EP3091178A1 - Rotortrommel für eine strömungsmaschine und verdichter - Google Patents

Rotortrommel für eine strömungsmaschine und verdichter Download PDF

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EP3091178A1
EP3091178A1 EP15166681.5A EP15166681A EP3091178A1 EP 3091178 A1 EP3091178 A1 EP 3091178A1 EP 15166681 A EP15166681 A EP 15166681A EP 3091178 A1 EP3091178 A1 EP 3091178A1
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EP
European Patent Office
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rotor
drum
rotor drum
compressor
arm
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15166681.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Boewing
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
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Priority to US15/091,320 priority patent/US20160327065A1/en
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/70—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning
    • F04D29/701—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
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    • F04D29/083—Sealings especially adapted for elastic fluid pumps
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    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
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    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/60—Fluid transfer
    • F05D2260/609—Deoiling or demisting

Definitions

  • the present invention relates to a rotor drum for a turbomachine according to the preamble of claim 1 and to a compressor according to claim 8.
  • liquid accumulations can form during operation in certain situations, which accumulate during operation of the rotors in cavities of rotor drums due to centrifugal force. Only when the rotors are at a standstill can this accumulated liquid flow into another area of the rotors and possibly cause various disadvantages.
  • oil can be distributed as a liquid after restarting the rotor in areas of the turbomachine, which cause significant disadvantages for such oil accumulations.
  • the oil can, for example, at a restart of the rotors via housing channels in the cabin inlet air and there lead to oil odor and contamination.
  • An object of the present invention is to propose a rotor drum for a turbomachine, in which fluid accumulations can be avoided. It is another object of the present invention to propose a compressor.
  • the object of the invention is achieved by a rotor drum having the features of claim 1. It is further achieved by a compressor according to claim 8.
  • the invention thus proposes a rotor drum for a turbomachine, the rotor drum comprising sections of at least one first rotor main body and a second rotor main body.
  • the second rotor base body has at least one rotor arm.
  • the rotor drum further has at least one opening as a passage opening, in particular as a bore, for the passage of fluids, in particular of bearing oil or condensed bearing oil mist of a rotor bearing, from a rotor interior into a rotor outer space.
  • the opening is arranged radially outward, relative to the main flow axis of the turbomachine. Furthermore, the opening is arranged at the largest radius of an inner contour of the rotor drum.
  • Inventive exemplary embodiments may have one or more of the following features.
  • the term "rotor” refers to a body of revolution in a turbomachine that, when used as intended, rotates about an axis of rotation or axis of rotation of the turbomachine.
  • the rotor comprises at least one rotor stage.
  • a rotor stage may be referred to as an impeller or comprise an impeller.
  • a rotor stage comprises at least a plurality of rotor blades and a rotor body.
  • the rotor base body may be referred to as or comprise a disk, rotor disk, ring or rotor ring.
  • a rotor may include one or more rotor stages.
  • a rotor can be installed and mounted in a turbomachine, in particular in a gas turbine.
  • An aircraft engine may be a gas turbine or include a gas turbine.
  • An aircraft engine may include a compressor with multiple compressor stages and a turbine with multiple turbine stages. Compressor stages and turbine stages may each have rotor stages and stator stages.
  • the blades may be referred to as blades and at least each comprise an airfoil, a blade root and a blade platform.
  • the blades may be connected separately, for example by means of a form-fit, by means of a detachable so-called dovetail joint, or integrally with the rotor base body.
  • Separate blades may be releasably and / or positively and / or materially connected to the rotor body.
  • An integral connection is in particular a material connection.
  • An integral connection can be made by means of a generative manufacturing process.
  • a rotor body having vanes integrally connected to the rotor body may be referred to as an integrally bladed rotor become.
  • An integrally bladed rotor may be a so-called BLISK (Bladed Disk) or a BLING (Blade Ring).
  • the rotor base body may comprise radially inwardly directed rotor disks and / or axially aligned rotor arms.
  • the radially inwardly directed rotor disks may be referred to as extensions or T-shaped extensions of the rotor blades.
  • the rotor arms can be called drum bodies.
  • the rotor is designed or prepared for direct or indirect connection to a shaft of the turbomachine.
  • An indirect connection can be made by means of hub and / or by means of further rotors.
  • the rotor In a direct connection, the rotor can be flanged directly to the shaft.
  • rotor drum refers to portions of at least two axially interconnected rotor bases.
  • rotor arms can form a rotor drum.
  • a rotor drum can also be formed over more than two rotor base body and optionally via a plurality of rotor arms and rotor disks.
  • a plurality of rotor main body of an eight-stage compressor in a turbomachine can form a rotor drum.
  • rotor interior and rotor exterior refer to the spaces inside and outside the rotor drum of rotors.
  • the rotor interior is thus limited radially outward substantially by one or more rotor arms.
  • In the axial direction of the rotor interior is essentially limited by rotor disks, wherein between a shaft to which the rotor drum is connected directly or indirectly and the rotor disks is generally formed a gap.
  • the rotor outer space is bounded radially inwardly substantially by one or more rotor arms.
