DE3927105A1 - Verfahren und vorrichtung zum festhalten von laufschaufeln an einer rotorscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsmaschinenrotor­ konstruktion und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum axialen Festhalten der Laufschaufeln an der Rotorscheibe einer Strömungsmaschine.

Strömungsmaschinen wie Hochleistungsgasturbinentriebwerke haben einen Verdichter und eine Turbine, welche jeweils einen oder mehrere Kränze oder Reihen von axialen Abstand aufwei­ senden, feststehenden Leitschaufeln aufweisen, die zwischen Kränzen von drehbaren Laufschaufeln angeordnet sind. Jede Laufschaufel ist mit einer Schaufelspitze, einem Schaufelblatt und einem schwalbenschwanzförmigen Fuß versehen, der in einem mit ihm zusammenpassenden, axialen Schlitz befestigt ist, der zwischen benachbarten Schwalbenschwanzstützen an dem Steg oder Rand der Rotorscheibe gebildet ist. Die Verbindung zwischen dem Schwalbenschwanzfuß der Laufschaufel und dem axialen Schlitz zwischen benachbarten Schwalbenschwanzstützen in der Rotorscheibe verhindert eine radiale und eine tangentiale Be­ wegung jeder Laufschaufel relativ zu der Rotorscheibe.

Zum Verhindern einer axialen Bewegung der Laufschaufeln, d.h. einer Bewegung in der Längsachse der Rotorscheibe und des Triebwerks, sind ein oder mehrere Schaufelhalter benachbart zu den axialen Schlitzen in der Rotorscheibe befestigt. Diese Schaufelhalter müssen an der Rotorscheibe befestigt sein, um die Laufschaufeln in ihrer Lage zu halten, und trotzdem leicht entfernbar sein, damit die Laufschaufeln ausgewechselt werden können.

Das üblichste Verfahren zum Befestigen der Schaufelhalter an der Rotorscheibe besteht darin, Schrauben und Muttern zu be­ nutzen, die mit Umfangsabstand um die Rotorscheibe angeordnet sind. Schrauben ergeben eine stabile Verbindung zwischen den Schaufelhaltern und der Rotorscheibe, bringen aber eine An­ zahl von Problemen mit sich. Die Schraubenlöcher, die in dem Schaufelhalter und in der Rotorscheibe gebildet werden müssen, erzeugen örtliche Spannungsbereiche, welche die Dauerwechsel­ festigkeit dieser Teile reduzieren. Das gilt insbesondere an­ gesichts der hohen Temperaturen und der hohen Geschwindigkei­ ten, mit denen die Rotorscheiben und die Laufschaufeln in Hochleistungsgasturbinentriebwerken betrieben werden.

Zum Reduzieren dieser örtlichen Spannungen ist bei einigen be­ kannten Konstruktionen zusätzliches Material in den Bereichen vorgesehen worden, wo die Schraubenlöcher an den Schaufelhal­ tern und an dem Rand der Rotorscheibe gebildet werden. Das hilft zwar, örtliche Spannungen zu reduzieren, das zusätz­ liche Material erhöht jedoch das Gesamtgewicht nicht nur der Schaufelhalter, sondern auch der Rotorscheibe. Darüber hinaus bereiten die hochfesten Schmiedestücke, die zum Her­ stellen der Schaufelhalter benutzt werden, Schwierigkeiten bei der maschinellen Bearbeitung und erfordern üblicherweise die Verwendung von elektrochemischer Bearbeitung.

Die Verwendung von Schrauben zum Befestigen von axialen Schaufelhaltern an der Rotorscheibe bringt auch Einbau- und Leistungsprobleme mit sich. Eine relativ große Anzahl von mit Umfangsabstand angeordneten Schrauben und Muttern muß eingebaut werden, um die Schaufelhalter in ihrer Lage zu be­ festigen, und dann entfernt werden, wenn Laufschaufeln auszutauschen sind. Darüber hinaus müssen die Schrauben sorg­ fältig mit bestimmtem Drehmoment angezogen werden, um eine Überbeanspruchung an der Verbindungsstelle zu vermeiden, was die Einbauzeit ebenfalls verlängert. Schraubenköpfe und Muttern, welche von dem Rand der Rotorscheibe vorstehen, vergrößern die Temperatur der umgebenden Luft und erzeugen eine Störung der über die Scheibe hinweggehenden Luftströ­ mung, d.h. "Luftwiderstandsverluste", was beides die Trieb­ werksleistung herabsetzt.

Angesichts der oben dargelegten Probleme sind schraubenlose Schaufelhalter entwickelt worden, wie sie beispielsweise in den US-PS 37 68 924, 41 71 930 und 43 04 523, die alle auf die Anmelderin zurückgehen, beschrieben sind. Konstruktionen des in diesen US-Patentschriften beschriebenen Typs und an­ dere Konstruktionen reduzieren die Probleme der örtlichen Spannungskonzentration in dem Rotorscheibenrand und den Schaufelhaltern, verkürzen die Einbauzeit und verringern die Schwierigkeiten beim Einbau, reduzieren das Gewicht der Schaufelhalter und der Rotorscheiben und reduzieren, zumin­ dest in einigen Fällen, die Kosten. Trotzdem bleiben einige Probleme noch zu überwinden.

Beispielsweise werden bei einigen Konstruktionen, wie sie in der US-PS 37 68 924 beschrieben sind, schraubenlose Schau­ felhalter mit mehreren Nasen an einem radial inneren Teil derselben hergestellt, welche in mehrere Schlitze einfassen, die an der Rotorscheibe spanabhebend hergestellt worden sind. Diese Anordnung stellt eine wirksame Maßnahme zum Befestigen des Schaufelhalters an der Rotorscheibe dar, die Herstellung der Nasen und Schlitze erfordert aber ein relativ großes Aus­ maß an spanabhebender Bearbeitung, das die Kosten erhöhen kann.

