EP2705218A2

EP2705218A2 - Abdeckeinrichtung, integral beschaufelter rotorgrundkörper, verfahren und strömungsmaschine

Info

Publication number: EP2705218A2
Application number: EP12769875.1A
Authority: EP
Inventors: Frank Stiehler; Manuel Hein
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2014-03-12
Also published as: DE102011100221B4; WO2012149925A2; WO2012149925A3; US20140161590A1; DE102011100221A1

Abstract

Offenbart ist eine Abdeckeinrichtung für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper einer Strömungsmaschine zur Unterbindung oder Reduzierung eines Kühlluftstroms von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite durch Kanäle, die zwischen benachbarten Laufschaufeln gebildet sind, wobei eine Vielzahl von Abdeckelementen vorgesehen sind, die einzeln in die Kanäle einsetzbar sind und zumindest eine umfangsseitige Dichtfläche aufweisen, ein integral beschaufelter Rotorgrundkörper mit einer derartigen Abdeckeinrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen integral beschaufelten Rotorgrundkörpers sowie eine Strömungsmaschine mit einem derartigen integral beschaufelten Rotorgrundkörper.

Description

Beschreibung

Abdeckeinrichtung, integral beschaufelter Rotorgrundkörper, Verfahren und Strömungsmaschine

Die Erfindung betrifft eine Abdeckeinrichtung für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper mit einer derartigen Abdeckeinrichtung, ein Verfahren zur Montage eines derartigen integral beschaufelten Rotorgrundkörpers sowie eine Strömungsmaschine.

Integral beschaufelte Rotorgrundkörper eines Rotors für Strömungsmaschinen wie zum Beispiel Flugzeugtriebwerke mit einer Vielzahl von an einem Scheiben- bzw. ringförmigen Grundkörper stoffschlüssig angebundenen und eine Schaufelreihe bildenden Laufschaufeln haben aus fertigungstechnischen Gründen regelmäßig zwischen Schaufelfüßen bzw. Schaufelschäften benachbarter Laufschaufeln einen kanalartigen Durchlass, durch den in axialer Richtung Kühlluft von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite strömen kann. Um einen Kühlluftstrom durch die Kanäle zu unterbinden bzw. zumindest zu reduzieren, wird in der DE 10 2009 007 468 AI vorgeschlagen, die Kanäle auslassseitig, d.h. niederdruckseitig, durch eine Abdeckeinrichtung zu verschließen. Die Abdeckeinrichtung umfasst einen blechartigen Ring, der den Grundkörper umgreift und zwischen einer radial innen liegenden hakenförmigen Halterung und einer radial außen liegenden hakenförmigen Halterung angeordnet ist. Der Ring bewirkt zwar eine verlässliche Abdichtung der Kanäle bzw. eine verlässliche Reduzierung der Kanalquerschnitte, jedoch ist er verhältnismäßig schwer. Zudem ist die Herstellung der Halterungen technisch aufwändig. Eine alternative ebenfalls in der DE 10 2009 007 468 AI gezeigte Abdeckeinrichtung weist eine Vielzahl von in den Kanälen angeordneten und sich über die Kanäle hinaus erstreckenden rohrartigen Abdeckelementen auf, deren Lumen reduziert bzw. verschlossen sein kann. Die Sicherung der Abdeckelemente erfolgt endseitig jeweils mittels eines Rohrkragens und somit per Formschluss. Nachteilig an dieser alternativen Abdeckeinrichtung sind der hohe Montage- und Demontageaufwand und ebenfalls deren verhältnismäßig hohes Gewicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abdeckeinrichtung für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper einer Strömungsmaschine zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und zudem montage- und demontagefreundlich sind. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper für eine Strömungsmaschine mit einer optimierten Abdeckeinrichtung, ein Verfahren zur Montage eines derartigen integral beschaufelten Rotorgrundkörpers sowie eine Strömungsmaschine zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abdeckeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Patentanspruch 12 sowie durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15.

