DE60307302T2

DE60307302T2 - Befestigungsvorrichtung für Statorschaufel, sowie Leitschaufelstufe eines Verdichters mit einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE60307302T2
Application number: DE60307302T
Authority: DE
Inventors: Andre Lhoest
Original assignee: Techspace Aero SA
Current assignee: Safran Aero Boosters SA
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: DE60307302D1; EP1548233B1; EP1548233A1

Description

Gegenstand der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbindung von Leitschaufeln eines Leitapparats. Die Verbindung erfolgt mittels Nieten, Schweißnähten oder auch durch Schrauben und Muttern.
Technologischer Hintergrund und Stand der Technik
Koaxiale Verdichter sind an sich wohlbekannt und finden in unterschiedlichen Anwendungsbereichen Verwendung. Insbesondere werden sie in Zweiwellentriebwerken, Turbogebläsen und Turbinenluftstrahltriebwerken verwendet. Auch in Elektrizitätswerken werden sie eingesetzt. Diese Verdichter vom Typ Niederdruckverdichter oder Hochdruckverdichter bestehen im Wesentlichen aus mehreren Stufen von Laufschaufeln oder Rotorstufen, die von Leitapparaten oder Statorstufen getrennt sind, die dazu dienen, den Vektor der Geschwindigkeit des Mediums, das aus der vorhergehenden Stufe austritt, umzulenken (zurückzulenken), bevor es in das nachfolgende Abteil geleitet wird.
Jeder dieser Leitapparate besteht im Wesentlichen aus Leitschaufeln, die einen Außenring mit einem Innenring verbinden, die beide konzentrisch sind.
Ein wichtiges Problem bei Leitapparaten von Verdichtern besteht darin, dass die besagten Schaufeln in besonders effizienter Weise an den Ringen zu befestigen sind. In der Tat muss diese Verbindung der Schaufeln mit den Ringen optimal sein, damit sie auch Unfällen wie etwa dem Bruch einer Schaufel oder den Schäden, die durch das Eindringen eines Fremdkörpers, zum Beispiel eines Vogels in dieses Turbinenluftstrahltriebwerk, verursacht werden, standhalten kann.
Üblicherweise wird die Verbindung der Schaufeln mit dem Innen- und Außenring in herkömmlicher Weise durch Nieten, Schrauben oder durch Schweißen hergestellt. Jedoch hat der Einsatz dieser Befestigungsmittel den wesentlichen Nachteil, dass sie die Strömung stören und einen Druckverlust im aerodynamischen Strahl verursachen. Insbesondere beim Nieten werden die Niete üblicherweise im aerodynamischen Strahl angebracht.
In der Druckschrift US-A-4,249,859 wird ein Trennschnabel für ein Zweikreistriebwerk beschrieben, der die Last bei Beanspruchung trägt und bei dem dank einer Vorspannung keine Gefahr besteht, dass die Verbindung sich löst. Die Leitschaufeln werden einzeln am Ring des Trennschnabels durch Winkelteile und Niete befestigt, die zu Unregelmäßigkeiten im aerodynamischen Strahl führen können.
In der Druckschrift EP-A-0 811 753 werden die Schaufeln einer Turbine mit einem Ring mit Ausschnitten in einer internen, nichtmetallischen Basis verbunden, bestehend aus einer Plattform und einer Muffe, in der sich ein Elastomermaterial (Polyurethan) befindet, das die Funktion eines Stoßdämpfers ausübt.
In der Druckschrift GB-A-802 508 wird eine Rotorlagerstütze beschrieben, ausgeführt auf der Grundlage eines hohlen Leitschaufelrades, dessen Leitschaufeln an ihren Enden mit Zwischenteilen verbunden sind, die die Form von Metallkästen haben, die einerseits an die Schaufeln angeschweißt sind und andererseits, an ihren Vorder- und Rückseiten, an Radkränze in Form von kreisförmigen Metallringen. Diese sind ebenfalls an den Ring angeschweißt, der dem inneren Strahl des Mediums dient. Die Schaufeln können gegebenenfalls direkt an diesen Ring angeschweißt sein. Diese metallischen Zwischenkästen haben die Aufgabe, die Verbindung zwischen Schaufeln und Radkränzen zu versteifen, um die Belastung des Wälzlagers an das Motorgehäuse zu übertragen.