  • the rotor outer space substantially comprises the main flow channel of the turbomachine. Between a rotor arm and the main flow channel, for example, stator inner rings, with or without inlet seals, can furthermore be arranged.
  • the rotor interior and / or the rotor outer space may comprise a plurality of rotor stages.
  • Rotor bodies arranged axially one behind the other can be connected to one another by means of rotor arms and / or rotor disks.
  • the connection is in particular positive and / or non-positive.
  • annular balancing frets within the rotor drum can be arranged annular balancing frets, in particular on the inside of the rotor arms.
  • the balancing collars can be frictionally connected to the rotor arms.
  • further balancing devices for example flanges with balancing weights fastened over the circumference, may be arranged.
  • the turbomachine is an axial flow machine, in particular a gas turbine, in particular an aircraft gas turbine.
  • the rotor drum according to the invention may be designed for use in a high-pressure compressor, in a low-pressure compressor, in a high-pressure turbine or in a low-pressure turbine of an aircraft engine.
  • a rotor arm may have one or more openings.
  • the openings may be arranged radially (perpendicular to the central axis of the rotor drum) or at a different angle in or on the rotor arm.
  • the openings are open to the rotor drum interior and the rotor drum outer space and form an opening between these two spaces or areas. The opening thus pierces the rotor arm from radially inward to radially outward.
  • the opening at the radially furthest or largest radius of the inner contour of the rotor drum can advantageously enable or bring about centrifugal force-dependent flow during rotation, in particular during operational use of the rotor drum of fluids, in particular bearing oil, from the rotor drum into the rotor drum outer space (radially outside the rotor drum) ,
  • you restart the Aero engine could then get this oil in the engine housing in the supply air of the cabin air and contaminate the cabin air in this way.
  • the interior of the rotor drum is shaped in such a way that centrifugal force accumulations of oil can flow out or escape through one or more openings into the outer space of the rotor drum.
  • the interior is designed in particular flow optimized.
  • bearing oil for example in a so-called front-hub and / or rear-hub bearing of a rotor, can evaporate in the bearing area due to increased frictional heat in the bearing and then condense again in the rotor drum according to the invention.
  • the condensation process can occur in a rotor drum, which is arranged in the immediate vicinity of the storage.
  • the condensed bearing oil can exit through the radial opening of the rotor drum according to the invention or can be thrown out into the main flow channel and then advantageously exit from the turbomachine with the main flow.
  • a bearing oil mist can escape through the radial opening of the rotor drum according to the invention.
  • the bearing oil mist can exit during operation of the turbomachine in the main flow channel and exit with the main flow from the turbomachine.
  • the rotor arm has at least one sealing tip for forming a gap seal against a stator.
  • the stator may be a stator stage or a stator, in particular a stator with adjustable guide vanes.
  • the opening is arranged axially between the at least one sealing tip and a radially inwardly directed rotor disk of the second rotor main body.
  • the at least one rotor arm of the rotor drum according to the invention has a balancing ring.
  • the balancing ring is arranged in particular radially on the outside of the rotor arm.
  • a balancing ring can be called a balancing band.
  • the balancing ring is disposed at the upstream and / or downstream end or end portion of the rotor arm.
  • the terms upstream and downstream refer to the main flow direction of the turbomachine.
  • the end region or the end regions of the rotor arms can be regions for connecting to further components of the turbomachine.
  • the end regions can have positive connections to further rotor main bodies.
  • the end regions can be flanged by means of screw connections to further rotor main body.
  • An end region of a rotor arm may have a balancing ring and at the same time have a form-locking connection to a further rotor disk.
  • Such an end portion may be referred to as an integral end portion because two functions, balancing and joining, are achieved simultaneously.
  • a rotor base body which has no rotor arm does not have a balancing device.
  • a balancing device may for example be a balancing ring or balancing weights arranged on a flange.
  • the balancing ring is positively connected to the rotor arm.
  • a non-positive connection can be achieved for example by shrinking.
  • a frictional connection may be a connection by means of a press fit.
  • the connection of the balancing ring with the rotor arm has no screw connection.
  • One by means of a non-positive connection Applied balancing ring can be advantageous by means of a material-removing method, eg. As milling, drilling or grinding, be balanced without the balancing ring must be dismantled by the rotor arm.
  • the balancing ring is materially connected to the rotor arm.
  • a material-locking connection is, for example, an adhesive connection, a welded connection or a connection by means of a generative production method.
  • the rotor arm is made of a first material or comprises a first material.
  • the balancing ring can be made of a second material or have a second material.
  • the first material and the second material are different.
  • the balancing ring has at least one area for removing material for balancing the rotor on the circumference of the balancing ring.
  • Material removing processes for material removal of the balancing ring are, for example, milling, drilling or grinding.
  • balancing device may comprise one or more balancing rings, one or more balancing weights and other devices for balancing or balancing a component.
  • Some or all embodiments according to the invention may have one, several or all of the advantages mentioned above and / or below.
