DE3527122A1 - Schaufel und beschaufelte scheibenbaugruppe fuer ein gasturbinentriebwerk - Google Patents

Schaufel und beschaufelte scheibenbaugruppe fuer ein gasturbinentriebwerk

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DE3527122A1 DE19853527122 DE3527122A DE3527122A1 DE 3527122 A1 DE3527122 A1 DE 3527122A1 DE 19853527122 DE19853527122 DE 19853527122 DE 3527122 A DE3527122 A DE 3527122A DE 3527122 A1 DE3527122 A1 DE 3527122A1
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DE19853527122
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Douglas Bryan Marblehead Mass. Ballantyne
David Dubble Boxford Mass. Klassen
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General Electric Co
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General Electric Co
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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Description

Schaufel und beschaufelte Scheibenbaugruppe für ein Gasturbinentriebwerk
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Laufschaufeln für ein Gasturbinentriebwerk und betrifft insbesondere Schaufeln und beschaufelte Scheibenbaugruppen der Fan- und Verdichterabschnitte desselben.
Beschaufelte Scheibenbaugruppen, d.h. Baugruppen, bei denen diskrete Schaufeln Schwalbenschwänze haben, die in komplementär geformten Nuten in einer Rotorscheibe befestigt sind, sind bekannt. Sogenannte "Blisk"-Baugruppen, d.h. Baugruppen, bei denen die Schaufeln an den Scheiben angeformt sind, sind ebenfalls bekannt, vgl. z.B. US-PS 4 363 602. Die Verwendung einer Scheibenbaugruppe mit angeformten Schaufeln statt einer beschaufelten Scheibenbaugruppe bringt viele Vorteile mit sich, zu denen eine größere bauliche Festigkeit und eine bessere aerodynamische Leistung gehören. Insbesondere kann eine Scheibenbaugruppe mit angeformten Schaufeln so ausgelegt werden, daß ein relativ niedriges Radiusverhältnis erzielt wird, welches als der Ein-
3^271
laßnabenradius dividiert durch den Schaufelspitzenradius definiert ist und Werte von weniger als etwa 0,5 hat, und eine relativ hohe Schaufelwurzelvölligkeit, die als Wurzelsehnenlänge dividiert durch den Abstand zwischen benachbarten Schaufeln definiert ist und Werte von mehr als etwa 2,3 hat, damit beträchtliche Verbesserungen in der aerodynamischen Leistung erzielt werden.
Beispielshalber hat ein Entwicklungstriebwerk der General Electric Company in der Stufe 1 eine Verdichterscheibenbaugruppe mit angeformten Schaufeln aus Titan mit einem Radiusverhältnis von etwa 0,42 und einer Völligkeit von etwa 3,1. Diese Scheibenbaugruppe mit angeformten Schaufeln bringt zwar beträchtliche Leistungsvorteile mit sich, austauschbare Schaufeln werden jedoch als erwünscht betrachtet, damit an diesen durch Fremdobjekte hervorgerufene Beschädigungen leichter repariert werden können. Weiter wird auch die Verwendung von herkömmlichem Schaufelstahlmaterial als erwünscht betrachtet, um die Kosten zu verringern.
Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß herkömmliche stahlbeschaufelte Scheibenbaugruppen auf Radiusverhältnisse von größer als etwa 0,5 und auf eine Völligkeit von weniger als etwa 2,2 begrenzt sind, und zwar wegen Lebensdauer- und Festigkeitsüberlegungen, zu denen die Dauerschwingfestigkeit für unter 10000 Lastspiele (low-cycle fatigue oder LCF) und die Dauerschwingfestigkeit für über 10000 Lastspiele (high-cycle fatigue oder HCF) gehören. Es ist zu beachten, daß für jede gegebene Verdichterstufe die Anzahl und die Größe der Schaufeln, die zum Ausführen der verlangten Arbeit benötigt werden, im allgemeinen ein festes Erfordernis sind. Bei dieser gegebenen Schaufelzahl ist klar, daß zum Erzielen kleinerer Radiusverhältnisse zur Verbesserung der aerodynamischen Leistung der Außenumfang der Scheibe entsprechend reduziert werden muß, wodurch weniger Umfangsraum zur Befestigung der Schaufeln an der
Scheibe zur Verfügung steht und sich eine zunehmende Völligkeit ergibt.
