DE69900004T2 - Turbomaschinenstufe mit an ihren inneren Enden durch einen Ring verbundenen Leitschaufeln - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Turbomaschinenstufe von Schaufeln, die an den inneren Enden durch einen Verbindungsring miteinander verbunden sind.
• Bei Turbomaschinen findet man eine solche Konstruktion für Stufen von Leitschaufeln, die mit dem Stator verbunden sind: die äußeren Enden der Schaufeln werden vom Stator gehalten und die inneren Enden werden von einem für alle Schaufeln dieser Stufe gemeinsamen Verbindungsring gehalten, der dazu beiträgt, ihre Gesamtanordnung zu verstärken, indem er sie miteinander verbindet. Da Leitschaufeln im allgemeinen schwenkbar sind, um die Leistungen der Maschine bei verschiedenen Drehzahlen zu verbessern, indem der Leitwinkel für den Gasstrom verstellt wird, bestehen die äußeren und inneren Enden der Schaufeln aus Drehzapfen, die in Drehlagern des Stators bzw. des Verbindungsrings gehalten werden.
• Hier ist der innere Teil der Schaufeln und insbesondere die Ausführung von Interesse, durch die die inneren Drehzapfen in den Drehlagern des Verbindungsrings gelagert sind: Wenn eine Schaufel in der Mitte entzwei bricht, bleibt das äußere Bruchstück an seinem Platz, da der äußere Drehzapfen normalerweise mit Absätzen versehen ist, die sich an den Rändern des Drehlagers des Stators in Anschlag befinden, wohingegen der innere Drehzapfen nicht mit solchen Absätzen versehen ist, damit der Verbindungsring sich, auf den inneren Drehzapfen der Schaufeln dieser Stufe gleitend, an die günstigste Stelle plazieren kann, und daher kann das innere Bruchstück der gebrochenen Schaufel freikommen, indem der Drehzapfen aus dem Drehlager herausgetrieben wird, und durch den Luftstrom in der Maschine nach hinten geblasen wird, was zur Folge hat, daß die Schaufeln mehrerer nachfolgender Stufen zerstört werden können. Dies ist um so wahrscheinlicher, als die schwenkbaren Leitschaufeln normalerweise beim Einlaß des Niederdruckkompressors angeordnet sind, so daß bei den üblichen Turbomaschinen die beiden Kompressoren, der Niederdruck- und der Hochdruckkompressor, den soeben beschriebenen Unfällen ausgesetzt sind.
• In zahlreichen Schriften des bisherigen Standes wurden bereits Maßnahmen vorgesehen, um beim Bruch einer Schaufel zu verhindern, daß der innere Drehzapfen freikommt. Es wird insbesondere das französische Patent Nr. 2 723 614 dieser Anmelderin genannt, in dem dem Ver bindungsring ein Zusatzring (der in dieser Schrift die Bezugszahl 33 hat) beigefügt wird, um unter den inneren Drehlagern einen Anschlag zu bilden. Genauer ausgedrückt, der Zusatzring weist Durchbrüche auf, eine Hohlkehle ist in die Enden der inneren Drehzapfen eingeschnitten, und die Ränder der Durchbrüche des Zusatzrings befinden sich in Eingriff in den Hohlkehlen der inneren Drehzapfen: Eine nach außen gerichtete Bewegung der inneren Drehzapfen hätte die Wirkung, daß der Zusatzring mitgenommen wird und an dem Verbindungsring in Anschlag kommt.
• Diese Vorrichtung ist wirksam, jedoch hat sie den Nachteil, daß ein Zusatzring vorgesehen werden muß, der das Gewicht und die Herstellungskosten der Maschine erhöht. Diese Erfindung hat daher eine Vorrichtung zum Gegenstand, die die gleichen Wirkungen zeigt, aber nicht diesen Nachteil hat, ein ansonsten nutzloses Teil hinzufügen zu müssen: Es wird vorgeschlagen, den Halt der inneren Drehzapfen durch ein bereits in dem Verbindungsring vorhandenes Strukturelement zu gewährleisten, das nur leicht modifiziert werden muß.
• In Ihrer allgemeinsten Form kann die Erfindung als eine Turbomaschinenstufe von Schaufeln bestimmt werden, deren äußere Drehzapfen in Drehlagern eines Stators gelagert sind, und deren innere Drehzapfen in inneren Drehlagern eines Verbindungsrings gelagert sind. Der Verbindungsring setzt sich aus einem Tragring und einem Verstärkungsring, die ineinandergreifen, zusammen, wobei der Tragring die inneren Drehlager trägt und der Verstärkungsring in zwei Lippen endet, die aufeinander zu gerichtet sind und in entsprechende Rillen des Tragrings eingreifen, wobei die inneren Drehzapfen mit einem Einschnitt versehen sind. Erfindungsgemäß erstreckt sich eine dieser Lippen durch den Tragring hindurch in die Einschnitte hinein.
