EP3309360B1 - Blade assembly for a gas turbine engine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a blade assembly for an engine with a blade carrier with a plurality of blades.
- Such a blade assembly is for example part of a compressor or a turbine of the engine, in particular of a gas turbine engine.
- the blades are thereby provided along a circular line about a central axis of the blade assembly, which central axis usually coincides with a rotational or central axis of the engine.
- the blade carrier, on which the blade is integrally formed or are fixed to the separately manufactured blades via a respective blade root, has a with respect to the blades radially inwardly in the direction of the central axis extending support portion.
- a stiffening structure having first and second metal matrix composite (MMC) stiffening members at the ring - or disk-shaped blade carrier provide.
- MMC metal matrix composite
- a stiffening element is designed as a fiber reinforced MMC ring and arranged on a respective end face of the blade carrier.
- two MMC rings are defined in mirror image at a connecting region of a radially inwardly extending support section of a blade carrier, namely on a first front end side and on a second rear end side of the blade carrier.
- the blade carrier can be acted on with a smaller radial extension of the carrier section with higher rotational speeds and thus higher load capacity.
- the weight of the blade carrier is significantly lower than with a blade carrier of the same load carrying capacity with a larger carrier section through the MMC rings.
- the stiffening elements in the form of MMC rings are independently of each other positively fixed to one end face of the support portion and optionally additionally shrunk onto an axially extending projection of the connecting portion.
- Each MMC ring is axially secured separately on the respective end face of the support section and arranged on a radially outwardly facing transverse direction above the associated axially extending projection on the connection region of the support section. The fixation and in particular axial securing of the individual stiffening elements in the form of the MMC rings is thus comparatively complicated.
- the invention is therefore based on the object to provide an improved in this respect blade assembly, with which the aforementioned disadvantages are avoided or at least reduced.
- a rotor blade assembly for an engine with a ring segment or disk segment-shaped blade carrier having a plurality of rotor blades is proposed in which at least two, first and second reinforcing elements of a reinforcing structure fixed to a connecting region of a carrier section of a blade carrier are not only connected to the connecting region but the first and second stiffening elements are also additionally connected to each other.
- the inventive solution according to the first aspect of the invention is based on the basic idea that at the connecting region of the blade carrier - preferably to a radially extending with respect to the central axis transverse direction symmetrically configured and opposing - stiffening elements are arranged on opposite first and second end faces of the blade carrier, the by their additional connection with each other axially (relative to the central axis) are secured.
- the axial securing of both stiffening elements of the stiffening structure is in this case realized in at least one connecting device with at least one separate connecting element which directly connects the two stiffening elements arranged at different end sides and secures them axially against one another. In this way, none of the stiffening elements should be axially displaceable relative to the other stiffening element. Both stiffening elements are thus held in an intended position on the support portion.
- connection opening can be a passage opening, for example in the form of a bore, through the blade carrier above the connection area, ie, around a passage opening which is spaced in a radially outward direction from the connection area.
- the at least one separate connecting element then extends, for example, through such a connecting opening of the blade carrier in order to fix the two reinforcing elements axially relative to one another.
- the two stiffening elements can be fixed to one another via the at least one connecting element of the connecting device extending through the carrier section, but also the two stiffening elements on the carrier section.
- the at least one separate connecting element of the connecting device extends through a connecting opening in the carrier section in order to connect the first and second reinforcing elements to one another.
- the connecting element can in this case be designed, for example, in the form of a screw bolt and furthermore extend through a respective radially projecting connecting web of the first and second reinforcing elements.
- the rotor blade assembly according to the invention along a circumferential direction around the central axis comprises a plurality of adjacent ring segment-shaped or disk segment-shaped blade carrier, each having at least one blade, which are connected at each end face with a common - for example, annular - stiffening element of the stiffening structure via a plurality of bolt connections ,
- the connecting means of the blade assembly not only serve the fixation of the two first and second stiffening elements together, but also the fixing of the two first and second stiffening elements to a plurality of ring segment-shaped or disk segment-shaped blade carriers and a coupling of the individual ring segment-shaped or disk segment-shaped blade carrier with each other. Accordingly, an anti-rotation device for the stiffening elements on the one hand and the blade carrier on the other hand is also provided.
- the connecting device of the blade assembly is set up and provided to connect the blade assembly with a connecting member via which the blade assembly with another Blade assembly is rotatably connected, which is axially offset within the engine along the central axis.
- individual blade rows which are each formed by a blade assembly, arranged in a multi-stage compressor or in a multi-stage turbine of the engine behind each other and rotatably connected to each other.
- a connecting component for the non-rotatable connection of individual axially offset blade rows is now fixed via a connecting device on a blade carrier, which is also used to connect the two arranged on different end faces of the blade carrier first and second stiffening elements together and preferably to fix each other and the blade carrier.
- the connecting member is in this case, for example, sleeve-shaped and each with an annular mounting flange formed on each end face, via which the connecting member is fixed to a blade assembly.
- a plurality of respective sleeve segment-shaped connecting components may be provided to non-rotatably connect two rows of blades in the region of a ring segment or disk segment-shaped blade carrier or in the region of a plurality of ring segment or disk segment-shaped blade carrier.
- a separate connection element of the connection device extends both through a connection opening in the support section and through a connection opening in the connection component.
- the connection opening of the connection component is a through-hole in a flange section of the connection component.
- At least one of the first and second stiffening elements is at least partially made of a metal matrix composite material (English: “metal matrix composite”, short: “MMC”) produced.
- MMC metal matrix composite
- at least one of the first and second stiffening elements may comprise an externally sheathed core of a metal matrix composite material.
- the core can for example consist of a reinforced titanium in MMC construction, ie, in particular of a titanium matrix with ceramic reinforcement.
- the blade carrier on the rotor blade assembly-together with other ring segment or disk segment-shaped blade carriers- has a central passage opening extending axially relative to the center axis, which is radially bounded by inner edges of the carrier sections of the individual blade carriers.
- a formed of a metal matrix composite portion of the first or second stiffening member extends axially below such an inner edge of the support portion of a ring segment or disk segment-shaped blade carrier.
- the connecting region forms at least one axial projection, which is encompassed by a first or second stiffening element in a form-fitting manner, so that the axial projection is at least partially received between a radially outer and a radially inner portion of this stiffening element.
- an axially protruding portion of the connecting portion extends between a radially outer and a radially inner portion of the stiffening member.
- the axial projection may here be formed locally web-like protruding on the connection region and for example between the two Sections of the stiffening element to be received in a groove-shaped recess of the stiffening element.