Eine erfindungsgemäße Abdeckeinrichtung für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper einer Strömungsmaschine zur Einstellung eines Kühlluftstroms von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite durch Kanäle, die zwischen benachbarten Laufschaufeln gebildet sind, hat eine Vielzahl von Abdeckelementen, die einzeln in die Kanäle einsetzbar sind und zumindest eine umfangsseitige Dichtfiäche aufweisen.

Vorteilhaft ist, dass die Abdeckelemente in die Kanäle eingesetzt werden, so dass die Ausbildung von vorerwähnten Halterungen nicht notwendig ist. Ferner ist vorteilhaft, dass durch die jeweils zumindest eine umfangsseitige Dichtfläche die Abdeckelemente quasi beliebig in den Kanälen angeordnet werden können, was deren Montage und Demontage vereinfacht. Zudem können die Öffhungsquerschnitte der Kanäle individuell eingestellt werden. So ist es zum Beispiel möglich, einzelne Kanäle zuzusteuern und andere Kanäle reduziert aufzusteuern.

Es hat sich gezeigt, dass eine ausreichende Abdichtung bereits dann erreicht wird, wenn die jeweilige Dichtfläche eine kleinere axiale Erstreckung als der jeweilige Kanal hat, wodurch die Montage und Demontage weiter vereinfacht wird. Ferner wird das Gewicht der Abdeckeinrichtung bzw. der einzelnen Abdeckel^mente durch die kurze Axialerstreckung reduziert.

Bevorzugterweise haben die Abdeckelemente ein becherartiges bzw. hutartiges Profil mit einem außenliegenden Körperabschnitt wie einem Kragen. Die Körperabschnitte ermöglichen bei der Montage eine genaue Positionierung der Abdeckelemente in den Kanälen. Nach der Montage wirken die Körperabschnitte als axiale Sicherungselemente der auf Fliehkraft belasteten Ab- deckelemente.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Abdeckelemente fliehkraftaktivierbar. Hierdurch sind die Abdeckelemente lediglich bewegbar bzw. lose in den Kanälen zu positionieren, was sowohl die Montage als auch die Demontage weiter vereinfacht.

Die Abdeckelemente können entsprechend einer Modulbauweise eine Vielzahl von montierbaren und demontierbaren Einzelteilen aufweisen. Durch die Modulbauweise wird ermöglicht, dass verschiedene Abdeckscheiben und Verbindungsarme miteinander kombiniert werden können, so dass mit einer kleinen Anzahl von Abdeckscheiben und Verbindungsarmen eine große Anzahl von verschiedenen Abdeckelementen hergestellt werden können. Zudem ermöglich die Modulbauweise, dass bei einem Defekt eines der Bauteile nur das defekte Bauteil gegen ein Neuteil getauscht werden muss.

Bei einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel weisen die Abdeckelemente zwei Abdeckscheiben und einen die Abdeckscheiben lösbar miteinander verbindenden Verbindungsarm auf. Durch die beiden Abdeckscheiben wird eine zweifache Querschnittseinstellung der Kanäle erreicht, so dass es beispielsweise möglich ist, über die vordere Abdeckscheibe einen reduzierten Kühlluftstrom in die Kanäle eintreten zu lassen, um diesen dann einem schaufelblattinternen Kühlluftsystem zuzuführen. Auslassseitig sind dann die Kanäle über die hintere Abdeckescheibe verschließbar, so dass ein axialer Kühlluftstrom durch die Kanäle unterbunden wird und der reduzierte Kühlluftstrom ausschließlich zur internen Schaufelblattkühlung verwendet wird. Zum anderen können sich die Abdeckscheiben insbesondere bei der Kombination zu den fliehkraftaktivierbaren Abdeckelementen gegenseitig stabilisieren, so dass sie in den Kanälen nicht wegkippen oder verklemmen können und stets eine optimale Abdichtung erreicht ist.

Um einen reduzierten Kühlluftstrom in die Kanäle eintreten und/oder austreten zu lassen, können die Abdeckelemente Überströmöffhungen aufweisen. Die Überströmöff ungen können z.B. als Bohrungen oder axiale Umfangsnuten in der jeweiligen Dichtfläche ausgebildet sein.

