DE3444587A1

DE3444587A1 - Vorrichtung zur befestigung von laufschaufeln

Info

Publication number: DE3444587A1
Application number: DE19843444587
Authority: DE
Inventors: Ronald D. Stillwater Okla. Delahoussaye; Edward C. Tequesta Fla. Hill; Douglas L. Palm Beach Gardens Fla. Kisling
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1983-12-22
Filing date: 1984-12-06
Publication date: 1985-07-04
Anticipated expiration: 2004-12-07
Also published as: BE901242A; KR930003808B1; NL8403760A; NL194012C; US4558988A; DE3444587C2; DK159733B; CA1211717A; NL194012B; CH666327A5; DK599184A; DK599184D0; DK159733C; IL73762A; IL73762A0; JPH0647921B2; KR850004513A; YU217484A; JPS60156905A

Description

VORRICHTUNG ZUR BEFESTIGUNG VON LAUFSCHAUFELN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Befestigung von Laufschaufeln an einer Laufradscheibe mit Hilfe einer Abdeckplatte, um eine Axialbewegung der Schaufeln zu verhindern, die in Nuten rings um den Umfang der J.aufradscheibe angeordnet sind.

Viele gegenwärtig verwendete Abdeckplatten zum Halten von Laufschaufeln sind mit Hilfe von Schraubenbolzen an der Laufradscheibe befestigt. Die Schraubenbolzen sind entweder in Gewinde-' löcher eingeschraubt, welche die Laufradscheibe teilweise durchj dringen, oder greifen durch Löcher hindurch, welche vollständig durch die Laufradscheibe hindurchgehen, wobei Schraubenmuttern ! am gegenüberliegenden Ende auf die Schraubenbolzen aufgeschraubt sind. Diese Art der Befestigung hat stark belastete Löcher für

; die Schraubenbolzen in der Laufradscheibe zur Folge. Abdeck-

; platten zum Halten von Laufschaufeln ohne Schraubenbolzen sind

■ in den US-PSen 4 171 930 und 4 304 523 gezeigt.

Es ist hauptsächlich Ziel und Zweck der Erfindung, eine Vorrichtung zur Befestigung von Laufschaufeln an einer Laufradscheibe mit Hilfe einer Abdeckplatte zu schaffen, ohne daß ein Loch für einen Schraubenbolzen durch die Laufradscheibe vorgesehen werden muß. Die Laufradscheibe weist eine erste Ringnut auf, die einen ringförmigen Vorsprung oder Schenkel am inneren Ende der die Schaufeln haltenden Abdeckplatte aufnimmt. Ein geteilter Haltering ist in einer zweiten Ringnut angeordnet, welche die erste Ringnut schneidet, um den ringförmigen Vorsprung oder Schenkel zu überlappen und in der Nut in der Laufradscheibe zu befestigen. Eine zylindrische Verriegelungseinrichtung ist zwischen dem geteilten Haltering und der die Schaufeln haltenden Abdeckplatte angeordnet j um die Abdeckplatte auf der Laufradscheibe zu verriegeln oder zu halten, indem verhindert wird, daß sich der geteilte Haltering während der Drehung aufgrund von Zentrifugalkräften oder

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anderen Krafteinwirkungen entfernt.