- the blade carrier together with further ring segment or disk segment-shaped blade carriers of the blade assembly may have a passage opening extending axially relative to the central axis, which is radially bounded by an inner edge of the carrier section, and may be a first or second stiffening element of the stiffening structure with at least a portion extending below this inner edge of the connecting region axially.
- a first or second stiffening element of the stiffening structure thus extends here with at least one section axially on the inner edge of the connecting area along an end face in the direction of the other end face of the blade carrier.
- a blade assembly for an engine having at least one annular segment or disk segment-shaped blade carrier having a plurality of blades is proposed in which a stiffening structure is provided having at least one stiffening element on a first or second end face of the blade carrier.
- the connection region according to the second aspect of the invention forms at least one axial projection which is encompassed by the at least one stiffening element so that the axial projection is at least partially received between a radially outer and a radially inner portion of the stiffening element.
- the blade assembly has a passage opening extending axially relative to the central axis of the blade assembly, which is radially delimited by an inner edge of the carrier section, and the at least one reinforcing element of the reinforcing structure having at least one section below this inner Edge of the connection region extends axially, ie from one end face in the direction of the other end face.
- connection region can basically extend essentially parallel to the central axis and therefore substantially perpendicular to a radially extending end face of the carrier section. However, the axial projection can also assume a deviating from 90 ° angle to the front side.
- the at least one axial projection may be part of a cross-sectionally T-shaped, I-shaped or fir-tree-shaped profile of the connection region.
- a T-shaped profile two projections extending axially in opposite directions are integrally formed at the connecting portion.
- at least two or three pairs arranged radially one above the other and spaced apart from each other are provided in opposite directions of axially extending projections, the axial extent of which gradually decreases or increases along a radial direction.
- a T-shaped, I-shaped or fir-tree-shaped profile of the connecting region extends in a variant in the circumferential direction about the central axis.
- the connecting region of the ring segment or disk segment-shaped blade carrier is provided with a T-shaped, I-shaped or fir-tree-shaped profile extending over the entire length of the blade carrier in the circumferential direction.
- one blade row each forming blade assemblies each having a plurality of ring segment-shaped or disk segment-shaped blade carrier and according to the invention a stiffening structure fixed thereto, arranged axially behind one another and rotationally fixed to each other, in particular via an axially extending connecting member or a plurality of connecting components with at least one stiffening element of a stiffening structure are connected.
- a combination of an inventively designed blade assembly for the formation of a blade row with another, not inventively designed blade assembly of another blade row is possible.
- the air conveyed into the primary flow passage via the compressor V enters a combustion chamber section BK of the core engine in which the driving power for driving the turbine TT is generated.
- the turbine TT has a high-pressure turbine 13, a medium-pressure turbine 14 and a low-pressure turbine 15.
- the turbine TT thereby drives the rotor shaft S and thus the fan F via the energy released during combustion in order to generate the required thrust via the air conveyed into the bypass duct B.
- Both the air from the bypass passage B and the exhaust gases from the primary flow passage of the core engine flow through an outlet A at the end of the engine T.
- the outlet A in this case usually has a discharge nozzle with a centrally arranged outlet cone C.
- each blade carrier 23, 24 or 25 of a prior art blade assembly 2a, 2b or 2c has a radially inwardly extending beam portion 230, 240 or 250.
- a disk-shaped support portion 250 of the rear blade assembly 2c serves, for example, for the rotatable mounting of the rotatably connected blade assemblies 2a, 2b and 2c.
- a central through hole O1 or O2 is provided, especially in the form of a bore, especially for weight reduction.
- the two mutually remote end faces of a blade carrier 23 or 24 arranged stiffening rings 50 and 51 of a blade assembly 2a or 2b are each connected via a connecting device 6a or 6b and in the present case to each other and to the support portion 230 or 240 fixed.
- the respective connecting device 6a or 6b here comprises at least one separate connecting element in the form of a screw bolt 60.
- This screw bolt 60 is provided, inter alia, above the respective connecting region 231, 241 for the stiffening structure 5a or 5b.
- a nut 61 is turned on the bolt 60.
- stiffening structure 5a or 5b With the stiffening rings 50 and 51 arranged on the end faces of the blade carrier 23 or 24 facing away from one another, radially acting forces can be absorbed in particular.
- radially acting forces can be absorbed in particular.
- circumferentially encircling profiling of the connecting portion 231 or 241 but at the same time a simpler installation and simple radial securing of the blade carrier 23 or 24 to be mounted stiffening rings 50 and 51 is given.
- the connecting region 241 exemplarily illustrated here forms pairs of projections 2410.1 / 2410.2, 2411.1 / 2411.2 and 2412.1 / 2412.2 extending in opposite directions.
- Each of these axial projections 2410.1 to 2412.2 protrudes annularly on an end face of the support portion 240.
- the axial length of the individual axial projections 2410.1 to 2412.1 or 2410.2 to 2412.2 per end face decreases in the radial direction, in the present case radially inwards.
- the MMC core 500 of a stiffening ring 50 or 51 extends with at least a portion 500.1 or 500.2 of the metal matrix composite material below the inner edge of the support portion 240.
- the MMC core in cross-section is substantially L-shaped.
- the MMC core 500 is only axially adjacent to the connection region 241 and in particular adjacent to the projections 2410.1 to 2412.2 arranged.
- the MMC core 500 is arranged axially next to the connection region 241 and at least partially below the connection region 241 and consequently in particular adjacent to the projections 2410.1 to 2412.2 and at least partially below the projections 2410.1 to 2412.2.
Description
Die Erfindung betrifft eine Laufschaufelbaugruppe für ein Triebwerk mit einem Schaufelträger mit mehreren Laufschaufeln.The invention relates to a blade assembly for an engine with a blade carrier with a plurality of blades.
