DE69503217T2

DE69503217T2 - Vorrichtung zur Axialbefestigung von Schaufeln eines Strahlturbinenrotors

Info

Publication number: DE69503217T2
Application number: DE69503217T
Authority: DE
Inventors: Danielle C.R. F-77240 Cesson Adde; Jean-Louis F-77310 Boissise Le Roi Charbonnel; Philippe F.P. F-77300 Fontainebleau Gougeon; Gerard G. F-77170 Brie Comte Robert Miraucourt
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2015-12-14
Also published as: US5622476A; FR2728299A1; EP0717168B1; EP0717168A1; DE69503217D1; FR2728299B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Axialstrom-Turbomaschinen, wie beispielsweise die Turbotriebwerke, die in der zivilen oder der militärischen Luftfahrt verwendet werden. Sie betrifft genauer gesagt die Befestigung von Schaufeln eines Rotors einer Turbomaschine.
Diese Anwendung der Erfindung auf Turbomaschinen ist ein Ausfiihrungsbeispiel und stellt keinerlei Beschrähkung hinsichtlich der möglichen Verwendungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
Auf dem Gebiet der Konstruktion von Gasturbinen-Motoren, wie beispielsweise den Turbomaschinen, erfolgt die Befestigung von Schaufeln des Rotors oft durch Einfügen des Fußes der Schaufel in einer Buchse der Rotorscheibe. Die Axial-Positionierung der Schaufeln erfolgt oft mittels eines 360º-Federrings. Er befindet sich in den Nuten, die durch die Randlippen gebildet werden, die in der stromaufseitigen Fläche der Scheibe und auf einer stromaufseitigen Fläche der Füße der Schaufeln eingearbeitet sind.
Indessen üben beim Betrieb der Turbomaschine die Schaufeln eine beträchtliche stromabwärts gerichtete Kraft aus und quetschen daher den Federring auf der stomaufseitigen Fläche der Scheibe. Gleichzeitig dehnt sich dieser in der Dicken- und Durchmesserrichtung unter der Einwirkung von Temperaturschwankungen und der Zentrifugalkraft aus. Diese Auswirkung verstärkt sich, wenn die Schaufeln in Buchsen eingreifen, die bezüglich der Motorachse geneigt sind. Die vereinte Wirkung dieser verschiedenen Erscheinungen hat unakzeptable Bedingungen im Bereich des Umfangs der Scheibe und des Federrings zur Folge und verkürzt die Lebensdauer dieser Bauteile.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen, indem eine andere Lösung zur Axial-Befestigung von Schaufeln vorgeschlagen wird.
Aus der US-A-2,928,651 ist eine Vorrichtung zur Axial-Befestigung von Schaufeln eines Rotors einer Turbomaschine bekannt, wobei jede Schaufel einen Fuß aufweist, der radial in eine Axialnut der Scheibe des Rotors verstiftet ist, und die Mittel zur Axial- Positionierung der Schaufel besitzt, die eine Nut zur Axial-Positionierung eines Positionierkeils aufweist, der einen Haken besitzt, der in die Positioniernut des Fußes eingreift, wobei dieser Keil wiederum axial bezüglich der Scheibe positioniert ist und der Keil elastisch ist, so daß seine Anbringung und sein Zurückziehen und somit die Demontage und die Montage der Schaufel ermöglicht werden.
Gemäß der Erfindung weisen gemäß einem ersten Haupt-Ausführungsbeispiel die Positioniermittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Platte auf, die in eine stromaufseitige Randlippe der Schaufel und in zwei stromaufseitige Zwischenrandlippen eingreift, die mit der Scheibe fest verbunden sind, wobei die Platte somit die Schaufel gegenüber einer Axial-Translationsbewegung blockiert, wobei ein Teil des Keils sich unterhalb der Platte befindet, um diese in ihrer Verriegelungsposition zu halten.
In diesem Fall weist der Keil vorzugsweise eine Längsausnehmung auf, um den Durchlaß eines Bedienschafts zu ermöglichen.
Die Platte kann auch zwei Rotations-Blockiernasen aufweisen, zwischen denen der Keil liegt.
Gemaß einer zweiten Ausführungsform weist der Keil ein stromabseitiges Ende auf, das mit einem Anschlag versehen ist, der sich an der stromabseitigen Fläche der Scheibe abstützt, wobei eine Randlippe stromaufwärts des Fußes der Schaufel vorgesehen ist, um sich an der stromaufseitigen Fläche der Scheibe abzustützen.

