DE4110270A1 - Turbinenlaufschaufelaussenendbefestigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinentrieb­ werke und betrifft insbesondere eine Befestigungsvorrich­ tung, die zum Befestigen von Turbinenlaufschaufeln an deren äußeren Enden an einem Rotor eines Gasturbinentriebwerks verwendbar ist.

Querverweis auf verwandte Anmeldungen

Hierdurch wird auf folgende anhängige DE-Patentanmeldungen verwiesen, die sich auf verwandte Gegenstände beziehen, die Priorität der angegebenen US-Patentanmeldungen beanspruchen und auf den Namen der Anmelderin der vorliegenden Erfindung lauten:

• 1. P 36 14 157.7 (DE-Anwaltsakte 9823.7) und P 33 38 456.9 (DE-Anwaltsakte 12 982.8), "Gegenläufige Arbeitsturbine", Erfinder Kenneth O. Johnson, US Serial No. 0 71 594, vom 10. Juli 1987, eine Fortsetzungsanmeldung der Anmeldung Serial No. 7 28 466, angemeldet am 1. Mai 1985, nun aufgegeben, die eine Teilfortsetzung der Anmeldung Serial No. 4 37 923, ange­ meldet am 1. November 1982, nun aufgegeben, war.
• 2. P .. .. ....., "Zwischenstufendichtungsanordnung für Schaufelstufen von gegenläufigen Turbinentriebwerksro­ toren", Erfinder Przytulski et al., US Serial No. ....... (US-Anwaltsakte: 13DV-9441, DE-Anwaltsakte 12 979.3), und gleichzeitig hiermit angemeldet.
• 3. P .. .. .....,"Turbinenlaufschaufelinnenendbefesti­ gungsvorrichtung", Erfinder Przytulski et al., US Se­ rial No. ........ (US-Anwaltsakte: 13DV-9522, DE-An­ waltsakte 12 981.7), und gleichzeitig hiermit angemel­ det.

Gasturbinentriebwerke weisen im allgemeinen einen Gasgene­ rator auf, der einen Verdichter zum Verdichten von durch das Triebwerk nach hinten strömender Luft, eine Brennkam­ mer, in welcher Brennstoff mit der verdichteten Luft ver­ mischt und gezündet wird, um einen Gasstrom hoher Energie zu bilden, und eine Turbine hat, die durch den Gasstrom an­ getrieben wird und mit einem Rotor verbunden ist, um diesen anzutreiben, welcher seinerseits den Verdichter antreibt. Viele Triebwerke weisen weiter eine zweite Turbine auf, be­ kannt als Arbeitsturbine, die hinter dem Gasgenerator ange­ ordnet ist und dem Gasstrom Energie entnimmt, um eine um­ laufende Belastung anzutreiben, wie sie sich in der Vor­ triebsvorrichtung von Hubschraubern und Turboproptriebwer­ ken sowie bei nichtverstellbaren Blättern in Zweikreis-TL- oder -Turbofan-Triebwerken findet.

Eine aus jüngster Zeit stammende Verbesserung gegenüber den Turbofan- und Turboprop-Triebwerken ist ein mantelloses Ge­ bläse- oder Fantriebwerk, wie es in den oben im Querverweis unter Ziffer 1 aufgeführten Anmeldungen offenbart ist. Bei dem mantellosen Fantriebwerk enthält die Arbeitsturbine ge­ genläufige Rotoren mit Turbinenlaufschaufeln, die gegenläu­ fige Schaufelstufen bilden, welche auf entsprechende Weise die Blätter des mantellosen Fan antreiben, die in bezug auf die Arbeitsturbine radial angeordnet sind. Die Fanblätter des mantellosen Fantriebwerks sind verstellbare Blätter zum Erzielen von optimaler Leistung unter sich verändernden Be­ triebsbedingungen.

Bei den bekannten Turbinentriebwerken werden weitgehend Schwalbenschwanzvorrichtungen als effiziente Einrichtung zum Befestigen von Turbinenlaufschaufeln an Konstruktions­ bauteilen wie einem Turbinenrotor benutzt. Wegen der rela­ tiv geringen Drehzahlen der gegenläufigen Rotoren in der Arbeitsturbine des mantellosen Fantriebwerks wird jedoch mehr Flexibilität bei dem Entwurf der Turbinenlaufschaufel­ befestigungsvorrichtungen gestattet, um restriktive Ge­ wichtsforderungen zu erfüllen. Weiter erfordert die Befe­ stigung der Laufschaufeln an dem radial äußeren Ende statt an dem radial inneren Ende eine andere Vorrichtung.

Infolgedessen besteht ein Bedarf an alternativen Lösungen, welche diese zusätzliche Flexibilität vorteilhaft ausnut­ zen, um leichtgewichtige Vorrichtungen zur Befestigung der Turbinenlaufschaufeln an dem äußeren Gehäuse eines gegen­ läufigen Rotors einer Turbomaschine zu schaffen.

Die Erfindung schafft eine Turbinenlaufschaufelendbefesti­ gungsvorrichtung, die so ausgebildet ist, daß sie den oben erwähnten Bedarf deckt. Die Befestigungsvorrichtung nach der Erfindung ist inbesondere verwendbar zum Befestigen des äußeren Endes einer Turbinenlaufschaufel an dem äußeren Ro­ tor der gegenläufigen Rotoren in dem mantellosen Fantrieb­ werk, wo die Forderung besteht, die Schaufelblattvorverwin­ dung zu verhindern, die durch die Schaufelspitzenummantel­ lung verlangt wird. Die Befestigungsvorrichtung, die den Gegenstand der im obigen Querverweis unter Ziffer 3 angege­ benen Patentanmeldung darstellt, ist besonders geeignet zum Befestigen des Innenendes einer Turbinenlaufschaufel an dem inneren Rotor der gegenläufigen Rotoren in dem mantellosen Fantriebwerk. Die Prinzipien, nach denen die Befestigungsvorrichtungen sowohl der vorliegenden Erfindung als auch nach der im Querverweis unter Ziffer 3 angegebenen Anmeldung aufgebaut sind, können entweder bei einzelnen Schaufelblättern (oder Laufschaufeln) oder bei Mehrfach­ schaufelsegmentbauteilen in Turbomaschinen benutzt werden.