Eine solche Laufschaufelbaugruppe ist beispielsweise Teil eines Verdichters oder einer Turbine des Triebwerks, insbesondere eines Gasturbinentriebwerks. Die Laufschaufeln sind hierbei entlang einer Kreislinie um eine Mittelachse der Laufschaufelbaugruppe vorgesehen, wobei diese Mittelachse üblicherweise mit einer Rotations- oder Mittelachse des Triebwerks zusammenfällt. Der Schaufelträger, an dem die Laufschaufel integral ausgebildet sind oder an dem separat hergestellte Laufschaufeln über je einen Schaufelfuß fixiert sind, weist einen sich bezüglich der Laufschaufeln radial nach innen in Richtung der Mittelachse erstreckenden Trägerabschnitt auf. Dieser Trägerabschnitt bildet üblicherweise einen Teil eines Scheibenkörpers aus, der - unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehenden Bauraums - vergleichsweise großflächig ausgebildet ist, um den im Betrieb des Triebwerks auftretenden Belastungen, die durch die schnelle Rotation der Laufschaufelbaugruppe um die Mittelachse entstehen, standzuhalten. Je höher die Rotationsgeschwindigkeit des Schaufelträgers mit den Laufschaufeln und damit die Belastung des Schaufelträgers ist, desto größer ist der Trägerabschnitt und folglich das Gewicht des Schaufelträgers.Such a blade assembly is for example part of a compressor or a turbine of the engine, in particular of a gas turbine engine. The blades are thereby provided along a circular line about a central axis of the blade assembly, which central axis usually coincides with a rotational or central axis of the engine. The blade carrier, on which the blade is integrally formed or are fixed to the separately manufactured blades via a respective blade root, has a with respect to the blades radially inwardly in the direction of the central axis extending support portion. This support portion usually forms a part of a disk body, which - taking into account the available space - is formed comparatively large area in order to withstand the loads occurring during operation of the engine caused by the rapid rotation of the blade assembly about the central axis. The higher the speed of rotation of the blade carrier with the blades and thus the load on the blade carrier, the larger the carrier portion and consequently the weight of the blade carrier.
Aus der
Bei den in der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine in dieser Hinsicht verbesserte Laufschaufelbaugruppe bereitzustellen, mit der die vorgenannten Nachteile vermieden oder zumindest reduziert werden.The invention is therefore based on the object to provide an improved in this respect blade assembly, with which the aforementioned disadvantages are avoided or at least reduced.
Diese Aufgabe wird sowohl mit einer Laufschaufelbaugruppe des Anspruchs 1 als auch einer Laufschaufelbaugruppe des Anspruchs 12 gelöst.This object is achieved with both a blade assembly of claim 1 and a blade assembly of
Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt ist dabei eine Laufschaufelbaugruppe für ein Triebwerk mit einem ringsegment- oder scheibensegmentförmigen Schaufelträger mit mehreren Laufschaufeln vorgeschlagen, bei der mindestens zwei, erste und zweite Versteifungselemente einer an einem Verbindungsbereich eines Trägerabschnitts eines Schaufelträgers festgelegten Versteifungsstruktur jeweils nicht nur mit dem Verbindungsbereich verbunden sind, sondern die ersten und zweiten Versteifungselemente auch zusätzlich miteinander verbunden sind.According to a first aspect of the invention, a rotor blade assembly for an engine with a ring segment or disk segment-shaped blade carrier having a plurality of rotor blades is proposed in which at least two, first and second reinforcing elements of a reinforcing structure fixed to a connecting region of a carrier section of a blade carrier are not only connected to the connecting region but the first and second stiffening elements are also additionally connected to each other.
Durch die zusätzliche Verbindung der an unterschiedlichen Stirnseiten des Schaufelträgers angeordneten Versteifungselemente wird dabei eine axiale Sicherung der Versteifungselemente aneinander und bezüglich des Schaufelträgers erreicht, ohne dass jedes einzelne Versteifungselement selbst separat an dem Trägerabschnitt des Schaufelträgers axial gesichert werden müsste. Die erfindungsgemäße Lösung nach dem ersten Erfindungsaspekt geht dabei von dem Grundgedanken aus, dass an dem Verbindungsbereich des Schaufelträgers - vorzugsweise zu einer radial bezüglich der Mittelachse verlaufenden Querrichtung symmetrisch ausgestaltete und einander gegenüberliegende - Versteifungselemente an voneinander abgewandten ersten und zweiten Stirnseiten des Schaufelträgers angeordnet sind, die durch ihre zusätzliche Verbindung miteinander axial (bezogen auf die Mittelachse) gesichert sind.As a result of the additional connection of the stiffening elements arranged on different end sides of the blade carrier, an axial securing of the stiffening elements to each other and to the blade carrier is achieved without each individual stiffening element itself having to be axially secured separately on the carrier section of the blade carrier. The inventive solution according to the first aspect of the invention is based on the basic idea that at the connecting region of the blade carrier - preferably to a radially extending with respect to the central axis transverse direction symmetrically configured and opposing - stiffening elements are arranged on opposite first and second end faces of the blade carrier, the by their additional connection with each other axially (relative to the central axis) are secured.
Die axiale Sicherung beider Versteifungselemente der Versteifungsstruktur ist hierbei in einer Ausführungsvariante über wenigstens eine Verbindungseinrichtung mit mindestens einem separaten Verbindungselement realisiert, das die beiden an unterschiedlichen Stirnseiten angeordneten Versteifungselemente unmittelbar miteinander verbindet und axial gegeneinander sichert. Derart soll keines der Versteifungselemente relativ zu dem anderen Versteifungselement axial verlagerbar sein. Beide Versteifungselemente sind damit in einer bestimmungsgemäßen Lage an dem Trägerabschnitt gehalten.The axial securing of both stiffening elements of the stiffening structure is in this case realized in at least one connecting device with at least one separate connecting element which directly connects the two stiffening elements arranged at different end sides and secures them axially against one another. In this way, none of the stiffening elements should be axially displaceable relative to the other stiffening element. Both stiffening elements are thus held in an intended position on the support portion.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dabei grundsätzlich unabhängig davon, ob die Laufschaufeln separat hergestellt und an dem Schaufelträger fixiert sind oder die Laufschaufeln integral mit dem Schaufelträger ausgebildet sind und die Laufschaufelbaugruppe damit in Bling- oder Blisk-Bauweise gefertigt ist. In einer Ausführungsvariante ist beispielsweise der ringsegment- oder scheibensegmentförmige Schaufelträger mit zumindest mit einer Laufschaufel integral ausgebildet.The inventive solution is basically independent of whether the blades are made separately and fixed to the blade carrier or the blades are integrally formed with the blade carrier and the blade assembly is thus made in bling or blisk construction. In one embodiment, for example, the ring segment or disk segment-shaped blade carrier is integrally formed with at least one blade.