• Gemäß einer Verbesserung erstrecken sich die Einschnitte nur über einen Abschnitt des Umfangs und bilden daher einen Anschlag gegenüber den Winkelbewegungen der Schaufel, was auch von Interesse ist, wenn sie gebrochen ist.
• Eine besondere Ausführungsweise unterscheidet sich durch eine Konstruktion der Drehzapfen der Schaufeln in zwei Abschnitten, um den Einbau zu erleichtern: Die Lippen des Verstärkungsrings erstrecken sich auf Kreisen mit zwei verschiedenen Durchmessern und die Drehzapfen setzen sich aus zwei Abschnitten zusammen, und zwar aus einem Lagerzapfenabschnitt, der sich in einer Buchse des Lagers in Eingriff befindet, und einem verbreiterten Abschnitt, der sich zwischen dem Lagerzapfen und einem Blatt der Schaufel befindet, wobei die einschnitte in den verbreiterten Abschnitten hohl sind, und wobei die Lippe, die der Lippe gegenüberliegt, in die Einschnitte eindringt, die sich vor den Lagerzapfen erstrecken.
• Die Erfindung wird nun anhand der folgenden beigefügten Figuren, die eine besondere Ausführungsform darstellen, näher beschrieben.
• Fig. 1 ist ein Halb-Längssschnitt einer Leitschaufelstufe, in dem eine dieser Schaufeln zu sehen ist,
• Fig. 2 ist eine Vorderansicht der Schaufelstufe, und
• Fig. 3 zeigt detaillierter den verwinkelten Eingriff eines inneren Schaufel Drehzapfens in dem Tragring.
• Die Turbomaschine weist einen außen gelegenen Stator 1 und mindestens eine mir der Erfindung versehene Schaufelstufe 2 auf. Die Schaufeln 2 weisen ein erstes Ende mit einem äußeren Drehzapfen 3 auf, der in einem äußeren Drehlager 4 durch den Stator 1 verläuft, und ein entgegengesetztes Ende mit einem inneren Drehzapfen 5, der in einem Drehlager 6 eines Verbindungsrings 7 in Eingriff ist, der allen Schaufeln 2 dieser Stufe gemeinsam ist. Der äußere Drehzapfen 3 ist mit Absätzen 8 und 9 versehen, zwischen denen das Drehlager 4 festgehalten wird, wodurch die radiale Bewegung der Schaufel 2 in der Turbomaschine begrenzt wird (man könnte in Anbetracht der Richtung der Drehzapfen 3 und 5 auch von axialer Bewegung sprechen). Der äußere Drehzapfen 3 ragt aus dem Stator 1 hervor und endet in einer Verbindung mit einem Steuerhebel 10, dessen anderes Ende mit einem Steuerring 11 verbunden ist, der allen Schaufeln 2 dieser Stufe gemeinsam ist. Der Steuerring 11 ist um den Stator 1 herum angeordnet, und er muß nur gedreht werden, um die Drehung der Hebel 10 und der Schaufeln 2 um ihre Drehzapfen 3 und 5 zu steuern.
• Der Verbindungsring 7 setzt sich im wesentlichen aus einem Tragring 12, in den die Drehlager 6 gebohrt sind, und einem Verstärkungsring 13, der einen Teil des Tragrings 12 umgibt, zusammen. Der Grund für diese Konstruktion läßt sich unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutern: Es ist zu sehen, daß der Tragring 12 kein einheitliches Stück ist, sondern sich aus aneinanderstoßenden Segmenten 14 zusammensetzt, die in den üblichen Ausführungen zwei, vier oder acht an der Zahl sein kann, und daß der Verstärkungsring 13 das Mittel bildet, um sie an Ihrem Platz festzuhalten. Dieser besteht seinerseits aus zwei halbkreisförmigen, miteinander verbundenen Segmenten 15. Wieder Bezug nehmend auf Fig. 1, ist zu sehen, daß der Verstärkungsring 13 einen Querschnitt wie eine Schiene hat, mit einem Boden 17, der sich unter dem Tragring 12 befindet, mit Seitenteilen 18 und 19, die die ebenen Seiten des Trabrings 12 zum Teil überdecken, und mit Lippen 20 und 21, die sich am Ende der Seitenteile 18 und 19 befinden und in Rillen 22 und 23 des Tragrings 12 eingreifen. Da die Lippen 20 und 21 aufeinander zu gerichtet sind, halten sie den Verstärkungsring 13 an dem Tragring 12 fest und halten beide in Eingriff miteinander. Es ist auch zu bemerken, daß eine zusätzliche Funktion des Verstärkungsrings 13 darin besteht, ein Abriebmaterial 24, d. h. ein sich leicht verschleißendes Material auf die Innenseite des Bodens 17 zu bringen, um in Kontakt mit kreisförmigen Graten oder Streichrippen 25 eines Rotors 26 zu kommen und mit diesen im Normalbetrieb der Turbomaschine eine fast vollkommen dichte Dichtung zu bilden, wenn sich durch die unterschiedlichen Wärmedehnungen die Streichrippen 25 an das Abriebmaterial 24 angenähert haben und sich in Reibkontakt mit diesem befinden. Es muß auch erwähnt werden, daß das innere Drehlager 6 von einer Buchse 27 gebildet wird, die durch eine Bohrung des Tragrings 12 hindurch in Eingriff ist und deren Außenfläche ein Gewinde trägt: Da der innere Drehzapfen 5 eigentlich aus einem in die Buchse 27 eingreifenden Lagerzapfen 28 und einem verbreiterten Abschnitt 29, der sich zwischen dem Lagerzapfen 28 und einem Blatt 30 der Schaufel 2 befindet, besteht, ist zu erkennen, daß die Einstellung des Verbindungsrings 7 erfolgt, indem die Buchen 27 in den Gewindebohrungen des Tragrings 12 verschraubt werden, bis die äußeren Enden 31 der Buchsen 27 an den verbreiterten Abschnitten 29 in Anlage kommen. Auf diese Weise werden die Ausschläge und Vibrationen des Verbindungsrings 7 in radialer Richtung verhindert.