Figurenbeschreibung:

Die Erfindung und ihre verschiedenen Merkmale werden besser aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, der die folgenden Figuren beiliegen:
Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt die erfindungsgemaße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 zeigt in einer Stirnansicht die Ausführungsform von Fig. 1,
Fig. 3 zeigt in einer Aufsicht den Keil, der in der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 verwendet wird,
Fig. 4 zeigt in einem Längsschnitt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemaßen Vorrichtung,
Fig. 5 zeigt in einer Stirnansicht die Ausführungsforrn der Fig. 4, und
Fig. 6 zeigt in einer Aufsicht den Keil, der bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemaß Fig. 4 und 5 verwendet wird.

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Beschreibung der beiden Ausführungsbeispiele der Erfindung

In Fig. 1 ist oben der untere Teil der Schaufel 1 sowie ihr Fuß 3 zu sehen. Man sieht darunter die Scheibe 2 des Rotors, auf dem die Schaufel 1 befestigt ist.
Da diese Ansicht ein Längsschnitt ist, ist die Buchse, in der der Fuß 3 der Schaufel 1 befestigt ist, nicht dargestellt, sondern es ist nur der Hohlraum zu sehen, in dem sich der Fuß befindet. Dagegen sind die Mittel zur Axial-Positionierung der Schaufel 1 in dieser Figur verwendet und dargestellt.
Bei dieser ersten Ausführungsform weisen sie hauptsächlich drei Bauteile auf, nämlich eine stromaufseitige Randlippe 4 des Fußes 3 der Schaufel 1, eine Platte 11 und einen Keil 10. Jede Schaufel 1 weist nämlich eine stromaufseitige Randlippe 4 auf, die eine taschenartige Vertiefung 5 bildet, in der eine Platte 11 angeordnet ist.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, steht jede Platte 11 zu beiden Seiten der Randlippe 4 einer Schaufel 1 über, um auch in den Randlippen 6 der Scheibe 2 sich abzustützen, die fest ist. Es ist ersichtlich, daß, wenn nur ein sehr geringes Spiel zwischen den Platten 11 und den Randlippen 4 und 6 vorliegt, jeder Fuß 3 axial bezüglich der Scheibe 2, die fest ist, festgehalten ist.
Der Halt jeder 11 in der Tasche 5 jedes Fußes 3 und in den Randlippen 6 der Scheibe 2 erfolgt mittels eines Keils 10, der unter den Fuß 3 knapp unterhalb der Scheibe 2 eingeschoben wird. Dieser Keil 10 weist ein stromabseitiges Ende 10V auf, das mit einem Haken 12 versehen ist, der vorgesehen ist, um in eine entsprechende Nut des Fußes 3 einzugreifen. Somit ist dieser Keil 10 wiederum axial bezüglich des Fußes 3 positioniert. Er weist weiterhin ein stromaufseitiges Ende 10M auf, das über den Fuß 3 übersteht, wenn der Keil unterhalb von diesem vor Ort angebracht ist, wobei der Haken 12 in der Nut des Fußes 3 vorliegt. Somit kann keine Platte 11 aus der Tasche 5, die durch die Randlippe 4 und den Fuß 3 gebildet wird, herausfallen oder herausrutschen. Die Axial-Verriegelung der Schaufel 1 wird somit erhalten.
In Fig. 2 ist zu sehen, daß das stromaufseitige Ende 10M des Keils 10 verhältnismaßig groß ist. Diese Breite entspricht nämlich dem Raum, der zwischen zwei Blockiernasen 11T der Platte 11 besteht, die sich in Richtung der Mitte der Turbomaschine erstrecken. Somit wird jede Platte 11 bezüglich einer Translationsbewegung um die Längsachse der Maschine festgehalten, d.h., die Plattenanordnung kann sich nicht um diese Achse drehen.
Wiederum bezugnehmend auf Fig. 1 ist zu sehen, daß wenigstens ein zentraler Teil 10C des Keils 10 eine verhältnismaßig geringe Dicke aufweist. Dies bezweckt, dem Keil 10 eine verhältnismaßig hohe Längsfiexibilität zu verleihen. Dies kann nämlich das Einfügen eines Keils zwischen dem Fuß 3 und der Scheibe 2 ermöglichen. Diese Flexibilität ermöglicht nämlich, daß das stromabseitige Ende 10V gebogen werden kann und trotz des Hakens 12 in den Raum zwischen dem Fuß 3 und der Scheibe 2 eingeführt werden kann. Der Keil 10 wird somit vor Ort angebracht, wobei der Haken 12 dank der Elastizität des Keils 10 in die Axial-Positioniernut des Fußes 3 eingreift.
Genauso kann das Herausziehen dieses Keils 10 dadurch erhalten werden, daß das stromabseitige Ende 10V des Keils 10 gebogen werden kann, so daß der Haken 12 aus der Axial-Positioniernut des Fußes 3 freikommt. Wie in Fig. 3 zu sehen, weist das stromaufseitige Ende 10M eine Längsausnehmung 10E auf, die auf der oberen Fläche des Keils 10 bezüglich des Fußes 3 eine Kreissegmentform aufweist. Somit kann ein steifer Schaft in diese Ausnehmung 10E geschoben werden, um ein Verbiegen des stromabseitigen Endes 10V des Keiles 10 und das Lösen des Hakens 12 bezüglich der Nut des Fußes 3 hervorzurufen. Der Keil 10 kann somit herausgezogen werden. Dies bezweckt, das Herausziehen der Platte 11 und die Demontage der Schaufel 1 bezüglich der Scheibe 2 zu ermöglichen.