Ein vorstehend angesprochenes separates Verbindungselement für die Verbindung der an unterschiedlichen Stirnseiten des Schaufelträgers angeordneten ersten und zweiten Versteifungselemente miteinander erstreckt sich in einer Ausführungsvariante durch eine Verbindungsöffnung in dem Trägerabschnitt. Bei dieser Verbindungsöffnung kann es sich um eine Durchgangsöffnung, zum Beispiel in Form einer Bohrung, durch den Schaufelträger oberhalb des Verbindungsbereichs handeln, d.h., um eine Durchgangsöffnung, die in einer radial nach außen weisenden Richtung zu dem Verbindungsbereich beabstandet ist. Das mindestens eine separate Verbindungselement erstreckt sich dann beispielsweise durch eine solche Verbindungsöffnung des Schaufelträgers, um die beiden Versteifungselemente axial relativ zueinander festzulegen. Über das mindestens eine sich durch den Trägerabschnitt erstreckende Verbindungselement der Verbindungseinrichtung können dabei nicht nur die beiden Versteifungselemente aneinander fixiert werden, sondern auch die beiden Versteifungselemente an dem Trägerabschnitt.An above-mentioned separate connecting element for the connection of the arranged on different end faces of the blade carrier first and second Stiffening elements together extends in a variant by a connection opening in the support portion. This connection opening can be a passage opening, for example in the form of a bore, through the blade carrier above the connection area, ie, around a passage opening which is spaced in a radially outward direction from the connection area. The at least one separate connecting element then extends, for example, through such a connecting opening of the blade carrier in order to fix the two reinforcing elements axially relative to one another. Not only the two stiffening elements can be fixed to one another via the at least one connecting element of the connecting device extending through the carrier section, but also the two stiffening elements on the carrier section.
In einer Ausführungsvariante erstreckt sich das mindestens eine separate Verbindungselement der Verbindungseinrichtung durch eine Verbindungsöffnung in dem Trägerabschnitt, um die ersten und zweiten Versteifungselemente miteinander zu verbinden. Das Verbindungselement kann hierbei beispielsweise in Form eines Schraubbolzens ausgebildet sein und sich ferner durch je einen radial vorstehenden Verbindungssteg der ersten und zweiten Versteifungselemente hindurch erstrecken. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Laufschaufelbaugruppe entlang einer Umfangsrichtung um die Mittelachse mehrere nebeneinander liegende ringsegmentförmige oder scheibensegmentförmige Schaufelträger mit je mindestens einer Laufschaufel umfasst, die an jeder Stirnseite mit einem gemeinsamen - beispielsweise ringförmig ausgebildeten - Versteifungselement der Versteifungsstruktur über mehrere Bolzenverbindungen verbunden sind. Derart dienen die Verbindungseinrichtungen der Laufschaufelbaugruppe nicht nur der Fixierung der beiden ersten und zweiten Versteifungselemente aneinander, sondern auch gleichzeitig der Fixierung der beiden ersten und zweiten Versteifungselemente an mehreren ringsegmentförmigen oder scheibensegmentförmigen Schaufelträgern und einer Kopplung der einzelnen ringsegmentförmigen oder scheibensegmentförmigen Schaufelträger untereinander. Dementsprechend wird hierüber auch eine Verdrehsicherung für die Versteifungselemente einerseits und die Schaufelträger andererseits bereitgestellt.In one embodiment variant, the at least one separate connecting element of the connecting device extends through a connecting opening in the carrier section in order to connect the first and second reinforcing elements to one another. The connecting element can in this case be designed, for example, in the form of a screw bolt and furthermore extend through a respective radially projecting connecting web of the first and second reinforcing elements. Furthermore, it is provided that the rotor blade assembly according to the invention along a circumferential direction around the central axis comprises a plurality of adjacent ring segment-shaped or disk segment-shaped blade carrier, each having at least one blade, which are connected at each end face with a common - for example, annular - stiffening element of the stiffening structure via a plurality of bolt connections , Thus, the connecting means of the blade assembly not only serve the fixation of the two first and second stiffening elements together, but also the fixing of the two first and second stiffening elements to a plurality of ring segment-shaped or disk segment-shaped blade carriers and a coupling of the individual ring segment-shaped or disk segment-shaped blade carrier with each other. Accordingly, an anti-rotation device for the stiffening elements on the one hand and the blade carrier on the other hand is also provided.
In einer Ausführungsvariante ist die Verbindungseinrichtung der Laufschaufelbaugruppe dazu eingerichtet und vorgesehen, die Laufschaufelbaugruppe mit einem Verbindungsbauteil zu verbinden, über das die Laufschaufelbaugruppe mit einer weiteren Laufschaufelbaugruppe drehfest verbunden wird, die innerhalb des Triebwerks entlang der Mittelachse axial versetzt angeordnet ist. So sind einzelne Laufschaufelreihen, die durch je eine Laufschaufelbaugruppe gebildet werden, in einem mehrstufigen Verdichter oder in einer mehrstufigen Turbine des Triebwerks hintereinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden. In der vorstehend genannten Ausführungsvariante ist nun ein Verbindungsbauteil für die drehfeste Verbindung einzelner axial zueinander versetzte Laufschaufelreihen gerade über diejenige Verbindungseinrichtung an einem Schaufelträger fixiert, die auch dazu genutzt ist, die beiden auf unterschiedlichen Stirnseiten des Schaufelträgers angeordneten ersten und zweite Versteifungselemente miteinander zu verbinden und vorzugsweise aneinander und dem Schaufelträger zu fixieren.In one embodiment, the connecting device of the blade assembly is set up and provided to connect the blade assembly with a connecting member via which the blade assembly with another Blade assembly is rotatably connected, which is axially offset within the engine along the central axis. Thus, individual blade rows, which are each formed by a blade assembly, arranged in a multi-stage compressor or in a multi-stage turbine of the engine behind each other and rotatably connected to each other. In the aforementioned embodiment variant, a connecting component for the non-rotatable connection of individual axially offset blade rows is now fixed via a connecting device on a blade carrier, which is also used to connect the two arranged on different end faces of the blade carrier first and second stiffening elements together and preferably to fix each other and the blade carrier.
Das Verbindungsbauteil ist hierbei beispielsweise hülsenförmig und mit je einem ringförmigen Befestigungsflansch an jeder Stirnseite ausgebildet, über den das Verbindungsbauteil an einer Schaufelbaugruppe fixiert wird. Alternativ können mehrere jeweils hülsensegmentförmig ausgebildete Verbindungsbauteile vorgesehen sein, um zwei Laufschaufelreihen jeweils im Bereich eines ringsegments- oder scheibensegmentförmigen Schaufelträgers oder jeweils im Bereich mehrerer ringsegment- oder scheibensegmentförmiger Schaufelträger drehfest miteinander zu verbinden.The connecting member is in this case, for example, sleeve-shaped and each with an annular mounting flange formed on each end face, via which the connecting member is fixed to a blade assembly. Alternatively, a plurality of respective sleeve segment-shaped connecting components may be provided to non-rotatably connect two rows of blades in the region of a ring segment or disk segment-shaped blade carrier or in the region of a plurality of ring segment or disk segment-shaped blade carrier.