Bei anderen Arten von Schaufelhaltern, wie sie beispielsweise in der US-PS 41 71 930 gezeigt sind, werden Klammern oder Scherdrähte benutzt, um die Schaufelhalter an der Rotorschei­ be zu befestigen. Das ergibt zwar ebenfalls eine sichere Verbindung zwischen dem Schaufelhalter und der Scheibe, die Klammern oder Drähte ragen jedoch häufig in die Luftströmung hinein, die durch den Verdichter oder die Turbine einer Strömungsmaschine hindurchgeht. Das kann Luftwiderstandsver­ luste ergeben und außerdem die Temperatur dieser Luft ver­ größern, wodurch die Triebwerksleistung reduziert wird.

Es ist deshalb vorzuziehen, die Vorrichtung, mittels welcher der Schaufelhalter an der Rotorscheibe befestigt ist, aus dem Weg der durch den Verdichter oder die Turbine der Strömungs­ maschine hindurchgehenden Luft zu entfernen. Beispielsweise sind gemäß der US-PS 43 04 523 bereits schraubenlose Schau­ felhalter entwickelt worden, die durch ein Halteteil in ihrer Lage festgehalten werden, welches in einer Aussparung oder einem Schlitz in der Rotorscheibe gehaltert ist. Das Halteteil ist in der Aussparung zwischen dem Schaufelhalter und einem Teil der Rotorscheibe verkeilt, so daß der Schau­ felhalter in einer axial festen Position relativ zu der Rotorscheibe gehalten wird.

Schraubenlose Schaufelhalter des in der US-PS 43 04 523 be­ schriebenen Typs haben zwar den Vorteil, daß geringere Luft­ widerstandsverluste auftreten, bei diesen Konstruktionen muß jedoch das Halteteil in eine verriegelte Sitzposition in bezug auf den Schaufelhalter und die Rotorscheibe bewegt werden, um zu gewährleisten, daß der Schaufelhalter in seiner Lage an der Rotorscheibe fest verriegelt wird. Es ist keine ausfallsichere Konstruktion vorgesehen, die gewähr­ leistet, daß das Halteteil in eine verriegelte Position be­ wegt worden ist, weshalb es möglich ist, daß der Schaufelhal­ ter in seiner Position gehalten wird, in dieser aber nicht verriegelt ist, wenn der Zusammenbauvorgang nicht korrekt ausgeführt wird.

Es ist deshalb unter anderem Ziel der Erfindung, einen schraubenlosen Schaufelhalter für die Laufschaufeln einer Strömungsmaschine zu schaffen, welcher die Laufschaufeln in einer axial festen Position relativ zu der Rotorscheibe hält, Luftwiderstandsverluste verringert, ein geringes Gewicht auf­ weist, leicht montiert oder demontiert werden kann, eine Failsafe- oder Ausfallsicherungsvorkehrung hat, die die richtige Montage der Laufschaufel an der Rotorscheibe erfor­ dert, und in der Lage ist, den Schaufelhalter, der auch als Gebläserad oder Impeller bezeichnet werden kann, in seiner Position festzuhalten, selbst wenn ein Defekt auftreten sollte.

Diese Ziele werden durch eine Schaufelhaltevorrichtung er­ reicht, welche einen ringförmigen Fortsatz oder Haken auf­ weist, der an jeder Scheibenschwalbenschwanzstütze an dem Steg der Rotorscheibe gebildet ist. Der Haken jeder Schwal­ benschwanzstütze erstreckt sich radial einwärts zu der Nabe der Rotorscheibe und hat Abstand von dem Körper der Schwalben­ schwanzstütze, so daß zwischen ihnen ein Hohlraum vorhanden ist. Ein Schaufelhalter oder Gebläserad in Ringform ist mit einem dünneren Ende an dem Steg der Rotorscheibe gehaltert und hat ein äußeres Ende, welches in der Lage ist, einen Rand jeder Laufschaufel zu berühren, die in dem axialen Schlitz zwischen benachbarten Schwalbenschwanzstützen der Rotorscheibe befestigt ist. Das Gebläserad hat einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch, der in dem Hohlraum angeordnet ist, welcher durch den Haken der Schwalbenschwanz­ stützen gebildet ist, und hat Abstand von den Haken. Ein Haltering ist zwischen dem Haken der Schwalbenschwanzstütze und dem Flansch des Gebläserads angeordnet, so daß das Ge­ bläserad in bezug auf die Schwalbenschwanzstützen axial fest­ gelegt ist und somit die Laufschaufel an einer Axialbewegung relativ zu der Rotorscheibe hindert.

Diese Konstruktion hat eine Anzahl von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik. Der Hohlraum, der zwischen dem ring­ förmigen Haken der Schwalbenschwanzstützen und dem Steg der Rotorscheibe gebildet ist, umschließt den Haltering im we­ sentlichen, um Luftwiderstandsverluste zu reduzieren oder zu eliminieren. Der Haltering ist weiter von der durch die Strömungsmaschine hindurchgehenden Luft durch das Gebläse­ rad isoliert, welches ein äußeres Ende hat, das auf einer Seite des Halteringes angeordnet ist. Der Schwalbenschwanz­ stützenhaken, das Gebläserad und der Schaufelschwalben­ schwanzfuß schließen den Haltering in derartigem Ausmaß ein, daß selbst dann, wenn der Haltering versagen und in zwei oder mehr als zwei Teile zerbrechen sollte, diese Teile in ihrer Lage zwischen den Haken der Schwalbenschwanzstützen, dem Schaufelschwalbenschwanzfuß und dem Flansch des Gebläserads in ihrer Lage festgehalten würden, um das Gebläserad in be­ zug auf die Rotorscheibe in seiner Position zu halten. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Haltering durch noch eine weitere Vorrichtung umgeben, um ihn im Falle ei­ nes Versagens festzuhalten, nämlich durch einen Fortsatz, der an dem Fuß jeder Laufschaufel gebildet und hinter dem Haltering angeordnet ist, und einen Schlitz, der in dem Gebläserad gebildet ist und eine vordere Fläche hat, welche einen vorderen Teil des Halteringes umschließt.