Demgemäß sind kleinere Schaft- und Schwalbenschwanzteile der Schaufel erforderlich, und zwar wegen der physikalischen Begrenzungen des kleineren ümfangs für Fälle niedrigen Radiusverhältnisses. Da sich jedoch die Größe des Flügelprofilteils der Schaufel nicht grundsätzlich ändert, sind der erforderliche kleinere herkömmliche Schwalbenschwanz und Schaft zur geeigneten Befestigung der Schaufel an der Scheibe baulich unzureichend. Beispielsweise wurden ein solcher herkömmlicher Schaft und Schwalbenschwanz relativ biegsamer sein und kleinere Lastübertragungsflächeninhalte haben, was zu unerwünschten LCF-und HCF-Problemen in dem Schwalbenschwanz und der Scheibenbaugruppe führen würde.
Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte beschaufelte Scheibenbaugruppe zu schaffen.
Weiter soll durch die Erfindung eine beschaufelte Scheibenbaugruppe geschaffen werden, die gegen eine Scheibenbaugruppe mit angeformten Schaufeln austauschbar ist, welche ein relativ niedriges Radiusverhältnis und eine relativ große Völligkeit hat.
Ferner soll durch die Erfindung eine neue und verbesserte Laufschaufel geschaffen werden, die einen verbesserten Schaftteil hat.
Außerdem soll durch die Erfindung eine verbesserte Laufschaufel geschaffen werden, die Schaft- und Schwalbenschwanzteile hat, welche relativ leichter als herkömmliche sind, wobei eine akzeptable Biegesteifigkeit und Festigkeit erhalten bleiben.
Schließlich soll durch die Erfindung eine verbesserte Lauf-
x -AO-
schaufel geschaffen werden, die ein kleineres Gewicht hat, um Spannungskonzentrationseffekte zu minimieren.
Die Erfindung schafft demgemäß eine beschaufelte Scheibenbaugruppe, die eine neue und verbesserte Laufschaufel hat. Die Schaufel hat einen Schaft und einen Schwalbenschwanz, welche sich von ihrem Flügelprofilteil aus erstrecken. Der Schaft hat eine Tasche, die sich von einer Endoberfläche desselben aus in ihm erstreckt. Die Schafttasche ermöglicht ein geringeres Gewicht der Schaufel unter Aufrechterhaltung einer akzeptablen Biegesteifigkeit derselben. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine stahlbeschaufelte Scheibenbaugruppe gegen eine Scheibenbaugruppe mit angeformten Schaufeln aus Titan austauschbar, die ein Einlaßradiusverhältnis von weniger als etwa 0,5 und eine Völligkeit von mehr als etwa 2,2 hat.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines Ver
dichters eines Gasturbinentriebwerks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Endansicht der beschaufelten
Scheibenbaugruppe des in Fig. 1 gezeigten Verdichters in Richtung eines Pfeils 2,
Fig. 3A eine isometrische Ansicht einer der
in Fig. 1 gezeigten Laufschaufeln bei Betrachtung aus stromabwärtiger Richtung,
Fig. 3B eine Seitenansicht der in Fig. 3A
gezeigten Laufschaufel,
Fig. 3C eine hintere Endansicht der in Fig.
3A gezeigten Laufschaufel,
Fig. 4 eine Schnittansicht der Laufschau
fel nach der Linie 4-4 in Fig. 3A und
Fig. 5 eine Seitenansicht einer Laufschau
fel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Teil eines Verdichters 10 eines Gasturbinentriebwerks . Der Verdichter 10 hat am Einlaß in der ersten Stufe eine beschaufelte Scheibenbaugruppe 12, die stromaufwärts von und koaxial mit mehreren in gegenseitigem ümfangsabstand angeordneten Leitschaufeln 14 um eine Triebwerksoder Verdichterlängsmittellinie 16 angeordnet ist. Die beschaufelte Scheibenbaugruppe 12 weist mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Laufschaufeln 18 auf, die an einer Rotorscheibe 20 befestigt sind.
