DE3306143C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorbaugruppe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine aus der DE-OS 29 52 023 bekannte Rotorbaugruppe dieser Art ist Teil eines Turbofan-Gasturbinentriebswerks, das in seinem Fanabschnitt große Laufschaufeln aufweist, die am vorderen Ende des Triebwerks ähnlich wie bei einem Propeller angeordnet sind. Diese Laufschaufeln können durch Fremdobjekte beschädigt werden, welche auf der Rollbahn aufgenommen und in das Triebwerk gesaugt werden. Auch große Vögel verursachen nicht selten eine Beschädigung dieser Laufschaufeln. Beschädigte Laufschaufeln müssen ersetzt werden, um den aerodynamischen Wirkungsgrad der Rotorbaugruppe wieder herzustellen und eine zerstörerische Rotorunwucht zu verhindern. Der Schaufelfuß ist im Querschnitt schwalbenschwanzförmig ausgebildet. Die Versteifungsrippen der Laufschaufeln bilden gemeinsam einen Versteifungskranz. Die Berührungsebene zwischen benachbarten Versteifungsrippen ist zur Achse des Schaufelfußes nicht parallel, wodurch jede Laufschaufel in dem Laufschaufelkranz verriegelt wird. Die Einrichtung zur Befestigung jeder Laufschaufel in ihrer Befestigungsnut besteht aus einem zwischen der unteren Fläche des Schaufelfußes und dem Grund der Befestigungsnut angeordneten Federdistanzstück und aus zwei stiftartigen Axialhaltern. Diese Befestigungseinrichtung ist in der Herstellung zeit- und kostenintensiv, und außerdem ist das Auswechseln einer mit einem solchen Federdistanzstück und zwei Axialhaltern befestigten Laufschaufel umständlich. Zum Ausbauen einer Laufschaufel muß nämlich zunächst ein definierter Zwischenraum zwischen Schaufelfuß und Befestigungsnut geschaffen werden, indem das Federdistanzstück entfernt wird. Anschließend kann die Laufschaufel in bezug auf die Rotorscheibe radial nach innen bewegt werden, um die Versteifungsrippen aus ihrer gegenseitigen Berührung zu lösen, bevor der Schaufelfuß aus der Befestigungsnut herausgezogen werden kann. Vor dem Entfernen des Federdistanzstückes müssen auch noch die beiden Axialhalter jeder Laufschaufel entfernt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotorbaugruppe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß die Laufschaufeln bei geringerem konstruktiven Aufwand schneller und einfacher ausgewechselt werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

In der Rotorbaugruppe nach der Erfindung kann eine einzelne Laufschaufel an Ort und Stelle schnell und einfach ausgewechselt werden. Das Ausbauen der Laufschaufel ist möglich, ohne daß größeres Spiel in eingebautem Zustand vorhanden ist und gesondert einzusetzende Distanzstücke od. dgl. erforderlich sind. Nach einem teilweisen Herausziehen der Laufschaufel aus der Befestigungsnut kann die Laufschaufel trotz der Nichtparallelität zwischen der Achse der Befestigungsnut und den Ebenen, in denen sich benachbarte Versteifungsrippen berühren, in einer ersten Richtung geschwenkt werden. Anschließendes Schwenken der Laufschaufel in einer zweiten Richtung gestattet ein umfangsmäßiges Verlagern ihrer Versteifungsrippen um die Hinterkante einer benachbaren Laufschaufel, so daß die Laufschaufel aus der Befestigungsnut vollständig herausgezogen werden kann.