In einer möglichen Variante erstreckt sich ein separates Verbindungselement der Verbindungseinrichtung, zum Beispiel ein Steck- oder Schraubbolzen, sowohl durch eine Verbindungsöffnung in dem Trägerabschnitt als auch durch eine Verbindungsöffnung in dem Verbindungsbauteil. Beispielsweise handelt es sich bei der Verbindungsöffnung des Verbindungsbauteils um eine Durchgangsbohrung in einem Flanschabschnitt des Verbindungsbauteils.In a possible variant, a separate connection element of the connection device, for example a plug-in bolt or a threaded bolt, extends both through a connection opening in the support section and through a connection opening in the connection component. For example, the connection opening of the connection component is a through-hole in a flange section of the connection component.
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen dass wenigstens das erste oder zweite Versteifungselement ringförmig ausgebildet ist. In einer Weiterbildung sind beide Versteifungselemente ringförmig ausgebildet. Die ringförmige Ausbildung eines einzelnen Versteifungselements je Stirnseite hat gegenüber mehreren, zum Beispiel ringsegmentförmigen Versteifungselementen je Stirnseite den Vorteil einer einfacheren und schnelleren Montage.In one embodiment, it is provided that at least the first or second stiffening element is annular. In a further development, both stiffening elements are annular. The annular design of a single stiffening element per end face has over several, for example, ring-segment-shaped stiffening elements per end face the advantage of easier and faster installation.
Zur Gewichtsreduktion ist in einer Ausführungsvariante wenigstens eines der ersten und zweiten Versteifungselemente zumindest teilweise aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff (englisch: "metal matrix composite", kurz: "MMC") hergestellt. Hierbei kann wenigstens eines der ersten und zweiten Versteifungselemente einen außen ummantelten Kern aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff aufweisen. Der Kern kann beispielsweise aus einem verstärkten Titan in MMC-Bauweise bestehen, d.h., insbesondere aus einer Titan-Matrix mit keramischer Verstärkung.For weight reduction, in one embodiment, at least one of the first and second stiffening elements is at least partially made of a metal matrix composite material (English: "metal matrix composite", short: "MMC") produced. Here, at least one of the first and second stiffening elements may comprise an externally sheathed core of a metal matrix composite material. The core can for example consist of a reinforced titanium in MMC construction, ie, in particular of a titanium matrix with ceramic reinforcement.
In einer Ausführungsvariante definiert der Schaufelträger an der Laufschaufelbaugruppe - zusammen mit weiteren ringsegment- oder scheibensegmentförmigen Schaufelträgern - eine bezüglich der Mittelachse axial verlaufende zentrale Durchgangsöffnung, die von inneren Rändern der Trägerabschnitte der einzelnen Schaufelträger radial begrenzt ist. Ein aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff gebildeter Abschnitt des ersten oder zweiten Versteifungselements erstreckt sich axial unterhalb eines solchen inneren Randes des Trägerabschnitts eines ringsegment- oder scheibensegmentförmigen Schaufelträgers. Dementsprechend ist in einer solchen Variante vorgesehen, dass der radial innere Rand des Trägerabschnitts, der die vorzugsweise zentral vorgesehene Durchgangsöffnung der Laufschaufelbaugruppe berandet, zumindest teilweise von dem mindestens einen Versteifungselement eingefasst ist, zum Beispiel im Querschnitt L-förmig eingefasst ist, und ein Abschnitt des Versteifungselements bezogen auf eine radial nach außen weisende Querrichtung unterhalb des Verbindungsbereiches verläuft. Der aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff gebildete Abschnitt des an der ersten oder zweiten Stirnseite angeordneten ersten oder zweiten Versteifungselements erstreckt sich hier folglich unterhalb des inneren Randes in Richtung der anderen Stirnseite und stellt folglich eine Abstützung unterhalb dieses inneren Randes durch den Metallmatrix-Verbundwerkstoff bereit. Die Erstreckung des Metallmatrix-Verbundwerkstoff in axialer Richtung unterhalb eines inneren Randes des Trägerabschnitts kann damit einer zusätzlichen Abstützung unterhalb der mindestens einen Laufschaufel und der hiermit gebildeten umfangsseitig umlaufenden Laufschaufelreihe dienen und zu einer robusteren Versteifungsstruktur führen.In one embodiment variant, the blade carrier on the rotor blade assembly-together with other ring segment or disk segment-shaped blade carriers-has a central passage opening extending axially relative to the center axis, which is radially bounded by inner edges of the carrier sections of the individual blade carriers. A formed of a metal matrix composite portion of the first or second stiffening member extends axially below such an inner edge of the support portion of a ring segment or disk segment-shaped blade carrier. Accordingly, it is provided in such a variant that the radially inner edge of the support section, which surrounds the preferably centrally provided through opening of the blade assembly is at least partially bordered by the at least one stiffening element, for example, in cross-section L-shaped bordered, and a portion of Stiffening element extends relative to a radially outwardly facing transverse direction below the connection region. The metal matrix composite formed portion of the first or second face first or second stiffening element thus extends below the inner edge toward the other face and thus provides support below that inner edge by the metal matrix composite. The extension of the metal matrix composite material in the axial direction below an inner edge of the carrier section can thus serve as an additional support below the at least one blade and the circumferentially encircling blade row formed therewith and lead to a more robust stiffening structure.
In einer Ausführungsvariante bildet der Verbindungsbereich wenigstens einen axialen Vorsprung aus, der von einem ersten oder zweiten Versteifungselement formschlüssig umgriffen ist, sodass der axiale Vorsprung zumindest teilweise zwischen einem radial äußeren und einem radial inneren Abschnitt dieses Versteifungselements aufgenommen ist. Derart erstreckt sich ein axial vorspringender Abschnitt des Verbindungsbereichs zwischen einem radial äußeren und einem radial inneren Abschnitt des Versteifungselements. Der axiale Vorsprung kann hierbei lokal stegartig vorstehend an dem Verbindungsbereich ausgebildet sein und beispielsweise zwischen den zwei Abschnitten des Versteifungselements in einer nutenförmigen Aussparung des Versteifungselements aufgenommen sein. Der formschlüssige Umgriff eines axialen Vorsprungs des Verbindungsbereiches durch wenigstens eines der Versteifungselemente gestattet nicht nur eine verbesserte Krafteinleitung in und Abstützung durch das jeweilige Versteifungselement, sondern auch eine verbesserte Anbindung des jeweiligen Versteifungselements an den Verbindungsbereich des Schaufelträgers. Das Versteifungselement kann hierdurch beispielsweise einfach axial an die Stirnseite des Schaufelträgers und auf den mindestens einen axialen Vorsprung aufgeschoben oder gesteckt werden und ist über den formschlüssigen Umgriff des axialen Vorsprungs unmittelbar radial gesichert an dem Schaufelträger gehalten.In one embodiment, the connecting region forms at least one axial projection, which is encompassed by a first or second stiffening element in a form-fitting manner, so that the axial projection is at least partially received between a radially outer and a radially inner portion of this stiffening element. Thus, an axially protruding portion of the connecting portion extends between a radially outer and a radially inner portion of the stiffening member. The axial projection may here be formed locally web-like protruding on the connection region and for example between the two Sections of the stiffening element to be received in a groove-shaped recess of the stiffening element. The positive encircling an axial projection of the connecting region through at least one of the stiffening elements not only allows an improved force introduction into and support by the respective stiffening element, but also an improved connection of the respective stiffening element to the connecting region of the blade carrier. As a result, the stiffening element can be simply pushed or pushed axially onto the end face of the blade carrier and onto the at least one axial projection, for example, and is held radially secured on the blade carrier via the positive encompassing of the axial projection.