Gemäß den Fig. 1 und 2 hat die Laufschaufel 18 einen relativ dünnen, massiven Flügelprofilteil 22, der eine Spitze 24, eine Wurzel 26, eine Vorderkante 28 und eine Hinterkante 30 aufweist. Die Laufschaufel 18 hat weiter eine insgesamt rechteckige Plattform 32, welche sich von der Flügelprofilteilwurzel 26 aus seitlich nach außen erstreckt. Die Plattform 32 ist aufwärts zu der Spitze 24 hin von der Vorderkante 28 aus zu der Hinterkante 30 relativ stark geneigt, und zwar in einem Bereich von etwa 20 bis etwa 35°, und bildet eine innere Luftströmungsbegrenzung in dem Verdichter 10.
Die Plattform 32 hat ein stromaufwärtiges, vorderes Ende 34 und ein stromabwärtiges, hinteres Ende 36, wobei das hintere Ende 36 auf einem Radius angeordnet ist, der grosser ist als der des vorderen Endes 34. Die Laufschaufel 18 hat außerdem einen Schaft 38, der sich von dem Flügelprofilteil 22 an der Plattform 32 aus koaxial erstreckt, und einen herkömmlich geformten axialen Eintrittsschwalbenschwanz 40, welcher sich von dem Schaft 38 aus erstreckt.
Die·. Scheibe 20 hat mehrere axial angeordnete, in gegenseitigem ümfangsabstand angeordnete Nuten 42 in ihrem äußeren Umfang 44, die in ihrer Form zu der der Schaufelschwalbenschwänze komplementär sind und zur Befestigung der Laufschaufeln 18 an der Scheibe die Schwalbenschwänze 40 aufnehmen. Luft 46 wird durch die Laufschaufeln 18 und die Leitschaufeln 14 geeignet kanalisiert und dadurch verdichtet.
Die Laufschaufeln 18 haben ein Einlaßnabenradiusverhältnis R./R„, definiert in bezug auf die Mittellinie 16, das gleich dem Nabenradius R. der Laufschaufel 18, definiert an dem Schnittpunkt der Schaufelvorderkante 28 und der Plattform 32, dividiert durch den Radius R2 der Schaufelspitze 24 an der Vorderkante 28 ist. Der Radius R3 des Scheibenaußenumfangs 44 ist kleiner als der Nabenradius R1, damit die Plattform 32, der Schaft 38 und der Schwalbenschwanz 40 aufgenommen werden können.
Die Laufschaufeln 18 haben einen gegenseitigen Umfangsabstand D zwischen benachbarten Vorderkanten 28 an der Wurzel 26. Jede Laufschaufel 18 hat eine Sehnenlänge C, welche sich von der Vorderkante 28 zu der Hinterkante 30 an der Wurzel 26 erstreckt. Die Schaufelwurzelvolligkeit ist als das Verhältnis C/D definiert und ist eine dimensionslose An-
gäbe von und direkt proportional zu den Zentrifugalkräften, die durch jede Scheibennut 42 aufgenommen werden müssen. Relativ große Werte der Völligkeit zeigen, daß jede Scheibennut 42 relativ große Zentrifugalkräfte aus der Laufschaufel 18 über den Schwalbenschwanz 40 aufnehmen wird. Die Erfahrung hat gezeigt, daß zum Aufrechterhalten von ausreichenden LCP- und HCF-Lebensdauergrenzen in dem Schaft 38, dem Schwalbenschwanz 40 und den Nuten 42 die Verwendung von herkömmlichen beschaufelten Scheibenbaugruppen auf Völligkeitswerte von bis zu etwa 2,4 begrenzt ist.
Die beschaufelte Scheibenbaugruppe 12 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat neue und verbesserte Merkmale, die kleinere Einlaßradiusverhältnisse und eine größere Völligkeit im Vergleich zu herkömmlichen beschaufelten Scheibenbaugruppen und damit das Erzielen einer besseren aerodynamischen Leistung bei gleichzeitig akzeptablen Lebensdauer- und Spannungswerten der Baugruppe gestatten. Eine stahlbeschaufelte Scheibenbaugruppe 12 hat vorzugsweise ein Radiusverhältnis von weniger als etwa 0,5 bei Völligkeitswerten von größer als etwa 2,2 und bei Plattformen 32, die mehr als etwa 20° geneigt sind. Diese Werte ermöglichen, daß die stahlbeschaufelte Scheibenbaugruppe 12 eine ähnlich dimensionierte Scheibenbaugruppe mit angeformten Schaufeln ersetzt, damit die Vorteile der besseren aerodynamischen Leistung der Scheibenbaugruppe mit angeformten Schaufeln aus Titan erzielt werden und gleichzeitig das Entfernen einer einzelnen Schaufel zum Reparieren von Fremdobjektbeschädigung, die auftreten kann , möglich ist.