Ein erfindungsgemäßer integral beschaufelter Rotorgrundkörper für eine Strömungsmaschine mit einer Vielzahl von Laufschaufeln hat eine Abdeckeinrichtung mit einer Vielzahl von Abdeckelementen zur Einstellung eines Kühlluftstroms von einer Hochdruckseite zu einer Nieder- druckseite durch Kanäle, die zwischen benachbarten Laufschaufeln gebildet sind, wobei in jedem Kanal zumindest ein Abdeckelement mit zumindest einer umfangsseitigen Dichtfläche eingesetzt ist.

Ein derartiger integral beschaufelter Rotorgrundkörper zeichnet sich durch ein ruhiges Laufver- halten aus, da die Abdeckelemente nur in den Kanälen angeordnet sind und keine bzw. nur sehr geringe zusätzliche Massen in die Laufschaufel eingebracht werden, so dass durch die Abdeckelemente keine bzw. nahezu keine Rückwirkungen auf die Schwingungsmechanik der Laufschaufeln erfolgt. Zudem wird eine gute gegenseitige Abgrenzung und Führung der Kühlluftströme und der Heißgasströme erreicht.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Dichtflächen derart in den Kanälen angeordnet, dass sie mit ihrer zumindest einen Dichtfläche einlass- oder auslassseitig und somit endseitig in den Kanälen positioniert sind, wodurch insbesondere die Montage und Demontage vereinfacht wird.

Die Abdeckelemente können jeweils unter Kraft- und Formschluss in den Kanälen fixiert sein und dabei mit ihrem jeweils radial außen liegenden Körperabschnitt stirnseitig an den Laufschaufeln anliegen, so dass die Abdeckelemente sicher in den Kanälen aufgenommen sind und dabei durch die Körperabschnitte exakt positioniert sind. Durch den Kraft- und Formschluss wird somit eine sichere Lagefixierung und optimale Abdichtung erreicht. Zudem können insbesondere durch den Kraftschluss Bauteil- und Montagetoleranzen ausgeglichen werden.

Bei einem anderen Ausfuhrungsbeispiel sind die Abdeckelemente axial verschiebbar in den Kanälen angeordnet und mit einem Sicherungselement zumindest einseitig axial gesichert. Bei Rotation des Rotorgrundkörpers werden die Abdeckelemente aufgrund der Fliehkraft radial nach außen in den Kanälen bewegt und werden dann mit ihren Dichtflächen gegenWandungsabschnit- te der Kanäle gedrückt. Je nach Ausrichtung und Profil der Kanäle verhindern die Sicherungselemente dabei ein Herausfallen der Abdeckelemente im Stillstand oder ein Herausdrücken der Abdeckelemente im Betrieb. Dabei kann für jedes Abdeckelement ein einzelnes Sicherungselement oder aber ein Sicherungselement für eine Vielzahl von Abdeckelementen vorgesehen sein.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines bevorzugten integral beschaufei- ten Rotorgrundkörpers werden zuerst die Abdeckelemente mit einem Querschnitt im Bereich ihrer zumindest einen Dichtfläche derart ausgebildet, dass dieser in etwa einem Querschnitt eines sie aufnehmenden Kanalabschnittes entspricht. Dann werden die Abdeckelemente in den Kanalabschnitten positioniert. Durch die Anpassung der Abdeckelementenquerschnitte an die jeweiligen Kanalquerschnitte wird die Montage erleichtert und zudem wird gewährleistet, dass die Abdeckelemente in ihrer Soll-Position positioniert werden können.

Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Abdeckelemente zur Lagefixierung durch eine Umformung radial erweitert, wobei vorteilhafterweise ein radial außenliegender Körperabschnitt quasi als Positionierhilfe und nach der Umformung als Sicherungselement gebildet wird, so dass die Abdeckelemente kraft- und formschlüssig in den Kanälen gehalten werden. Bevorzugterweise sind die Abdeckelemente mit dem Kragen vorgeformt, so dass der Umformgrad gering gehalten wird und eine Beschädigung der Abdeckelemente aufgrund zu hoher Umformkräfte verhindert wird. Die Kragen können jedoch auch bereits ihre Endkontur aufweisen, so dass eine Umformung der Kragen entfällt. Insbesondere werden die Abdeckelemente eingepresst und passen sich einer bspw. radial nach außen und konisch aufgehenden Innenkontur der Kanäle an. Damit sind sie in beiden axialen Richtungen gesichert. Alternativ können Abdeckelemente jedoch auch toleranzbehaftet in den Kanälen aufgenommen sein.

Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Abdeckelemente aus einer Vielzahl von Einzelteilen bestehen, werden diese nach dem Einführen in den Kanal zumindest vereinzelnd zusammenmontiert, so dass durch die Wahl geeigneter Einzelteile Bauteiltoleranzen der Kanäle ausgeglichen werden können.

Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine hat zumindest einen erfindungsgemäßen integral beschaufelten Rotorgrundkörper und zeichnet sich durch eine hohe Abgrenzung eines Heißgasstromes von einem Kühlluftstrom, durch ein ruhiges Laufverhalten und durch eine hohe Wartungsfreundlichkeit bezüglich seiner laufschaufelseitigen axialen Abdeckeinrichtung aus.

Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Frontalansicht eines Abschnitts eines integral beschaufelten Rotorgrundkörpers im Bereich von zwei benachbarten Laufschaufeln mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abdeckeinrichtung,

Figur 2 eine Rückansicht eines in Figur 1 gezeigten Abdeckelementes,

Figur 3 einen Schnitt in der Radialebene des integral beschaufelten Rotorgrundkörpers aus Figur 1,

Figur 4 eine Frontalansicht eines Abschnitts eines integral beschaufelten Rotorgrundkörpers im Bereich einer Laufschaufel mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abdeckeinrichtung,

Figur 5 eine Seitenansicht des integral beschaufelten Rotorgrundkörpers aus Figur 4, und

Figur 6 eine rückwärtige Ansicht des integral beschaufelten Rotorgrundkörpers aus Figur 4.

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Abschnitt eines integral beschaufelten Rotorgrundkörpers 1 für eine Strömungsmaschine wie zum Beispiel ein Flugzeugtriebwerk in einer perspektivischen Frontalansicht (Figur 1) und in einer perspektivischen Rückansicht (Figur 2). Der Rotorgrund- körper 1 hat eine Vielzahl von eine Schaufelreihe bildenden benachbarten Laufschaufeln 2, die an einem turbinenseitigen ring- oder scheibenförmigen Grundkörper 4 angebunden sind.

Die Laufschaufeln haben jeweils einen Schaufelfuß 6, einen Schaufelhals 8, ein Schaufelblatt 10 und eine zwischen dem Schaufelhals 8 und dem Schaufelblatt 10 angeordnete Plattform 12 mit einem in Strömungsrichtung eines Heißgasstromes betrachtet vorderen hochdruckseitigen Vorsprung 14 und einem hinteren niederdruckseitigen Vorsprung 16.

Der Schaufelfuß 6 ist entweder als ein integraler Bestandteil der Laufschaufel 2 oder als ein separat ausgebildetes und nachträglich mit der Laufschaufel 2 gefugtes Bauteil ausgebildet. Er ist mit seiner radial innen liegenden Umfangsfläche stoffschlüssig beispielsweise mittels eines Reibschweißverfahrens an einem nicht gezeigten Sockel des Grundkörpers 4 angebunden und hat zwei in Figur 2 gezeigte konkav ausgebildete Seitenwände 18, 20, die jeweils bündig in eine grundkörperseitige Umfangswandung 22 übergehen.

Der Schaufelhals 8 ist gegenüber dem Schaufelfuß 6 in Umfangsrichtung betrachtet verbreitert ausgebildet. Er hat zwei seitlich entgegengesetzt zueinander ausgebildete Ausnehmungen 24, die von jeweils einer Seitenfläche 26, 28 umrandet sind. Die Seitenflächen 26, 28 erstrecken sich jeweils über die Vorsprünge 14, 16 und sind in einem plattformfernen und einem kanalnahen Bereich mit jeweils einer sich in axialer Richtung erstreckenden Zurückstufung 30 versehen. Zusätzlich können sie wie bei einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in Figur 4 gezeigt im Bereich der hinteren Vorsprünge 16 die Seitenflächen 26, 28 mit jeweils einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Zurückstufung 32 zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen einem von den jeweils gegenüberliegenden Ausnehmungen 24 gebildeten Hohlraum 34 (s. Figur 3) und einer Niederdruckseite der Laufschaufeln 2 versehen sein.