Die Erfindung ist demgemäß auf eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen von Turbinenlaufschaufeln in einem oder meh­ reren Umfangskränzen an einem Rotor eines Gasturbinentrieb­ werks gerichtet. Die Befestigungsvorrichtung umfaßt: (a) erste und zweite Einsteckteile, die axial beabstandet längs des Laufschaufelkranzes angeordnet sind und sich in Um­ fangsrichtung um diesen erstrecken; (b) eine Verriegelungs­ vorrichtung separat von den Einsteckteilen; und (c) eine an dem Rotor befestigte Einrichtung in Form von ersten und zweiten Nuten, die längs des Rotors axial beabstandet sind und sich in Umfangsrichtung um diesen erstrecken.

Jedes Einsteckteil hat einen ersten Teil, der an einem Ende einer Turbinenlaufschaufel befestigt ist und sich von die­ sem aus in radialer Richtung erstreckt. Das erste Einsteck­ teil hat einen zweiten Teil, der an seinem ersten Teil be­ festigt ist und sich von diesem aus in axialer Richtung er­ streckt. Außerdem weist die Verriegelungsvorrichtung ein Verriegelungsteil auf.

Weiter, die erste Nut ist querschnittsmäßig so geformt, daß sie den zweiten Teil des ersten Einsteckteils in Paßein­ griff aufnehmen kann. Die zweite Nut ist querschnittsmäßig so geformt, daß sie den ersten Teil des zweiten Einsteck­ teils aufnimmt und eine Axialbewegung desselben bei Axial­ bewegung der Turbinenlaufschaufel gestattet, um ihn mit der ersten Nut des zweiten Teils des ersten Einsteckteils aus­ zurichten und in Paßeingriff in diese einzuführen und um dann in Paßeingriff in der zweiten Nut das Verriegelungs­ teil der Verriegelungsvorrichtung und den ersten Teil des zweiten Einsteckteils aufzunehmen, um die Einsteckteile in den Nuten zu verriegeln und dadurch die Turbinenlaufschau­ fel gegen Radial- und Axialbewegungen relativ zu dem Rotor zu verriegeln.

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

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines mantellosen Fan-Gasturbinentriebwerks, in welchem die Turbi­ nenlaufschaufelendbefestigungsvorrichtung nach der Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht eines Tur­ binenabschnitts des mantellosen Fantriebwerks nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Einzelansicht des in Fig. 2 ein­ gekreisten Turbinenabschnitts,

Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht des Turbinenab­ schnittsteils nach Fig. 3, die eine bevorzugte Ausführungsform einer Turbinenlaufschaufelendbe­ festigungsvorrichtung nach der Erfindung zeigt,

Fig. 5 eine Seitenansicht der Befestigungsvorrichtung nach der Linie 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 in Draufsicht die Befestigungsvorrichtung nach der Linie 6-6 in Fig. 4,

Fig. 7 eine vergrößerte Teilansicht ähnlich der in Fig. 4, die aber eine erste alternative Ausführungs­ form einer Turbinenlaufschaufelendbefestigungs­ vorrichtung nach der Erfindung zeigt,

Fig. 8 eine Seitenansicht der Befestigungsvorrichtung nach der Linie 8-8 in Fig. 7,

Fig. 9 in Draufsicht die Befestigungsvorrichtung nach der Linie 9-9 in Fig. 7,

Fig. 10 eine vergrößerte Teilansicht ähnlich der in Fig. 4, die aber eine zweite alternative Ausführungs­ form einer Turbinenlaufschaufelendbefestigungs­ vorrichtung nach der Erfindung zeigt, und

Fig. 11 eine Schnittansicht der Befestigungsvorrichtung nach der Linie 11-11 in Fig. 10.

In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszei­ chen gleiche oder entsprechende Teile in sämtlichen Figu­ ren. Außerdem werden in der folgenden Beschreibung Begriffe wie "vorwärts", "rückwärts", "links", "rechts", "aufwärts", "abwärts" und dgl. der Zweckmäßigkeit halber gewählt und sind nicht in einschränkendem Sinn zu verstehen.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit mantellosem Fan, das die bevorzugte Ausführungsform der Turbinenlauf­ schaufelendbefestigungsvorrichtung nach der Erfindung, die in Fig. 3 insgesamt mit 12 bezeichnet ist, aufweist. Das Triebwerk 10 hat eine äußere Ummantelung oder Gondel 14, die einen vorderen Gasgenerator (nicht dargestellt) und eine hintere Arbeitsturbine 16, welche in Fig. 2 schema­ tisch gezeigt ist, umschließt. Auf bekannte Weise erzeugt der Gasgenerator Verbrennungsgase, die zu der Arbeitstur­ bine 16 geleitet werden.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 enthält die Arbeitsturbine 16 einen ersten (oder äußeren) und einen zweiten (oder in­ neren) ringförmigen Turbinenrotor 18, 20, die in entgegengesetzten Richtungen oder gegenläufig um eine Längsmittelachse A des Triebwerks 10 drehbar sind. Die Ro­ toren 18, 20 tragen zur Drehung mit ihnen und in Tandeman­ ordnung einen vorderen Satz von Vortriebsblättern oder -schaufeln 22 und einen hinteren Satz von Vortriebsblättern oder -schaufeln 24. Der erste, äußere Rotor 18 ist um eine hohle, statische Struktur 26 des Triebwerks 10 durch einen ersten Satz Lager 28 drehbar befestigt, wogegen der zweite, innere Rotor 20 innerhalb des äußeren Rotors 18 durch einen zweiten Satz Lager 30 drehbar befestigt ist.