Beispiele herkömmlicher beschaufelter Fan- und Verdichterscheibenbaugruppen sind in den US-Patentschriften 4 265 595 und 3 395 891 beschrieben. Diese herkömmlichen Laufschaufeln haben einen Flügelprofilteil, eine geneigte Plattform, einen Schaft und einen Schwalbenschwanz. Der herkömmliche Schaft ist ein massives Teil, das einen im wesentlichen
- All·-
rechteckigen Querschnitt hat.
Für die Verwendung einer solchen herkömmlichen Laufschaufel in einer stahlbeschaufelten Scheibenbaugruppe, die Radiusverhältnisse von weniger als etwa 0,5 und eine Völligkeit von mehr als etwa 2,2 sowie stark geneigte Plattformen von etwa 20° bis etwa 35° hat, müßte der Schaft radial relativ langer gemacht werden, insbesondere an seinem hinteren Ende, um die Laufschaufel richtig an die Scheibe anzupassen, was deshalb unerwünschtermaßen das Schaftgewicht und die Flexibilität vergrößern würde. Der Schaft und der Schwalbenschwanz würden außerdem dünner und kleiner gemacht werden, um sie dem kleineren Scheibenaußendurchmesser anzupassen und um das Gewicht zu reduzieren, damit LCF-Lebensdauerbegrenzungen in dem Schwalbenschwanzbereich vermieden werden. Das Verkleinern der Dicke eines herkömmlichen Schafts verringert jedoch das Trägheitsmoment oder die Biegesteifigkeit des Schafts, wodurch unerwünschte HCF-Lebensdauerbegrenzungen wegen der bekannten ersten Biegeschwingungsmode bei der Erregungsfrequenz von 2/U erzeugt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die ausführlicher in den Fig. 3A - 3C dargestellt ist, hat die Laufschaufel 18 einen verbesserten Schaft 38, der ein kleineres Gewicht hat, trotzdem aber weiterhin eine akzeptable Biegesteifigkeit aufweist.
Der Schaft 38 hat zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende seitliche Oberflächen 48, die in im wesentlichen tangentialer Richtung bezüglich der Scheibe 20 nach Fig. 1 angeordnet sind, sowie eine erste und eine zweite Endoberfläche 50 bzw. 52, die in entgegengesetzte Richtungen weisen, wobei die erste Endoberfläche 50 in stromaufwärtige Richtung und die zweite Endoberfläche 52 in stromabwärtige Richtung weist. Die
erste und die zweite Endoberfläche 50 und 52 sind insgesamt in einer Linie mit der Vorderkante 28 bzw. der Hinterkante 30 ausgerichtet.
Der Schaft 38 ist im Querschnitt insgesamt rechteckig, wobei die seitlichen Oberfläche 48 langer sind als die Endoberflächen 50 und 52, so daß der Schaft 38 in axialer Richtung langer ist als er in tangentialer Richtung breit ist. Der Schaft 38 hat außerdem ein radial äußeres Ende 54, das mit der Plattform 32 fest verbunden und parallel zu dieser geneigt ist. Ein radial inneres Ende 56 des Schafts ist mit dem Schwalbenschwanz 40 fest verbunden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die stromabwärtige zweite Endoberfläche 52 des Schafts 38, die in radialer Richtung langer ist als das stromaufwärtige erste Ende 50, mit einer Aussparung oder Tasche 58 versehen, welche sich zu der ersten Schaftendoberfläche 50 hin in den Schaft 38 hinein erstreckt. Die Tasche 58 erstreckt sich von dem Mittelteil 59 der zweiten Endoberfläche 52 aus zu der ersten Endoberfläche 50 und zwischen dem Schwalbenschwanz 40 und der Flügelprofilteilwurzel 26 an der Plattform 32 (vgl. Fig. 3B). Die Tasche 58 hat vorzugsweise eine insgesamt dreieckige Form, wobei deren Basis an der zweiten Schaftendoberfläche 52 angeordnet ist und deren Scheitel zu der ersten Schaftendoberfläche 50 zeigt. Die Tasche 58 begrenzt dadurch in der zweiten Schaftendoberfläche 52 einen ersten und einen zweiten Schenkel 60 bzw. 62, die Querabstand aufweisen und sich in insgesamt longitudinaler oder radialer Richtung von der Plattform 32 aus zu dem Schwalbenschwanz 40 erstrecken.