Das Schaufelblatt 10 erstreckt sich ungefähr mittig von der Plattform 12 und ist herkömmlicher Art, so dass eine einzelne Erläuterung entfällt. Grundsätzlich kann es mit einem internen Kühlsystem versehen sein (siehe Figur 5).

Die Plattform 12 wird von dem Schaufelhals 8 geformt und bildet mit Plattformen 12 benachbarter Laufschaufeln 2 einen in Figur 2 bezifferten radial äußeren heißgasstromseitigen Ringraum 38 und einen radial inneren kühlluftstromseitigen Kühlraum 40 aus.

Wie in dem stark vereinfachten Radialebenschnitt nach Figur 3 in Strömungsrichtung gezeigt, haben benachbarte Laufschaufeln 2 jeweils einen seitlichen Kontaktbereich 36. Dabei berühren sich die benachbarten Laufschaufeln 2 mit ihren gegenüberliegenden Seitenflächen 26, 28 und bilden so den Ringraum 38 und den Kühlraum 40 aus. Die gegenüberliegenden Seitenwände 18, 20 der Laufschaufeln 2 begrenzen in Umfangsrichtung jeweils einen Kanal 42, der über einen von den Zurückstufungen 30 gebildeten Spalt 44 mit dem von den gegenüberliegenden Ausnehmungen 24 gebildeten Hohlraum 34 in radialer Fluidverbindung steht. Die Kanäle 42 sind wie in Figur 1 zu erkennen schräg zur Rotationsachse angestellt und haben jeweils einen hochdrucksei- tigen radial innenliegenden Einlass und einem niederdruckseitigen radial außenliegenden Aus- lass. Die jeweils gegenüberliegenden sich in Umfangsrichtung erstreckenden, in der Schnittdarstellung nicht sichtbaren Zurückstufungen 32 der Laufschaufeln 2 bilden jeweils eine mit dem Kühlraum 40 in axialer Richtung kommunizierende niederdruckseitige Ausgangsöffhung.

Um einen Kühlluftstrom durch die Kanäle 42 in axialer Richtung von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite der Laufschaufeln 2 sowie in radialer Richtung zwischen dem Heißgasstrom und dem Kühlluftstrom durch die Kontaktbereiche 36 hindurch und dabei auch zwischen den Kanälen 42 und den Hohlräumen 34 durch die Spalte 44 einzustellen, d.h. zu unterbinden oder zu reduzieren, ist wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt eine erste erfindungsgemäße Abdeckeinrichtung 46 mit einer Vielzahl von becherartigen Abdeckelementen 48 vorgesehen.

Die Abdeckelemente 48 haben wie in Figur 2 beziffert jeweils ein becherartiges Profil mit einer konischen Wandung 50, einem Boden 52 und mit einem kopfseitigen radial außen liegenden Kragen 54. Sie bestehen aus einem gut kaltverformbaren warmfesten Stahlwie eine Nickelbasislegierung und sind bevorzugterweise einlassseitig in den Kanälen 42 angeordnet.

Die konischen Wandung 50 hat Querschnitte, die Querschnitten eines sie aufnehmenden einlass- seitigen Flächenabschnitts 56 der Kanäle 42 entsprechen und bildet eine außenumfangsseitige Dichtfläche 58. Im gezeigten montierten Zustand liegt die Wandung 50 mit ihrer Dichtfläche 58 dichtend an dem Flächenabschnitt 56 an. Die Konizität der Wandung 50 entspricht der Konizität des jeweiligen Kanals 42, so dass bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel die Abdeckelemente 48 ausgehend ihrem Kragen 54 in Richtung ihres Bodens 52 radial erweitert sind.

