DE3844191C2

DE3844191C2 -

Info

Publication number: DE3844191C2
Application number: DE3844191A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 8000 Muenchen De Hoffmueller; Axel 8047 Karlsfeld De Rossmann; Siegfried 8000 Muenchen De Sikorski
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1992-06-25
Also published as: GB2229499B; FR2641324A1; GB8929278D0; DE3844191A1; GB2229499A; FR2641324B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaufelfußbefestigung für eine fasertech nische Rotorschaufel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a blade root attachment for a fiber tech African rotor blade according to the preamble of claim 1.

Eine Schaufelfußbefestigung dieser Bauart ist aus der US-PS 37 13 752 bekannt. Bei der vorbekannten Schaufelfußbefestigung ist zwischen Schaufelfuß und Schaufelfußbefestigung ein herkömmliches Tannenbaumprofil vorgesehen. Bei dieser Befestigungsart besteht aufgrund der hohen im Betrieb auftretenden Kräfte die Tendenz zur Aufweitung des Schaufelfußträgers, weshalb dieser sehr massiv und schwer ausgeführt werden muß, wenn er den Sicherheitsanforderungen genügen soll. In diesem Zusammenhang ist auch eine Lösung bekannt (US-PS 40 45 149), bei der zur Verhinderung der Aufweitung eine Umwicklung vorgesehen ist. Die Schaufelfußbefestigung nach der eingangs genannten US-PS erfordert erheblichen Herstellaufwand, da eine sinusförmige Schaftausbildung vorgesehen ist. Schließlich kann es als nachteilig angesehen werden, daß die vorbekannte Schaufelfußbefestigung eine Montage und Demontage der Schaufel nicht ohne weiteres ermöglicht, da dies nur in rotoraxialer Richtung erfolgen kann.A blade root attachment of this type is from US-PS 37 13 752 known. In the known blade root attachment is between Blade base and blade base attachment a conventional fir tree profile intended. This type of attachment is due to the high in Forces occurring during operation the tendency to widen the blade root carrier, which is why they are very massive and heavy must if it should meet the safety requirements. In this context a solution is also known (US-PS 40 45 149), in which Preventing the widening of a wrap is provided. The blade root attachment according to the aforementioned US PS requires considerable Manufacturing effort, since a sinusoidal shaft formation is provided is. Finally, it can be considered a disadvantage that the known blade root mounting an assembly and disassembly of the Bucket not readily possible, as this is only in rotoraxial Direction can take place.

Aus der JP-PS 58-1 76 403 Abstract ist eine Schaufelfußbefestigung bekannt, bei der eine bajonettartige Verbindung zwischen Schaufelfuß und Schaufelfußteller vorgesehen ist. Die bajonettartige Verbindung ist einreihig ausgeführt, was zur Folge hat, daß die Biegesteifigkeit der Anordnung stark eingeschränkt ist und darüber hinaus hohen Sicherheitsanforderungen gegen Fliehkraftbruch nicht entsprochen werden können.JP-PS 58-1 76 403 Abstract discloses a blade root attachment, in which a bayonet-like connection between the blade root and Blade base is provided. The bayonet-like connection is executed in one row, which has the consequence that the bending stiffness of the Arrangement is severely restricted and also high security requirements cannot be met against centrifugal breakage.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine baulich einfache und platzsparende Schaufelfußbefestigung der gattungsgemäßen Bauart anzugeben, die fasergünstig ausgebildet ist, leicht montier- und demontierbar ist und darüber hinaus höchsten Sicherheitsanforderungen gegen Fliehkraftbruch genügt.The object of the present invention is a structurally simple and to specify space-saving blade root fastening of the generic type, the fiber is inexpensive, easy to assemble and disassemble and also meets the highest security requirements Centrifugal break is sufficient.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß eine gattungsgemäße Schaufelfußbefestigung die Merkmale aufweist, die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 aufgeführt sind.According to the invention the object is achieved in that a Generic blade root attachment has the features that in Labeling part of claim 1 are listed.