In Fig. 3 ist die Form besser ersichtlich, die ein solcher Keil 10 aufweisen kann. Dort sieht man nämlich den Haken 12, der an dem stromabseitigen Ende 10V, wobei die Ausnehmung 10E in der Mitte angeordnet ist, auf der oberen Fläche 10S angeordnet ist, was die Demontage des Keils 10 ermöglicht. Die Zentrierlöcher 10C, die in der Mitte von diesem angeordnet sind, ermöglichen ebenfalls, die Elastizität dieses Keils zu fördern. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und bezugnehmend auf Fig. 4 weist die Schaufel 1 einen Fuß 3 auf, der auf der Scheibe 2 des Rotors befestigt werden soll. Der Fuß 3 weist gleichermaßen eine Randelippe 4 auf, die stromaufseitig von diesem angeordnet ist. Diese Randlippe 4 dringt in der Figur nach unten vor, d.h. in Richtung der Längsachse der Turbomaschine, so daß ihre stromabseitige Fläche 4V gegenüber der stromaufseitigen Fläche 2M der Scheibe 2 liegt. Dieser Kontakt stellt einen Anschlag dar und gewährleistet die Axial-Positionierung des Fußes 3 und seiner Schaufel 1 wenigstens in einer Richtung.
Ein Keil 20 ist gleichermaßen verwendet und unterhalb des Fußes 3 und oberhalb der Schaufel 2 angeordnet. Dagegen liegt die Platte 11 gemaß der ersten Ausführungsform nicht mehr vor. In diesem Ausführungsbeispiel ermöglicht nämlich der Keil 20 eine Axial-Positionierung des Fußes 3 und der Schaufel 1 in der entgegengesetzten Axial-Richtung. Mit anderen Worten, der Keil 20 hat weiterhin die Funktion eines Axial-Anschlags. Wie zu sehen ist, ist an seinem stromabseitigen Ende 20V ein Anschlag 20B vorgesehen, dessen stromaufseitige Seite 20M gegenüber der stromabseitigen Fläche 3V des Fußes 3 vorgesehen ist. Weiterhin weist der Keil 20 einen Haken 22 auf, der Widerhaken 12 der vorherigen Ausführungsform nach oben vorspringt, d.h. in Richtung einer Nut des Fußes 3, in der er eingefügt werden kann.
Fig. 4 zeigt die Anordnung in ihrer Verriegelungsposition, d.h., der Haken 22 befindet sich in der Nut des Fußes 3 und die stromabseitige Fläche 20M des Anschlags 20B schlägt an die stromaufseitige Fläche 3V des Fußes 3 an.
Wie in Fig. 6 zu sehen ist, die den Keil 20 darstellt, weist dieser Anschlag 20B Verlängerungen 21 auf, die sich zu beiden Seiten von diesem erstrecken. Das gleiche gilt für die stromaufseitige Fläche 20M von diesem.
Somit, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, kann die stromaufseitige Fläche 20M im Bereich der Verlängerungen 21 gegen die stromabseitige Fläche der Scheibe 2 in Anschlag kommen, wobei sie weiterhin gegen die Fläche 3V des Fußes 3 in Anschlag kommen kann.
Es ist somit ersichtlich, daß der Keil 20 den Fuß 3 bezüglich der Scheibe 2 in Zusammenwirkung mit der stromaufseitigen Randlippe 4 von letzterer gegenüber einer Axial- Translationsbewegung blockiert.
Wie in Fig. 6 zu sehen ist, kann sich ein zentraler Bereich 20C des Keils 20 verjüngen und Ausnehmungen 20E aufweisen, um eine ausreichende Elastizität zu erhalten, um ein Verbiegen des Keils 20 zu ermöglichen. Wenn somit der Fuß 3 in die Scheibe 2 angebracht wird, kann der Keil 20 durch sein stromaufseitiges Ende 20M zwischen diesen beiden Bauteilen eingeschoben werden. Die Flexibilität von diesem ermöglicht es, daß der Haken 22 ebenfalls dort eingefügt werden kann zu dem Moment, wo letzterer in die Nut des Fußes 3 gelangt. Der Keil 20 befindet sich somit in der Verriegelungsposition und die Anordnung bestehend aus dem Fuß 3 und der Schaufel 1 ist auf der Scheibe 2 fest angebracht.
Zur Demontage der Schaufel 1 genügt es, dank der Flexibilität des Keils 20 das stromabseitige Ende 20V zu verbiegen und somit den Haken 22 aus der Nut des Fußes 3 zu lösen. Der Keil 20 ist somit herausgezogen und die Schaufel 1 freigegeben.
Die erfindungsgemaße Vorrichtung gestattet die individuelle Befestigung von Schaufeln unabhängig voneinander. Sie vermeidet weiterhin das Auftreten lokaler Zwangskräfte, die an dem Umfang der Scheibe und des oft verwendeten Federrings auftreten. Sie gestattet weiterhin die Montage und die Demontage der Schaufeln.