Die bei der Rotorbaugruppe nach der Erfindung als Einrichtung zum Befestigen jeder Laufschaufel zwischen der unteren Fläche des Schaufelfußes und dem Grund der Befestigungsnut ausgebildete keilförmige Verjüngung ist zwar an sich bekannt (JP 46-29 565), jedoch nur in Verbindung mit tannenbaumförmigen Schaufelfüßen. Tannenbaumförmige Schaufelfüße haben an den Seiten Nuten, in welche Zähne der Rotorscheibe eingreifen, so daß selbst bei teilweisem Herausziehen des Schaufelfußes aus der Befestigungsnut der Schaufelfuß in der Befestigungsnut nicht geschwenkt werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die den Gegenstand des Unteranspruchs bildet, ist ein keilförmiger Vorsprung am Grund der Befestigungsnut vorgesehen, so daß die Laufschaufel nach teilweisem Herausziehen aus der Befestigungsnut zum Trennen der Laufschaufel von den Versteifungsrippen benachbarter Laufschaufeln um den keilförmigen Vorsprung geschwenkt werden kann, was das Auswechseln einer einzelnen Laufschaufel weiter erleichtert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Vorderansicht eines Teils der Rotorbaugruppe in dem Fanabschnitt eines Turbofan- Gasturbinentriebwerks,

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung, die einen keilförmigen Vorsprung zeigt, auf dem der Schaufelfuß sitzt,

Fig. 3 eine Ansicht in der Richtung 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 eine Schnittansicht nach der Linie 4-4 in Fig. 1,

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des Schaufelfußes, die die Möglichkeit veranschaulicht, eine teilweise herausgezogene Laufschaufel um den keilförmigen Vorsprung am Grund der Befestigungsnut zu neigen,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, die das teilweise Herausziehen einer einzelnen Laufschaufel aus der Rotorscheibe zeigt,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht, die das nacheinander erfolgende teilweise Herausziehen von zwei benachbarten Laufschaufeln zeigt, wobei die Versteifungsrippen der am weitesten nach vorn herausgezogenen Laufschaufel von den Versteifungsrippen der benachbarten Laufschaufel freigekommen sind, und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht, die das umfangsmäßige Verlagern der am weitesten nach vorn herausgezogenen Laufschaufel in eine Position zeigt, in der die Versteifungsrippen der Laufschaufel nicht mit dem Flügelprofilabschnitt der benachbarten Laufschaufel in Berührung kommen.

Im folgenden wird eine Rotorbaugruppe unter Bezugnahme auf den Fanabschnitt eines Turbofan-Gasturbinentriebwerks beschrieben. Ein Teil der Rotorbaugruppe ist in Fig. 1 in Vorderansicht gezeigt. Mehrere Laufschaufeln 12 erstrecken sich von dem Umfang einer Rotorscheibe 14 nach außen. Jede Laufschaufel 12 hat einen Flügelprofilabschnitt 16, eine Plattform 18 und einen Schaufelfuß 20. Jede Plattform 18 bildet einen Teil der inneren Wand eines Strömungsweges 22 für Arbeitsgase. Jeder Schaufelfuß 20 faßt in eine entsprechende Befestigungsnut 24 am Umfang der Rotorscheibe 14 ein. Der Flügelprofilabschnitt 16 jeder Laufschaufel 12 hat eine Saugseite 26 und eine Druckseite 28. Versteifungsrippen 30 und 32 erstrecken sich quer von der Saug- bzw. Druckseite der Laufschaufel 12 weg zu den Versteifungsrippen von benachbarten Laufschaufeln. Die Versteifungsrippen von benachbarten Laufschaufeln 12 bilden gemeinsam einen Versteifungskranz, der sich in Umfangsrichtung um das Triebwerk erstreckt. Die dargestellten Versteifungsrippen 30, 32 sind in einem mittleren Punkt längs der Spannweite der Laufschaufel 12 angeordnet. Die Lage der Versteifungsrippen im Bereich der Spannweite ändert sich mit der Triebwerkskonstruktion. Mehrere Versteifungskränze werden in einigen Ausführungsformen benutzt, und in anderen Ausführungsformen ist ein Versteifungskranz an den Spitzen der Laufschaufeln angeordnet.