Alternativ oder ergänzend zu einem formschlüssigen Umgriff eines axialen Vorsprungs des Verbindungsbereiches kann der Schaufelträger zusammen mit weiteren ringsegment- oder scheibensegmentförmigen Schaufelträgern der Laufschaufelbaugruppe eine bezüglich der Mittelachse axial verlaufende Durchgangsöffnung aufweisen, die von einem inneren Rand des Trägerabschnitts radial begrenzt ist, und kann sich ein erstes oder zweites Versteifungselement der Versteifungsstruktur mit wenigstens einem Abschnitt unterhalb dieses inneren Randes des Verbindungsbereichs axial erstrecken. Ein erstes oder zweites Versteifungselement der Versteifungsstruktur erstreckt sich hier somit mit mindestens einem Abschnitt axial an dem inneren Rand des Verbindungsbereiches entlang von einer Stirnseite in Richtung der anderen Stirnseite des Schaufelträgers. Unabhängig von der Verwendung eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffs - und insbesondere unabhängig von der vorstehend erläuterten Gestaltung, bei der sich ein Abschnitt des Versteifungselements aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff axial unterhalb eines inneren Randes erstreckt - kann durch die Erstreckung des Versteifungselementes unterhalb des radial inneren Randes des Schaufelträgers eine verbesserte Abstützung und Versteifung des Schaufelträgers im Bereich des Trägerabschnitts erreicht werden.As an alternative or in addition to a positive encompassing of an axial projection of the connecting region, the blade carrier together with further ring segment or disk segment-shaped blade carriers of the blade assembly may have a passage opening extending axially relative to the central axis, which is radially bounded by an inner edge of the carrier section, and may be a first or second stiffening element of the stiffening structure with at least a portion extending below this inner edge of the connecting region axially. A first or second stiffening element of the stiffening structure thus extends here with at least one section axially on the inner edge of the connecting area along an end face in the direction of the other end face of the blade carrier. Regardless of the use of a metal matrix composite - and particularly regardless of the design discussed above, where a portion of the metal matrix composite stiffener extends axially below an inner edge - the extent of the stiffener beneath the radially inner edge of the blade carrier may be limited an improved support and stiffening of the blade carrier can be achieved in the region of the support section.
Die Ausbildung wenigstens eines axialen und von einem Versteifungselement formschlüssig umgriffenen Verbindungsbereichs wie auch die axiale Erstreckung wenigstens eines Abschnitts eines ersten oder zweiten Versteifungselements unterhalb eines inneren Randes des Verbindungsbereiches zur Verbesserung der Montierbarkeit der Versteifungsstruktur und der Belastbarkeit des Schaufelträgers sind im Übrigen vorteilhaft mit einer zusätzlichen Verbindung der an unterschiedlichen Stirnseiten des Schaufelträgers angeordneten ersten und zweiten Versteifungselemente kombinierbar, jedoch gleichwohl auch hiervon unabhängig umsetzbar.The formation of at least one axial and by a stiffening element positively encompassed connection region as well as the axial extent of at least a portion of a first or second stiffening element below an inner edge of the connection region to improve the mountability of the stiffening structure and the load capacity of the blade carrier are otherwise advantageous with an additional connection the arranged on different end faces of the blade carrier first and second stiffening elements combined, but nevertheless also independently thereof implemented.
Dementsprechend ist gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt eine Laufschaufelbaugruppe für ein Triebwerk mit mindestens einem in Umfangsrichtung ringsegment- oder scheibensegmentförmigen Schaufelträger, der mehrere Laufschaufeln aufweist, vorgeschlagen, bei der eine Versteifungsstruktur vorgesehen ist, die mindestens ein Versteifungselement an einer ersten oder zweiten Stirnseite des Schaufelträgers aufweist. Dabei bildet der Verbindungsbereich gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt wenigstens einen axialen Vorsprung aus, der von dem mindestens einen Versteifungselement formschlüssig umgriffen ist, sodass der axiale Vorsprung zumindest teilweise zwischen einem radial äußeren und einem radial inneren Abschnitt des Versteifungselements aufgenommen ist. Alternativ oder ergänzend ist nach dem zweiten Erfindungsaspekt vorgesehen, dass die Laufschaufelbaugruppe eine bezüglich der Mittelachse der Laufschaufelbaugruppe axial verlaufende Durchgangsöffnung aufweist, die von einem inneren Rand des Trägerabschnitts radial begrenzt ist, und sich das mindestens eine Versteifungselement der Versteifungsstruktur mit mindestens einem Abschnitt unterhalb dieses inneren Randes des Verbindungsbereiches axial erstreckt, also von einer Stirnseite in Richtung der anderen Stirnseite.Accordingly, according to a second aspect of the invention, a blade assembly for an engine having at least one annular segment or disk segment-shaped blade carrier having a plurality of blades is proposed in which a stiffening structure is provided having at least one stiffening element on a first or second end face of the blade carrier. In this case, the connection region according to the second aspect of the invention forms at least one axial projection which is encompassed by the at least one stiffening element so that the axial projection is at least partially received between a radially outer and a radially inner portion of the stiffening element. As an alternative or in addition, according to the second aspect of the invention, it is provided that the blade assembly has a passage opening extending axially relative to the central axis of the blade assembly, which is radially delimited by an inner edge of the carrier section, and the at least one reinforcing element of the reinforcing structure having at least one section below this inner Edge of the connection region extends axially, ie from one end face in the direction of the other end face.
Ein axialer Vorsprung des Verbindungsbereiches kann sich grundsätzlich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse und mithin im Wesentlichen senkrecht zu einer radial verlaufenden Stirnseite des Trägerabschnitts erstrecken. Der axiale Vorsprung kann jedoch auch einen von 90° abweichenden Winkel zu der Stirnseite einnehmen.An axial projection of the connection region can basically extend essentially parallel to the central axis and therefore substantially perpendicular to a radially extending end face of the carrier section. However, the axial projection can also assume a deviating from 90 ° angle to the front side.