In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist der Halte­ ring ein kreisringförmiges, U-förmiges Teil, das parallele Schenkel hat. Ein Schenkel des U-förmigen Halteringes ist zwischen den einander zugewandten Flächen des Hakens der Schwalbenschwanzstützen der Rotorscheibe und des Flansches des Gebläserads angeordnet, um eine Axialbewegung des Ge­ bläserads in bezug auf die Rotorscheibe zu verhindern. Der andere Schenkel des U-förmigen Halteringes ruht auf einem Teil des Gebläserads, um die Montage und die Demontage zu erleichtern.

Der U-förmige Haltering stellt außerdem eine Failsafe-Vor­ kehrung dar, die gewährleistet, daß die Montage korrekt aus­ geführt wird. Die Länge der beiden Schenkel, welche den U-förmigen Haltering bilden, ist so, daß, wenn der Haltering nicht in einer verriegelten Sitzposition in bezug auf die Schwalbenschwanzstützen und das Gebläserad angeordnet ist, er mit dem Schwalbenschwanzfuß einer Laufschaufel in Kon­ flikt kommt, die in den axialen Schlitz zwischen benachbarten Schwalbenschwanzstützen eingeführt wird. Das heißt, der U-förmige Haltering erstreckt sich in den Weg einer Lauf­ schaufel, die in den axialen Schlitz zwischen Schwalben­ schwanzstützen der Laufschaufel eingeführt wird, wenn der Haltering nicht vollständig zwischen dem Haken der Schwal­ benschwanzstütze und dem Flansch des Gebläserads sitzt. Diese Vorkehrung schließt Fehler beim Anbauen des Gebläserads an die Rotorscheibe aus.

In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird die Hal­ tevorrichtung nach der Erfindung auf der Vorderseite der Schwalbenschwanzstützen angeordnet, um die Laufschaufeln an einer Axialbewegung in Vorwärtsrichtung zu hindern. Zum An­ bringen des Gebläserads oder eines anderen Schaufelhalters an der Vorderseite der Schwalbenschwanzstützen geht die Montage folgendermaßen vor sich. Zuerst wird der Haltering in dem Hohlraum angeordnet, der zwischen dem Haken und dem Körperteil jeder Schwalbenschwanzstütze gebildet ist. Das Gebläserad wird dann so auf die Rotorscheibe gesetzt, daß sein oberes Ende in einer Position ist, in welcher es den Fuß einer Laufschaufel berührt und sein Flansch dem Hakenteil der Schwalbenschwanzstützen innerhalb des Hohlraums zwischen dem Haken und dem Steg der Rotorscheibe zugewandt ist. Der U-förmige Haltering wird dann radial einwärts zu der Nabe der Rotorscheibe bewegt, so daß einer ihrer Schenkel sich zwischen die einander zugewandten Flächen des Hakens und des Flansches erstreckt und der andere Schenkel oben auf einem Teil des Gebläserads ruht. In dieser verriegelten Sitzposi­ tion des Halteringes können dann die Laufschaufeln in jeden axialen Schlitz zwischen benachbarten Schwalbenschwanzstützen und bis an das Gebläserad, das an der Rotorscheibe axial be­ festigt ist, eingeführt werden.

Die entgegengesetzte, hintere Seite der Laufschaufel wird durch eine Vorrichtung der aus der US-PS 43 04 523 bekannten Art in ihrer Lage festgehalten. Dieselbe Vorrichtung kann auch benutzt werden, um das untere Ende des Gebläserads an der Rotorscheibe zu befestigen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Vorderan­ sicht von mehreren Laufschau­ feln und einer Rotorscheibe in Blickrichtung nach hinten,

Fig. 2 in Seitenansicht und teilweise im Querschnitt die Verbin­ dung zwischen dem Gebläserad, der Rotorscheibe und einer Laufschaufel,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teils von Fig. 2,

Fig. 4 eine alternative Ausführungs­ form der Erfindung in einer Ansicht ähnlich der in Fig. 3,

Fig. 5 noch eine weitere Ausführungs­ form in einer Ansicht ähnlich der in den Fig. 3 und 4, und

Fig. 6A-6D eine schematische Darstellung der nacheinander ausgeführten Einbauschritte bei Verwendung der Schaufelhaltevorrichtung nach der Erfindung.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Teil des Verdichters oder der Turbine einer Strömungsmaschine in Form eines Hochleistungs­ gasturbinentriebwerks schematisch dargestellt. Eine Rotor­ scheibe 10 hat eine Nabe 12, die sich axial parallel zu der Mittellinie 14 des Gasturbinentriebwerks (nicht dargestellt) erstreckt, einen Steg 16, der sich von der Nabe 12 radial nach außen erstreckt, und mehrere Schwalbenschwanzstützen oder -pfeiler 18, welche an dem Steg 16 gehaltert sind.

Auf übliche Weise sind die Rotorscheibe 10 und alle ihre Teile ringförmig und tragen einen oder mehrere sich in Um­ fangsrichtung erstreckende Reihen oder Kränze von Laufschau­ feln 20, von denen einer in Fig. 1 teilweise dargestellt ist. Jede Laufschaufel 20 hat ein Schaufelblatt 22 mit einer Schaufelspitze, eine Plattform 26 und einen Schwalben­ schwanzfuß 28.

Der Schwalbenschwanzfuß 28 jeder Laufschaufel 20 ist axial in einen mit ihm zusammenpassenden Schwalbenschwanzschlitz 30 schiebbar, der durch benachbarte Schwalbenschwanzstützen 18 der Rotorscheibe 10 gebildet ist. Wenn die Laufschaufeln 20 in der in Fig. 1 gezeigten Position sind, ist jede von ihnen an einer Bewegung sowohl in radialer Richtung als auch in tangentialer Richtung gehindert. Die Laufschaufeln 20 werden durch die Schwalbenschwanzstützen 18 nicht an einer Bewegung in axialer Richtung gehindert.