  • oil accumulations for example storage oil accumulations
  • Bearing oil or bearing oil mist can be transported in a rotating rotor drum according to the invention directly through the opening at the largest radius of the inner contour of the rotor drum in the main stream of the guide and impeller blading and the outlet of the turbomachine to get redirected. Due to this rapid removal, a possible risk of fire from the oil can at least be reduced. Collecting oil and / or condensing an oil mist during a standstill of the rotor drum with a subsequent possible transport of the oil from the main flow in branches for the bleed air, z. B. for the cabin air in aircraft, can be advantageously avoided.
  • Fig. 1 shows a rotor drum 100 according to the invention with an opening as a Abschleuderbohrung 1, a first rotor body 3, a second rotor body 5, a rotor arm 7 and a balancing ring 9 in a sectional view.
  • the Abschleuderbohrung 1 is an opening of the rotor drum 100 in the boundary radially outward.
  • the rotor drum 100 has a radially inwardly open shape.
  • the rotor drum 100 which is directed radially inward (counter to the radial direction r, relative to the axis of rotation 11 of the rotor drum 100), is bounded in the axial direction a by a first rotor disk 13 and a second rotor disk 15.
  • the two rotor disks 13, 15 are sections of the two rotor base bodies 3, 5.
  • the first rotor disk 13 is arranged upstream, the second rotor disk 15 downstream, the main flow direction 17 being represented by an arrow.
  • the Abschleuderbohrung 1 is disposed at the largest radius 19 an inner contour 21 of the rotor drum 100.
  • Abschleuderbohritch 1 in Fig. 1 not shown, in particular in the rotor arm 7, be arranged.
  • the rotor drum 100 may extend and / or expand further upstream and / or downstream in further embodiments and comprise further rotor arms. Likewise, further Abschleuderbohritch be arranged in the other rotor arms.
  • a multi-stage high pressure compressor (or low pressure compressor, high pressure turbine, low pressure turbine) of an aircraft engine may include a rotor drum.
  • the Abschleuderbohrung 1 can during a rotation of the rotor drum 100 about the rotation axis 11 (in the context of a proposed operation of the rotor drum 100, for example in an aircraft engine) bearing oil, bearing oil mist or other fluids from the rotor drum 100 into a rotor outer space 23 are transported. This transporting or draining of a fluid is caused or caused by the centrifugal force of the fluid.
  • the flow properties are influenced, for example, by the viscosity and temperature.
  • the size of an opening cross-section (or the diameter) of the Abschleuderbohrung 1 influences the outflow of a fluid from the rotor drum 100 in the rotor outer space 23rd
  • the balancing ring 9 in the embodiment of Fig. 1 on the outer side (with respect to the radial direction r) of the rotor drum 100 favors a drainage of oil in the rotor drum 100 through the Abschleuderbohrung 1. If the balancing ring 9 on the inside of the rotor drum 100 on the rotor arm 7 arranged (in Fig. 1 not shown), the oil could accumulate in the rotor interior 22 due to centrifugal force. This accumulated oil would then flow into the interior only when the rotor drum 100 stopped. In a restart of the rotational movement of the rotor drum 100 then this oil could escape through the Abschleuderbohrung 1.
  • the oil from the rotor outer space 23 could then enter the cabin air of an aircraft and cause contamination through the bleed air, which is discharged from the main flow, branched or tapped.
  • This risk of contamination is advantageously prevented or at least reduced by the arrangement of the balancing ring 9 on the outside of the rotor drum 100.
  • the first rotor base body 3 is positively connected in the region of the balancing ring 9 with the second rotor base body 5 via the rotor arm 7 (shown by means of the dashed circle 25).
  • the rotor main body 3, 5 are in the embodiment of Fig. 1 integral with blades 27.
  • the rotor arm 7 has sealing tips 29, which can form a gap for minimizing a leakage flow between the rotor drum 100 and a stator 200 with a so-called inlet seal 31.
  • the inlet seal 31 is connected to an inner ring 33.
  • the inner ring 33 is connected to adjustable guide vanes 35 of the stator 200.
  • the guide vanes 35 are rotatably arranged and supported about their longitudinal axis by means of an inner journal 37.
  • Fig. 2 shows a further rotor drum 100 according to the invention with one opposite Fig. 1 changed arrangement of the Abschleuderbohrung 1.
  • the longitudinal alignment of the Abschleuderbohrung 1 is aligned perpendicular to the central axis or axis of rotation of the rotor drum 100.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotortrommel (100) für eine Strömungsmaschine, wobei die Rotortrommel (100) Abschnitte von wenigstens einem ersten (3) und einem zweiten (5) Rotorgrundkörper umfasst, und wobei der zweite Rotorgrundkörper (5) wenigstens einen Rotorarm (7) aufweist. Die Rotortrommel (100) weist wenigstens eine Öffnung (1) als Durchtrittsöffnung zum Durchströmen von Fluiden aus einem Rotorinnenraum (22) in einen Rotoraußenraum (23) auf, wobei die Öffnung (1) nach radial außen und am größten Radius (19) einer Innenkontur (21) der Rotortrommel (100) angeordnet ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Verdichter.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotortrommel für eine Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Verdichter gemäß Anspruch 8.