Der Boden 52 ist geschlossen ausgebildet. Er kann jedoch eine Überströmöffhung 60 aufweisen, durch die Kühlluft in ein internes schaufelblattseitiges Kühlsystem durch eine die Seitenwände 26, 28 durchsetzende Eingangsbohrung 62 (s. Figur 5) strömen kann.

Der Kragen 54 bildet bei der Montage jeweils eine Positionierhilfe zur genauen Positionierung des jeweiligen Abdeckelementes 48 in den Kanälen 42. Im montierten Zustand befindet er sich in Anlage mit einem die Kanäle 42 rahmenartig umgebenden Stirnflächenabschnitt 64 der Schaufelfüße 6 und wirkt dann als ein integrales einseitiges axiales Sicherungselement. In Kombination mit der konischen Wandung 50 ist somit sowohl eine Bewegung des jeweiligen Abdeckelementes 48 in Strömungsrichtung als auch in Gegenrichtung verhindert.

Zur Montage werden die Abdeckelemente 48 wie in den Figur 2 gezeigt gemäß dem Pfeil von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite und somit rückwärtig in die Kanäle 42 geschoben, bis die Abdeckelemente 48 mit ihrem Kopfabschnitten aus den Kanälen 42 einlassseitig hinausragen. Dann wird in Strömungsrichtung bzw. von vorne ein Werkzeug an den Abdeckelementen 48 angesetzt und deren Kragen 54 durch Umbördeln unter Pressung gebildet. Gleichzeitig werden die Dichtflächen 58 gegen die Flächenabschnitte 56 der Kanäle 42 gepresst, so dass die Abdeckelemente 48 spielfrei und unter Pressung in den Kanälen 42 aufgenommen sind. Die Abdeckelemente 48 sind nun aufgrund der Konizität der Kanäle 42 und dem nachträglich umgebördelten Kragen 54 kraft- und formschlüssig gegen axiale Verschiebungen gesichert.

Um die auf das Abdeckelement 48 wirkenden Umformkräfte und somit den Umforrngrad gering zu halten, können die Kragen 54 auch schon vor dem Einsetzen der Abdeckelemente 48 leicht angebördelt sein. Alternativ können die Kragen 54 bereits vor dem Einsetzten der Abdeckelemente 48 in die Kanäle 42 auf Endmaß gefertigt sein, so dass eine Umformung der Kragen 54 entfällt. Wenn die Kragen 54 leicht angebördelt oder bereits auf Endmaß gefertigt sind, werden die Abdeckelemente 48 von vorne in die Kanäle 42 eingesetzt und zum Einpressen mit ihren Kragen 54 in Anlage mit einer nicht bezifferten vorderen Scheibenwand gebracht.

Eine weitere Verfahrensvariante sieht vor, die Abdeckelemente 48 toleranzbehaftet in den Kanälen 42 anzuordnen. Dabei werden die Abdeckelemente 48 derart plastisch verformt, dass sie mittels Formschluss gegen ein Herausfallen aus den Kanälen 42 gesichert sind, unter Fliehkraft jedoch radial nach außen gedrückt werden und die Kanäle 42 verschließen.

Mit einer Modifikation zur axialen Sicherung können die Abdeckelemente 48 auch rückseitig und somit auslassseitig in den Kanälen 42 angeordnet sein. Ebenso können die Abdeckelemente 48 einlassseitig und auslassseitig und somit jeweils paarweise in Kanälen 42 angeordnet sein.

Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ab- deckeinrichtung 46 zum Einstellen eines jeweiligen Kühlluftstroms durch jeweils einen axialen schaufelfußseitigen Kanal 42 und somit indirekt durch einen Spalt 44 in jeweils einem Kontaktbereich 36 von benachbarten Laufschaufeln 2 eines integral beschaufelten Rotorgrundkörpers 1 (vgl. Figur 3).