Die Form des Schaufelfußes 20 und die Geometrie der Befestigungsnut 24 sind in Fig. 2 in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung gezeigt. Die Geometrie ist zwar schwalbenschwanzförmig jedoch gegenüber der herkömmlichen Schwalbenschwanzform dahingehend modifiziert, daß die untere Fläche 34 des Schaufelfußes 20 sich von der Hinterkante 38 zu der Vorderkante 36 verjüngt, so daß der Schaufelfuß einen abnehmenden Querschnitt hat. Die Befestigungsnut 24 hat einen keilförmigen Vorsprung 40, der sich von dem Mittelteil des Grundes der Befestigungsnut aus von der Vorderseite 42 zu der Hinterseite 44 der Rotorscheibe 14 erstreckt. Die obere Fläche 46 des keilförmigen Vorsprungs 40 und die untere Fläche 34 des Schaufelfußes 20 sind einem Winkel Φ (Fig. 4) angepaßt, der gegen eine zu der Triebwerksmittellinie parallele Ebene gemessen wird. Der Schaufelfuß 20 und die Befestigungsnut 24 in der Rotorscheibe 14 haben eine derartige Kontur, daß sich zunehmendes Spiel zwischen der Unterseite des Schaufelfußes 20 und der Befestigungsnut 24 ergibt, wenn die Laufschaufel 12 aus der Befestigungsnut axial herausgezogen wird. Die Laufschaufeln 12 werden an der Rotorscheibe 14 im zusammengebauten Zustand durch herkömmliche Vorrichtungen, die nicht dargestellt sind, axial festgehalten.

Auf im folgenden beschriebene Weise ist es möglich, eine einzelne Laufschaufel 12 an Ort und Stelle auszubauen zubauen und wieder einzubauen, was nach dem Betrieb in einem Triebwerk aufgrund einer Beschädigung der Laufschaufeln durch Fremdobjekte erforderlich sein kann. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 ist eine Achse A des Schaufelfußes 20 nicht parallel zu einer Schnittebene B der Versteifungsrippe 30, mit dem Ergebnis, daß die Laufschaufeln 12, die in axialer Lage an der Rotorscheibe 14 gehaltert sind, miteinander verriegelt sind. Selbst ohne direktes Festhalten ist jede Laufschaufel 12 nicht in der Lage, sich axial um mehr als eine Strecke Y zwischen der saugseitigen Versteifungsrippe 30 dieser Laufschaufel 12 und dem Flügelprofilabschnitt 16 der benachbarten Laufschaufel 12 zu verlagern.

Die hier beschriebene neue Geometrie des Schaufelfußes 20 und der Befestigungsnut 24 ermöglicht eine kombinierte axiale und umfangsmäßige Laufschaufelverlagerung, durch die die Versteifungsrippen der herauszuziehenden Laufschaufel 12 sowohl von den benachbarten Versteifungsrippen als auch von dem Flügelprofilabschnitt 16 der benachbarten Laufschaufel 12 freikommen. Fig. 4 zeigt ein vergrößertes Spiel zwischen der unteren Fläche 34 des Schaufelfußes 20 und der oberen Fläche 46 des keilförmigen Vorsprungs 40 am Grund der Befestigungsnut 24. Im Einbauzustand hat das Spiel eine Größe C₁, wogegen es bei teilweise herausgezogener Laufschaufel 12, was gestrichelt dargestellt ist, eine Größe C₂ hat.

Das größere Spiel nach teilweisem axialen Herausziehen gestattet, die Laufschaufel 12 am Anfang in Anpassung an die unterschiedliche Ausrichtung der Achse A des Schaufelfußes 20 und der Schnittebene B der benachbarten Versteifungsrippen 30, 32, um den keilförmigen Vorsprung 40 zu schwenken und um die saugseitige Versteifungsrippe 30 in Umfangsrichtung von dem benachbarten Flügelprofilabschnitt 16 wegzudrehen. Die Möglichkeit, die Laufschaufel 12 im teilweise herausgezogenen Zustand um den keilförmigen Vorsprung 40 zu schwenken, ist in Fig. 5 dargestellt.

Die aufeinanderfolgenden Schritte zum Herausziehen einer einzelnen Laufschaufel 12 aus der Rotorscheibe 14 sind in den Fig. 6-8 gezeigt. Der Einbauzustand in einem Gasturbinentriebwerk ist zwar nicht gezeigt, die Prinzipien des Ausbauens und Wiedereinbauens der Laufschaufeln 12 an der Rotorscheibe 14 sind jedoch gleich. Die Vorrichtung zum direkten axialen Einspannen der Laufschaufeln 12 an der Rotorscheibe 14 im vollständig zusammengebauten Zustand ist entfernt worden.