  • In Rotoren für Strömungsmaschinen können sich im Betrieb in bestimmten Situationen Flüssigkeitsansammlungen bilden, die sich während des Betriebs der Rotoren in Kavitäten von Rotortrommeln fliehkraftbedingt ansammeln. Erst im Stillstand der Rotoren kann diese angesammelte Flüssigkeit in andere Bereich der Rotoren fließen und möglicherweise verschiedene Nachteile bewirken. Beispielsweise kann sich Öl als Flüssigkeit nach einem erneuten Starten des Rotors in Bereiche der Strömungsmaschine verteilen, die für derartige Ölansammlungen erhebliche Nachteile bewirken. Bei einer möglichen Verwendung der Strömungsmaschine als Flugtriebwerk kann das Öl beispielsweise bei einem Neustart der Rotoren über Gehäusekanäle in die Kabinenzuluft gelangen und dort zu Ölgeruch und Kontaminationen führen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rotortrommel für eine Strömungsmaschine vorzuschlagen, bei der Fluidansammlungen vermieden werden können. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter vorzuschlagen.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Rotortrommel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Sie wird ferner durch einen Verdichter gemäß Anspruch 8 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird somit eine Rotortrommel für eine Strömungsmaschine vorgeschlagen, wobei die Rotortrommel Abschnitte von wenigstens einem ersten Rotorgrundkörper und einem zweiten Rotorgrundkörper umfasst. Der zweite Rotorgrundkörper weist wenigstens einen Rotorarm auf. Die Rotortrommel weist weiterhin wenigstens eine Öffnung als Durchtrittsöffnung, insbesondere als Bohrung, zum Durchströmen von Fluiden, insbesondere von Lageröl oder kondensiertem Lagerölnebel einer Rotorlagerung, aus einem Rotorinnenraum in einen Rotoraußenraum auf. Die Öffnung ist nach radial außen angeordnet, bezogen auf die Hauptdurchströmungsachse der Strömungsmaschine. Ferner ist die Öffnung am größten Radius einer Innenkontur der Rotortrommel angeordnet. Dadurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass sich Lageröl während einer betriebsbedingten Rotation der Rotortrommel fliehkraftbedingt an der Öffnung sammelt und aus der Rotortrommel in den Hauptdurchströmungskanal abgeschleudert wird. Das abgeschleuderte Öl kann mit der Hauptdurchströmung aus der Strömungsmaschine transportiert und ausgetragen werden.
  • Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen und Ausführungsformen.
  • Erfindungsgemäße beispielhafte Ausführungsformen können eines oder mehrere der im Folgenden genannten Merkmale aufweisen.
  • Der Begriff "Rotor", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet einen Rotationskörper in einer Strömungsmaschine, der sich im bestimmungsgemäßen Gebrauch um eine Rotationsachse oder Drehachse der Strömungsmaschine dreht. Der Rotor umfasst wenigstens eine Rotorstufe. Eine Rotorstufe kann als Laufrad bezeichnet werden oder ein Laufrad umfassen. Eine Rotorstufe umfasst wenigstens mehrere Laufschaufeln und einen Rotorgrundkörper. Der Rotorgrundkörper kann als Scheibe, Rotorscheibe, Ring oder Rotorring bezeichnet werden oder diese umfassen. Ein Rotor kann eine oder mehrere Rotorstufen umfassen.
  • Ein Rotor kann in eine Strömungsmaschine, insbesondere in eine Gasturbine, eingebaut und montiert werden. Ein Flugtriebwerk kann eine Gasturbine sein oder eine Gasturbine umfassen. Ein Flugtriebwerk kann einen Verdichter mit mehreren Verdichterstufen und eine Turbine mit mehreren Turbinenstufen umfassen. Verdichterstufen und Turbinenstufen können jeweils Rotorstufen und Statorstufen aufweisen.
  • Die Laufschaufeln können als Schaufeln bezeichnet werden und weisen wenigstens jeweils ein Schaufelblatt, einen Schaufelfuß und eine Schaufelplattform auf. Die Schaufeln können separat, beispielsweise formschlüssig mittels einer wieder lösbaren sogenannten Schwalbenschwanzverbindungen, oder integral mit dem Rotorgrundkörper verbunden sein. Separate Schaufeln können wieder lösbar und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Rotorgrundkörper verbunden sein. Eine integrale Verbindung ist insbesondere eine materialschlüssige Verbindung. Eine integrale Verbindung kann mittels eines generatives Herstellungsverfahrens gefertigt werden. Ein Rotorgrundkörper mit integral mit dem Rotorgrundkörper verbundenen Schaufeln kann als integral beschaufelter Rotor bezeichnet werden. Ein integral beschaufelter Rotor kann ein sogenannter BLISK (Bladed Disk) oder ein BLING (Blade Ring) sein.
  • Der Rotorgrundkörper kann nach radial innen gerichtete Rotorscheiben und/oder axial ausgerichtete Rotorarme umfassen. Die nach radial innen gerichteten Rotorscheiben können als Verlängerungen oder T-förmige Verlängerungen der Laufschaufeln bezeichnet werden.