Die Abdeckeinrichtung 46 hat gemäß Figur 4 eine Vielzahl von in den Kanälen 42 angeordneten fliehkraftaktivierbaren Abdeckelementen 48 mit jeweils einer hanteiförmigen Gestalt mit zwei endseitigen Abdeckscheiben 66, 68, die über einen Verbindungsarm 70 miteinander lösbar verbunden sind.

Die Abdeckscheiben 66, 68 sind plattenartige Körper, vorzugsweise Gusskörper, mit einem, dem jeweiligen Kanalquerschnitt entsprechenden Querschnitt. Aufgrund der hier beispielhaft vorliegenden Konizität der Kanäle 52 haben die auslassseitigen Abdeckscheiben 68 eine größere Querschnittsfläche als die einlassseitigen Abdeckscheiben 66. Wie in Figur 5 beziffert, haben sie jeweils eine umfangsseitige Dichtfläche 58, 72 zur Anlage an entsprechenden einlassseitigen und auslassseitigen Flächenabschnitten 56, 74 der Kanäle 42. Zur Ermöglichung einer Kühlluftzufuhr in eine Eingangsbohrung 62 eines schaufelblattseitigen Kühlluftsystem können die Abdeckscheiben 66, 68 entsprechende nicht gezeigte Überströmöffnungen in Form von axialen Um- fangsnuten oder Bohrungen (vgl. Überströmöffnung 60 in Figur 2) aufweisen.

Der Verbindungsarm 70 hat einen T-förmigen Querschnitt mit einer Vielzahl von in Figur 5 bezifferten gewichtsreduzierenden Durchbrüchen 76. Er ist mit seinem einen Endabschnitt fest mit einer der Abdeckscheiben 66 verbunden. Mit seinem freien Endabschnitt 78 ist er durch einen Durchbruch der freien Abdeckscheibe 68 gefuhrt und mittels eines Verriegelungselementes 80 wie ein Blechformstück oder ein Draht lösbar mit dieser verbunden. In dem in den Figuren 4, 5 und 6 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist der Verbindungsarm 70 jeweils fest an den einlassseitigen Abdeckscheiben 66 angebunden.

Im Betrieb werden die Abdeckelemente 48 aufgrund der Fliehkraft nach außen in die Kanäle 42 gedrückt. Um ein Herausdrücken der Abdeckelemente 48 aus den Kanälen 42 zu verhindern, ist, falls die Kanäle 42 einen konstanten Querschnitt oder zu einer Seite hin konisch verlaufen, schaufelseitig ein nicht gezeigter axialer Anschlag vorgesehen. Je nach Ausbildung der Konizität ist dabei ein axialer Anschlag gegen ein Herausfallen aus den Kanälen 42 im Stillstand oder im Betrieb notwendig. Wenn zum Beispiel wie in den Figuren 4, 5 und 6 gezeigt die Kanäle 42 einen gegenüber ihren Einlass radial außenliegenden Auslass haben und in Richtung des Auslasses konisch erweitert sind, ist ein Anschlag erforderlich, um zu verhindern, dass die Abdeckelemente 48 im Betrieb aufgrund der Fliehkraft aus den Kanälen 42 herausgeschleudert werden. Wenn hingegen die Kanäle 42 einen gegenüber ihrem Einlass radial außenliegenden Auslass haben und in Richtung des Auslasses konisch verjüngt sind, ist ein Anschlag zur Verhinderung eines Herausfallens im Stillstand notwendig. Haben die Kanäle 42 über ihre axiale Länge einen konstanten Querschnitt, so ist sowohl einlassseitig als auch auslassseitig ein Anschlag notwendig.

Die Montage der Abdeckelemente 48 erfolgt in den Kanälen 42, wobei jeweils erst die Abdeckscheiben 66 mit dem angebundenen Verbindungsarm 70 in den Kanälen 42 positioniert wird und dann die freien Abdeckscheiben 68 auf den freien Endabschnitt des jeweiligen Verbindungsarms 70 aufgesteckt wird. Danach erfolgt die Sicherung der freien Abdeckscheiben 68 an den Endabschnitten 78 mittels der formschlüssigen Verriegelungselemente 80.