Ferner ist es Ziel und Zweck der Erfindung, einen geteilten Haltering mit einem Querschnitt zu schaffen, der eine ringförmige Verlängerung aufweist, die außerhalb der zweiten Ringnut liegt und vom ringförmigen Vorsprung oder Schenkel der die Schaufeln haltenden Abdeckplatte in der ersten Ringnut weggerichtet ist. Dieser Vorsprung verringert in starkem Maße die Neigung eines Ringes mit gleichförmigen Querschnitt, unter Belastung aus einer Nut herauszufallen, indem eine Gegenkraft am Ring angelegt wird. Dies führt in Verbindung mit. der zylindrischen Verriegelungseinrichtung oder dem Vorsprung zu einer die Schaufeln haltenden Befestigungsvorrichtung mit einem guten Halt, einer gleichförmigen Belastung und einer geringen Beanspruchung. Darüberhinaus ist die Befestigungsvorrichtung leicht ein- und auszubauen.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer Turbinenstufe einer Gasturbinenanlage,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung mit der die Schaufeln haitenden Abdeckplatte,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Beziehung zwischen den Schaufelfüßen, der Laufradscheibe und dem äußeren ringförmigen Ende der die Schaufeln haltenden Platte.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispisl stellt eine Laufradanordnung 10 einer Gasturbinenanlage dar. Die Laufradanordnung 10 weist ein Laufrad 12 auf, das eine Laufradscheibe mit einer Vielzahl von Schaufeln 16 besitzt. Die Schaufeln 16 sind in einem gegenseitigen Abstand rings um den Umfang 17 der Laufradscheibe 14 angeordnet. Jede Schaufel 16 weist ein Blatt 18>

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einen Fuß 20 und eine Plattform 21 auf. Jede Schaufel 16 besteht aus einem Stück. Der Fuß 20 kann ein herkömmliches tannenbaumartiges Ende 22 aufweisen, das in einer ähnlich geformten tannenbaumartigen Wut 24 angeordnet ist. Eine Vielzahl von Nuten 24 ist rings um den Umfang 17 der Laufradscheibe 14 vorgesehen. Die Nuten · 24 verlaufen axial durch die Laufradscheibe 14 von der vorderen Stirnfläche 26 zur hinteren Stirnfläche 28. Die Nuten 24 sind zwischen Nasen 27 ausgebildet.

Die Laufradscheibe 14 ist an einer nicht dargestellten Welle mit Hilfe von herkömmlichen, ebenfalls nicht dargestellten Einrichtungen befestigt. Die Achse der Welle ist die Achse der Gasturbinenanlage, um welche sich die Laufradanordnung Io dreht.

Die Rotoranordnung Io v/eist eine ringförmige Halte- oder Abdeckplatte 3o auf, die an der vorderen Stirnseite der Laufradscheibe 14 befestigt ist. Das radial innen liegende ringförmige Ende der Halteplatte 3o weist einen axial nach hinten verlaufenden, zylindrischen Flansch 32 auf, der eine nach außen weisende zylindrische Fläche 34 und eine nach innen weisende zylindrische Fläche 35 hat. Die vordere Stirnseite der Laufradschei 14 weist einen ersten, axial nach vorne verlaufenden ringförmigen Abschnitt 36 mit einer, nach innen weisenden, zylindrischen Fläche 38 auf. Die nach außen weisende, zylindrische Fläche 34 ist mit der nach innen weisenden, zylindrischen Fläche 38 dicht gepaart, um die Halteplatte 30 für die Schaufeln radial zur Laufradscheibe 14 auszurichten. Die vordere Stirnseite der Laufradscheibe 14 weist einen zweiten, axial nach vorne verlaufenden, ringförmigen Abschnitt 37 auf, der radial innerhalb des ringförmigen Abschnittes 36 liegt. Der ringförmige Abschnitt 37 besitzt eine nach außen weisende zylindrische Fläche 61, die der nach innen weisenden, zylindrischen Fläche 38 zugekehrt ist.