Der hier verwendete Begriff "radial" bezieht sich auf eine Richtung zu der Mittellinie 14 der Rotorscheibennabe 12 hin oder von derselben weg, wobei z.B. "radial nach außen" eine Richtung weg von der Mittellinie 14 und "radial nach innen" eine Richtung hin zu der Mittellinie 14 bezeichnet. Der Begriff "axial" bezieht sich auf eine Richtung parallel zu der Längsachse oder Mittellinie 14. Bei Betrachtung der Fig. 2 und 3 bezieht sich der Begriff "vorn" auf die linke Seite dieser Figuren, und der Begriff "hinten" bezieht sich auf die rechte Seite dieser Figuren. Der Begriff "tangential", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf eine Richtung rechtwinkelig zu der Mittellinie 14 in die Zeichenebene hinein.

In den Fig. 2 und 3 ist eine gegenwärtig bevorzugte Ausfüh­ rungsform einer Haltevorrichtung gezeigt, die eine Bewegung der Laufschaufeln 20 in Richtung axial vorwärts verhindert.

Die Schwalbenschwanzstützen 18 der Rotorscheibe 10 sind jeweils mit einem sich radial einwärts erstreckenden Haken 32 versehen, der eine hintere Fläche 34 hat. Die Haken 32 haben Abstand von dem Körper der Schwalbenschwanzstütze 18, so daß zwischen ihnen ein Hohlraum 36 vorhanden ist.

In der Ausführungsform nach den Fig. 1-3 und nach Fig. 4 werden die Schwalbenschwanzstützen 18 und die Laufschaufeln 20 durch ein einstückiges, ringförmiges Lüfter- oder Geblä­ serad 38, das an der Rotorscheibe 10 befestigt ist, mit Luft gekühlt. Die Kühlfunktion des Gebläserads 38 bildet keinen Teil der Erfindung an sich und wird deshalb hier nicht erläutert.

Das Gebläserad 38 hat ein inneres Ende 40, das an einem Vorsprung 42 befestigt ist, der an dem Steg 16 der Rotor­ scheibe 10 gebildet ist, und ein oberes Ende 44, welches den Schwalbenschwanzschlitz 30 überspannt, der zwischen benachbarten Schwalbenschwanzstützen 18 gebildet ist. Die besondere Vorrichtung zum Befestigen des inneren Endes 40 des Gebläserads 38 an dem Steg 16 ist weiter unten aus­ führlicher beschrieben. In der gegenwärtig bevorzugten Aus­ führungsform ist das Gebläserad 38 mit einer Vielzahl von Rippen 46 versehen, von denen eine in den Fig. 2 und 3 ge­ zeigt ist und die dazu dienen, einen Kühlluftstrom radial nach außen auf die Schwalbenschwanzstützen 18 und die Lauf­ schaufeln 20 zu leiten und diese zu kühlen. Das Gebläse­ rad 38 ist außerdem mit einem sich radial nach außen er­ streckenden Flansch 48 versehen, der eine vordere Fläche 49 und eine Anzahl von Nasen 50 hat, die in gegenseitigem Abstand über den Umfang des Gebläserads 38 verteilt sind und von denen eine in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Wenn das Gebläserad 38 in seiner Position relativ zu der Rotorscheibe 10 ist, ist die vordere Fläche 49 des Flansches 48 der hinte­ ren Fläche 34 des Hakens 32 zugewandt, und die Nasen 50 berühren die Haken 32 der Schwalbenschwanzstützen 18, um eine Drehung des Gebläserads 38 relativ zu der Rotorscheibe 10 zu verhindern.

Ein kreisringförmiger, geteilter Dichtring 52 sitzt in einer Nut 54, die in dem äußeren Ende 44 des Gebläserads 38 ge­ bildet ist, das an den Schwalbenschwanzstützen 18 sitzt. Diese geteilte Ringdichtung 52 verhindert eine Leckage von Kühlluft, die sich längs des Gebläserads 38 radial nach außen vorbei an den Laufschaufeln 20 bewegt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 ist das äußere Ende 44 des Gebläserads 38 in einer axial festen Position relativ zu der Rotorscheibe 10 durch einen im Querschnitt U-förmigen Haltering 56 befestigt. Der Haltering 56 hat in der Darstel­ lung in den Figuren einen vorderen Schenkel 58 und einen hin­ teren Schenkel 60, wobei der hintere Schenkel 60 etwas kür­ zer ist als der vordere Schenkel 58. Bei der Montage, die weiter unten ausführlicher beschrieben ist, ist der Halte­ ring 56 in eine verriegelte Sitzposition bewegbar, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist und in der der vordere Schen­ kel 58 zwischen der hinteren Fläche 34 des Hakens 32 und der vorderen Fläche 49 des Flansches 48 angeordnet ist und der hintere Schenkel 60 des Halteringes 56 oben auf dem Flansch 48 des Gebläserads 38 ruht.