Ferner kann ein Übergangsbereich zwischen einer im Wesentlichen radial verlaufenden stirnseitigen Trägerfläche an dem Verbindungsbereich und eines Endes des hiermit integral ausgebildeten Vorsprungs konkav gewölbt sein. Der Grad der Wölbung und damit der Verlauf einer Geraden an diesen Übergangsbereich kann dabei je nach Triebwerk und/oder Position der Laufschaufelbaugruppe unterschiedlich gewählt sein, je nachdem, wie stark die an dem Verbindungsbereich auftretenden Kräfte sind und mit welchen Kraftkomponenten diese beispielsweise radial und tangential verlaufen. Beispielsweise verläuft eine Gerade an den Übergangsbereichen in einem Winkel von 0° bis 45° zur Radialrichtung. Der Grad der Wölbung und damit der eingeschlossene Winkel kann dabei zum Beispiel auch in Abhängigkeit von dem verwendeten Herstellungsmaterial für das Versteifungselement erfolgen. Insbesondere mit Blick auf einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff und die hierin vorgesehenen Fasern, die in Umfangsrichtung um die Mittelachse höher belastbar sind als in eine tangentiale Richtung, kann sich ein kleinerer Winkel und mithin eine stärkere konkave Wölbung für den Übergangsbereich (und damit ein weniger "weicher" Übergang zwischen Stirnfläche und Vorsprung) anbieten.Furthermore, a transition region between a substantially radially extending end-face support surface at the connection region and one end of the projection integrally formed therewith may be concavely curved. The degree of curvature and thus the course of a straight line to this transition region can be chosen differently depending on the engine and / or position of the blade assembly, depending on how strong the forces occurring at the connection area and with which force components, for example, this run radially and tangentially , For example, a straight line extends at the transition regions at an angle of 0 ° to 45 ° to the radial direction. The degree of curvature and thus the included angle can be done, for example, depending on the manufacturing material used for the stiffening element. In particular, with respect to a metal matrix composite and the fibers provided herein, which are circumferentially higher loadable about the central axis than in a tangential direction, a smaller angle and thus a stronger concave curvature for the transition region (and thus a less "soft" transition between face and projection) offer.
Der wenigstens eine axiale Vorsprung kann Teil eines im Querschnitt T-förmigen, I-förmigen oder tannenbaumförmigen Profils des Verbindungsbereiches sein. Bei einem T-förmigen Profil sind zwei sich in entgegengesetzte Richtungen axial erstreckende Vorsprünge an dem Verbindungsbereich integral ausgebildet. Bei einem I-förmigen, d.h., nach Art des Querschnittsprofils eines Doppel-T-Trägers ausgebildeten Profils sind dementsprechend zwei radial zueinander beabstandete Paare solcher zweier, sich in entgegengesetzte Richtungen axial erstreckender Vorsprünge vorgesehen. Bei einem tannenbaumförmigen Profil sind wenigstens zwei oder drei radial übereinander angeordnete und zueinander beabstandete Paare sich in entgegengesetzte Richtungen axial erstreckender Vorsprünge vorgesehen, deren axiale Ausdehnung entlang einer Radialrichtung stufenweise ab- oder zunimmt.The at least one axial projection may be part of a cross-sectionally T-shaped, I-shaped or fir-tree-shaped profile of the connection region. In a T-shaped profile, two projections extending axially in opposite directions are integrally formed at the connecting portion. Accordingly, in an I-shaped, i.e. cross-sectional profile of a double-T beam, there are two radially spaced pairs of such two axially extending projections in opposite directions. In a fir tree-shaped profile, at least two or three pairs arranged radially one above the other and spaced apart from each other are provided in opposite directions of axially extending projections, the axial extent of which gradually decreases or increases along a radial direction.
Ein T-förmiges, I-förmiges oder tannenbaumförmiges Profil des Verbindungsbereiches erstreckt sich in einer Ausführungsvariante in Umfangsrichtung um die Mittelachse. In einer Weiterbildung ist der Verbindungsbereich des ringsegment- oder scheibensegmentförmigen Schaufelträgers mit einem sich über die gesamte Länge des Schaufelträgers in Umfangsrichtung erstreckenden T-förmigen, I-förmigen oder tannenbaumförmigen Profil versehen.A T-shaped, I-shaped or fir-tree-shaped profile of the connecting region extends in a variant in the circumferential direction about the central axis. In a development, the connecting region of the ring segment or disk segment-shaped blade carrier is provided with a T-shaped, I-shaped or fir-tree-shaped profile extending over the entire length of the blade carrier in the circumferential direction.
Insbesondere bei einem tannenbaumförmigen Querschnittsprofil des Verbindungsbereiches kann an jeder Stirnseite des Schaufelträgers ein beispielsweise ringförmiges Versteifungselement angeordnet sein, das mit einem entsprechend korrespondierenden Querschnittsprofil als Gegenstück versehen ist und mehrere axiale Vorsprünge, die durch das tannenbaumförmige Querschnittsprofil des Verbindungsbereiches definiert werden, formschlüssig umgreift. Über eine derartige Verbindung zwischen einem jeweiligen Versteifungselement und dem Verbindungsbereich des Schaufelträgers können die im Betrieb des Triebwerks auftretenden radialen Belastungen effizienter von dem Schaufelträger in die Versteifungsstruktur eingeleitet werden. Hierbei werden die auftretenden Kräfte zudem an unterschiedlichen radialen Stellen in die Versteifungsstruktur und mithin verteilt eingeleitet, sodass die Kraftübertragung zwischen dem Schaufelträger und der Versteifungsstruktur verbessert ist. Auch die Anbindung und sichere Fixierung der Versteifungsstruktur an dem Schaufelträger ist erheblich vereinfacht.In particular, in the case of a fir-tree-shaped cross-sectional profile of the connecting region, it is possible to arrange, for example, an annular reinforcing element on each end face of the blade carrier, which is provided with a correspondingly corresponding cross-sectional profile as a counterpart and engages around a plurality of axial projections, which are defined by the fir-tree-shaped cross-sectional profile of the connecting region. By means of such a connection between a respective stiffening element and the connecting region of the blade carrier, the radial loads occurring during operation of the engine can be introduced more efficiently from the blade carrier into the stiffening structure. Here, the forces are also introduced at different radial locations in the stiffening structure and thus distributed, so that the power transmission between the blade carrier and the stiffening structure is improved. The connection and secure fixation of the stiffening structure on the blade carrier is considerably simplified.