Aufgaben der Erfindung
Diese Erfindung hat die Aufgabe, eine Lösung für die Befestigung der Leitschaufeln an den Ringen anzubieten, die nicht die Nachteile nach dem Stand der Technik mit sich bringt und die insbesondere jede durch Schweißnähte oder Niete am Ring verursachte Störung des aerodynamischen Strahls verhindert.
Insbesondere hat die Erfindung die Aufgabe, eine Lösung anzubieten, die durch eine sehr einfache Montage gekennzeichnet ist und keine zusätzlichen Montagevorgänge erfordert.
Außerdem hat die Erfindung die Aufgabe, die Befestigungselemente für die Schaufeln außerhalb der funktionalen Bereiche anzuordnen, um die Gefahr eines Unfalls beträchtlich zu reduzieren.
Diese Erfindung hat außerdem die Aufgabe, eine Lösung mit niedrigen Kosten anzubieten.
Wichtigste charakteristische Elemente der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbindung einer Schaufel mit einem Ring in einem Leitapparat eines Verdichters, der einen Außenring und einen Innenring umfasst, die beide konzentrisch sind und die durch eine Reihe Leitschaufeln miteinander verbunden sind, wobei die besagte Schaufel durch einen in dem besagten Ring befindlichen Ausschnitt durch den Ring geführt wird; ein Teil der besagten Schaufel befindet sich daher in einem nicht funktionalen Bereich des Leitapparats außerhalb des aerodynamischen Strahls, und die besagte Verbindungsvorrichtung befindet sich im besagten nicht funktionalen Bereich und umfasst ein Zwischenelement, das mittels eines Verriegelungselements auf jeder Seite der besagten Schaufel in dem Bereich, der sich im nicht funktionalen Bereich befindet, befestigt ist, wobei jedes Zwischenelement so gestaltet ist, dass es die besagte Schaufel mit einer benachbarten Schaufel verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Verbindungsvorrichtung keine direkte mechanische Verbindung zwischen der Schaufel und dem Ring einerseits und zwischen dem besagten Zwischenelement und dem Ring andererseits aufweist.
Auf vorteilhafte Weise umfasst das besagte Zwischenelement ein aus einem Flachprofil bestehendes, gebogenes Blech, das an jedem seiner Enden in wenigstens einer Lasche endet, die dazu bestimmt ist, jeweils entlang der besagten Schaufel und der benachbarten Schaufel über deren Breite positioniert zu werden und mit dieser durch das Verriegelungselement verbunden zu werden.
Vorzugsweise wird das Zwischenelement aus Aluminium, Stahl, Titan oder einem Verbundmaterial hergestellt.
Vorzugsweise weist das Flachprofil des Zwischenelements Aussparungen auf, vorzugsweise in Form runder oder ovaler Löcher, die in das Blech eingearbeitet sind, um die Struktur leichter zu machen.
Gemäß der Erfindung ist ein Teil des besagten Zwischenelements, vorzugsweise das Flachprofil des besagten Zwischenelements im nicht funktionalen Bereich des Rings in ein Elastomerteil eingebettet, geklemmt oder versenkt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Zwischenelement eine Befestigungslasche an beiden Enden.
Die Befestigungsvorrichtung gemäß der Verbindung wird folglich montiert, indem die Schaufeln Schritt für Schritt verbunden werden.
Auf vorteilhafte Weise weist jede Befestigungslasche eine Öffnung zur Montage des Verriegelungselements auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Befestigungslaschen der beiden Zwischenelemente, die auf ein- und derselben Schaufel befestigt sind, so angeordnet, dass man im wesentlichen einheitlich über die Breite der Schaufel verteilte Befestigungspunkte erhält.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden zwei benachbarte Befestigungspunkte auf der Schaufel mittels verschiedener Zwischenelemente realisiert.
In vorteilhafter Weise umfasst ein Ende des Zwischenelements zwei Laschen, die sich entlang der Breite am Rand des Zwischenelements befinden, während das andere Ende eine einzige Lasche aufweist, die entlang der Breite zentral angeordnet ist.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden zwei benachbarte Befestigungspunkte auf der Schaufel mittels des gleichen Zwischenelements realisiert.
Ebenfalls gemäß dieser zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Ende des Zwischenelements mindestens zwei Laschen, während das andere Ende die gleiche Anzahl an Laschen aufweist, die in der gleichen Weise angeordnet sind, so dass sich die Schaufel an jedem Befestigungspunkt in Sandwichform zwischen den gegenüberliegenden Laschen zweier unterschiedlicher Zwischenelemente befindet.