Die Tasche 58 gestattet ein geringeres Gewicht des Schafts 38, ohne die Biegesteifigkeit des Schafts 38 nennenswert zu reduzieren. Durch das Vorsehen der Tasche 58 können der
-Kr - ffe
erste und der zweite Schenkel 60 und 62 vorzugsweise weiter voneinander entfernt sein und sind weiter voneinander entfernt an dem äußeren Ende 54 des Schafts nahe der Plattform 32 als an dem inneren Ende 56 des Schafts nahe dem Schwalbenschwanz 40.
Diese Anordnung gestattet eine größere Biegesteifigkeit in dem Schaft 38 ohne eine unerwünschte Gewichtszunahme. Das geringere Gewicht des Schafts 38 ist insofern bedeutsam, als ein LCF-Schaden direkt proportional zu dem Gewicht ist. Das Aufrechterhalten der Biegesteifigkeit oder das Vergrößern der Biegesteifigkeit ist hinsichtlich des Steuerns des Frequenzganges der Laufschaufel 18, insbesondere bei 2/U, bedeutsam, damit ein akzeptabler FrequenzSpielraum zum Erzielen akzeptabler HCF-Lebensdauergrenzen aufrechterhalten wird. Weiter wird das Gewicht des Schafts 38 reduziert, indem die relativ einfache Tasche 58 benutzt wird, die keine wesentlichen Spannungskonzentrationeh hervorruft, welche sonst durch herkömmliche Erleichterungslöcher hervorgerufen würden.
Zum weiteren Reduzieren des Gewichts des Schafts 38 ohne nennenswerte Verringerung von dessen Biegesteifigkeit hat die zweite Schaftendoberfläche 52 eine konkave Form, wobei deren Mittelteil 59 kleineren Abstand von der ersten Schaftendoberfläche 50 hat, wodurch das Gewicht aufgrund von Material in dem ersten und dem zweiten Schenkel 60 und 62 eliminiert wird, das sonst vorhanden wäre, wenn die zweite Endoberfläche 52 im wesentlichen gerade wäre.
Die Tasche 58 gestattet eine Verringerung der Gesamtgröße des Schafts 38 und des Schwalbenschwanzes 40, um eine Reduzierung des Einlaßradiusverhältnisses zu gestatten und gleichzeitig akzeptable HCF- und LCF-Lebensdauergrenzen aufrechtzuerhalten .
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausrichtung des Flügelprofilteils 22 in bezug auf den Schaft 38. Der halbmondförmige Flügelprofilteil 22 ist insgesamt auf eine Längs- oder Radialachse 64 der Laufschaufel 18 ausgerichtet (vgl. Fig.3B und 3C), so daß der Flügelprofilteil 22 radial außerhalb von im wesentlichen nur dem ersten Schenkel 60 und einem massiven vorderen Teil 66 des Schafts 38 angeordnet ist. Das ermöglicht einen insgesamt geraden Kraftweg von dem Flügelprofilteil 22 zu dem Schwalbenschwanz 40, ohne zusätzliche unerwünschte Biegespannungen hervorzurufen, die sonst auftreten würden, wenn der Flügelprofilteil 22 gegenüber dem ersten Schenkel 60 fehlausgerichtet wäre.