  • Die Rotorarme können als Trommelkörper bezeichnet werden. Der Rotor ist zum direkten oder indirekten Verbinden mit einer Welle der Strömungsmaschine ausgestaltet oder vorbereitet. Eine indirekte Verbindung kann mittels Nabe und/oder mittels weiterer Rotoren ausgeführt sein. Bei einer direkten Verbindung kann der Rotor direkt an die Welle angeflanscht sein.
  • Der Begriff "Rotortrommel", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet Abschnitte von wenigstens zwei axial miteinander verbundenen Rotorgrundkörpern. Insbesondere Rotorarme können eine Rotortrommel ausbilden. Eine Rotortrommel kann gleichfalls über mehr als zwei Rotorgrundkörper sowie optional über mehrere Rotorarme und Rotorscheiben ausgebildet sein. Beispielsweise können mehrere Rotorgrundkörper eines achtstufiger Verdichters in einer Strömungsmaschine eine Rotortrommel ausbilden.
  • Die Begriffe "Rotorinnenraum und Rotoraußenraum", wie sie hierin verwendet werden, bezeichnen die Räume innerhalb und außerhalb der Rotortrommel von Rotoren. Der Rotorinnenraum wird somit nach radial außen im Wesentlichen durch einen oder mehrere Rotorarme begrenzt. In axialer Richtung wird der Rotorinnenraum im Wesentlichen durch Rotorscheiben begrenzt, wobei zwischen einer Welle, mit der die Rotortrommel direkt oder indirekt verbunden ist und den Rotorscheiben im Allgemeinen ein Spalt ausgebildet ist. Der Rotoraußenraum wird nach radial innen im Wesentlichen durch einen oder mehrere Rotorarme begrenzt. Der Rotoraußenraum umfasst im Wesentlichen den Hauptdurchströmungskanal der Strömungsmaschine. Zwischen einem Rotorarm und dem Hauptdurchströmungskanal können weiterhin beispielsweise Leitradinnenringe, mit oder ohne Einlaufdichtungen, angeordnet sein. Der Rotorinnenraum und/oder der Rotoraußenraum kann mehrere Rotorstufen umfassen.
  • Axial hintereinander angeordnete Rotorgrundkörper können mittels Rotorarmen und/oder Rotorscheiben miteinander verbunden sein. Die Verbindung ist insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig.
  • Innerhalb der Rotortrommel können ringförmige Wuchtbünde, insbesondere an der Innenseite der Rotorarme angeordnet sein. Die Wuchtbünde können kraftschlüssig mit den Rotorarmen verbunden sein. Weiterhin können innerhalb der Rotortrommel alternativ oder zusätzlich weitere Wuchtvorrichtungen, beispielsweise Flansche mit über dem Umfang befestigten Wuchtgewichten, angeordnet sein.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Strömungsmaschine eine axiale Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, insbesondere eine Fluggasturbine.
  • Die erfindungsgemäße Rotortrommel kann für eine Anwendung in einem Hochdruckverdichter, in einem Niederdruckverdichter, in einer Hochdruckturbine oder in einer Niederdruckturbine eines Flugtriebwerks ausgestaltet sein.
  • Ein Rotorarm kann eine oder mehrere Öffnungen aufweisen. Die Öffnungen können radial (senkrecht zur Mittelachse der Rotortrommel) oder in einem anderen Winkel in oder an dem Rotorarm angeordnet sein. Die Öffnungen sind zum Rotortrommelinnenraum und zum Rotortrommelaußenraum hin offen und bilden eine Öffnung zwischen diesen beiden Räumen oder Bereichen. Die Öffnung durchstößt somit den Rotorarm von radial innen nach radial außen.
  • Die Öffnung am radial weitesten oder größten Radius der Innenkontur der Rotortrommel kann vorteilhaft ein fliehkraftbedingtes Abfließen während einer Rotation, insbesondere im betriebsbedingten Einsatz der Rotortrommel, von Fluiden, insbesondere von Lageröl, aus der Rotortrommel in den Rotortrommelaußenraum (radial außerhalb der Rotortrommel) ermöglichen oder bewirken. Beispielsweise kann bei einer Anwendung der erfindungsgemäßen Rotortrommel in einem Flugtriebwerk vermieden, oder zumindest die Gefahr verringert werden, dass Öl nach einem Stillstand des Triebwerks aus der Rotortrommel in das Triebwerksgehäuse abläuft. Bei einem erneuten Starten des Flugtriebwerks könnte dieses Öl im Triebwerksgehäuse anschließend in die Zuluft der Kabinenluft gelangen und auf diese Weise die Kabinenluft kontaminieren.
