DE69302813T2

DE69302813T2 - Rotor für gasturbinen

Info

Publication number: DE69302813T2
Application number: DE69302813T
Authority: DE
Inventors: David Knott
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1992-05-07
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: DE69302813D1; US5464326A; WO1993022539A1; EP0640172B1; EP0640172A1; GB9209895D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Rotoren für Luftkompressoren und insbesondere auf einen Fan-Rotor für ein Gasturbinentriebwerk.
Ein herkömmlicher Fan-Rotor, wie er z.B. in dem Dokument EP-A- 0 370 899 beschrieben ist, und der zur Verdichtung von Luft dient, umfaßt eine Scheibe mit einer Vielzahl von radial verlaufenden Schaufeln, die an der Scheibe festgelegt sind. Die Fanschaufeln sind an der Scheibe dadurch festgelegt, daß das radial innere Ende der Schaufeln in entsprechend gestaltete Lagernuten im radial äußeren Teil der Scheibe eingeschoben werden. Die Fanschaufeln besitzen keine Plattformen, so daß die Innenwand eines Ringkanals für die komprimierte Luft dadurch hergestellt wird, daß getrennte Wandabschnitte an der radial äußeren Fläche der Scheibe angebracht werden. Die getrennten Wandteile überbrücken den Abstand zwischen zwei benachbarten Schaufeln, um die Innenwand des Ringkanals zu definieren.
Jedes getrennte Wandteil besitzt elastische Streifen, die an den Rändern, benachbart zu den Fanschaufeln, festgelegt sind. Die elastischen Streifen stehen derart vor, daß sie gegen benachbarte Fanschaufeln anstoßen. Die elastischen Streifen schaffen demgemäß eine Dichtung zwischen den Wandteilen und der Fanschaufel, um einen Luftleckstrom an der Innenwand des Strömungsringkanals zu vermeiden.
Ein Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß die elastischen Streifen eine enge Anpassung an benachbarte Schaufeln besitzen, was zu Schwierigkeiten beim Zusammenbau führt
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rotor zu schaffen, bei dem die Innenwand des Strämungskanals durch mehrere Wandteile definiert wird, die mit elastischen Streifen versehen sind, welche einen einfacheren Zusammenbau gewährleisten.
Die Erfindung geht aus von einem Rotor für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Rotorscheibe, die eine radial äußere Fläche besitzt, an der mehrere radial verlaufende Schaufeln montiert sind, wobei die Schaufeln in einer Axialrichtung gekrümmt sind und wobei getrennte Wandteile vorgesehen sind, um den Raum zwischen benachbarten Schaufeln zu überbrücken und eine Innenwand des Strömungskanals durch den Rotor zu definieren und wobei jedes Wandteil an der radial äußeren Fläche der Scheibe befestigbar ist und gegenüberliegende Seitenflächen aufweist, die in Umfangsrichtung von den benachbarten Schaufeln im Abstand liegen und die so gekrümmt sind, daß sie der Krümmung benachbarter Schaufeln folgen und wobei elastische Dichtungsstreifen benachbart zu den gegenüberliegenden Seitenflächen und den Wandteilen angeordnet sind.
Bei einem derartigen Rotor wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder elastische Dichtungsstreifen einen Flanschabschnitt besitzt, der radial nach innen längs eines gekrümmten Randes benachbart zu der gegenüberliegenden Seitenfläche des Wandteiles gekrümmt ist, daß der Rand eine Krümmung besitzt, die der Krümmung der gegenüberliegenden Seitenfläche des Wandteiles entspricht und der Anstellwinkel des Flanschabschnitts sich längs des Randes ändert, um Wellungen im Flanschabschnitt zu erzeugen, die die Flexibilität des Flanschabschnitts verbessern, wodurch im Betrieb der Flanschabschnitt des elastischen Dichtungsstreifens radial nach außen durch die Zentrifugaikräfte ausgelenkt wird, wenn sich der Rotor um eine zentrale Achse des Triebwerks dreht, so daß der Flanschabschnitt in Berührung mit der benachbarten Fanschaufel gelangt, um die Innenwand des Ringströmungskanals abzudichten.
Vorzugsweise ist der Anstellwinkel des Flanschabschnitts variabel, um im wesentlichen sinusförmige Wellungen im Flanschabschnitt zu erzeugen. Die elastischen Dichtungsstreifen können aus verwebtem Material, beispielsweise aus Kohlenstoff oder Glasfasern, hergestellt sein. Der Flanschabschnitt des elastischen Dichtungsstreifens kann einen Gummistreifen aufweisen, der an dem Flanschabschnitt befestigt ist und mit den benachbarten Fanschaufeln in Berührung kommt, wenn der Flanschabschnitt durch die Zentrifugalkräfte radial nach außen ausgelenkt wird.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ist eine schematische, teilweise aufgebrochene Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Rotor;
Fig. 2 ist eine Ansicht eines Rotors gemäß der Erfindung, betrachtet in Richtung des Pfeiles A gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Teilansicht des Rotors gemäß Fig. 2 in größerem Maßstab;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Dichtungsstreifens zur Benutzung in Verbindung mit einem Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 zeigt in einem Diagramm die Auslenkung des Flanschabschnittes des Dichtungsstreifens gemäß der Erfindung unter Zentrifugalkraft in Abhängigkeit von der Dichtungslänge.
Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10, welches in herkämmlicher Weise arbeitet und einen Fan-Rotor 12 am stromaufwärtigen Ende aufweist.
Der Fan-Rotor 12 (Fig. 2) weist eine Anzahl von Fanschaufeln 14 auf, die im radial äußeren Teil 18 der Scheibe 16 verankert sind. Die Fanschaufeln 14 sind in Axialrichtung gekrümmt. Die Fanschaufeln 14 besitzen keine Plattformen und der Raum zwischen benachbarten Schaufelpaaren 14 wird durch Wandteile 20 überbrückt. Die Wandteile 20 sind in dem radial äußeren Teil 18 der Scheibe 16 festgelegt und definieren die Innenwand eines Ringströmungskanals für die vom Fan verdichtete Luft.
Jeder Wandteil 20 weist eine Plattform 22 auf, die einen Fuß 24 mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt besitzt, der radial innerhalb der Plattform 22 liegt. Der Fuß 24 greift in eine entsprechend gestaltete Haltenut 25 im radial äußeren Teil 18 der Scheibe 16 ein. Eine Axialbewegung der Wandteile 20 wird dadurch verhindert, daß ein nicht dargestellter Ring, der als Schubring bezeichnet wird, auf der Scheibe 16 montiert wird.
Die Plattform 22 (Fig. 3) besitzt axial verlaufende Seitenränder 26, die dicht benachbart zu der jeweils benachbarten Fanschaufel 14 verlaufen. Die Seitenränder 26 der Plattform 22 sind so gekrümmt, daß sie der Krümmung der benachbarten Fanschaufel 14 folgen. Jeder Seitenrand 26 ist mit einem elastischen Dichtungsstreifen 28 versehen. Ein Abschnitt 27 des Dichtungsstreifens 28 ist längs eines Randes 26 der Plattform 22 durch einen Kleber 32 festgelegt. Ein Flanschabschnitt 29 der Dichtungsstreifen 28 ist radial nach innen geneigt. Der Flanschabschnitt 29 ist längs eines gekrümmten Randes 30 geneigt. Der Rand 30 besitzt eine Krümmung, die der Krümmung des gegenüberliegenden Seitenrandes 26 entspricht, an dem der Streifen festgelegt ist.
Der Anstellwinkel des Flanschabschnitts 29 ändert sich über den gekrümmten Rand 30 derart, daß sinusförmige Wellungen in dem Flanschabschnitt 29 (Fig. 4) entstehen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Flanschabschnitt 29 unter einem Winkel in der Größenordnung von ± 40 gegenüber dem Rand 30 angestellt.
Um den Zusammenbau zu vereinfachen, sind die Dichtungsstreifen 28 so ausgebildet, daß die Flanschabschnitte 29 nicht an den benachbarten Fanschaufeln 14 anstoßen, wenn das Triebwerk 10 nicht in Betrieb befindlich ist.
Wenn das Triebwerk 10 läuft, dann dreht sich der Rotor 12 um eine zentrale Achse C des Triebwerks 10. Die auf die Dichtungsstreifen 28 einwirkenden Zentrifugalkräfte lenken die Flanschabschnitte 29 in die in Fig. 3 strichliert dargestellte Stellung ab. Die Dichtungsstreifen 28 werden radial nach außen ausgelenkt und gelangen in Dichtungsberührung mit der benachbarten Schaufel 14. Die Dichtungsstreifen 28 bilden eine Dichtung, welche einen Leckstrom komprimierter Luft durch die Innenwand des Ringströmungskanals verhindert, wenn sich der Rotor 12 dreht. Der Flanschabschnitt 29 des Dichtungsstreifens 28 weist einen daran befestigten Gummistreifen 33 auf. Der Gummistreifen 33 unterstützt die Auslenkung des Dichtungsstreifens 28 radial nach außen unter Einwirkung der Zentrifugalkräfte und bildet eine weiche Berührungsfläche zum Anliegen an die benachbarte Schaufel 14.
Fig. 5 zeigt den Betrag der Auslenkung, der ein Dichtungsstreifen 28 unterworfen wird, welcher einen gewellten Flanschabschnitt 29 besitzt, der Zentrifugalkräften ausgesetzt ist, und zwar im Vergleich mit einem Dichtungsstreifen 28, der einen ungewellten Flanschabschnitt 29 besitzt.
Die Auslenkung des Flanschabschnitts 29, der ungewellt ist, zeigt die Kurve 1 in Fig. 5. Die Krümmung des Randes 30 versteift den Dichtungsstreifen 28 und verhindert eine Auslenkung des Flanschabschnitts 29 im Mittelbereich des Dichtungsstreifens 28 an einer Axialstelle, die bei etwa 65 mm längs der Dichtung liegt.
Die Kurve 3 in Fig. 5 zeigt die sinusförmigen Wellungen im Flanschabschnitt 29 bei Betrachtung in Richtung des Pfeiles B gemäß Fig. 3. Die Kurve 2 in Fig. 5 zeigt die Auslenkung des Flanschabschnitts 29, der, wie in Fig. 3, gewellt ist. Die sinusförmigen Wellungen verbessern die Flexibilität des Flanschabschnitts 29 insbesondere im Mittelbereich des Dichtungsstreifens 28, der unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte radial nach außen ausgelenkt wird.
Die Wellungen vermindern die Steifheit des Flanschabschnitts 29 des Dichtungsstreifens 28, so daß dieser Toleranzänderungen in dem Spalt zwischen dem Wandteil 20 und der benachbarten Fanschaufel 14 kompensieren kann.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die Dichtungsstreifen 28 aus verwebtem Material. Die Dichtungsstreifen 28 sind aus Kunststoffasern oder Glasfasern verwebt.