Die Gondel 14 umschließt die Rotoren 18, 20, wobei die Sätze von Vortriebsblättern 22, 24 sich in Umfangsrichtung und von der Außenseite der Gondel 14 radial nach außen er­ strecken. Die Gondel 14 hat eine erste oder vordere Ver­ kleidung 32, die mit dem vorderen Satz von Vortriebsblät­ tern 22 gekuppelt und mit denselben drehbar ist, und eine zweite oder hintere Verkleidung 34, die mit dem hinteren Satz von Vortriebsblättern 24 gekuppelt und mit denselben drehbar ist. Die äußere Konfiguration der Gondel 14 sorgt für die richtigen Luftströmungskenndaten zum Optimieren der Leistung der Vortriebsblätter 22, 24 und dadurch des Trieb­ werks 10.

Zum weiteren Optimieren der Leistung des Triebwerks 10 kann der Steigungs- oder Einstellwinkel der Vortriebsblätter 22, 24 so verändert werden, daß er den spezifischen Betriebsbe­ dingungen entspricht. Die Blätter 22, 24 des vorderen bzw. hinteren Satzes sind durch Naben 36 an den inneren Seiten der vorderen bzw. hinteren Gondelhülse 32, 34 drehbar befe­ stigt und mit Blattverstelleinrichtungen 38 gekuppelt, mit­ tels welchen die Blätter 22, 24 um Blattverstellachsen 40 bzw. 42 drehbar sind. In der US-PS 47 38 590 der Anmelderin findet sich eine ausführliche Beschreibung der Blatt­ verstelleinrichtungen.

Die hintere Arbeitsturbine 16 hat außerdem einen ringförmi­ gen Gasströmungsweg 44 zum Empfangen von Verbrennungsgasen aus dem vorderen Gasgenerator des Triebwerks 10. Der Gas­ strömungsweg 44 erstreckt sich zwischen dem äußeren und in­ neren Rotorgehäuse 18, 20 der Arbeitsturbine 16, und Ver­ brennungsgase strömen auf diesem Weg als ein Gasstrom 46 hoher Energie. An dem äußeren und inneren Rotorgehäuse 18, 20 der Arbeitsturbine 16 sind über Turbinenlaufschaufelau­ ßen- und -innenendbefestigungsvorrichtungen 12, 48 axial beabstandete Kränze von sich in Umfangsrichtung und radial erstreckenden Turbinenlaufschaufeln 50, 52 befestigt, die miteinander abwechseln, um gegenläufig drehbare Schau­ felstufen zu bilden, welche sich über den ringförmingen Gasströmungsweg 44 erstrecken. Außerdem sind äußere und in­ nere Zwischenstufendichtungsvorrichtungen 54, 56 zum Be­ grenzen des Durchtritts des Gasstroms 46 zwischen dem äuße­ ren und inneren Rotorgehäuse 18, 20 und den äußeren und in­ neren Enden der Turbinenlaufschaufeln 52, 50 vorgesehen. Die innere Zwischenstufendichtungsvorrichtung 56 und die Laufschaufelinnenendbefestigungsvorrichtung 48, die in Fig. 3 gezeigt ist, sind lediglich Beispiele von mehreren ver­ schiedenen Befestigungs- und Dichtungsvorrichtungen, die in dem Turbinentriebwerk 10 benutzt werden können. Diese Vor­ richtungen bilden den Gegenstand der im eingangs aufgeführ­ ten Querverweis unter Ziffer 2 und 3 angegebenen Patentanmeldungen und werden hier nicht im einzelnen beschrieben, weil sie keinen Teil der Turbinenlaufschaufel­ außenendbefestigungsvorrichtung 12 nach der Erfindung bil­ den.

Somit treibt der Gasstrom 46 hoher Energie, der auf dem ringförmigen Gasströmungsweg 44 zwischen den Rotorgehäusen 18, 20 strömt, die Sätze von Turbinenlaufschaufeln 50, 52 gegenläufig, d. h. in entgegengesetzten Richtungen auf Kreisbahnen an, und diese bewirken ihrerseits, daß sich die Rotorgehäuse 18, 20 gegenläufig drehen.

Turbinenlaufschaufelendbefestigungsvorrichtungen nach der Erfindung

Die Turbinenlaufschaufeln 50 in den Umfangskränzen sind an ihren äußeren Enden 50A an dem äußeren Rotorgehäuse 18 durch die Endbefestigungsvorrichtung 12 nach der Erfindung befestigt. Die Befestigungsvorrichtung 12 kann entweder bei einzelnen Laufschaufeln 50 oder bei Mehrfachlaufschau­ felsegmenten benutzt werden. Zur Erleichterung der Be­ schreibung wird im folgenden die Verwendung zum Befestigen einer einzelnen Laufschaufel 50 beschrieben. Die Endbefe­ stigungsvorrichtung 12 wird zwar hier zum Befestigen der äußeren Enden der Turbinenlaufschaufeln 50 an der inneren Seite des äußeren Rotorgehäuses 18 in dem mantellosen Fan- Gasturbinentriebwerk 10 beschrieben, es ist jedoch klar, daß sich die möglichen Verwendungszwecke der Befestigungs­ vorrichtung 12 nicht darauf beschränken. Beispielsweise könnte sie auch zum Befestigen der inneren Enden der Turbi­ nenlaufschaufeln in demselben Fall oder in anderen Fällen benutzt werden.