  • Der Innenraum der Rotortrommel ist insbesondere derart geformt, dass fliehkraftbedingte Ölansammlungen durch eine oder mehrere Öffnungen in den Außenraum der Rotortrommel abfließen oder austreten können. Der Innenraum ist dazu insbesondere strömungsoptimiert ausgestaltet.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann Lageröl, beispielsweise bei einer sogenannten Front-hub und/oder Rear-hub Lagerung eines Rotors, im Lagerbereich aufgrund erhöhter Reibungswärme im Lager verdunsten und anschließend in der erfindungsgemäßen Rotortrommel wieder kondensieren. Insbesondere in einer Rotortrommel, die in unmittelbarer Nähe zur Lagerung angeordnet ist, kann der Kondensationsprozeß eintreten. Das kondensierte Lageröl kann während Betriebs der Strömungsmaschine, also bei einer Rotation der Rotortrommel, durch die radiale Öffnung der erfindungsgemäßem Rotortrommel austreten bzw. in den Hauptströmungskanal herausgeschleudert werden und anschließend mit der Hauptströmung aus der Strömungsmaschine vorteilhaft austreten. Damit kann vorteilhaft verhindert werden, dass sich in der Rotortrommel in Kavitäten angesammeltes Öl bei einem Starten nach einem zwischenzeitlichen Anhalten der Strömungsmaschine das Öl austritt und anschließend, aufgrund niedriger Drehzahlen und einer geringen Hauptdurchströmung, in die Zapfluft, die von der Hauptdurchströmung abgezweigt oder abgezapft wird, gelangt. Die unter anderem für die Kabinenluft in Flugzeugen vorgesehene Zapfluft könnte durch zugesetztes oder beigemengtes Öl kontaminiert werden.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann ein Lagerölnebel durch die radiale Öffnung der erfindungsgemäßem Rotortrommel austreten. Der Lagerölnebel kann während des Betriebs der Strömungsmaschine in den Hauptströmungskanal austreten und mit der Hauptströmung aus der Strömungsmaschine austreten.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Rotorarm wenigstens eine Dichtspitze zum Ausbilden einer Spaltdichtung gegen einen Stator auf. Der Stator kann eine Statorstufe oder ein Leitrad sein, insbesondere ein Leitrad mit verstellbaren Leitschaufeln.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Öffnung axial zwischen der wenigstens einen Dichtspitze und einer nach radial innen ausgerichteten Rotorscheibe des zweiten Rotorgrundkörpers angeordnet.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der wenigstens eine Rotorarm der erfindungsgemäßen Rotortrommel einen Wuchtring auf. Der Wuchtring ist insbesondere radial außen am Rotorarm angeordnet. Mittels eines radial außen am Rotorarm angeordneten Wuchtrings können vorteilhaft Rotortrommelkavitäten innerhalb der Rotortrommel vermieden werden.
  • Ein Wuchtring kann als Wuchtbund bezeichnet werden.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Wuchtring am stromauf und/oder stromab angeordneten Ende oder Endbereich des Rotorarms angeordnet. Die Begriffe stromauf und stromab beziehen sich auf die Hauptdurchströmungsrichtung der Strömungsmaschine. Der Endbereich oder die Endbereiche der Rotorarme können Bereiche zum Verbinden mit weiteren Bauteilen der Strömungsmaschine sein. Insbesondere können die Endbereiche formschlüssige Verbindungen zu weiteren Rotorgrundkörpern aufweisen. Ebenso können die Endbereiche mittels Verschraubungen an weitere Rotorgrundkörper angeflanscht werden. Ein Endbereich eines Rotorarms kann einen Wuchtring aufweisen und gleichzeitig eine formschlüssige Verbindung zu einer weitere Rotorscheibe aufweisen. Ein derartiger Endbereich kann als integraler Endbereich bezeichnet werden, da zwei Funktionen, das Auswuchten und das Verbinden, gleichzeitig erzielt werden.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist ein Rotorgrundkörper, der keinen Rotorarm aufweist, keine Wuchtvorrichtung auf. Eine Wuchtvorrichtung kann beispielsweise ein Wuchtring oder an einem Flansch angeordnete Wuchtgewichte sein.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Wuchtring kraftschlüssig mit dem Rotorarm verbunden. Eine kraftschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Aufschrumpfen erreicht werden. Eine kraftschlüssige Verbindung kann eine Verbindung mittels einer Preßpassung sein. Insbesondere weist die Verbindung des Wuchtrings mit dem Rotorarm keine Schraubverbindung auf. Ein mittels einer kraftschlüssigen Verbindung aufgebrachter Wuchtring kann vorteilhaft mit Hilfe eines materialabtragenden Verfahrens, z. B. Fräsen, Bohren oder Schleifen, ausgewuchtet werden, ohne dass der Wuchtring von dem Rotorarm demontiert werden muss.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Wuchtring materialschlüssig mit dem Rotorarm verbunden. Eine materialschlüssige Verbindung ist beispielsweise eine Klebverbindung, eine Schweißverbindung oder eine Verbindung mittels eines generativen Herstellungsverfahrens.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Rotorarm aus einem ersten Material hergestellt ist oder weist ein erstes Material auf. Der Wuchtring kann aus einem zweiten Material hergestellt sein oder ein zweites Material aufweisen. Das erste Material und das zweite Material sind dabei unterschiedlich. Dadurch kann beispielsweise ein Aufschrumpfprozess des Wuchtrings auf den Rotorarm und/ oder ein Materialabtrag des Wuchtrings zum Zweck des Auswuchten vorteilhaft vereinfacht werden.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Wuchtring wenigstens einen Bereich zur Materialentnahme zum Auswuchten des Rotors auf dem Umfang des Wuchtrings auf. Materialabtragende Verfahren zur Materialentnahme des Wuchtrings sind beispielsweise Fräsen, Bohren oder Schleifen.