Offenbart ist eine Abdeckeinrichtung für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper einer Strömungsmaschine zur Unterbindung oder Reduzierung eines Kühlluftstroms von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite durch Kanäle, die zwischen benachbarten Laufschaufeln gebildet sind, wobei eine Vielzahl von Abdeckelementen vorgesehen sind, die einzeln in die Kanäle einsetzbar sind und zumindest eine umfangsseitige Dichtfläche aufweisen, ein integral be- schaufelter Rotorgrundkörper mit einer derartigen Abdeckeinrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen integral beschaufelten Rotorgrundkörpers sowie eine Strömungsmaschine mit einem derartigen integral beschaufelten Rotorgrundkörper.

Claims

Patentansprüche

1. Abdeckeinrichtung (46) für einen integral beschaufelten Rotorgrundkörper (1) einer Strömungsmaschine zur Einstellung eines Kühlluftstroms von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite durch Kanäle (42), die zwischen benachbarten Laufschaufeln (2) gebildet sind, mit einer Vielzahl von Abdeckelementen (48), dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckelemente (48) einzeln in die Kanäle (42) einsetzbar sind und zumindest eine umfangsseitige Dichtfläche (58, 72) aufweisen.

2. Abdeckeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Dichtfläche (58, 72) eine axial kürze Erstreckung als der sie aufnehmende Kanal (42) hat.

3. Abdeckeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abdeckelemente (48) jeweils ein becherartiges Profil mit einem außenliegenden Körperabschnitt (54) haben.

4. Abdeckeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abdeckelemente (48) fliehraftaktivier- bar sind.

5. Abdeckeinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Abdeckelemente (48) jeweils demontierbare Einzelteile (66, 68, 70) aufweisen.

6. Abdeckeinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Abdeckelemente (48) jeweils zwei Abdeckscheiben (66, 68) und einem die Abdeckscheiben (66, 68) lösbar miteinander verbindenden Verbindungsarm (70) aufweisen.

7. Abdeckeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abdeckelemente (48) jeweils Überströmöffhungen (56) haben.

8. Integral beschaufelter Rotorgrundkörper (1) für eine Strömungsmaschine mit einer Vielzahl von Laufschaufeln (2) und mit einer Abdeckeinrichtung (46) nach Anspruch 1 mit einer Vielzahl von Abdeckelementen (48) zur Einstellung eines Kühlluftstroms von einer Hochdruckseite zu einer Niederdruckseite durch Kanäle (42), die zwischen benachbarten Laufschaufeln (2) gebildet sind, wobei in jedem Kanal (42) zumindest ein Abdeckelement (48) mit zumindest einer um- fangsseitigen Dichtfläche (58, 72) eingesetzt ist.

9. Integral beschaufelter Rotorgrundkörper nach Anspruch 8, wobei die Dichtflächen (58, 72) jeweils endseitig in den Kanälen (42) positioniert sind.

10. Integral beschaufelter Rotorgrundkörper nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Abdeckelemente (48) jeweils unter Kraft- und Formschluss in den Kanälen (42) angeordnet sind und mit ihrem radial außenliegenden Körperabschnitt (54) stirnseitig an den Laufschaufeln (2) anliegen.

11. Integral beschaufelter Rotorgrundkörper nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Abdeckelemente (48) jeweils axial erschiebbar in den Kanälen (42) angeordnet und mit einem Sicherungselement zumindest einseitig axial gesichert sind.

12. Verfahren zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotorgrundkörper (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1, mit den Schritten:

- Ausbilden von Abdeckelementen (48) mit einem Querschnitt im Bereich ihrer zumindest einen Dichtfläche (58, 72), der in etwa einem Querschnitt eines sie aufnehmenden Kanalabschnittes entspricht, und

- Positionieren der Abdeckelemente (48) in den Kanalabschnitten.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Abdeckelemente (48) jeweils durch eine Verformung radial erweitert werden und dabei ein radial außenliegender Körperabschnitt (54) gebildet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Abdeckelemente (48) jeweils nach dem Einführen in die Kanäle (42) zusammenmontiert werden.

15. Strömungsmaschine mit einem integral beschaufelten Rotorgrundkörper (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1.