Die erfindungsgemäße Schaufelfußbefestigung hat nicht nur den Vorteil, daß eine Schaufel ohne Eingriff in das Rotorinnere von außen montier- und demontierbar ist, sondern vor allem wird durch die Mehrreihigkeit der Zahnsegmente eine günstige Krafteinleitung der auftretenden Flieh- und Biegekräfte erreicht, indem ein stufenweiser Kraftaufbau ermöglicht ist. Durch die Mehrreihigkeit der Zahnsegmente wird in der Schaufelfußbefestigung ein hohe Eigenbiegesteifigkeit erzielt, die eine Gewichtsreduzierung am Schaufelfußteller ermöglicht bzw. dort die Sicherheitsreserven erhöht. Durch die rotationssymmetrische Gestaltung mit dem in seinem Endbereich glockenartig ausgebildeten fasertechnischen Schaft wird eine sichere Fassung erzielt, die nicht, wie etwa im Stand der Technik, die Gefahr zu großer Aufweitung birgt.The blade root attachment according to the invention not only has the advantage that a blade is mounted from the outside without any intervention in the rotor interior and is removable, but above all is due to the multiple rows of the tooth segments a favorable introduction of force to the centrifugal and bending forces achieved by a gradual build-up of forces is. Due to the multiple rows of the tooth segments in the Blade root attachment achieves a high inherent bending stiffness a reduction in weight on the blade root plate enables or there Security reserves increased. Thanks to the rotationally symmetrical design with the bell-shaped fiber technology in its end area Shaft is achieved a secure fit that is not, such as in the prior art, which poses the risk of widening.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der Schaufelfuß aus zwei Halbschalen besteht, die miteinander verschweißt sind, wodurch der rotationssymmetrisch ausgebildete Schaufelfuß mit wenig Aufwand herstellbar ist. An advantageous embodiment of the invention is that the Blade base consists of two half shells that are welded together are, whereby the rotationally symmetrical blade root with little effort can be produced.

Der Schaft ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung mit dem Schaufelfuß verklebt, wodurch eine hohe Kraftübertragung bei günstiger Faserbeanspruchung erzielbar ist.The shaft is in an advantageous development of the invention with the Blade base glued, resulting in a high power transmission at less expensive Fiber stress can be achieved.

Alternativ dazu oder zusätzlich kann der fasertechnische Schaft über einen Durchbruch quer zur Schaftachse mit dem Schaufelfuß vernietet oder verschraubt sein.Alternatively or additionally, the fiber shaft can riveted an opening transverse to the shaft axis with the blade root or be screwed.

Die Zahnsegmente sind vorzugsweise 1/8 des Schaufelumfanges lang und es sind vorzugsweise drei Reihen von Zahnsegmenten hintereinander angeordnet. Hierdurch läßt sich eine günstige Krafteinleitung der im Betrieb auftretenden Kräfte, insbesondere der Fliehkräfte vom Schau felfuß in den Rotor erzielen. Die Zahnsegmente sind vorteilhafterweise im Querschnitt tannenbaumartig geformt, wodurch eine werkstoffgünstige Belastung der Zahnsegmente erzielt wird. Die Zahnsegmente können ohne Steigung ausgeführt sein oder mit einer Steigung ungleich Null ange ordnet sein. Letzterer Fall ist besonders günstig, um eine gleich zeitige Verspannung des Schaufelfußes mit dem Schaufelträger zu bewirken und so im Betrieb Schwingungen zu vermeiden.The tooth segments are preferably long and 1/8 of the blade circumference three rows of tooth segments are preferably arranged one behind the other. This allows a favorable introduction of force in the Operating forces, especially centrifugal forces from the show Get the foot into the rotor. The tooth segments are advantageous shaped like a fir tree in cross-section, making it a material-friendly Loading of the tooth segments is achieved. The tooth segments can be without Incline be carried out or with a slope not equal to zero to be in order. The latter case is particularly favorable to an equal to cause early tensioning of the blade root with the blade carrier and to avoid vibrations during operation.