  • Der Begriff Wuchtvorrichtung kann einen oder mehrere Wuchtringe, einen oder mehrere Wuchtgewichte sowie weitere Vorrichtungen zum Wuchten oder Auswuchten eines Bauteils umfassen.
  • Manche oder alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen können einen, mehrere oder alle der oben und/oder im Folgenden genannten Vorteile aufweisen.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Rotortrommel können Ölansammlungen, beispielsweise Lagerölansammlungen, innerhalb der Rotortrommel vorteilhaft vermieden werden. Lageröl oder Lagerölnebel kann in einer rotierenden, erfindungsgemäßen Rotortrommel unmittelbar durch die Öffnung am größten Radius der Innenkontur der Rotortrommel in den Hauptstrom der Leit- und Laufradbeschaufelung transportiert und zum Auslass der Strömungsmaschine weitergeleitet werden. Aufgrund dieses raschen Abtransports kann eine mögliche Feuergefahr durch das Öl zumindest verringert werden. Ein Sammeln von Öl und/oder ein Kondensieren eines Ölnebels während eines Stillstands der Rotortrommel mit einem anschließenden möglichen Transport des Öls aus der Hauptströmung in Abzweigungen für die Zapfluft, z. B. für die Kabinenluft in Flugzeugen, kann vorteilhaft vermieden werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen, in welcher identische Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile bezeichnen, exemplarisch erläutert. In den jeweils schematisch vereinfachten Figuren gilt:
    • Fig. 1
    zeigt eine erfindungsgemäße Rotortrommel mit zwei Rotorgrundkörpern, einem Rotorarm und einer Abschleuderbohrung in Schnittdarstellung; und
    Fig. 2
    zeigt eine weitere erfindungsgemäße Rotortrommel mit einer gegenüber Fig. 1 veränderten Anordnung der Abschleuderbohrung.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Rotortrommel 100 mit einer Öffnung als Abschleuderbohrung 1, einem ersten Rotorgrundkörper 3, einem zweiten Rotorgrundkörper 5, einem Rotorarm 7 und einem Wuchtring 9 in Schnittdarstellung. Die Abschleuderbohrung 1 ist eine Öffnung der Rotortrommel 100 in deren Begrenzung nach radial außen. Die Rotortrommel 100 weist eine nach radial innen offene Form auf.
  • Die nach radial innen (entgegen der Radialrichtung r, zur Drehachse 11 der Rotortrommel 100 hin gerichtete) offene, erfindungsgemäße Rotortrommel 100 wird in Axialrichtung a durch eine erste Rotorscheibe 13 und eine zweite Rotorscheibe 15 begrenzt. Die beiden Rotorscheiben 13, 15 sind Abschnitte der beiden Rotorgrundkörper 3, 5. Die erste Rotorscheibe 13 ist stromaufwärts, die zweite Rotorscheibe 15 stromabwärts angeordnet, wobei die Hauptdurchströmungsrichtung 17 durch einen Pfeil dargestellt ist.
  • Die Abschleuderbohrung 1 ist am größten Radius 19 einer Innenkontur 21 der Rotortrommel 100 angeordnet.
  • Es können weitere Abschleuderbohrungen 1 (in Fig. 1 nicht dargestellt), insbesondere in dem Rotorarm 7, angeordnet sein.
  • Die Rotortrommel 100 kann sich in weiteren Ausführungsformen stromauf und/oder stromab weiter erstrecken bzw. ausdehnen und weitere Rotorarme umfassen. Ebenso können weitere Abschleuderbohrungen in den weiteren Rotorarmen angeordnet sein. Beispielsweise kann ein mehrstufiger Hochdruckverdichter (oder Niederdruckverdichter, Hochdruckturbine, Niederdruckturbine) eines Flugtriebwerks eine Rotortrommel umfassen.
  • Durch die Abschleuderbohrung 1 kann während einer Rotation der Rotortrommel 100 um die Drehachse 11 (im Rahmen eines vorgesehenen Betriebs der Rotortrommel 100 beispielsweise in einem Flugtriebwerk) Lageröl, Lagerölnebel oder andere Fluide aus der Rotortrommel 100 in einen Rotoraußenraum 23 transportiert werden. Dieses Transportieren oder Abfließen eines Fluids wird durch die Fliehkraft des Fluids bedingt oder verursacht. Die Fließeigenschaften werden beispielsweise durch die Viskosität und Temperatur beeinflusst. Weiterhin beeinflusst die Größe eines Öffnungsquerschnitts (oder der Durchmesser) der Abschleuderbohrung 1 den Abfluss eines Fluids aus der Rotortrommel 100 in den Rotoraußenraum 23.