Claims

1. Vorrichtung zur Axialbefestigung von Schaufeln (1) eines Rotors einer Turbomaschine, wobei jede Schaufel (1) einen Fuß (3) aufweist, der radial in einer Axialnut der Scheibe (2) des Rotors verstiftet ist, wobei jeder Fuß (3) Mittel zur Axialpositionierung der Schaufel (1) besitzt, die eine Nut zur Axialpositionierung eines Positionierkeils (10) aufweisen, der einen Haken (12) besitzt, der in die Positioniernut des Fußes (3) eingreift, wobei der Keil (10) axial und elastisch an der Scheibe (2) positioniert ist, um seine Anbringung und sein Zurückziehen zur Montage oder Demontage der Schaufel (1) zu gestatten, wobei der Keil (1) bei der Montage zwischen dem Fuß (3) und der Schaufel (1) und dem Grund der Nut der Schaufel (2) geschoben wird und axial durch seinen Haken (12) positioniert wird, der in die Nut zur Axialpositionierung (3) eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Schaufel (1) die Positioniermittel eine Platte (11) aufweisen, die in eine stromaufseitige Randlippe (4) der Schaufel (1) und in zwei stromaufstige Zwischenrandlippen (6) eingreift, die mit der Scheibe (2) fest verbunden sind, wobei die Platte (11) somit die Schaufel (1) gegenüber einer Axial-Translationsbewegung blockiert, wobei ein stromaufseitiges Ende (10M) des Keils (10) sich unterhalb der Platte (11) befmdet, um diese in ihrer Verriegelungsposition zu halten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (10) eine Längsausnehmung (10E) aufweist, um den Durchlaß eines Bedienschafts und die Demontage der Anordnung zu gestatten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (11) zwei Rotations-Blockiernasen (11T) aufweist, zwischen denen der Keil (10) liegt.

4. Vorrichtung zur Axialbefestigung von Schaufeln (1) eines Rotors einer Turbomaschine, wobei jede Schaufel (1) einen Fuß (3) aufweist, der radial in einer Axialnut der Scheibe (2) des Rotors verstiftet ist, wobei jeder Fuß (3) Mittel zur Axialpositionierung der Schaufel (1) aufweist, die eine Nut zur Axialpositionierung eines Positionierkeus (20) aufweisen, der einen Haken (22) besitzt, der in der Positioniernut des Fußes (3) eingreift, wobei dieser Keil (20) axial und elastisch an der Scheibe (2) angebracht ist, um seine Anbringung und sein Zurückziehen für die Montage und Demontage der Schaufel (1) zu ermöglichen, wobei der Keil (20) ein stromabseitiges Ende (20V) aufweist, das mit einem Anschlag (20B) versehen ist, der sich an der stromabseitigen Fläche der Scheibe (2) abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (20B) des Keils (20) sich an der stromabseitigen Fläche (3V) des Fußes (3) der Schaufel (1) abstützt, wobei eine stromaufseitige Randlippe (4) stromaufwärts des Fußes (3) der Schaufel (1) vorgesehen ist, um sich an dem stromaufseitigen Fläche (2M) der Scheibe (2) abzustützen.