• Im Gegensatz zu anderen, bereits bekannten Ausführungen bilden die Lippen 20 und 21 nicht Kreise mit gleichem Durchmesser, sondern da eines der Seitenteile 19 viel größer ist als das andere 18, erstreckt sich die von jenem getragene Lippe 21 vor dem verbreiterten Abschnitt 29, während die andere sich nur vor dem Lagerzapfen 28 befindet. Diese Lippe 21 ist außerdem ausreichend lang, um in einen Einschnitt 31 in dem verbreiterten Abschnitt 29 einzudringen, wobei die mit diesem verbundene Rille 23 von einer Seite zur anderen durch eine Wand des Tragrings 12 verläuft. Der Teil des verbreiterten Abschnitts 29, der sich zwischen dem Einschnitt 31 und dem Lagerzapfen 28 befindet, bildet einen Randanschlag 32, der gegen die Lippe 21 stößt, falls die Schaufel 2 sich z. B. bedingt durch ihren Bruch nach außen verschiebt, und dadurch dem Sich-Lösen des inneren Drehzapfens 5 entgegenwirkt. Entsprechend der obengenannten Aufgabe wird also mit dieser besonders einfachen Konstruktion das Festhalten der Schaufel gewährleistet.
• Fig. 3 rundet die Darstellung dieser Erfindung ab, indem hier die Hauptelemente deutlicher gezeigt werden, wobei jedoch die Buchse 27 aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt wurde. Es ist zu bemerken, daß der Einschnitt 31 sich vorteilhafterweise nur über einen Teilumfang erstreckt und damit an zwei seitlichen Anschlagflächen 33 endet, die den Winkelausschlag der Schaufel 2 begrenzen, indem sie die Lippe 21 berühren, was bei einem Bruch der Schaufel 2 besonders vorteilhaft ist, wenn das Bruchstück des Blatts 30, das mit dem inneren Drehzapfen 5 verbunden ist, sich ungesteuert wie eine Fahne verhalten würde (d. h. sich frei nach der Richtung des Gasstroms ausrichten würde).

Claims (3)

1. Turbomaschinenstufe für Schaufeln (2) mit äußeren Drehzapfen (3), die in äußeren Drehlagern (4) eines Stators (1) gelagert sind, und inneren Drehzapfen (5), die inneren Drehlagern (6) eines Verbindungsrings (7) gelagert sind, welcher sich aus einem Tragring (12) und einem Verstärkungsring (13), die ineinandergreifen, zusammensetzt, wobei der Tragring (12) die inneren Drehlager (6) trägt und der Verstärkungsring (13) in zwei Lippen (20, 21) endet, die aufeinanderzu gerichtet sind und in entsprechende Rillen (22, 23) das Tragrings (12) eingreifen, wobei die inneren Drehzapfen (5) mit Einschnitten (31) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine dieser Lippen durch den Tragring (12) hindurch in die Einschnitte (31) hinein erstreckt.

2. Turbomaschinen-Schaufelstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (31) sich nur über einen Abschnitt des Umfangs erwecken.

3. Turbomaschinen-Schaufelstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lippen (20, 21) des Verstärkungsrings (13) auf Kreisen mit zwei verschiedenen Durchmessern erstrecken und die Drehzapfen sich aus zwei Abschnitten (28, 29) zusammensetzen, und zwar aus einem Lagerzapfenabschnitt (28), der sich in einer Buchse (27) des Lagers (6) in Eingriff befindet, und einem verbreiterten Abschnitt (29), der sich zwischen dem Lagerzapfen und einem Blatt (30) der Schaufel befindet, wobei die Einschnitte (31) in den verbreiterten Abschnitten (29) hohl sind, wobei die Lippe (20), die der Lippe (21) gegenüberliegt, in die Rille eindringt, die sich vor den Lagerzapfen (28) erstreckt.