  • Weiterhin ist der Wuchtring 9 in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 an der Außenseite (in Bezug auf die Radialrichtung r) der Rotortrommel 100 angeordnet. Dies begünstigt ein Abfließen von Öl in der Rotortrommel 100 durch die Abschleuderbohrung 1. Wäre der Wuchtring 9 auf der Innenseite der Rotortrommel 100 an dem Rotorarm 7 angeordnet (in Fig. 1 nicht dargestellt), könnte sich das Öl im Rotorinnenraum 22 fliehkraftbedingt stauen. Dieses angestaute Öl würde dann erst bei einem Stillstand der Rotortrommel 100 in den Innenraum abfließen. Bei einem erneuten Starten der Drehbewegung der Rotortrommel 100 könnte dann dieses Öl durch die Abschleuderbohrung 1 austreten. Bei diesem Vorgang könnte dann betriebsbedingt das Öl aus dem Rotoraußenraum 23 durch die Zapfluft, die aus der Hauptströmung abgeführt, abgezweigt oder abgezapft wird, in die Kabinenluft eines Flugzeug eintreten und Kontaminationen verursachen. Diese Gefahr von Kontaminationen wird durch die Anordnung des Wuchtrings 9 auf der Außenseite der Rotortrommel 100 vorteilhaft verhindert oder zumindest verringert.
  • Der erste Rotorgrundkörper 3 ist formschlüssig im Bereich des Wuchtrings 9 mit dem zweiten Rotorgrundkörper 5 über den Rotorarm 7 verbunden (dargestellt mittels des gestrichelten Kreises 25).
  • Die Rotorgrundkörper 3, 5 sind in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 integral mit Laufschaufeln 27 verbunden.
  • Weiterhin weist der Rotorarm 7 Dichtspitzen 29 auf, die mit einer sogenannten Einlaufdichtung 31 einen Spalt zur Minimierung einer Leckageströmung zwischen der Rotortrommel 100 und einem Leitrad 200 ausbilden können. Die Einlaufdichtung 31 ist mit einem Innenring 33 verbunden. Der Innenring 33 ist mit verstellbaren Leitschaufeln 35 des Leitrads 200 verbunden. Die Leitschaufeln 35 sind mittels eines Innenzapfens 37 um ihre Längsachse drehbar angeordnet und gelagert.
  • Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Rotortrommel 100 mit einer gegenüber Fig. 1 veränderten Anordnung der Abschleuderbohrung 1. Die Längsausrichtung der Abschleuderbohrung 1 ist senkrecht zur Mittelachse oder Drehachse der Rotortrommel 100 ausgerichtet.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Rotortrommel
    200
    Leitrad
    a
    axial; Axialrichtung
    r
    Radial; Radiahichtung
    1
    Abschleuderbohrung
    3
    erster Rotorgrundkörper
    5
    zweiter Rotorgrundkörper
    7
    Rotorarm
    9
    Wuchtring
    11
    Drehachse
    13
    erste Rotorscheibe
    15
    zweite Rotorscheibe
    17
    Hauptdurchströmungsrichtung
    19
    größter Radius der Innenkontur der Rotortrommel
    21
    Innenkontur der Rotortrommel
    22
    Rotorinnenraum
    23
    Rotoraußenraum
    25
    formschlüssige Verbindung
    27
    Laufschaufel
    29
    Dichtspitzen
    31
    Einlaufdichtung
    33
    Innenring
    35
    verstellbare Leitschaufel
    37
    Innenzapfen

Claims (9)

  1. Rotortrommel (100) für eine Strömungsmaschine, wobei die Rotortrommel (100) Abschnitte von wenigstens einem ersten (3) und einem zweiten (5) Rotorgrundkörper umfasst, und wobei der zweite Rotorgrundkörper (5) wenigstens einen Rotorarm (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotortrommel (100) wenigstens eine Öffnung (1) als Durchtrittsöffnung zum Durchströmen von Fluiden aus einem Rotorinnenraum (22) in einen Rotoraußenraum (23) aufweist, wobei die Öffnung (1) nach radial außen und am größten Radius (19) einer Innenkontur (21) der Rotortrommel (100) angeordnet ist.
  2. Rotortrommel (100) nach Anspruch 1, wobei der Rotorarm (100) die Öffnung (1) umfasst.
  3. Rotortrommel (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Rotorarm (7) wenigstens eine Dichtspitze (29) zum Ausbilden einer Spaltdichtung gegen einen Stator (200) aufweist.
  4. Rotortrommel (100) nach Anspruch 3, wobei die Öffnung (1) zwischen der wenigstens einen Dichtspitze (29) und einer nach radial innen ausgerichteten Rotorscheibe (15) des zweiten Rotorgrundkörpers (5) angeordnet ist.
  5. Rotortrommel (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein Wuchtring (9) radial außen am Rotorarm (7) angeordnet ist.
  6. Rotortrommel (100) nach Anspruch 5, wobei der Wuchtring (9) am stromauf und/oder stromab angeordneten Endbereich des Rotorarms (7) des zweiten Rotorgrundkörpers (5) angeordnet ist.
  7. Rotortrommel (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Rotorgrundkörper (3, 5) zur Aufnahme von Laufschaufeln (27) zum Ausbilden einer ersten und einer zweiten Rotorstufe vorbereitet sind.
  8. Verdichter einer Strömungsmaschine, wobei der Verdichter wenigstens eine Rotortrommel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist
  9. Verdichter nach Anspruch 8, wobei der Verdichter ein Hochdruckverdichter eines Flugtriebwerks ist.
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