DE3601911C2 - Schaufelreihe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufelreihe für eine Turbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Schaufelreihe ist aus der DE-PS 10 85 643 bekannt.

Gasturbinentriebwerke enthalten im allgemeinen einen Gasgenerator mit einem Verdichter zum Verdichten von durch das Triebwerk hindurchströmender Luft, eine Brennkammer, in der Brennstoff mit der verdichteten Luft gemischt und gezündet wird, um eine Gasströmung mit hoher Energie zu bilden, und mit einem Turbinenabschnitt zum Antrieb des Verdichters. Viele Triebwerke enthalten ferner einen zusätzlichen Turbinenabschnitt, der hinter dem Gasgenerator angeordnet ist und der einen Bläser oder Propeller antreibt. In derartigen Triebwerken enthält jede der Turbinen und der Verdichter eine oder mehrere Schaufelreihen. Jede Schaufelreihe weist einzelne Schaufeln auf, die in einer Schaufelhalterungsstruktur, wie beispielsweise einer Rotorscheibe oder einem Gehäuse, angebracht sind.

Es sind zahlreiche Schaufelkonfigurationen bekannt zur Anbringung der Schaufeln in derartigen Halterungsstrukturen. Diese Konfigurationen können im weitesten Sinne in axial belastete Schaufeln und in Umfangsrichtung belastete Schaufeln klassifiziert werden. Axial belastete Schaufeln enthalten im allgemeinen eine Plattform und/oder einen Fußabschnitt an der Basis der Schaufel, die in eine damit zusammenpassende axiale Nut in der Halterungsstruktur eingesetzt und durch diese gehaltert ist. In Umfangsrichtung belastete Schaufeln weisen üblicherweise eine Plattform und/oder einen Fuß auf, der in eine Umfangsvertiefung in der Halterungsstruktur eingesetzt und durch diese gehaltert ist.

Anders als axial belastete Schaufeln sind in Umfangsrichtung belastete Schaufeln im allgemeinen miteinander in Berührung innerhalb der Umfangsaussparung. Wenn derartige Schaufeln den Kräften ausgesetzt sind, die durch die Strömung in der Turbomaschine auftreten, treten axiale, tangentiale und Verwindungsmomentkräfte zwischen der Schaufelplattform und der Halterungsstruktur und zwischen benachbarten Schaufelplattformen auf.

Bei bekannten Konfigurationen berühren die Plattformen von in Umfangsrichtung belasteten Schaufeln benachbarte Schaufelplattformen auf einer relativ großen Oberfläche. Wenn nicht sehr enge Toleranzen bei der maschinellen Bearbeitung der Kontaktfläche zwischen derartigen Schaufeln eingehalten werden, können ungleichförmige, konzentrierte Belastungen zwischen der Schaufelplattform und der Halterungsstruktur und zwischen benachbarten Schaufelplattformen auftreten. Diese konzentrierte Belastung kann eine ungleichmäßige Abnutzung zur Folge haben und kann eine vorzeitige Demontage und Auswechslung der Schaufeln und und auch einen verminderten betrieblichen Wirkungsgrad aufgrund loser Schaufeln zur Folge haben.

Es ist aus der eingangs genannten DE-PS 10 85 643 bekannt, die Schaufeln einer Schaufelreihe unterschiedlich zu formen und zu haltern in Abhängigkeit davon, ob sie als letzte in die Reihe einzusetzen sind oder nicht. Dabei sind nur in den beiden Schaufeln, die zuletzt eingesetzt werden sollen, flache Radialnuten ausgebildet, deren Größe der Querschnittsform von darin einzusetzenden Federblechen entspricht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Plattformen von Schaufeln einer Schaufelreihe derart auszugestalten, daß durch die auftretenden axialen und tangentialen Belastungen eine im wesentlichen gleichförmige und verminderte Abnutzung an den Schaufelplattformen auftritt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung und durch sie erzielbare Vorteile werden nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Teilseitenansicht von einer Schaufelkonfiguration für eine Turbomaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Draufsicht der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration.

Fig. 3 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2 auf ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Schaufelkonfiguration für eine Turbomaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schaufelkonfiguration 10 enthält eine oder mehrere Schaufeln 12, die in einer Strömungsbahn 14 angeordnet sind. Jede Schaufel 12 kann eine rotierende oder Laufschaufel, wie beispielsweise eine Turbinenschaufel, eine Verdichterschaufel oder eine Bläserschaufel, oder ein nicht-rotierender Stator bzw. eine Leitschaufel in einer Turbomaschine sein. Die Schaufelkonfiguration 10 enthält ferner eine Umfangsaussparung 16 in einer Schaufelhalterungsstruktur 18. Die Schaufelhalterungsstruktur 18 kann eine Scheibe oder ein ringförmiges Gehäuse sein und kann radial nach außen gerichtete Schaufeln 12 haltern, wie es in den Figuren gezeigt ist. Alternativ kann die Schaufelhalterungsstruktur 18 radial außen angeordnet sein in bezug auf die Strömungsbahn 14 und sie kann mehrere Schaufeln haltern, die sich radial nach innen erstrecken.