In der verriegelten Sitzposition des Halteringes 56 wird eine Axialbewegung des Gebläserads 38 in Vorwärtsrichtung durch die Berührung des Halteringes 56 mit dem Haken 32 der Schwalbenschwanzstützen 18 verhindert. Eine Axialbewegung des Gebläserads 38 in Richtung nach hinten wird durch gegen­ seitigen Eingriff einer in dem Gebläserad 38 gebildeten Nut 62 und einer an dem Steg 16 der Rotorscheibe 10 gebildeten Schulter 64 sowie durch die Vorrichtung, mittels welcher das innere Ende 40 des Gebläserads 38 an dem Steg 16 auf unten beschriebene Weise befestigt ist, verhindert. Eine Axialbewegung der Laufschaufeln 20 innerhalb der Schwalben­ schwanzschlitze 30, die durch benachbarte Schwalbenschwanz­ stützen 18 gebildet sind, wird in axialer Vorwärtsrichtung durch das äußere Ende 44 des Gebläserads 38 verhindert.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, daß der Haltering 56 in dem Hohlraum 36 gefangen ist, so daß selbst dann, wenn der Haltering 56 versagen und in zwei oder mehr Stücke zer­ brechen sollte, er trotzdem seine Lage zwischen den Haken 32 und dem Flansch 48 beibehalten und eine axiale Vorwärtsbewe­ gung des Gebläserads 38 und daher der Laufschaufeln 20 wirk­ sam verhindern würde. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1-3 gleitet die Laufschaufel 20 axial in dem Schwalben­ schwanzschlitz 30 und ist in kurzem Abstand radial außerhalb von dem U-förmigen Haltering 56 angeordnet. Der Haltering 56 wird deshalb an einer Bewegung in radialer Richtung durch die Laufschaufeln 20, in axialer Vorwärtsrichtung durch die Haken 32 der Schwalbenschwanzstützen 18 und in axialer Rück­ wärtsrichtung durch den Flansch 48 des Gebläserads 38 gehin­ dert.

Bei einer alternativen Ausführungsform, die in Fig. 4 ge­ zeigt ist, kann der Haltering 56 in dem Hohlraum 36 durch das Vorsehen einer sich radial einwärts erstreckenden Nase 66, die an dem Schwalbenschwanzfuß 28 der Laufschaufeln 20 gebildet ist, und durch eine in dem Gebläserad 38 gebildete Nut 67 weiter fest- oder gefangengehalten werden. Die Nase 66 ist etwas hinter dem hinteren Schenkel 60 des Halteringes 56 angeordnet, um zu verhindern, daß sich der Haltering 56 im Fall eines Versagens axial nach hinten bewegt. Die Nut 67 in dem Gebläserad 38 ist zwischen der vorderen Fläche 49 des Flansches 48 des Gebläserads 38 und einer Schulter 68, wel­ che eine nach hinten weisende, der vorderen Fläche 49 zuge­ wandte Fläche 70 hat, gebildet. Der vordere Schenkel 58 des Halteringes 56 ist in der Nut 67 aufgenommen, hält dadurch den Haltering 56 axial fest und hilft, ihn an den Haken 32 der Schwalbenschwanzständer 18 in seiner Lage zu halten, selbst wenn der Haltering 56 versagen und in zwei oder mehr Stücke zerbrechen sollte. Der übrige Aufbau der in Fig. 4 ge­ zeigten Ausführungsform stimmt mit dem oben in Verbindung mit den Fig. 1-3 beschriebenen überein.

In Fig. 5 ist eine alternative Ausführungsform eines Schau­ felhalters nach der Erfindung dargestellt. In dieser Ausfüh­ rungsform ist das Gebläserad 38 durch einen Schaufelhalter 72 ersetzt, der besonders zur Verwendung bei einer Laufschau­ fel 20 geeignet ist, die nicht mit Luft gekühlt wird, welche durch das Gasturbinentriebwerk hindurchgeht. Der Schwalben­ schwanzständer 18, sein Haken 32 und der Haltering 56 nach Fig. 5 stimmen mit denen nach den Fig. 1-4 überein. Der Schau­ felhalter 72 wirkt mit dieser Struktur auf dieselbe Weise zu­ sammen wie das Gebläserad 38, er ist aber viel leichter und kleiner als das Gebläserad 38.

Der Schaufelhalter 72 ist im Querschnitt insgesamt L-förmig und hat ein äußeres Ende 74, mit dem er die Schwalbenschwanz­ schlitze 30 zwischen benachbarten Schwalbenschwanzständern 18 überspannt, und ein inneres Ende 76, welches unter einer Schulter 78 ruht, die an dem Steg 16 der Rotorscheibe 10 ge­ bildet ist. Der Schaufelhalter 72 ist mit einer Aussparung 80 und mit einem sich radial nach außen erstreckenden Vor­ sprung 82 versehen. Bei der Befestigung an der Rotorscheibe 10 in der in Fig. 5 gezeigten Position gleitet der im Quer­ schnitt U-förmige Haltering 56 in die Aussparung 80 des Schaufelhalters 72 und verkeilt sich zwischen den Haken 32 der Schwalbenschwanzständer 18 und dem Vorsprung 82 des Schaufelhalters 72. In dieser Position hindert der Haltering 56 den Schaufelhalter 72 an einer axialen Vorwärtsbewegung relativ zu der Rotorscheibe 10, und daher verhindert das äußere Ende 74 des Schaufelhalters 72 eine Axialbewegung der Laufschaufeln 20 in Vorwärtsrichtung.

Die Fig. 6A-6D zeigen schematische Darstellungen der Prozedur des Befestigens des Gebläserads 38 an der Rotorscheibe 10. Dieselbe Prozedur wird beim Befestigen des Schaufelhalters 72 an der Rotorscheibe 10 angewandt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 6A wird zuerst der Haltering 56 gänzlich in dem Hohlraum 36 angeordnet, der durch den Haken 32 der Schwalbenschwanzständer 18 gebildet ist. Der Haltering 56 ist geteilt, wie bei 86 in Fig. 1, so daß er zusammengedrückt und in den kreisringförmigen Hohlraum 36 eingesetzt werden kann, welcher durch den Kranz von gegensei­ tigen Umfangsabstand aufweisenden Schwalbenschwanzständern 18 gebildet ist. Der vordere Schenkel 58 des Halteringes 56 ist ungefähr gleich der Länge des Hakens 32 der Schwalben­ schwanzstützen 18, so daß er sich nicht über den Haken 32 hinaus erstreckt. Vorzugsweise wird wenigstens eine Klammer oder ein Draht 88 zwischen dem radial äußeren Ende einer Schwalbenschwanzstütze 18 und der unteren Fläche des hinte­ ren Schenkels 60 des Halteringes 56 angeordnet, um den Halte­ ring 56 in seiner Position innerhalb des Hohlraums 36 zu hal­ ten. Der Zugang des Drahtes 88 zu den Schwalbenschwanzstützen 18 und dem Haltering 56 erfolgt durch die Schwalbenschwanz­ schlitze 30.