Da sich die Tasche 58 nur teilweise in den Schaft 38 erstreckt, wird eine ausreichende Querschnittsfläche in dem Schaftvorderteil 66 und dem ersten Schenkel 60 zum übertragen der Zentrifugalkräfte des Flügelprofilteils 22 und der Plattform 32 zu dem Schwalbenschwanz 40 aufrechterhalten. Der zweite Schenkel 62 nimmt einen Teil dieser Kräfte auf, dient aber, was wichtiger ist, zum Aufrechterhalten einer akzeptablen Biegesteifigkeit des Schafts 38.
Selbstverständlich sind akzeptable Radiusverhältnisse R-/R2 und eine akzeptable Völligkeit C/D für die beschaufelte Scheibenbaugruppe 12 eine Funktion der gewählten Materialien und von deren Festigkeit/Gewicht-Verhältnissen. Beispielsweise begrenzt herkömmlicherweise für Fan- oder Verdichterlaufschaufeln benutzter Stahl, zum Beispiel AMS 5743, akzeptable Radiusverhältnisse R1ZR2 fu^ herkömmliche Schaft/Schwalbenschwanz-Konstruktionen auf mehr als oder gleich etwa 0,5, bei einem Wurzelvölligkeitswert von weniger als etwa 2,2. Gemäß der Erfindung ist jedoch ein Radiusverhältnis R1ZRp von weniger als etwa 0,5 und insbesondere von etwa 0,42 bei einer stahl-
beschaufelten Scheibenbaugruppe 12 mit einer Wurzelvölligkeit von mehr als etwa 2,2 und insbesondere von etwa 3,1 und einer Plattformneigung von etwa 30° erzielt worden.
Herkömmliche Fan- und Verdichterlaufschaufeln, die aus Titan hergestellt sind, z.B. AMS 4928, gestatten ein Radiusverhältnis R1/R2 von größer als oder gleich etwa 0,34 und eine Völligkeit von weniger als etwa 2,3. Durch die Verwendung der Erfindung sollten jedoch Radiusverhältnisse R1/R-j von wesentlich weniger als 0,34 für die beschaufelte Scheibenbaugruppe 12 erzielbar sein, die eine Wurzelvölligkeit von mehr als etwa 2,3 und insbesondere von 3,5 aufweist, wenn sie aus Titan hergestellt ist.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die eine Tasche 68 hat, welche sich von der stromabwärtigen zweiten Endoberfläche 52 aus in den Schaft 38 und dann durch die Plattform 32 hindurch und teilweise in den Flügelprofilteil 22 nahe der Flügelprofilteilwurzel 26 erstreckt. Da der Flügelprofilteil 22 insgesamt ein relativ dünnes Gebilde ist, wird durch das Vorsehen der Tasche 68 in deren radial unterem Ende, wo der Flügelprofilteil 22 typisch dicker ist oder dicker gemacht werden kann, um die Tasche 68 aufzunehmen, die aerodynamische Leistung nicht nachteilig beeinflußt, vielmehr werden weitere Gewichtseinsparungen ermöglicht.
Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß die beschaufelte Scheibenbaugruppe 12, welche die Tasche 58 in dem Schaufelschaft 38 aufweist, zu einer leichteren Laufschaufel 18 führt, die eine Biegesteifigkeit hat, welche insgesamt gleich der oder größer als die ist, welche ohne die Tasche 58 realisierbar wäre. Demgemäß gestattet die Erfin-
dung in vielen Fällen, die beschaufelte Scheibenbaugruppe 12 statt einer gleichgroßen herkömmlichen Scheibenbaugruppe mit angeformten Laufschaufeln zu verwenden, was zu den aerodynamischen Leistungsvorteilen aufgrund des niedrigen Radiusverhältnisses führt und gleichzeitig das relativ einfache Entfernen der Laufschaufel zum Reparieren von Fremdobjektschaden, der auftreten könnte, gestattet. Die Erfindung kann bei ansonsten herkömmlichen beschaufelten Scheibenbaugruppen vorgesehen werden, um ein reduziertes Gewicht zu erzielen und gleichzeitig die Biegesteifigkeit zur Verbesserung der LCF- und HCF-Lebensdauerwerte aufrechtzuerhalten.