Claims

1. Rotor (12) für ein Gasturbinentriebwerk (10) mit einer Rotorscheibe (16), die einen radial äußeren Bereich (18) aufweist, an dem mehrere radial verlaufende Schaufeln (14) montiert sind, wobei die Schaufeln (14) in einer axial verlaufenden Richtung gekrümmt sind und getrennte Wandabschnitte (20) vorgesehen sind, die den Raum zwischen benachbarten Schaufeln (14) überbrücken, um eine Innenwand für den Ringströmungskanal durch den Rotor zu bilden, wobei jeder Wandabschnitt (20) an dem radial äußeren Bereich (18) der Scheibe (16) festgelegt ist und gegenüberliegende Seitenflächen (26) aufweist, die in Umfangsrichtung im Abstand zu den benachbarten Schaufeln 14 liegen und so gekrümmt sind, daß sie der Krümmung der benachbarten Schaufeln (14) folgen und mit elastischen Dichtungsstreifen (28), die benachbart zu den gegenüberliegenden Seitenflächen (26) der Wandteile (20) festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elastische Dichtungsstreifen (28) einen Flanschabschnitt (29) besitzt, der radial längs eines gekrümmten Randes (30) benachbart zu der gegenüberliegenden Seitenfläche (26) des Wandteils (20) gekrümmt ist, daß der gekrümmte Rand (30) eine Krümmung besitzt, die der Krümmung der gegenüberliegenden Seitenfläche (26) des Wandteiles (20) entspricht und der Anstellwinkel des Flanschabschnitts (29) sich längs des gekrümmten Randes (30) ändert, um Wellungen in den Flanschabschnitten (29) zu erzeugen, die die Flexibilität des Flanschabschnitts verbessern, wodurch im Betrieb der Flanschabschnitt (29) des elastischen Dichtungsstreifens (28) durch die Zentrifugalkräfte radial nach außen ausgelenkt wird, wenn sich der Rotor (12) um die Mittelachse des Triebwerks (10) dreht, so daß der Flanschabschnitt (29) in Berührung mit der benachbarten Fanschaufel (14) gelangt, um die Innenwand des Ringströmungskanals abzudichten.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansteliwinkel des Flanschabschnitts (29) sich längs des gekrümmten Randes (30) ändert, um eine sinusförmige Wellung im Flanschabschnitt (29) zu erzeugen.

3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Dichtungsstreifen (28) aus verwebtem Material bestehen.

4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Dichtungsstreifen (28) aus verwebten Kohlenstoffasern bestehen.

5. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Dichtungsstreifen (28) aus verwebten Glasfasern bestehen.

6. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gummistreifen am Flanschabschnitt festgelegt ist, der die benachbarte Fanschaufel berührt, wenn der Flanschabschnitt unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte radial nach außen ausgelenkt wird.