Zur Ermöglichung geringen Gewichtes ist der Schaufelfuß vorteilhafterweise aus einer Titan-Basislegierung gefertigt.The blade root is advantageous in order to enable low weight made from a titanium base alloy.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß der fasertechnische Stoff im Endbereich glockenartig von einer Kurzfaserpreßmasse umgeben sein kann. Hierdurch wird ebenfalls eine Gewichtsreduzierung erreicht.Another advantageous embodiment of the invention provides that the fiber material in the end area bell-like from a short fiber molding compound can be surrounded. This also reduces weight reached.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der fasertech nische Schaft des Schaufelblattes im Bereich der Querschnittsebene eines an den Schaufelfuß angeformten Schaufelfußtellers endet. Der Schaft ist dabei am Schaufelfuß verklebt und/oder mittels eines Nietes oder einer Schraube befestigt. Diese einfachere Ausführung ist jedoch nur dann möglich, wenn die zulässigen Werkstoffspannungen im Schau felfußhals und Schaufelschaft nicht überschritten werden.Another embodiment of the invention provides that the fiber tech African shaft of the airfoil in the area of the cross-sectional plane one of the blade root plate integrally formed on the blade root ends. The The shaft is glued to the blade root and / or by means of a rivet or a screw attached. However, this simpler version is only possible if the permissible material stresses are on display foot neck and shovel shaft must not be exceeded.

Vorzugsweise ist zwischen dem mittig angeordneten Durchbruch und den am Umfang verteilten Zahnsegmenten eine Anzahl regelmäßig beabstandeter Bohrungen angeordnet, die radial mit Bezug auf die Rotorachse ausgerichtet sind. Diese Lösung ermöglicht ebenfalls eine Gewichtseinsparung.Is preferably between the centrally located breakthrough and the am Circumferentially distributed tooth segments a number of regularly spaced Bores arranged radially aligned with respect to the rotor axis are. This solution also enables weight savings.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention result from the further subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:The invention will now be described with reference to the accompanying drawings explained. It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schaufel fußausführung, Fig. 1 foot mounted a longitudinal section through an inventive blade,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Weiterbildung der Ausführung gemäß Fig. 1, Fig. 2 is a longitudinal section through a further development of the embodiment according to Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 shows a further embodiment of the invention,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Ausführungsform gemäß Fig. 3, Fig. 4 shows a cross section through the embodiment according to FIG. 3,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, Fig. 5 shows a longitudinal section through a further embodiment of the invention,

Fig. 6 einen Längenschnitt durch eine Ausführungsform mit kurzem Schaft. Fig. 6 shows a longitudinal section through an embodiment with a short shaft.

In Fig. 1 ist ein Schaufelfuß 1 gezeigt, der ein fasertechnisches Schaufelblatts 5, vorzugsweise ein Pfropfanschaufelblatt mit einem zum Rotor gehörigen Schaufelfußträger 9 verbindet. Das Schaufelblatt 5 weist einen radial verlaufenden Schaft 4 auf, der in einem ent sprechenden Durchbruch 2 eingeformt ist. Die Verbindung zwischen dem Schaft 4 und der Wandung des Durchbruches 2 erfolgt dabei durch Kle bung. Der Schaufelfuß 1 weist eine Anzahl an seinem inneren Umfang verteilter Zahnsegmente 6 auf, die in zwei übereinanderliegenden Rei hen vorgesehen sind. Die Zahnsegmente 6 stehen über ihre radial äußeren Flanken 17 mit entsprechend angepaßten Flanken 18 von im Schaufelfußträger angebrachten Innenflanschsegmenten 8 im Eingriff. Ferner weist der Schaufelfuß 1 einen Schaufelfußteller 15 auf, der zur Abstützung von Biegekräften mit einem entsprechend ausgebildeten Flansch 16 des Schaufelträgers 9 zusammenwirkt. Ein Niet 22 fixiert ferner den Schaft 4 am Schaufelfuß.In Fig. 1 a blade 1 is shown a fiber technical blade 5 is preferably a Pfropfanschaufelblatt connects with a rotor belonging to Schaufelfußträger. 9 The airfoil 5 has a radially extending shaft 4 which is formed in a corresponding opening 2 . The connection between the shaft 4 and the wall of the opening 2 is made by adhesive. The blade root 1 has a number of tooth segments 6 distributed on its inner circumference, which are provided in two rows one above the other. The toothed segments 6 are in engagement via their radially outer flanks 17 with correspondingly adapted flanks 18 of inner flange segments 8 mounted in the blade root carrier. Furthermore, the blade root 1 has a blade root plate 15 which cooperates with a correspondingly designed flange 16 of the blade carrier 9 to support bending forces. A rivet 22 also fixes the shaft 4 on the blade root.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist im radial inneren Endbereich 3 des Schaftes 4 eine schwalbenschwanzartige Aufweitung auf, mittels der ein Herausrutschen des Schaftes 4 aus dem Durchbruch 2 verhindert werden kann. Ferner sind eine Anzahl radialer Bohrungen 14 vorgesehen, die durch formangepaßte Stopfen 20 verschlossen sind. Die Bohrungen reduzieren das Gewicht des Schaufelfußes 1.The embodiment according to FIG. 2 has a dovetail-like widening in the radially inner end region 3 of the shaft 4 , by means of which the shaft 4 can be prevented from slipping out of the opening 2 . Furthermore, a number of radial bores 14 are provided which are closed by shape-matched plugs 20 . The holes reduce the weight of the blade root 1 .

