprofile (21, 22), die jeweils einen zentralen Vorsprung (23) mit einer radial verlaufenden Vertiefung (24) in einer

radial gerichteten Oberfläche zur Aufnahme jeweils eines Endes der mehreren Schaufeln (14) und einen ersten Flansch (25) und einen zweiten Plansch (26) aufweisen, die integral mit und von gegenüberliegenden Seiten des Vorsprungteils (23) in Umfangsrichtung nach außen verlaufen und benachbart zu zweiten bzw. ersten Flanschen von benachbarten Befestigungsprofilen angeordnet sind, und daß Befestigungsmittel (44) vorgesehen sind zum Verbinden der ersten Flansche (25, 26) von benachbarten Befestigungsprofilen (21, 22) zur Bildung eines im wesentlichen durchgehenden Ringteils.

9. Befestigungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die radial gerichtete Oberfläche des Vorsprungteils (23) eine radial innere Oberfläche ist und das Ende von einer entsprechenden der mehreren Schaufeln (14) ein radial äußeres Ende ist.

10. Befestigungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiges Statorgehäuse (12) koaxial um die Schaufeln (14) herum angeordnet ist und daß die Befestigungsmittel (44) die ersten und zweiten Flansche (25, 26) an dem Statorgehäuse (12) befestigen.

11. Befestigungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ersten und zweiten Flansche (25, 26) von benachbarten Befestigungsprofilen (21, 22) überlappen.

12. Befestigungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Flansche (25, 26) von benachbarten Befestigungsprofilen (21, 22) jeweils radial überlappen.

1.3. Befestigungsanordnung nach Anspruch δ, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel mehrere Bolzen umfassen, die jeweils

radial durch öffnungen in den ersten und zweiten Flanschen (25, 26) hindurchführen.

14. Befestigungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsprofile (21, 22) komplementäre Paare bilden mit einem ersten Befestigungsprofil, dessen erste und zweite Flansche im wesentlichen von einem radial nach innen gerichteten Teil des Vorsprungs ausgehen, und mit einem zweiten Befestigungsprofil, dessen erste und zweite Flansche im wesentlichen von einem radial nach außen gerichteten Teil des VorSprungs ausgehen, wobei die ersten und zweiten Flansche von benachbarten Befestigungsprofilen sich radial überlappen.

15. Befestigungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Flansche und der Vorsprung des ersten Befestigungsprofils und der Vorsprung des zweiten Befestigungsprofils radial nach innen gerichtete Oberflächen aufweisen, die in Umfangsrichtung ausgerichtet sind auf einem geraeinsamen Radius und eine im wesentlichen zylindrische Profiloberfläche bilden.

16. Befestigungsanordnung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß jedes

aufweist,

Befestigungsprofil ferner Aufnahmemittel /die in der Vertiefung des Vorsprungs angeordnet sind und eine öffnung aufweisen zur Aufnahme des Endes von einer entsprechenden Schaufel.

17. Befestigungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmemittel elastomer bzw. gummiartig ist und das Schaufelende federnd haltert und Schwingungen der zugeordneten Schaufel dämpft.

18. Befestigungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet , daß das Befestigungsmittel ein Schuh ist, der mit der Vertiefung des Vorsprungs verbunden ist.

19. Axialströmungs-Turbomaschine mit einem zylindrischen Statorgehäuse und einem Stator,

ge kennzeichnet durch einen ringförmigen Innenmantel mit mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Vertiefungen, mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten und radial verlaufenden Statorschaufeln, die jeweils ebene Innen- und Außenenden aufweisen, wobei die Innenenden in einer entsprechenden Vertiefung des Innenmantels befestigt sind, mehrere Befestigungsprofile, die jeweils einen zentralen Vorsprung mit einer radialen Vertiefung, die in der Innenfläche des Vorsprungs angeordnet ist zur Aufnahme eines entsprechenden Außenendes von einer der Statorschaufeln und integrale erste und zweite Flansche aufweisen, die von gegenüberliegenden Seiten des Vorsprungs in umfangsrichtung nach außen ragen und neben zweiten bzw. ersten Flanschen von benachbarten Befestigungsprofilen angeordnet sind und durch Befestigungsmittel zum Verbinden der ersten und zweiten Flansche von benachbarten Befestigungsprofilen zur Verbindung deren Flansche mit dem Statorgehäuse,

20. Statoranordnung nach Anspruch 19,

dadurch gekennzeichnet, daß ferner elastomere bzw. gummiartige Aufnahmemittel vorgesehen sind, die in den Vertiefungen des Außenmantels und der Befestigungsprofile verbunden sind zur Aufnahme und elastischen Halterung der entsprechenden Statorschaufelenden .