BAD ORIGINj

Die hinteren Enden der zylindrischen Flächen 38 und 61 fluchten und sind über eine Ringfläche 43 miteinander verbunden, um eine nach vorne weisende Ringnut A zu bilden. Der axial nach hinten verlaufende, zylindrische Flansch 32 hat an seinem rückwärtigen Ende 'einen radial nach innen verlaufenden Ringflansch 47, der vom rückwärtigen Ende der nach innen weisenden,zylindrischen Fläche ausgeht. Der radial nach innen verlaufende Ringflansch 47 hat eine innere Endfläche 49, eine nach hinten weisende Ringfläche 51 und eine nach vorne weisende Ringfläche 52. Die innere Endfläche 49 bzw. die Innenumfangsflache 49 des Ringflansches 47 ist dem hinteren Teil der nach außen weisenden zylindrischen Fläche 61 des Ringabschnitts 37 zugekehrt, während die nach hinten weisende Ringfläche 51 mit der Ringfläche 43 in Berührung steht, um die Halteplatte 30 für die Schaufeln axial zur Laufradscheibe 14 auszurichten.

Um den nach innen verlaufenden Ringflansch 47 zusammen mit dem Rest der ringförmigen Halteplatte 30 für die Laufschaufeln an Ort und Stelle zu halten und zu verriegeln, ist eine Ringnut 70 in der nach außen weisenden zylindrischen Fläche 61 des Ringabschnittes 37 vorgesehen. Die Ringnut 70 hat einen rechteckigen Querschnit mit vorderen und hinteren Ringflächen B und C und einer Bodenfläche D. Die hintere Ringfläche C ist im Ringabschnitt 37 vorgesehen, um die zylindrische Fläche in Flucht mit der nach vorne weisenden Ringfläche 52 des Ringflansches 47 zu schneiden, wenn der Ringflansch 47 seine richtige Stellung einnimmt.

Ein geteilter Haltering 39 ist in der Ringnut 70 angeordnet. Der geteilte Haltering 39 hat eine ausgedehnte Form und paßt über die zylindrische Fläche 61. Der geteilte Haltering 39 kann auf seine ausgelegte Ringgröße entspannen und steht mit den vorderen und hinteren Ringflächen B und C in gleitendem Eingriff, während der geteilte Haltering von der Bodenfläche D einen kleinen Abstand hat. Der entspannte, geteilte Haltering

39 steht aus der Ringnut 70 nach außen vor, wobei die hintere vorstehende Ringfläche die nach vorne weisende Ringfläche 52 des Ringflansches 47 berührt. Die vordere, vorstehende Seite des geteilten Halterings 39 hat einen nach vorne verlaufenden zylindrischen Abschnitt 39 A, dessen nach innen weisende zylindrische Fläche 39 B mit dem vorderen Teil der zylindrischen Fläche 61 in Eingriff steht. Dieser zusätzliche Abschnitt 39 A hat die Aufgabe, die Neigung des geteilten Halterings 39 herabzusetzen, nach vorne aus der Nut 70 herauszurollen, wenn sich das Laufrad während des Betriebes dreht und eine axial nach vorne gerichtete Last vom Flansch 47 auf die Fläche C ausgeübt wird, da der Abschnitt 39 A bei einer Drehung eine Zentrifugalkraft hat, die eine Gegenkraft auf den geteilten Haltering 39 ausübt, um den Haltering 39 in einer Richtung zu drehen, die der nach vorne gerichteten Rollbewegung entgegengesetzt ist.

Der geteilte Haltering 39 hat eine nach außen weisende zylindrische Fläche 79, die der nach innen weisenden zylindrischen Fläche 35 der ringförmigen Halteplatte 30 für die Laufschaufeln zugekehrt ist. Um zu verhindern, daß der geteilte Haltering aufgrund der Zentrifugalkraft oder aufgrund irgendeiner anderen Krafteinwirkung in unerwünschter Weise aus der Ringnut 70 herauskommt, wird ein ringförmiger Vorsprung 80 zwischen der nach innen weisenden zylindrischen Fläche 35 der ringförmigen Halteplatte 30 und der nach außen v/eisenden zylindrischen Fläche 79 des geteilten Halterings 39 angeordnet. Der ringförmige Vorsprung 80 ist an einem ringförmigen Gehäuseelement 40 befestigt, das an einem zylindrischen Abschnitt 37 A am Außenende des nach vorne verlaufenden Ringabschnittes 37 befestigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der mittlere Abschnitt des ringförmigen Gehäuselementes 40 in der Art einer Labyrinthdichtung ausgebildet. Die Labyrinthdichtung hat eine Vielzahl von herkömmlichen, nach außen verlaufenden Messerschneiden 41, die in einer dichtenden Beziehung mit einem orts-