Die Ausführungsform von Fig. 3 weist einen glockenförmigen Durchbruch 2 auf. Der Zwischenraum zwischen Schaft 4 und äußerer Wandung des Durchbruches 2 ist von Kurzfaserpreßmasse 12 aufgefüllt. Dabei sind die Verbindungsflächen zwischen Schaft 4 und Kurzfaserpreßmasse 12 zum Schaufelfuß 1 verklebt.The embodiment of Fig. 3 has a bell-shaped opening. 2 The space between the shaft 4 and the outer wall of the opening 2 is filled with short fiber molding compound 12 . The connection surfaces between the shaft 4 and short fiber molding compound 12 are glued to the blade root 1 .

In Fig. 4 ist ein Querschnitt gemäß der Linie A-B aus Fig. 3 darge stellt. Der Schaufelfuß 1 besteht aus zwei Halbschalen 10a, 10b, die entlang der Stoßflächen 19 miteinander verbunden sind. Der Schaft 4 ist im Querschnitt rechteckig ausgeführt, während der Durchbruch 2 im Querschnitt rund ist. Der Zwischenraum zwischen Schaft 4 und Schau felfuß 1 ist durch Kurzfaserpreßmasse 12 ausgefüllt. Über dem äußeren Umfang des Schaufelfußes 1 sind die Zahnsegmente 6 verteilt, die sich über etwa 1/8 des Umfanges erstrecken. Die Zahnsegmente 6 stehen mit Innenflanschsegmenten 8 des Schaufelfußträgers 9 im Eingriff. Zwischen den Innenflanschsegmenten 8 sind etwa gleich lange Spaltabschnitte 7 vorgesehen, die zur Einführung bzw. Entfernung des Schaufelfußes 1 dienen. Zu diesem Zweck wird der Schaufelfuß 1 in Umfangsrichtung um etwa 1/8 Umdrehung verschoben, bis sich die Zahnsegmente 6 vollständig innerhalb der Spaltabschnitte befinden. Sodann erfolgt ein radiales Herausziehen des Schaufelfußes 1 aus dem Schaufelfußträger 9. In Fig. 4 is a cross section along the line AB from Fig. 3 Darge provides. The blade root 1 consists of two half-shells 10 a, 10 b, which are connected to one another along the abutting surfaces 19 . The shaft 4 is rectangular in cross section, while the opening 2 is round in cross section. The space between the shaft 4 and the display foot 1 is filled with short fiber molding compound 12 . The toothed segments 6 , which extend over approximately 1/8 of the circumference, are distributed over the outer circumference of the blade root 1 . The toothed segments 6 are in engagement with inner flange segments 8 of the blade root carrier 9 . Between the inner flange segments 8 , gap sections 7 of approximately the same length are provided, which are used to insert or remove the blade root 1 . For this purpose, the blade root 1 is shifted in the circumferential direction by about 1/8 turn until the toothed segments 6 are completely within the gap sections. The blade root 1 is then pulled radially out of the blade root carrier 9 .