Gemäß der Darstellung in Fig. 6B besteht der nächste Schritt bei der Montage darin, das Gebläserad 38 an der Rotorscheibe 10 so zu positionieren, daß sein äußeres Ende 44 die Schwal­ benschwanzschlitze 30 überspannt, die durch die Schwalben­ schwanzstützen 18 gebildet sind, und daß seine Nut 62 an der Schulter 64 des Stegs 16 ruht. Gemäß der ausführlicheren Be­ schreibung weiter unten wird das innere Ende 40 des Gebläse­ rads 38 an dem Vorsprung 42 befestigt, der an dem Steg 16 gebildet ist. Die Nasen 50 an dem äußeren Ende 44 des Geblä­ serads 38 berühren die Haken 32 und verhindern, daß sich das Gebläserad 38 in bezug auf die Rotorscheibe 10 dreht.

Gemäß Fig. 6C wird die Klammer oder der Draht 88 in einem Schwalbenschwanzschlitz 30 nach hinten gezogen, um ihn zu entfernen und den Haltering 56 freizugeben. Der Haltering 56 wird radial nach innen geschoben, so daß sein vorderer Schenkel 58 zwischen den Haken 32 und den Flansch 48 gleitet. Die radiale Einwärtsbewegung des Halteringes 56 wird durch die Berührung des unteren Endes des hinteren Schenkels 60 mit dem Flansch 48 des Gebläserads 38 gestoppt. In dieser verriegelten Sitzposition des Halteringes 56 ist das Gebläse­ rad 38 in einer festen axialen Position in bezug auf die Ro­ torscheibe 10 arretiert und blockiert die Bewegung der Lauf­ schaufeln 20 in Vorwärtsrichtung.

Gemäß der Darstellung in Fig. 6D werden dann die Laufschau­ feln 20 in Richtung axial nach vorn in die Schwalbenschwanz­ schlitze 30 der Rotorscheibe 10 geschoben, bis das vordere Ende der Laufschaufeln 20 das Gebläserad 38 berührt. In die­ ser Position ist die Fuß- oder Innenfläche des Schwalben­ schwanzfußes 28 der Laufschaufeln 20 radial außerhalb des Halteringes 56 angeordnet, wenn der Haltering 56 in einer verriegelten Sitzposition ist. Das stellt eine wirksame Fail­ safe-Vorkehrung dar, die sicherstellt, daß die oben mit Be­ zug auf die Fig. 6A-6C beschriebene Montage richtig ausge­ führt worden ist. Falls der Haltering 56 nicht in eine ver­ riegelte, volle Sitzposition relativ zu dem Gebläserad 38 und/oder den Schwalbenschwanzstützen 18 gebracht worden ist, wird der innere Teil des Schwalbenschwanzfußes 28 den Halte­ ring 56 berühren und das Einführen der Laufschaufeln 20 in die Schwalbenschwanzschlitze 30 verhindern. Nur wenn der Hal­ tering 56 in der verriegelten Sitzposition ist, können die Laufschaufeln 20 an der Rotorscheibe 10 befestigt werden. Da­ rüber hinaus verhindern die Laufschaufeln 20 eine Radialbewe­ gung des Halteringes 56, so daß dieser in einer verriegelten Position zwischen dem Haken 32 und dem Flansch 48 bleibt.

Die vorstehende Beschreibung ist auf das Befestigen des Ge­ bläserads 38 oder des Schaufelhalters 72 an der vorderen Sei­ te der Rotorscheibe 10 derart, daß eine axiale Vorwärtsbewe­ gung der Laufschaufeln 20 verhindert wird, gerichtet. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist auch eine Haltevorrichtung auf der hinteren Seite der Rotorscheibe 10 vorgesehen, um eine Axialbewegung der Laufschaufeln 20 in Richtung nach hinten zu verhindern. Diese Vorrichtung ist aus der auf die Anmel­ derin zurückgehenden US-PS 43 04 523 bekannt, auf die bezüg­ lich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. Weiter wird die­ selbe Vorrichtung benutzt, um das innere Ende 40 des Gebläse­ rads 38 an dem Vorsprung 42 des Rotorscheibenstegs 16 zu be­ festigen.

Der detaillierte Aufbau des hinteren Schaufelhalters, der in Fig. 2 gezeigt ist, bildet keinen Teil der Erfindung an sich, und bezüglich weiterer Einzelheiten wird auf die US-PS 43 04 523 verwiesen. Hier sei lediglich kurz angegeben, daß die hintere Seite 90 des Rotorscheibenstegs 16 mit einem im Querschnitt L-förmigen Arm 92 versehen ist, der einen Hohl­ raum 94 bildet. Ein hinterer Schaufelhalter 96 ist relativ zu dem Steg 16 und den Schwalbenschwanzstützen 18 so angeord­ net, daß sein äußeres Ende 98 die Schwalbenschwanzschlitze 30 überspannt und daß sich sein inneres Ende 100 radial einwärts zu dem Hohlraum 94 erstreckt, der durch den L-förmigen Arm 92 gebildet ist. Ein hinterer Haltering 102 ist in dem Hohlraum 94 angebracht.