Claims (19)

  1. Ansprüche :
    / 1.) Gasturbinentriebwerksschaufel, gekennzeichnet durch: einen Flügelprofilteil (22) , der eine Wurzel (26) hat; einen Schaft (38), der sich von der Flügelprofilteilwurzel (26) aus erstreckt; und
    einen Schwalbenschwanz (40), der sich von dem Schaft (38) aus erstreckt;
    wobei der Schaft (38) zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende seitliche Oberflächen (48) sowie eine erste und eine zweite Endoberfläche (50, 52), die in entgegengesetzte Richtungen weisen, hat, wobei die seitlichen Oberflächen (48) länger als die Endoberflächen (50, 52) sind und wobei die zweite Schaftendoberfläche (52) eine Tasche (58, 68) enthält, die sich in ihr zu der ersten Schaftendoberfläche (50) und zwischen dem Schwalbenschwanz (40) und der Flügelprofilteilwurzel (26) erstreckt.
  2. 2. Schaufel nach Anspruch 1,1 dadurch gekennzeichnet, daß der Flügelprofilteil (22) eine Spitze (24) , eine Vorderkante (28) und eine Hinterkante (30) hat, daß die Schaufel (18) weiter eine Plattform (32) aufweist, die sich von der Flügelprofilteilwurzel (26) aus nach außen er-
    — ο —
    streckt und aufwärts zu der Flügelprofilteilspitze (24) hin von der Vorderkante (28) zu der Hinterkante (30) geneigt ist, daß der Schaft (38) ein äußeres Ende (54) hat, das mit der Plattform (32) verbunden und parallel zu dieser geneigt ist, und daß die Schafttasche (58, 68) sich in Richtung von der Hinterkante (30) zu der Vorderkante (28) erstreckt.
  3. 3. Gasturbinentriebwerkslaufschaufel, gekennzeichnet durch:
    einen Flügelprofilteil (22) mit einer Spitze (24), einer Wurzel (26), einer Vorderkante (28) und einer Hinterkante (30) ;
    eine insgesamt rechteckige Luftströmungsbegrenzungsplattform (32), die mit der Flügelprofilteilwurzel
    (26) verbunden und aufwärts zu der Flügelprofilteilspitze (24) hin von der Vorderkante (28) zu der Hinterkante (30) geneigt ist;
    einen Schaft (38), der sich von der Plattform (32) aus erstreckt; und
    einen Schwalbenschwanz (40) , dex sich von dem Schaft
    (38) aus erstreckt;
    wobei der Schaft (38) zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende seitliche Oberflächen (48) sowie eine erste und eine zweite Endoberfläche (50, 52) hat, die in entgegengesetzte Richtungen weisen und insgesamt in einer Linie mit der Flügelprofilteilvorderkante (28) bzw. der -hinterkante (30) ausgerichtet sind, wobei die zweite Schaftendoberfläche (52) eine Tasche (58, 68) enthält, die sich von ihr aus zu der ersten Endober fläche
    (50) und zwischen der Plattform (32) und dem Schwalbeschwanz (40) erstreckt.
  4. 4. Laufschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasche (58) eine insgesamt dreieckige Form
    hat und daß die zweite Schaftendoberfläche (52) einen ersten und einen zweiten Schenkel (60, 62) aufweist, die sich von der Plattform (32) aus zu dem Schwalbenschwanz (40) erstrecken.
  5. 5. Laufschaufel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Schenkel (60, 62) an der Plattform (32) weiter voneinander entfernt sind als an dem Schwalbenschwanz (40), um dem Schaft (38) eine größere Biegesteifigkeit zu geben.
  6. 6. Laufschaufel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaftendoberfläche (52) eine konkave Form hat, die in ihrem Mittelteil (59) näher bei der ersten Schaftendoberfläche (50) ist.
  7. 7. Laufschaufel nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügelprofilteil (22) insgesamt in bezug auf eine Längsachse (64) der Laufschaufel (18) im wesentlichen nur längs des ersten Schaftendes und des ersten Schenkels (60) ausgerichtet ist, um einen insgesamt geraden Kraftweg von dem Flügelprofilteil (22) zu dem Schwalbenschwanz (40) zu schaffen.
  8. 8. Laufschaufel nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Tasche (68) weiter durch die Plattform (32) und in den Flügelprofilteil (22) erstreckt.