BAD ORIGINA

festen, ringförmigen Dichtkörper 43 stehen, der an einem ortsfesten Bauteil 45 befestigt ist. Obgleich das ringförmige Gehäuselement 40 nach der Darstellung in Fig. 1 mit Hilfe der zusammenpassenden Ringflansche 42 und 42 A am zylindrischen Abschnitt 37 A befestigt ist, können auch andere Befestigungseinrichtungen verwendet werden. Bei der hier dargestellten Ausführungsform werden die Flansche 42 und 42 A von Schraubenbolzen zusammengehalten.

Die ringförmige Halteplatte 30 weist auch ein axial nach vorne verlaufendes zylindrisches Dichtungselement 46 auf, das mit der Halteplatte 30 aus einem Stück besteht. Das Dichtungselement trägt eine Vielzahl von herkömmlichen, radial nach außen verlaufenden Messerschneiden 48. Die Messerschneiden 48 stehen mit einem ortsfesten, ringförmigen Dichtkörper 50 in einer dichtenden Beziehung. Der Dichtkörper 50 ist am ortsfesten Bauteil 45 befestigt . Das ortsfeste Bauteil 45 arbeitet mit einer ersten Stufe von Leitschaufeln 54 eines Stators zusammen. Die Leitschaufeln 54 sind stromauf der Laufschaufeln 16 angeordnet.

Die ringförmige Halteplatte 30 weist ferner einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 56 auf, der radial nach außen in Richtung der Strömung verläuft. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 56 hat ein radial außen liegendes Ende 58. Das Ende 58 weist eine Ringfläche 6o auf, die in axialer Richtung stromab ausgerichtet ist. Die Ringfläche 60 stützt sich an der vorderen Stirnfläche der Laufradscheibe 14 und an den vorderen Enden der Schaufelfüße ab. Eine Dichteinrichtung 68 kann in der Ringfläche 60 vorgesehen sein. An der hinteren Stirnseite des Laufrades 12 kann irgendeine Einrichtung 90 zum Halten der Schaufeln vorgesehen sein. Eine vereinfachte Abdeckplatte 90 zum Halten der Schaufeln ist in Fig. 1 gezeigt. Die Abdeckplatte 90 ist zwischen der hinteren Stirnfläche 28 der Laufradscheibe 14 und den hinteren Enden der Schaufelfüße 20 und einem Abstandshalter 92 angeordnet.

BAD ORIGINAL

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Die Dichtungselemente 40 und 46, die ringförmige Halteplatle ;iü und das ortsfeste Bauteil 45 begrenzen eine innere, ringförmige Kammer 62, die mit Kühlluft aus einer Vielzahl von Düsen 63 gespeist wird, die längs des Umfanges in Abstand angeordnet sind. Die ringförmige Halteplatte 30 steht zwischen ihren inneren und äußeren Enden in Abstand von der vorderen Stirnfläche 26 der Laufradscheibe 14 und begrenzt einen ringförmigen Kühlluftraum 6<< Der Kühlluftraum 64 steht über große Löcher 66 in der Halteplatte 30 mit der Kammer 62 in Verbindung und stellt in Wirklichkeit einen Teil der Kammer 62 dar. Die Kühlluft aus dem Raum 64 kann für eine Verwendung stromab der Laufradscheibe 14 durch die Laufradscheibe 14 hindurchgeführt oder zum Kühlen der Schaufeln 16 verwendet werden.

1 Obgleich die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, liegt es für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand, daß verschiedene Änderungen in der Form

] und in der Einzelgestaltung vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.