Die Fig. 3-6 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Turbinenlaufschaufelendbefestigungsvorrichtung 12. In ihren grundlegenden Bauteilen umfaßt die Endbefestigungsvorrich­ tung 12 ein vorderes und ein hinteres Einsteckteil 58, 60, die längs der inneren Oberfläche des äußeren Rotorgehäuses 18 axial beabstandet sind und sich in Umfangsrichtung um diese erstrecken, eine Verriegelungsvorrichtung 62 separat von den Einsteckteilen 58, 60 und eine vordere und eine hintere Nut 64, 66, die längs der inneren Oberfläche des äußeren Rotors 18 axial beabstandet sind und sich in Um­ fangsrichtung um diese erstrecken sowie durch einen vorde­ ren und einen hinteren Flansch 68, 70 des äußeren Rotors gebildet sind.

Das vordere und das hintere Einsteckteil 58, 60 haben je­ weils einen ersten und einen zweiten Teil 58A, 58B und 60A, 60B, welche eine hakenartige Form oder die Form eines umge­ drehten L haben. Der erste Teil 58A, 60A jedes Einsteck­ teils 58, 60 ist an dem äußeren Ende 50A der Turbinenlauf­ schaufel 50 befestigt und erstreckt sich von da aus in ra­ dialer Richtung nach außen. Der zweite Teil 58B, 60B jedes Einsteckteils 58, 60 ist an dessen ersten Teil 58A, 60A an­ geformt und erstreckt sich von diesem aus in einer gemein­ samen axialen Richtung und insgesamt quer zu dem ersten Teil 58A, 60A, um die Gesamtquerschnittsform der Einsteck­ teile 58, 60 zu bilden.

Die vordere und die hintere Nut 64, 66, welche durch die Flansche 68, 70 gebildet werden, haben Paßteile 64A, 66A, welche sich in einer gemeinsamen axialen Richtung öffnen und querschnittsmäßig so geformt sind, daß sie die zweiten Teile 58B, 60B des vorderen und hinteren Einsteckteils 58, 60 mit Paßeingriff und gleichzeitig aufnehmen können. Die vordere Nut 64 hat außerdem einen Verriegelungsteil 64B, der mit dem Paßteil 64A derselben in Verbindung steht, sich in Richtung radial einwärts weg von der inneren Seite des äußeren Rotors 18 öffnet und querschnittsmäßig so ge­ formt ist, daß er ein Verriegelungsteil 72 der Verriege­ lungsvorrichtung 62 und den ersten Teil 58A des vorderen Einsteckteils 58 in Verriegelungseingriff aufnehmen kann. Die vordere Nut 64 ist querschnittsmäßig so geformt, daß vor dem Aufnehmen des Verriegelungsteils 72 der erste Teil 58A des vorderen Einsteckteils 58 bei Axialbewegung der Turbinenlaufschaufel 50 axial bewegt werden kann, um ihn in Paßbeziehung mit den Paßteilen 64A, 66A der vorderen und hinteren Nut 64, 66 der zweiten Teile 58B, 60B der Ein­ steckteile 58, 60 auszurichten und mit Paßeingriff darin einzuführen. Nachdem die zweiten Teile 58B, 60B der Ein­ steckteile 58, 60 in Paßeingriff in die Paßteile 64A, 66A der vorderen und hinteren Nut 64, 66 eingeführt worden sind, kann das Verriegelungsteil 72 der Verriegelungsvor­ richtung 62 in Paßeingriff in dem Verriegelungsteil 64B der vorderen Nut 64 längs des ersten Teils 58B des vorderen Einsteckteils 58 eingebaut werden, wie es in Fig. 4 zu er­ kennen ist, um die Einsteckteile 58, 60 in den Nuten 64, 66 zu verriegeln und dadurch die Turbinenlaufschaufel 50 sowohl gegen radiale als auch gegen axiale Bewegung relativ zu dem äußeren Rotor 18 zu verriegeln.

Die Verriegelungsteile 72 der Verriegelungsvorrichtung 62 sind vorzugsweise gekrümmt oder bogenförmig ausgebildet, damit sie der Krümmung des vorderen Flansches 68 eng ange­ paßt sind. Das Verriegelungsteil 72, das nach der Lauf­ schaufel 50 eingeführt und zwischen der Ferse des zweiten Teils 58B des vorderen Einsteckteils und dem Teil des Flan­ sches 68, der die vordere Wand des Verriegelungsteils 64B der vorderen Nut 64 bildet, positioniert worden ist, dient zum axialen Festhalten der Laufschaufel 50 und zum Aufneh­ men des Moments, das auf das äußere Ende 50A der Lauf­ schaufel durch die Vorverwindung der Laufschaufelummante­ lungsspitze ausgeübt wird. Die Umfangslänge des Verriege­ lungsteils 72 ist so bemessen, daß die Größe minimiert wird, die erforderlich ist, um sich auf 360° um den Rotor 18 zu erstrecken, aber um trotzdem die Anstrengung zu be­ grenzen, die für ihren Einbau erforderlich ist, wenn die Vorverwindung der Laufschaufeln 50 berücksichtigt wird. Falls möglich, wird das Verriegelungsteil 72 vorzugsweise aus verschleißfestem Material hergestellt, und es könnte sich um einen vollständigen Ring mit einer radialen Unter­ teilungslinie handeln, um die Montage zu gestatten.