Vorzugsweise ist dabei die Anzahl der Laschen gleich 3.
In vorteilhafter Weise umfasst das Verriegelungselement ein Niet, eine Schweißnaht oder einen Bolzen, d.h. einen Gewindestift und eine Mutter.
Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Leitapparat eines Verdichters, der einen Außenring und einen Innenring umfasst, die vorzugsweise kreisförmig und beide konzentrisch sind und die durch eine Reihe Leitschaufeln miteinander verbunden sind, die mit mindestens einem der beiden Ringe durch eine Befestigungsvorrichtung wie vorstehend beschrieben verbunden sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Schnittzeichnung der Befestigungsart einer Leitschaufel gemäß der Erfindung mit Hilfe von Zwischenelementen gemäß einer senkrecht zur Motorachse stehenden Ebene.
2 zeigt eine schematische Schnittzeichnung eines Beispiels der Befestigung nach dem Prinzip von 1 gemäß einer durch die Motorachse verlaufenden Ebene.
3 zeigt eine schematische Draufsicht eines Beispiels der Befestigung nach dem Prinzip von 1.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Das Prinzip der Erfindung besteht darin, auf eine minimale, einfache, zuverlässige Befestigungstechnik ohne kostspielige oder aufwändige Mittel zurückzugreifen und dabei außerhalb des funktionalen Bereichs des Leitapparats zu bleiben.
Wie in 1 dargestellt, besteht die Erfindung darin, als Befestigungszwischenteil zwischen der Schaufel 1 und dem Ring 2 ein Zwischenelement 3, 3' zu verwenden, das auf jeder Seite des Bereichs der Schaufel 1' angeordnet wird, der aus einem Ausschnitt 4 auf der in Bezug auf den aerodynamischen Strahl 7 nicht funktionalen Seite 6 hervorragt. Die eigentliche Befestigung 8 wird dann zum Beispiel durch Nieten oder Verschraubung auf dieser nicht funktionalen Seite 6 zwischen dem Zwischenelement 3, 3' und der Schaufel 1 ausgeführt. Die Zwischenelemente 3, 3' werden einfach in den Ring 2 eingesteckt. Die Dicke des Rings und der Zwischenelemente kann infolgedessen auf ein Minimum reduziert werden, in Abhängigkeit von der Machbarkeit bei der Herstellung.
Die 2 zeigt ein Beispiel, bei dem die Zwischenelemente in einen Außenring mit gesicherter Verkeilung 10 eingesteckt sind.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das besonders gut für eine Anwendung bei Außenringen geeignet ist. Jedes Zwischenelement 3, 3' ist aus gebogenem Stahlblech hergestellt. Alle Zwischenelemente sind identisch und jedes Zwischenelement ist mit einer Lasche 11, 11', 11'' an jedem seiner Enden 20, 20' versehen, was die Befestigung eines Zwischenelements an zwei benachbarten Schaufeln auf dem Ring ermöglicht. Um die Steifigkeit der Verbindung zu fördern, kann ein Ende 20 des Zwischenelements zwei Laschen 11, 11' aufweisen, die am Rand des Zwischenelements 3, 3' über seine Breite angeordnet sind, während das andere Ende 20' nur eine Lasche 11'' aufweisen kann, die in der Breite mittig angeordnet ist. So gibt es an jeder Schaufel drei gleichmäßig über die Breite der Schaufel verteilte Befestigungspunkte 8. Die Zwischenelemente können leichter ausgeführt sein, entweder indem eine minimale Blechstärke verwendet wird, oder indem Löcher 12 im Flachprofil des gebogenen Blechs vorgesehen sind.
Eine solche Verbindungsvorrichtung bietet mehrere Vorteile:

– zunächst kommt es durch das Fehlen von Befestigungsteilen wie Nieten im aerodynamischen Strahl zu keinerlei Störung desselben, wodurch Lastverluste stark reduziert werden;
– sie ist einfach herzustellen und ein- und auszubauen und gewährleistet gleichzeitig eine optimale Materialnutzung;
– sie ermöglicht die Verwendung von Schaufeln sehr einfacher Form;
– es ist kein Fräsen an den Ringen erforderlich, außer den Ausschnitten für die Durchführung der Schaufeln;
– da die Schaufeln von innen eingesteckt werden, sind die Ausschnitte kleiner und daher bestehen geringere Anforderungen an das aerodynamische Design;
– die Ringstärke wird in Abhängigkeit von der Machbarkeit bei der Herstellung auf ein Mindestmaß reduziert;
– schließlich ermöglicht sie den Zusammenbau und die Verbindung zweier Arten von Teilen, den Leitschaufeln und dem Ring, ohne direkte mechanische Verbindung, ohne Änderung des funktionalen Aspekts dieser zwei Arten von Teilen.