Gemäß Fig. 6 wird eine erste Laufschaufel 12A nach vorn so weit aus der Rotorscheibe 14 herausgezogen, bis die saugseitige Versteifungsrippe 30A an den Flügelprofilabschnitt 16 der benachbarten Laufschaufel anstößt. Die Laufschaufel 12A schwenkt in der Befestigungsnut 24 etwas im Uhrzeigersinn, um die Winkelfehlanpassung zwischen der Achse A des Schaufelfußes und der Schnittebene B der Versteifungsrippen auszugleichen. Gemäß Fig. 7 wird eine zweite Laufschaufel 12B nach vorn so weit aus der Rotorscheibe 14 herausgezogen, bis die saugseitige Versteifungsrippe 30B der zweiten Laufschaufel an den Flügelprofilabschnitt 16A der benachbarten Laufschaufel anstößt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die druckseitige Versteifungsrippe 32B in Umfangsrichtung von der saugseitigen Versteifungsrippe 30C der benachbarten Laufschaufel 12C nicht mehr behindert. Die Anzahl der Laufschaufeln 12, die nach vorn gezogen werden müssen, hängt von der besonderen Ausführungsform sowie von Faktoren wie der Breite der Versteifungsrippen und der Geometrie des benachbarten Flügelprofilabschnitts in der Nähe der Versteifungsrippen ab.

Gemäß Fig. 8 wird die Laufschaufel 12B in der Befestigungsnut 24 im Gegenuhrzeigersinn in eine Stellung gedreht, in der sich die saugseitige Versteifungsrippe 30B der Laufschaufel 12B an dem Flügelprofilabschnitt 16A der benachbarten Laufschaufel axial vorbeibewegen kann. In dieser Stellung kann das volle Herausziehen einer einzelnen Laufschaufel aus der Rotorscheibe 14 erfolgen. Das Wiedereinbauen der einzelnen Laufschaufel erfolgt durch eine Prozedur, die zu der Ausbauprozedur entgegengesetzt ist.

Claims (2)

1. Rotorbaugruppe für ein Axialgasturbinentriebwerk, mit einem Kranz von Laufschaufeln (12), die sich von dem Umfang einer Rotorscheibe (14) nach außen erstrecken, an ihrem Flügelprofilabschnitt (16) Versteifungsrippen (30, 32), welche sich von der Druckseite (28) und der Saugseite (26) aus quer zu entsprechenden Versteifungsrippen (30, 32) der benachbarten Laufschaufeln (12) erstrecken, haben und jeweils einen schwalbenschwanzförmigen Schaufelfuß (20) aufweisen, dem eine Befestigungsnut (24) zum Haltern der Laufschaufel (12) am Umfang der Rotorscheibe (14) zugeordnet ist, und mit einer Einrichtung zum Befestigen jeder Laufschaufel (12) in ihrer Befestigungsnut (24), dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zum Befestigen jeder Laufschaufel (12) zwischen der unteren Fläche (34) des Schaufelfußes (20) und dem Grund der Befestigungsnut (24) eine keilförmige Verjüngung ausgebildet ist, so daß sich zunehmendes Spiel zwischen der radial nach innen weisenden unteren Fläche (34) des Schaufelfußes (20) und der Befestigungsnut (24) ergibt und der Schaufelfuß (20) in der Befestigungsnut (24) geschwenkt werden kann, wenn die Laufschaufel (12) aus der Befestigungsnut (24) axial herausgezogen wird.

2. Rotorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsnut (24) einen keilförmigen Vorsprung (40) hat, der von dem Mittelteil des Grundes der Befestigungsnut (24) vorsteht und sich so verjüngt, daß sein Querschnitt von der Vorderseite (42) zur Hinterseite (44) der Rotorscheibe (14) zunimmt, und daß sich die untere Fläche (34) des Schaufelfußes (20) entsprechend dem keilförmigen Vorsprung (40) der Befestigungsnut (24) verjüngt.