Gemäß der ausführlichen Beschreibung in der US-PS 43 04 523 werden der hintere Schaufelhalter 96 und der hintere Halte­ ring 102 so manipuliert, daß der hintere Haltering 102 zwi­ schen das innere Ende 100 des hinteren Schaufelhalters 96 und den L-förmigen Arm 92 des Rotorscheibenstegs 16 gleitet. In dieser Position hält der hintere Haltering 102 den hinteren Schaufelhalter 96 in einer festen axialen Position in bezug auf die Schwalbenschwanzstützen 18 fest. Das äußere Ende 98 des hinteren Schaufelhalters 96 verhindert eine Axialbewegung der Laufschaufeln 20 in Richtung nach hinten. Die Laufschau­ feln 20 werden so zwischen dem Gebläserad 38 und dem hinteren Schaufelhalter 96 festgehalten.

Gemäß der obigen Beschreibung wird dieselbe Struktur auf der hinteren Seite der Laufschaufeln 20 in der Ausführungsform nach Fig. 5 und an dem inneren Ende 40 des Gebläserads 38 be­ nutzt. In Fig. 5 ist ein Schaufelhalter 104 an dem L-förmigen Arm 92 auf der hinteren Seite des Stegs 16 durch einen hinte­ ren Haltering 102 desselben Typs wie in Fig. 2 und wie in der US-PS 43 04 523 befestigt. Ebenso ist das untere Ende 40 an dem Vorsprung 42 an dem Steg 16 durch einen Haltering 102 auf dieselbe Weise befestigt, wie es oben beschrieben worden ist, vgl. Fig. 2.

Claims (14)

1. Verfahren zum Festhalten von Laufschaufeln an einer Rotor­ scheibe in einer Strömungsmaschine, um die Laufschaufeln an einer Bewegung in Richtung axial nach vorn zu hindern, ge­ kennzeichnet durch folgende Schritte:
Plazieren eines Halteringes in einer ersten, unverriegelten Position in einem Hohlraum, der zwischen einem sich radial einwärts erstreckenden Haken, der an jeder Laufschaufelbe­ festigungsstütze der Rotorscheibe vorgesehen ist, und dem Hauptteil der Laufschaufelbefestigungsstützen gebildet ist;
Positionieren eines Schaufelhalters, der einen Flansch hat, an dem Steg und den Laufschaufelbefestigungsstützen der Rotor­ scheibe, so daß der Flansch den Haken zugewandt ist, die an den Laufschaufelbefestigungsstützen vorgesehen sind, und so, daß das äußere Ende des Schaufelhalters so positioniert ist, daß es den vorderen Rand der Laufschaufeln berührt;
Bewegen des Schaufelhalters radial einwärts aus der ersten, unverriegelten Position in eine zweite, verriegelte Position, in welcher der Schaufelhalter zwischen den Haken der Lauf­ schaufelbefestigungsstützen und dem Flansch des Schaufelhal­ ters angeordnet ist, um den Schaufelhalter gegen eine Bewegung in Richtung axial nach vorn relativ zu der Rotorscheibe fest­ zuhalten, wobei der Schaufelhalter eine Bewegung der Lauf­ schaufeln in Richtung axial nach vorn verhindert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Plazierens des Halteringes in einem Hohlraum be­ inhaltet, den Haltering an den Laufschaufelbefestigungs­ stützen mit einer Klammer lösbar zu befestigen.

3. Vorrichtung zum axialen Festhalten von Laufschaufeln an einer Rotorscheibe (10) mit einer Nabe (12), mit einem Steg (16), der sich von der Nabe (12) aus radial nach außen er­ streckt, und mit Laufschaufelbefestigungsstützen (18), die an dem Steg (16) befestigt sind und jeweils einen Körperteil ha­ ben und mit Abstand voneinander angeordnet sind, so daß sie zwischen sich axiale Schlitze (30) bilden, in welchen die Laufschaufeln (20) befestigt werden, gekennzeichnet durch:
einen sich radial einwärts erstreckenden Haken (32), der an jeder Laufschaufelbefestigungsstütze (18) gebildet ist, wobei die Haken (32) jeweils eine erste Fläche (34) mit Abstand von dem Körperteil der Laufschaufelbefestigungsstützen (18) haben, so daß zwischen ihnen ein Hohlraum (36) vorhanden ist, wobei die erste Fläche (34) in eine erste Richtung gewandt ist;
einen Schaufelhalter (72), der ein äußeres Ende (74) hat, das mit den Laufschaufeln (20) in Berührung bringbar ist, wobei der Schaufelhalter (72) mit einem Flansch (82) versehen ist, der eine zweite, in eine zweite Richtung gewandte Fläche ge­ genüber der ersten Fläche (34) der Haken (32) hat;
einen Haltering (56), der in dem Hohlraum (36) angeordnet ist und sich zwischen der ersten Fläche (34) der Haken (32) und der zweiten Fläche des Flansches (82) befindet, um das äußere Ende (44) des Schaufelhalters (72) in einer axial festen Position in bezug auf die Rotorscheibe (10) zu befesti­ gen, wobei das äußere Ende (74) des Schaufelhalters (72) eine Axialbewegung der Laufschaufeln (20) relativ zu der Rotor­ scheibe (10) verhindert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (82) des Schaufelhalters (72) einen äußersten Rand hat, daß der Haltering (56) ein im Querschnitt U-förmi­ ges Element mit einem ersten Schenkel (58) ist, der mit einem zweiten Schenkel (60) verbunden ist, wobei der erste Schenkel (58) zwischen die erste Fläche (34) der Haken (32) und die zweite Fläche des Flansches (82) einführbar ist und wobei der zweite Schenkel (60) oben auf dem äußersten Rand des Flan­ sches (82) positionierbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schenkel (58) des Halteringes (56) länger als der zweite Schenkel (60) desselben ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Länge des ersten Schenkels (58) und die Länge des zweiten Schenkels (60) des Halteringes (56) beide kürzer sind als die Länge des an den Laufschaufelbefestigungsstützen (18) gebildeten Hakens (32).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Laufschaufeln (20) jeweils mit einem Fortsatz versehen sind und daß die Laufschaufeln (20) axial in die axialen Schlitze (30) einführbar sind, welche zwischen benachbarten Laufschaufelbefestigungsstützen (18) gebildet sind, so daß der Fortsatz dem zweiten Schenkel (60) des U- förmigen Elements (56) zugewandt ist, um eine Axialbewegung des U-förmigen Elements zu verhindern.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das äußere Ende (44) des Schaufelhalters (72) mit gegenseitigen Abstand aufweisenden Vorsprüngen ver­ sehen ist, welche die Haken (32) der Laufschaufelbefesti­ gungsstützen (18) berühren und eine Drehung des Schaufelhal­ ters (72) in bezug auf die Rotorscheibe (10) verhindern.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Haltering (56) in wenigstens einer Rich­ tung auf seiner Länge geteilt ist und an dieser Stelle gegen­ seitigen Abstand aufweisende Enden hat.