In der bevorzugten Ausführungsform der Befestigungsvorrich­ tung 12, wie sie in den Fig. 3-6 dargestellt ist, weist die Verriegelungsvorrichtung 62 außerdem ein Halteteil 74 in Form einer Blechummantelung auf, welche die aufeinanderfol­ genden Stufen der Laufschaufeln 50, 52 überbrückt, und ein Wabenbauteil 76 der äußeren Zwischenstufendichtungsvorrich­ tung 54 trägt. Der hintere Rand 74A des Halteteils 74, der eine gewundene Konfiguration hat, paßt zwischen einen vor­ deren Rand 50B an dem äußeren Ende 50A der Turbinenlauf­ schaufel 50 und eine Seite 72A des Verriegelungsteils 72, die Abstand von dem vorderen Rand 50B des Turbinenlauf­ schaufelaußenendes hat und diesem zugewandt ist.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 4 und 5 weist die bevor­ zugte Ausführungsform der Befestigungsvorrichtung 12 weiter Elemente in Form einer Reihe von Versteifungen 78 auf, die an dem vorderen Flansch 68 des äußeren Rotors 18 befestigt sind, von diesem aus radial einwärts vorstehen und sich mit Umfangsabstand längs desselben erstrecken, so daß dazwi­ schen Schlitze 80 in einer Umfangsreihe gebildet sind, so­ wie Elemente in Form einer Reihe von Versteifungen 82, die an dem äußeren Ende 50A der Turbinenlaufschaufel 50 befe­ stigt sind, von da aus radial vorstehen und sich mit Um­ fangsabstand längs desselben erstrecken. Die Schlitze 80 des äußeren Rotors und die Laufschaufelversteifungen 82 sind ineinandergreifend angeordnet, so daß eine Bewegung der Turbinenlaufschaufel 50 in Umfangsrichtung relativ zu dem äußeren Rotor 18 verhindert wird.

Die Fig. 7-9 zeigen eine erste modifizierte oder alterna­ tive Ausführungsform der Endbefestigungsvorrichtung, die insgesamt mit der Bezugszahl 84 bezeichnet ist. Die erste modifizierte Befestigungsvorrichtung 84 hat ein vorderes Einsteckteil 86 und eine vordere Nut 88, welche im wesentlichen identisch mit, aber umgekehrt zu dem hinteren Einsteckteil 60 und der hinteren Nut 66 der bevorzugten Befestigungsvorrichtung 12 gemäß den Fig. 3-6 sind. Die Unterschiede liegen in der Konfiguration des hinteren Einsteckteils 90 und der hinteren Nut 92 der ersten modifi­ zierten Befestigungsvorrichtung 84 im Vergleich zu dem vor­ deren Einsteckteil 58 und der vorderen Nut 64 der bevorzug­ ten Befestigungsvorrichtung 12 und außerdem in der Konfigu­ ration der Verriegelungsvorrichtung 94 der ersten modifi­ zierten Befestigungsvorrichtung 84 im Vergleich zu der Verriegelungsvorrichtung 62 der bevorzugten Befestigungs­ vorrichtung 12.

Das hintere Einsteckteil 90 hat einen ersten Teil 90A, der sich von dem äußeren Ende 50A der Laufschaufel radial nach außen erstreckt, hat aber keinen vergleichbaren zweiten Teil daran. Die hintere Nut 92 hat nur einen Verriegelungs­ teil 92A, der sich in radialer Richtung weg von der inneren Seite des äußeren Rotors 18 öffnet, um ein Verriegelungs­ teil 96 der Verriegelungsvorrichtung 94 und den ersten Teil 90A des hinteren Einsteckteils 90 mit Verriegelungseingriff aufzunehmen. Die Verriegelungsvorrichtung 94 weist außerdem umfangsmäßig beabstandete Befestigungselemente 98, von denen nur eines gezeigt ist, auf zum Befestigen des Verrie­ gelungsteils 96 über Öffnungen 100 in dem äußeren Rotor 18 innerhalb des Verriegelungsteils 92A der hinteren Nut 92, um denselben in Verriegelungseingriff Seite an Seite mit dem ersten Teil 90A des hinteren Einsteckteils festzuhal­ ten.

Die Verriegelungsvorrichtung 94 weist außerdem umfangsmäßig beabstandete Schlitze 102 auf, die in dem ersten Teil 90A des hinteren Einsteckteils 90 gebildet sind, und Lappen 104, die an der vorderen Seite des Verriegelungsteils 96 befestigt sind, von diesem aus axial nach vorn vorstehen und sich umfangsmäßig beabstandet längs derselben erstrec­ ken. Die Schlitze 102 und die Lappen 104 sind ineinander­ greifend angeordnet, so daß sie eine Bewegung der Turbinen­ laufschaufel 50 in Umfangsrelation zu dem äußeren Rotor 18 verhindern.

Die Fig. 10 und 11 zeigen eine zweite alternative oder mo­ difizierte Ausführungsform der Endbefestigungsvorrichtung, die insgesamt mit der Bezugszahl 106 bezeichnet ist. Die zweite modifizierte Befestigungsvorrichtung 106 hat ein vorderes Einsteckteil 108 und eine vordere Nut 110, die mit dem hinteren Einsteckteil 60 und der hinteren Nut 66 der bevorzugten Befestigungsvorrichtung 12 gemäß den Fig. 3-6 im wesentlichen identisch sind. Außerdem hat die zweite mo­ difizierte Befestigungsvorrichtung 106 ein hinteres Ein­ steckteil 112 und eine hintere Nut 114, die mit dem vorderen Einsteckteil 58 und der vorderen Nut 64 der bevorzugten Be­ festigungsvorrichtung 12 im wesentlichen identisch sind. Der Unterschied liegt in der Konfiguration der Verriege­ lungsvorrichtung 116 der zweiten modifizierten Befesti­ gungsvorrichtung 106 im Vergleich zu der Verriegelungsvor­ richtung 62 der bevorzugten Befestigungsvorrichtung 12.