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt, bei der der Schaft 4 der glockenförmigen Ausbildung des Durchbruches 2 angepaßt ist.A further embodiment of the invention is shown in FIG. 5, in which the shaft 4 is adapted to the bell-shaped design of the opening 2 .

Noch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Bei dieser Ausbildung ist der fasertechnische Schaft 4 am Schaufelfuß 1 festgeklebt, sowie im Bereich des Schaufelfußhalses 21 über ein Niet oder mehrere Nieten 22 befestigt. Das Ende 23 des Schaftes 4 befindet sich etwa in einer Querschnittsebene mit dem Schaufelfußteller 15 des Schaufelfußes 1. Durch diese Ausführungsform läßt sich zwar eine geringere Kraftübertragung erzielen als mit dem oben dargestellten Ausführungen, jedoch zeichnet sich diese Ausführung durch eine Gewichtersparnis aus. Außerdem läßt sich das Schaufelblatt auswechseln ohne das der Schaufelfuß teilbar sein muß, was zu einer vorteilhaften Vereinfachung führt.Another advantageous development of the invention is shown in FIG. 6. In this embodiment, the fiber shaft 4 is glued to the blade root 1 and fastened in the region of the blade root neck 21 by means of a rivet or several rivets 22 . The end 23 of the shaft 4 is located approximately in a cross-sectional plane with the blade root plate 15 of the blade root 1 . With this embodiment, a lower power transmission can be achieved than with the designs shown above, but this design is characterized by a weight saving. In addition, the blade can be replaced without the blade root must be divisible, which leads to an advantageous simplification.

Claims

1. blade root attachment for a fiber-technical rotor blade, which is connected to a metallic blade root, which is detachably mounted in a rotor, wherein the metallic blade root ( 1 ) has an opening arranged radially to the rotor axis ( 2 ), in which a shaft ( 4 ) of the Fibrous airfoil ( 5 ) is molded and fastened, characterized in that on the outer circumference of the blade root ( 1 ) at least two rows of tooth segments ( 6 ) running one behind the other in the circumferential direction are provided with gap sections ( 7 ) of approximately the same length arranged between them, which form a bayonet-like releasable fastening in equivalent-shaped inner flange segments ( 8 ) of a cup-shaped blade root carrier ( 9 ) are fitted, and the fiber-technical shaft ( 4 ) is bell-shaped in the end region.

2. blade root attachment according to claim 1, characterized in that the blade root ( 1 ) consists of two half-shells ( 10 a, 10 b) which are welded together.

3. blade root attachment according to claim 1 or 2, characterized in that the blade root ( 1 ) is glued to the fiber shaft ( 4 ).

4. blade root attachment according to one of the preceding claims, characterized in that the blade root ( 1 ) with the fiber-tech African shaft ( 4 ) is glued.

5. blade root attachment according to one of the preceding claims, characterized in that the toothed segments ( 6 ) 1/12 to 1/4, preferably 1/8 of the blade root circumference are long.

6. blade root attachment according to one of the preceding claims, characterized in that the toothed segments ( 6 ) are shaped like a fir tree in cross section.

7. Blade root attachment according to claim 1, characterized in that the material of the blade root ( 1 ) is a titanium-based alloy.

8. blade root attachment according to one of the preceding claims, characterized in that the toothed segments ( 6 ) are arranged thread-like with a pitch not equal to zero.

9. blade root attachment according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber shaft ( 4 ) in the vicinity of its end region ( 3 ) is surrounded by a bell-shaped short molding compound ( 12 ).

10. blade root attachment according to one of claims 1 to 8, characterized in that between the centrally arranged opening ( 2 ) and the tooth segments ( 6 ) distributed on the outer circumference, a number of regularly spaced bores ( 14 ) which lie radially with respect to the rotor axis are arranged.

14. Blade root attachment according to one of claims 4 or 5, characterized in that the fiber shaft ( 4 ) in the region of the cross-sectional plane of a blade base ( 1 ) formed on the blade base ( 15 ) ends.