Claims

Vorrichtung zur Verbindung einer Schaufel (1) mit einem Ring (2) in einem Leitapparat eines Verdichters, der einen Außenring und einen Innenring umfasst, die beide konzentrisch sind und die durch eine Reihe Leitschaufeln miteinander verbunden sind, wobei die besagte Schaufel (1) durch einen in dem besagten Ring (2) befindlichen Ausschnitt (4) durch den Ring geführt wird; ein Teil der besagten Schaufel (1') befindet sich in einem nicht funktionalen Bereich des Leitapparats (6) außerhalb des aerodynamischen Strahls (7); und die besagte Verbindungsvorrichtung befindet sich im besagten nicht funktionalen Bereich (6) und umfasst ein Zwischenelement (3, 3'), das mittels eines Verriegelungselements (8) auf jeder Seite der besagten Schaufel in dem Bereich (1'), der sich im nicht funktionalen Bereich (6) befindet, befestigt ist, wobei jedes Zwischenelement (3, 3') so gestaltet ist, dass es die besagte Schaufel (1) mit einer benachbarten Schaufel verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Verbindungsvorrichtung keine direkte mechanische Verbindung zwischen der Schaufel (1) und dem Ring (2) einerseits und zwischen dem besagten Zwischenelement (3, 3') und dem Ring (2) andererseits aufweist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Zwischenelement (3, 3') ein aus einem Flachprofil bestehendes, gebogenes Blech ist, das an jedem seiner Enden (20, 20') in wenigstens einer Lasche (11, 11', 11'') endet, die dazu bestimmt ist, jeweils entlang der besagten Schaufel (1') und der benachbarten Schaufel über deren Breite positioniert zu werden und mit dieser durch das Verriegelungselement (8) verbunden zu werden.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (3, 3') aus Aluminium, Stahl, Titan oder einem Verbundmaterial hergestellt wird.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachprofil des Zwischenelements Aussparungen aufweist, vorzugsweise in Form runder oder ovaler Löcher, die in das Blech eingearbeitet sind.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des besagten Zwischenelements (3, 3'), vorzugsweise das Flachprofil des besagten Zwischenelements (3, 3') im nicht funktionalen Bereich des Rings (2) in ein Elastomerteil eingebettet, geklemmt oder versenkt ist.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Befestigungslasche (11, 11', 11'') eine Öffnung zur Montage des Verriegelungselements (8) aufweist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungslaschen (11, 11', 11'') der beiden Zwischenelemente (3, 3'), die auf ein- und derselben Schaufel (1') befestigt sind, so angeordnet sind, dass man im wesentlichen einheitlich über die Breite der Schaufel verteilte Befestigungspunkte erhält.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Befestigungspunkte auf der Schaufel (1) mittels verschiedener Zwischenelemente (3, 3') realisiert werden.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende (20) des Zwischenelements (3, 3') zwei Laschen (11, 11') umfasst, die sich entlang der Breite am Rand des Zwischenelements befinden, während das andere Ende (20') eine einzige Lasche aufweist, die entlang der Breite zentral angeordnet ist.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Befestigungspunkte auf der Schaufel (1) mittels des gleichen Zwischenelements (3, 3') realisiert werden.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende (20) des Zwischenelements (3, 3') mindestens zwei Laschen (11, 11') umfasst, während das andere Ende (20') die gleiche Anzahl an Laschen (11, 11') aufweist, die in der gleichen Weise angeordnet sind, so dass sich die Schaufel an jedem Befestigungspunkt in Sandwichform zwischen den gegenüberliegenden Laschen zweier unterschiedlicher Zwischenelemente befindet.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Laschen (11, 11') 3 beträgt.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (8) ein Niet, eine Schweißnaht oder einen Bolzen, d.h. einen Gewindestift und eine Mutter, umfasst.
Leitapparat eines Verdichters, der einen Außenring und einen Innenring umfasst, die beide konzentrisch sind und die durch eine Reihe Leitschaufeln miteinander verbunden sind, die mit mindestens einem der beiden Ringe durch eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche verbunden sind.