Die Verriegelungsvorrichtung 116 der zweiten modifizierten Befestigungsvorrichtung 106 hat ein Verriegelungsteil, das aus Kombinationen von umfangsmäßig beabstandeten Schäften 118 und Nockenelementen 120 (von denen jeweils nur einer bzw. nur eines gezeigt ist) besteht. Jeder Schaft 118 ist an dem äußeren Rotor 18 über eine Öffnung 122 drehbar befe­ stigt, die mit der hinteren Nut 114 ausgerichtet ist. Das Nockenelement 120 ist an dem Schaft 118 zur Drehung mit demselben befestigt und ist in der hinteren Nut 114 ange­ ordnet. Der Schaft 118 hat eine Buchse 124 zum Einführen des Endes eines Werkzeuges zum Drehen des Schaftes. Das Nockenelement 120 hat zwei entgegengesetzte Buckel 120A, die bei ausgewählter Drehung des Schaftes 118 zwischen Verriegelungs- und Entriegelungspositionen (mit ausgezoge­ nen und gestrichelten Linien in Fig. 11 gezeigt) relativ zu dem hinteren Einsteckteil 112 und einem hinteren Flansch 126 an dem äußeren Rotor 18 bewegt werden können, wobei der hintere Flansch 126 die vordere Wand der hinteren Nut 114 bildet.

Anschlagelemente in Form von Absätzen oder Schultern 128 sind an den Nockenelementbuckeln 120A gebildet und an den hinteren Einsteckteilen 112 in Anlage bringbar, die eine weitere Drehung blockieren, wenn das Nockenelement 120 die Verriegelungsposition erreicht.

Außerdem haben sowohl die erste als auch die zweite modifi­ zierte Befestigungsvorrichtung 84, 106 ähnliche Fortsätze, welche zum Befestigen und Positionieren von Wabenbauteilen für benachbarte Zwischenstufendichtungen dienen.

Die Hauptvorteile jeweils der Ausführungsformen 12, 84 und 106 der Befestigungsvorrichtung nach der Erfindung sind die Möglichkeit, die gegenseitige Schaufelverriegelungsvorver­ windung aufrechtzuerhalten und eine Einrichtung zum Dämpfen von Schaufelblattschwingungen mit einem relativ kompakten und leichten Satz von Hardware vorzusehen. Gleichzeitig werden durch die Befestigungsvorrichtung die Laufschaufeln 50 an dem äußeren Rotor 18 genau positioniert und zuverläs­ sig mit demselben verbunden.

Claims (26)

1. Befestigungsvorrichtung zum Befestigen von Turbinen­ laufschaufeln (50) in einem Umfangskranz an einem Rotor (18) eines Gasturbinentriebwerks (10), gekennzeichnet durch:

• a) ein erstes und ein zweites Einsteckteil (58, 60), die längs des Rotors (18) axial beabstandet sind und sich umfangsmäßig um den Rotor erstrecken, wobei jedes Ein­ steckteil (58, 60) einen ersten Teil (58A, 60A) hat, der an einem Ende (50A) einer Turbinenlaufschaufel (50) befestigt ist und sich von da aus in radialer Richtung erstreckt, und wobei das erste Einsteckteil (58) einen zweiten Teil (58B) hat, der an seinem er­ sten Teil (58A) befestigt ist und sich von da aus in axialer Richtung erstreckt;
• b) eine Verriegelungsvorrichtung (62) separat von den Ein­ steckteilen (58, 60), wobei die Verriegelungsvor­ richtung (62) ein Verriegelungsteil (72) aufweist; und
• c) eine an einem Rotor (18) befestigte Einrichtung (68, 70), die eine erste und eine zweite Nut (64, 66) bil­ det, welche längs des Rotors (18) axial beabstandet sind und sich umfangsmäßig um den Rotor erstrecken, wobei die erste Nut (64) eine derartige Querschnitts­ form hat, daß sie den zweiten Teil (58B) des ersten Einsteckteils (58) mit Paßeingriff aufnimmt, wobei die zweite Nut (66) eine derartige Qeurschnittsform hat, daß sie den ersten Teil (60A) des zweiten Einsteck­ teils (60) aufnimmt und eine Axialbewegung desselben bei einer Axialbewegung der Turbinenlaufschaufel (50) gestattet, um ihn mit dem zweiten Teil (58B) des er­ sten Einsteckteils (58) auszurichten und ihn mit Paß­ eingriff in die erste Nut (64) einzuführen und um dann mit Paßeingriff in der zweiten Nut (66) das Verriegelungsteil (72) der Verriegelungsvorrichtung (62) und den ersten Teil (60A) des zweiten Einsteck­ teils (60) mit Paßeingriff zu empfangen, um die Ein­ steckteile (58, 60) in den Nuten (64, 66) zu verrie­ geln und dadurch die Turbinenlaufschaufel (50) gegen Radial- und Axialbewegung relativ zu dem Rotor (18) zu verriegeln.

2. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei dem ersten und dem zweiten Einsteck­ teil (58, 60) jeweils der erste und der zweite Teil (58A, 60A, 58B, 60B) so ausgebildet sind, daß jedes Einsteckteil (58, 60) mit einer hakenartigen Konfiguration versehen ist.

3. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste und die zweite Nut (64, 66) je­ weils Paßteile (64A, 66A) haben, die sich in einer gemein­ samen axialen Richtung öffnen, um gleichzeitig die zweiten Teile (58B, 60B) des ersten bzw. zweiten Einsteckteils (58, 60) mit Paßeingriff gleichzeitig zu empfangen.

4. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Nut (66) außerdem einen Ver­ riegelungsteil (66B) hat, der mit dem Paßteil (66A) dersel­ ben in Verbindung steht und sich in radialer Richtung weg von dem Rotor (18) öffnet, um das Verriegelungsteil (72) und den ersten Teil (60A) des zweiten Einsteckteils (60) mit Verriegelungseingriff zu empfangen.

5. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung (62) außer­ dem ein Halteteil (74) hat, das zwischen einen Teil des En­ des (50A) der Turbinenlaufschaufel (50) und eine Seite des Verriegelungsteils (72) paßt, die Abstand von dem Ende (50A) der Turbinenlaufschaufel (50) hat und diesem zuge­ wandt ist.

6. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verriegelungsteil (72) der Verriegelungsvorrichtung (62) aufweist:
wenigstens einen Schaft (118), der mit Umfangsabstand und drehbar an dem Rotor (18) in Ausrichtung mit der zweiten Nut (114) befestigt ist; und
ein Nockenelement (120), das an dem Schaft (118) befestigt und in der zweiten Nut (114) angeordnet ist, wobei das Noc­ kenelement (120) zwei entgegengesetzte Buckel (120A) hat, die bei ausgewählter Drehung des Schafts (118) zwischen Verriegelungs- und Entriegelungspositionen relativ zu dem zweiten Einsteckteil (112) und der Einrichtung (126) an dem Rotor (18), welche den Verriegelungsteil der zweiten Nut (114) bildet, bewegbar sind.

7. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeich­ net durch Anschlagelemente, die an dem Nockenelement (120) und dem zweiten Einsteckteil (112) gebildet sind, um durch gegenseitige Anlage eine weitere Drehung zu blockieren, wenn das Nockenelement (120) die Verriegelungsposition er­ reicht.

8. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste und der zweite Teil des ersten Einsteckteils (86) dem Einsteckteil (86) eine hakenartige Konfiguration geben und daß die erste Nut (88) einen Paß­ teil hat, der sich in axialer Richtung öffnet, um den zwei­ ten Teil des ersten Einsteckteils (86) mit Paßeingriff zu empfangen.

9. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Nut (92) einen Verriegelungs­ teil (92A) hat, der sich in radialer Richtung weg von dem Rotor (18) öffnet, um das Verriegelungsteil (96) und den ersten Teil (90A) des zweiten Einsteckteils (90) mit Ver­ riegelungseingriff aufzunehmen.

10. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet,
daß in dem ersten Teil (90A) des zweiten Einsteckteils (90) mehrere umfangsmäßig beabstandete Schlitze (102) gebildet sind,
daß das Verriegelungsteil (96) mehrere Lappen (104) hat, die an ihm befestigt sind, von ihm axial vorstehen und sich in gegenseitigem Umfangsabstand längs desselben erstrecken, und
daß die Schlitze (102) und die Lappen (104) ineinandergrei­ fend angeordnet sind, so daß sie eine Bewegung der Turbi­ nenlaufschaufel (50) in Umfangsrelation zu dem Rotor (18) verhindern.

11. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung (94) außer­ dem wenigstens ein Befestigungselement (98) zum Befestigen des Verriegelungsteils (96) innerhalb des Verriegelungs­ teils (92A) der zweiten Nut (92) zum Festhalten desselben in der Verriegelungsrelation aufweist.

12. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch:
eine erste Anzahl von Elementen (78), die an dem Rotor (18) befestigt sind und sich in gegenseitigem Umfangsabstand längs desselben erstrecken; und
eine zweite Anzahl von Elementen (82), die an dem Ende (50A) der Turbinenlaufschaufel (50) befestigt sind und sich in gegenseitigem Umfangsabstand längs desselben erstrecken;
wobei die erste und die zweite Anzahl von Elementen (78, 80) in gegenseitigem Eingriff angeordnet sind, so daß sie eine Bewegung der Turbinenlaufschaufel (50) in Umfangsrela­ tion zu dem Rotor (18) verhindern.

13. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste oder die zweite Anzahl von Ele­ menten eine Reihe von vorstehenden Lappen (82) ist und daß die andere eine Reihe von Schlitzen (80) ist, welche die Lappen (82) aufnehmen.

14. Befestigungsvorrichtung in einem mit einem Rotor (18) und mehreren Turbinenlaufschaufeln (50) versehenen Gastur­ binentriebwerk zum Befestigen der Turbinenlaufschaufeln (50) an deren äußeren Enden (50A) an dem Rotor (18) in ei­ nem Umfangskranz, gekennzeichnet durch:

• a) ein erstes und ein zweites Einsteckteil (58, 60), die längs des Rotors (18) axial beabstandet sind und sich umfangsmäßig um den Rotor erstrecken, wobei jedes Ein­ steckteil (58, 60) einen ersten Teil (58A, 60A) hat, der dem äußeren Ende (50A) wenigstens einer der Turbinenlaufschaufeln (50) befestigt ist und sich von da aus in radialer Richtung erstreckt, und wobei das erste Einsteckteil (58) einen zweiten Teil (58B) hat, der an seinem ersten Teil (58A) befestigt ist und sich von da aus in axialer Richtung erstreckt;
• b) eine Verriegelungsvorrichtung (62) separat von den Ein­ steckteilen (58, 60), wobei die Verriegelungsvor­ richtung (62) ein Verriegelungsteil (72) aufweist; und
• c) eine an dem Rotor (18) befestigte Einrichtung (68, 70), die eine erste und eine zweite Nut (64, 66) bil­ det, welche längs des Rotors (18) axial beabstandet sind und sich umfangsmäßig um den Rotor erstrecken, wobei die erste Nut (64) eine derartige Querschnitts­ form hat, daß sie den zweiten Teil (58B) des ersten Einsteckteils (58) mit Paßeingriff aufnimmt, wobei die zweite Nut (66) eine derartige Querschnittsform hat, daß sie den ersten Teil (60A) des zweiten Einsteck­ teils (60) aufnimmt und eine Axialbewegung desselben bei einer Axialbewegung der Turbinenlaufschaufel (50) gestattet, um ihn mit dem zweiten Teil (58B) des er­ sten Einsteckteils (58) auszurichten und ihn mit Paß­ eingriff in die erste Nut einzuführen und um dann mit Paßeingriff in der zweiten Nut (66) das Verriegelungs­ teil (72) der Verriegelungsvorrichtung (62) und den ersten Teil (60A) des zweiten Einsteckteils (60) mit Paßeingriff zu empfangen, um die Einsteckteile (58, 60) in den Nuten (64, 66) zu verriegeln und dadurch die Turbinenlaufschaufel (50) gegen Radial- und Axial­ bewegung relativ zu dem Rotor (18) zu verriegeln.

15. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei dem ersten und dem zweiten Einsteck­ teil (58, 60) jeweils der erste und der zweite Teil (58A, 60A, 58B, 60B) so ausgebildet sind, daß jedes Einsteckteil (58, 60) mit einer hakenartigen Konfiguration versehen ist.

16. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste und die zweite Nut (64, 66) je­ weils Paßteile (64A, 66A) haben, die sich in einer gemein­ samen axialen Richtung öffnen, um gleichzeitig die zweiten Teile (58B, 60B) des ersten bzw. zweiten Einsteckteils (58, 60) mit Paßeingriff gleichzeitig zu empfangen.

17. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Nut (66) außerdem einen Ver­ riegelungsteil (66B) hat, der mit dem Paßteil (66A) dersel­ ben in Verbindung steht und sich in radialer Richtung weg von dem Rotor (18) öffnet, um das Verriegelungsteil (72) und den ersten Teil (60A) des zweiten Einsteckteils (60) mit Verriegelungseingriff zu empfangen.

18. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung (62) außer­ dem ein Halteteil (74) hat, das zwischen einen Teil des äu­ ßeren Endes (50A) der Turbinenlaufschaufel (50) und eine Seite des Verriegelungsteils (72) paßt, die Abstand von dem äußeren Ende (50A) der Turbinenlaufschaufel (50) hat und diesem zugewandt ist.

19. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verriegelungsteil (72) der Verriegelungsvorrichtung (62) aufweist:
wenigstens einen Schaft (118), der mit Umfangsabstand und drehbar an dem Rotor (18) in Ausrichtung mit der zweiten Nut (114) befestigt ist; und
ein Nockenelement (120), das an dem Schaft (118) befestigt und in der zweiten Nut (114) angeordnet ist, wobei das Noc­ kenelement (120) zwei entgegengesetzte Buckel (120A) hat, die bei ausgewählter Drehung des Schafts (118) zwischen Verriegelungs- und Entriegelungspositionen relativ zu dem zweiten Einsteckteil (112) und der Einrichtung (126) an dem Rotor (18), welche den Verriegelungsteil der zweiten Nut (114) bildet, bewegbar sind.

20. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeich­ net durch Anschlagelemente, die an dem Nockenelement (120) und dem zweiten Einsteckteil (112) gebildet sind, um durch gegenseitige Anlage eine weitere Drehung zu blockieren, wenn das Nockenelement (120) die Verriegelungsposition er­ reicht.

21. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste und der zweite Teil des ersten Einsteckteils (86) dem Einsteckteil (86) eine hakenartige Konfiguration geben und daß die erste Nut (88) einen Paß­ teil hat, der sich in axialer Richtung öffnet, um den zwei­ ten Teil des ersten Einsteckteils (86) mit Paßeingriff zu empfangen.

22. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Nut (92) einen Verriegelungs­ teil (92A) hat, der sich in radialer Richtung weg von dem Rotor (18) öffnet, um das Verriegelungsteil (96) und den ersten Teil (90A) des zweiten Einsteckteils (90) mit Ver­ riegelungseingriff aufzunehmen.

23. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch ge­ kennzeichnet,
daß in dem ersten Teil (90A) des zweiten Einsteckteils (90) mehrere umfangsmäßig beabstandete Schlitze (102) gebildet sind,
daß das Verriegelungsteil (96) mehrere Lappen (104) hat, die an ihm befestigt sind, von ihm axial vorstehen und sich in gegenseitigem Umfangsabstand längs desselben erstrecken, und
daß die Schlitze (102) und die Lappen (104) ineinandergrei­ fend angeordnet sind, so daß sie eine Bewegung der Turbi­ nenlaufschaufel (50) in Umfangsrelation zu dem Rotor (18) verhindern.

24. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung (94) außer­ dem wenigstens ein Befestigungselement (98) zum Befestigen des Verriegelungsteils (96) innerhalb des Verriegelungs­ teils (92A) der zweiten Nut (92) zum Festhalten desselben in der Verriegelungsrelation aufweist.

25. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeich­ net durch:
eine erste Anzahl von Elementen (78), die an dem Rotor (18) befestigt sind und sich in gegenseitigem Umfangsabstand längs desselben erstrecken; und
eine zweite Anzahl von Elementen (82), die an dem Ende (50A) der Turbinenlaufschaufel (50) befestigt sind und sich in gegenseitigem Umfangsabstand längs desselben erstrecken;
wobei die erste und die zweite Anzahl von Elementen (78, 80) in gegenseitigem Eingriff angeordnet sind, so daß sie eine Bewegung der Turbinenlaufschaufel (50) in Umfangsrela­ tion zu dem Rotor (18) verhindern.

26. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste oder die zweite Anzahl von Ele­ menten eine Reihe von vorstehenden Lappen (82) ist und daß die andere eine Reihe von Schlitzen (80) ist, welche die Lappen (82) aufnehmen.