Die in Umfangsrichtung verlaufende Aussparung 16 weist axial gegenüberliegende Umfangsnuten 20 und 22 auf. Jede Schaufel 12 hat eine Plattform 24 mit axial gerichteten Ansatzstücken 26 und 28, die so eingerichtet sind, daß sie mit den Umfangsnuten 20 bzw. 22 zusammenpassen.

Wie am besten in Fig. 2 gezeigt ist, enthält jede Plattform 24 für die in Umfangsrichtung belastete Schaufel 12 axial gerichtete Ränder 29 und entgegengesetzt gerichtete, im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Ränder 30. Jeder Rand 30 weist erste und zweite axiale Oberflächen 32 und 34 auf, die durch eine Aussparung 36 getrennt sind. Die jeweiligen ersten und zweiten, axialen Oberflächen 32 und 34 sind auf den Ansatzstücken 26 bzw. 28 der Plattform 24 angeordnet. Benachbarte Schaufelplattformen 24 und 24a haben ähnliche Konfigurationen, so daß die axialen Oberflächen 32 und 34 passende Oberflächen 32a und 34a berühren bzw. kontaktieren. Auf diese Weise werden im wesentlichen alle Umfangskräfte durch diese Oberflächen übertragen.

In der in Fig. 2 gezeigten Schaufelkonfigurationen sind die Ansatzstücke 26 und 28 in Umfangsrichtung versetzt. In diesem Zusammenhang bezieht sich die "Versetzung in Umfangsrichtung" auf die Oberflächen 32 und 34, die in getrennten radialen Ebenen enthalten sind. Dies hat zur Folge, daß die Plattform 24 im wesentlichen die Form eines Parallelogramms hat. Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Ansatzstücke 26 und 28 in Umfangsrichtung fluchtend ausgerichtet sind. In diesem Zusammenhang bedeutet "in Umfangsrichtung fluchtend", daß die ersten und zweiten axialen Oberflächen 32 und 34 auf der Plattform 24 im wesentlichen coplanar sind. Dies gibt der Plattform 24 eine im wesentlichen rechtwinklige Form. Jedoch sind in beiden Ausführungsbeispielen, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind, benachbarte Plattformen allein auf den axialen Oberflächen 32 und 34 miteinander in Kontakt.

Im Betrieb unterliegt jede Schaufel 12 axialen, tangentialen und Verwindungsmoment-Reaktionskräften. Axiale Kräfte werden in die Halterungsstruktur 18 abgeleitet, und tangentiale Kräfte werden durch benachbarte Plattformen 24 übertragen und eventuell durch eine tangentiale Schaufelplattformverriegelung (nicht gezeigt) aufgenommen. Durch die Ausbildung der axialen Oberflächen 32 und 34 werden Momentkräfte aufgenommen, obwohl die relative Größe von tangentialen Kräften durch diese Oberflächen unterschiedlich sein kann. Auf diese Weise und durch eine enge Steuerung der Toleranzen der Oberflächen 32 und 34 bleibt die resultierende Last auf jede Schaufel im wesentlichen konstant und sie ist vorhersagbar. Ungleichförmiger Verschleiß und Abnutzung durch Reibung der Plattformteile 29, 32 und 34 wird daher vermindert.

Es sind selbstverständlich noch weitere Ausführungsbeispiele möglich; beispielsweise sind die Schaufelkonfigurationen für Rotoren anwendbar, aber in gleicher Weise auch für Statorschaufelkonfigurationen.

Claims (3)

1. Schaufelreihe für eine Turbomaschine mit mehreren in Umfangsrichtung benachbarten Schaufeln mit Plattformen, die in einer in der Schaufelhalterungsstruktur ausgebildeten Umfangsvertiefung angeordnet sind, in der axial gegenüberliegende, die Plattformen aufnehmende Umfangsnuten ausgebildet sind, und die jeweils axial gerichtete Ränder aufweisen, an denen die Schaufeln aneinander anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die axial gerichteten Ränder (30) der Plattformen (24) jeweils axial gerichtete Ansatzstücke (26, 28) mit Oberflächen (32, 34) aufweisen, an denen jeweils in Umfangsrichtung über den gesamten Umfang benachbarte Plattformen (24) aneinander anliegen und zwischen denen eine Aussparung (36) ausgebildet ist, deren axiale Länge größer als die axiale Länge der Ansatzstücke (26, 28) ist.

2. Schaufelreihe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansatzstücke (26, 28) von jeder Plattform (24) in Umfangsrichtung ausgerichtet sind.

3. Schaufelreihe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansatzstücke (26, 28) von jeder Plattform (24) in Umfangsrichtung versetzt sind.