■Μ-

Leerseite —

Claims

it.«.·¹

Anm.: United Technologies Corporation

Hartford, Ct., V. St. A Az.: 289 Zi/Ul

VORRICHTUNG ZUR BEFESTIGUNG VON LAUFSCHAUFELN

Patenansprüche

mJ Vorrichtung zur Befestigung von Laufschaufeln an einer Laufradscheibe mit Hilfe einer ringförmigen Halteplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradscheibe (14) eine nach vorne weisende Ringnut (A) aufweist, die eine nach vorne weisende ringförmige Bodenfläche (43) und eine nach innen weisende, zylindrische Fläche (34) sowie eine nach außen weisende, zylindrische Fläche (61) besitzt, die eine nach außen weisende Ringnut (70) hat, die von der Bodenfläche (43) nach vorne in Abstand angeordnet ist, und daß das innere Ende der die Schaufeln haltenden Platte (30) einen seitlich versetzten Ringflansch (47) aufweist, der eine nach vorne weisende Ringfläche (52) und eine nach hinten weisende Ringfläche (51) hat, und

COPY

daß die Halteplatte (30) eine nach außen weisende zylindrische Fläche (38) außerhalb des seitlich versetzten Ringflansches (47) auf v/eist, und daß die nach außen weisende zylindrische Fläche (38) der Halteplatte (30) mit der nach innen weisenden zylindrischen Fläche (34) der nach vorne weisenden Ringnut (A) in Eingriff steht, und daß der seitlich versetzte Ringflansch (47) mit seiner nach hinten gerichteten Fläche (51) an der ringförmigen Bodenfläche (43) der nach vorne weisenden Ringnut (A) anliegt, und daß ein geteilter Haltering (39) in der nach außen weisenden Ringnut (70) angeordnet ist und aus der Ringnut (70) nach außen in die nach vorne weisende Ringnut (A) vorsteht, wo der geteili Haltering (39) mit der nach vorne weisenden Ringfläche (52) des seitlich versetzten Ringflansches (47) in Eingriff steht, um den seitlich versetzten Ringflansch (47} in der nach vorne weisenden Ringnut (A) zu halten, und daß eine Verriegelungseinrichtung (80)zwisehen dem geteilten Haltering (39) und der Halteplatte (30) angeordnet ist, um den geteilten Haltering (39) in der nach außen weisenden Ringnut (70) zu halten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte (30) eine nach innen weisende zylindrische Fläche (35) radial außerhalb der nach außen weisenden Ringnut (70) aufweist, und daß der geteilte Halte ring (39) in der nach außen weisenden Ringnut (70) unter gebracht ist und eine nach außen weisende zylindrische Fläche (79) aufweist und daß die Verriegelungseinrichtung (80) zwischen der nach außen weisenden zylindrische Fläche (79) des geteilten Halterings (39) und der nach innen weisenden zylindrischen Fläche (35) der Halteplatte (30) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen weisende Ringnut (70) die nach außen weisende zylindrische Fläche (61) der nach vorne weisenden Ringnut (A) in zwei Teile, einen vorderen zylindrischen Flächenteil und einen hinteren zylindrischen Flächenteil,teilt, und daß der geteilte Haltering (39) einen nach vorne abstehenden Flansch (39 A) am Außenende des geteilten Halterings aufweist, und daß der nach vorne abstehende Flansch (39 A) mit dem vorderen zylindrischen Flächenteil der nach außen weisenden zylindrischen Fläche (61) der nach vorne weisenden Ringnut (A) in Eingriff steht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung (80) einen Ring aufweist, der zwischen der nach außen weisenden zylindrischen Fläche (79) des geteilten Halterings (39) und der nach innen weisenden zylindrischen Fläche (35) der Halteplatte (30) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Einrichtungen, welche den Ring an der Laufradscheibe (14) starr befestigen.