  9. 9. Beschaufelte Scheibenbaugruppe für ein Gasturbinentriebwerk, gekennzeichnet durch:
    eine Scheibe (12), in der mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende, axiale Nuten (42) angeordnet sind; und
    mehrere Laufschaufeln (18), die jeweils einen Flügelprofilteil (22), eine Plattform (32), einen Schaft
    (38) und einen Schwalbenschwanz (40) haben, welch letzterer zur Festigung der Laufschaufel (18) an der Scheibe (12) in der Scheibennut (42) angeordnet ist;
    wobei jeder Schaufelschaft (38) eine Tasche (58) enthält, die sich in ihm in stromaufwartiger Richtung von
    einer stromabwärtigen Endoberfläche (52) desselben aus
    erstreckt.
  10. 10. Beschaufelte Scheibenbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (32) ein vorderes Ende (34) aufweist, das einen Radius R1 ab einer
    Längsmittellinie (16) des Triebwerks hat, daß der Flügelprofilteil (22) eine Spitze (24) mit einem Radius
    R» ab der Mittellinie (16) hat, wobei das Radiusverhältnis R-I/R2 kleiner als etwa 0,5 ist, daß benachbarte
    Laufschaufeln (18) zwischen ihren Wurzeln (26) einen gegenseitigen Abstand D haben und daß jede Laufschaufel (18) eine Wurzelsehnenlänge C hat, wobei das Verhältnis C/D die Schaufelwurzelvölligkeit definiert.
  11. 11. Beschaufelte Scheibenbaugruppe nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform (32) unter einem Winkel von etwa 20° bis etw 35° gegen die Längsmittellinie (16) geneigt ist.
  12. 12. Beschaufelte Scheibenbaugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (18) Stahlschaufeln sind und daß das Radiusverhältnis etwa 0,42
    beträgt.
  13. 13. Beschaufelte Scheibenbaugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (18) Stahlschaufeln sind und daß die Wurzelvölligkeit größer als
    etwa 2,2 ist.
  14. 14. Beschaufelte Scheibenbaugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (18) Stahlschaufeln sind und daß das Radiusverhältnis etwa 0,42 beträgt und die Wurzelvölligkeit gleich etwa 3,1 ist.
  15. 15. Beschaufelte Scheibenbaugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (18) Titanschaufeln sind und daß das Radiusverhältnis kleiner als etwa 0,34 ist.
  16. 16. Beschaufelte Scheibenbaugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (18) Titanschaufeln sind, daß das Radiusverhältnis kleiner als etwa 0,34 ist und daß die Wurzelvölligkeit größer als etwa 2,3 ist.
  17. 17. Beschaufelte Scheibenbaugruppe nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügelprofilteil (22) eine Spitze (24), eine Wurzel (26), eine Vorderkante (28) und eine Hinterkante (30) hat; und
    daß der Schaft (38) zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende seitliche Oberflächen (48) sowie eine erste und eine zweite Endoberfläche (50, 52) hat, die in entgegengesetzte Richtungen weisen und insgesamt in einer Linie mit der Flügelprofilteilvorderkante (28) bzw. der -hinterkante (30) ausgerichtet sind, wobei sich die Tasche (58) von der zweiten Schaftendoberfläche (52) aus zu der ersten Schaftendoberfläche (50) und zwischen der Plattform (32) und dem Schwalbenschwanz (40) erstreckt und eine insgesamt dreieckige Form hat und wobei die zweite Schaftendoberfläche (52) einen ersten Schenkel (60) und einen Abstand von diesem aufweisenden zweiten Schenkel (62) hat, die sich von der Plattform (32) aus zu dem Schwalbenschwanz (40) erstrecken.
  18. 18. Beschaufelte Scheibenbaugruppe nach Anspruch 17, da-
    3527J22
    durch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Schenkel (60, 62) an der Plattform (32) weiter voneinander entfernt sind als an dem Schwalbenschwanz (40) , um dem Schaft (38) eine größere Biegesteifigkeit zu geben.
  19. 19. Beschaufelte Scheibenbaugruppe nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaftendoberfläche (52) eine konkave Form hat, die in ihrem Mittelteil (59) näher bei der ersten Schaftendoberfläche (50) ist.
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