10. Vorrichtung zum axialen Festhalten von Laufschaufeln an einer Rotorscheibe (10) mit einer Nabe (12), mit einem Steg (16), der sich von der Nabe (12) aus radial nach außen er­ streckt, und mit Laufschaufelbefestigungsstützen (18), die an dem Steg (16) angebracht sind, jeweils einen Körperteil haben und gegenseitigen Abstand aufweisen, so daß sie zwischen sich axiale Schlitze (30) bilden, in welchen die Laufschaufeln (20) angebracht werden, gekennzeichnet durch:
einen sich radial einwärts erstreckenden Haken (32), der an jeder Laufschaufelbefestigungsstütze (18) gebildet ist, wobei die Haken (32) jeweils eine erste Fläche (34) mit Abstand von dem Körperteil der Laufschaufelbefestigungsstützen (18) haben;
einen Schaufelhalter (72), der eine Aussparung (80) und ein äußeres Ende (74) hat, welches mit Laufschaufeln (20) in Be­ rührung bringbar ist, die in den axialen Schlitzen (30) zwi­ schen benachbarten Laufschaufelbefestigungsstützen (18) ange­ bracht sind;
einen Haltering (56), der in die Aussparung (80), die in dem Schaufelhalter (72) gebildet ist, in einer Position einführ­ bar ist, um mit wenigstens einem Teil der Haken (32) an den Laufschaufelbefestigungsstützen (18) in Kontakt zu kommen, wobei der Haltering (56) das äußere Ende (74) des Schaufelhal­ ters (72) in einer axial festen Position in bezug auf die Laufschaufelbefestigungsstützen (18) und die Rotorscheibe (10) axial festhält, wobei das äußere Ende (74) des Schaufel­ halters (72) eine Axialbewegung der Laufschaufeln (20) rela­ tiv zu der Rotorscheibe (10) verhindert.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (56) ein U-förmiges Element ist, das einen er­ sten Schenkel (58) hat, der mit einem zweiten Schenkel (60) verbunden ist, wobei der erste Schenkel (58) in die Ausspa­ rung (80) des Schaufelhalters (72) einführbar und mit wenig­ stens einem Teil der Haken (32) an den Laufschaufelbefesti­ gungsstützen (18) in Berührung bringbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Laufschaufel (20) einen Fuß (28) hat, der mit einem Fortsatz (32) versehen ist, wobei der Fuß (28) der Lauf­ schaufeln (20) in die axialen Schlitze (30) einführbar ist, die zwischen benachbarten Laufschaufelbefestigungsstützen (18) gebildet sind, so daß der Fortsatz (32) der Füße (28) an dem Haltering (56) angeordnet ist.

13. Vorrichtung zum Verhindern einer axialen Vorwärtsbewegung der Laufschaufeln an einer Rotorscheibe (10) mit einer Nabe (12), mit einem Steg (16), der sich von der Nabe (12) aus ra­ dial nach außen erstreckt, und mit Laufschaufelbefestigungs­ stützen (18), die an dem Steg (16) vorgesehen sind, jeweils einen Körperteil aufweisen und gegenseitigen Abstand haben, so daß sie zwischen axiale Schlitze (30) bilden, in de­ nen die Laufschaufeln (20) befestigt werden, gekennzeichnet durch:
einen ringförmigen, sich radial einwärts erstreckenden Haken (32), der jeweils an den Laufschaufelbefestigungsstützen (18) gebildet ist, wobei der Haken (32) eine hintere Fläche (34) mit Abstand von dem Körperteil der Laufschaufelbefestigungs­ stützen (18) hat, so daß zwischen ihnen ein Hohlraum (36) vorhanden ist;
ein ringförmiges Gebläserad (38), das ein inneres Ende zur Befestigung an dem Steg (16) der Rotorscheibe (10) und ein äußeres Ende (44) hat, welches einen Rand der Laufschaufeln (20) erfaßt, die in den axialen Schlitzen (30) zwischen be­ nachbarten Laufschaufelbefestigungsstützen (18) der Rotor­ scheibe (10) gehalten sind, wobei das Gebläserad (38) mit ei­ nem ringförmigen Flansch (48) versehen ist, der eine vordere Fläche (49) hat, die der hinteren Fläche (34) der Haken (32) zugewandt ist;
einen kreisringförmigen Haltering (56), der in dem Hohlraum (36) angeordnet ist und sich zwischen der hinteren Fläche (34) der Haken (32) und der vorderen Fläche (49) des Flan­ sches (48) befindet, um das äußere Ende (44) des Gebläserads (38) in einer festen axialen Position in bezug auf die Lauf­ schaufelbefestigungsstützen (18) und die Rotorscheibe (10) zu befestigen, wobei das obere Ende (44) des Gebläserads (38) eine axiale Vorwärtsbewegung der Laufschaufeln (20) relativ zu der Rotorscheibe (10) verhindert.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Haltering (56) an wenigstens einer Stelle (86) auf seiner Länge geteilt ist und an dieser Stelle gegen­ seitigen Abstand aufweisende Enden hat.