In einer möglichen Weiterbildung können an einem axialen Vorsprung des Verbindungsbereiches, insbesondere an einem axialen Vorsprung eines T-förmigen, I-förmigen oder tannenbaumförmigen Querschnittsprofils des Verbindungsbereiches Dichtelemente und/oder Kühlungsöffnungen vorgesehen werden. Kühlungsöffnungen dienen dann beispielsweise der Zuführung von Kühlluft an den Schaufelträger.In one possible development, sealing elements and / or cooling openings can be provided on an axial projection of the connection region, in particular on an axial projection of a T-shaped, I-shaped or fir-tree-shaped cross-sectional profile of the connection region. Cooling openings are then used, for example, to supply cooling air to the blade carrier.
Mit einer erfindungsgemäßen Laufschaufelbaugruppe sowohl nach dem ersten als auch nach dem zweiten Erfindungsaspekt kann insbesondere ein Gasturbinentriebwerk bereitgestellt werden, bei dem eine oder mehrere Laufschaufelreihen eines Verdichters und/oder eine oder mehrere Laufschaufelreihen einer Turbine gegenüber bisher in der Praxis üblichen Laufschaufelreihen hinsichtlich ihres Gewichts erheblich reduziert sind, wobei jedoch die Montage der Versteifungsstruktur und deren axiale Sicherung vergleichsweise einfach ist. Hierbei können je eine Laufschaufelreihe bildende Laufschaufelbaugruppen, die jeweils mehrere ringsegmentförmige oder scheibensegmentförmige Schaufelträger und erfindungsgemäß eine hieran festgelegte Versteifungsstruktur aufweisen, axial hintereinander angeordnet und drehfest aneinander fixiert sein, insbesondere über ein sich axial erstreckendes Verbindungsbauteil oder mehrere Verbindungsbauteile, die mit mindestens einem Versteifungselement einer Versteifungsstruktur verbunden sind. Selbstverständlich ist jedoch auch eine Kombination einer erfindungsgemäß ausgestalteten Laufschaufelbaugruppe für die Bildung einer Laufschaufelreihe mit einer weiteren, nicht erfindungsgemäß ausgestalteten Laufschaufelbaugruppe einer weiteren Laufschaufelreihe möglich.With a blade assembly according to the invention both according to the first and the second aspect of the invention, in particular a gas turbine engine can be provided in which one or more rows of blades of a compressor and / or one or more rows of blades of a turbine compared to previously conventional in practice blade rows significantly reduced in terms of their weight However, the assembly of the stiffening structure and its axial securing is comparatively easy. In this case, one blade row each forming blade assemblies, each having a plurality of ring segment-shaped or disk segment-shaped blade carrier and according to the invention a stiffening structure fixed thereto, arranged axially behind one another and rotationally fixed to each other, in particular via an axially extending connecting member or a plurality of connecting components with at least one stiffening element of a stiffening structure are connected. Of course, however, a combination of an inventively designed blade assembly for the formation of a blade row with another, not inventively designed blade assembly of another blade row is possible.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der Erfindung.The attached figures exemplify possible embodiments of the invention.
Hierbei zeigen:
- Figur 1
- ausschnittsweise und in Schnittdarstellung einen Teil einer Turbine eines Gasturbinentriebwerks mit zwei Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Laufschaufelbaugruppe;
Figur 2- eine vergrößerte Einzeldarstellung eines Verbindungsbereichs eines Schaufelträgers der Laufschaufelbaugruppe mit einer hieran festgelegen Versteifungsstruktur und einer Anbindung an zwei jeweils axial versetzt angeordneten vorderen und hinteren Laufschaufelbaugruppe;
- Figur 3
- schematisch eine Vorderansicht auf die Laufschaufelbaugruppe;
- Figuren 4A-4B
- in vergrößerter Darstellung ausschnittsweise einen Verbindungsbereich eines Schaufelträgers mit unterschiedlichen Varianten einer hieran angeordneten Versteifungsstrukturen mit MMC-Versteifungsringen;
- Figuren 5A-5B
- ausschnittsweise und in geschnittener perspektivischer Ansicht Ausführungsvarianten eines Schaufelträgers einer erfindungsgemäßen Laufschaufelbaugruppe mit einem tannenbaumförmigen Profil des Verbindungsbereiches, wobei der Schaufelträger einerseits integral hiermit ausgebildete Laufschaufeln (
Figur 5A ) aufweist und andererseits für separat hergestellte und hieran zu fixierende Laufschaufeln vorgesehen ist (Figur 5B ); - Figur 6
- in geschnittener und vergrößerter Ansicht eine Variante eines Verbindungsbereichs des Schaufelträgers mit tannenbaumförmigem Profil;
- Figur 7
- ausschnittsweise und in geschnittener Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Ausbildung von Laufschaufelreihen einer Turbine eines Gasturbinentriebwerks;
- Figuren 8
- eine Querschnittsansicht eines Turbofan-Triebwerks, bei dem eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Laufschaufelbaugruppe im Bereich eines Verdichters und/oder im Bereich einer Turbine zum Einsatz kommt.
- FIG. 1
- a partial and sectional view of a portion of a turbine of a gas turbine engine with two embodiments of a blade assembly according to the invention;
- FIG. 2
- an enlarged detail view of a connecting portion of a blade carrier of the blade assembly with a stiffening structure fixed thereto and a connection to two each axially offset front and rear blade assembly;
- FIG. 3
- schematically a front view of the blade assembly;
- Figures 4A-4B
- in an enlarged view fragmentary a connecting portion of a blade carrier with different variants of a stiffening structures arranged thereon with MMC stiffening rings;
- Figures 5A-5B
- Sectional and sectional perspective view of embodiments of a blade carrier of a blade assembly according to the invention with a fir-tree-shaped profile of the connecting region, wherein the blade carrier on the one hand integrally hereby formed blades (
FIG. 5A ) and on the other hand provided for separately manufactured and thereto to be fixed blades (FIG. 5B ); - FIG. 6
- in a sectioned and enlarged view of a variant of a connecting portion of the blade carrier with fir-tree-shaped profile;
- FIG. 7
- a section and a sectional view of a known from the prior art training of blade rows of a turbine of a gas turbine engine;
- FIGS. 8
- a cross-sectional view of a turbofan engine, in which an embodiment of a blade assembly according to the invention in the region of a compressor and / or in the region of a turbine is used.
Die
Die über den Verdichter V in den Primärstromkanal geförderte Luft gelangt in einen Brennkammerabschnitt BK des Kerntriebwerks, in dem die Antriebsenergie zum Antreiben der Turbine TT erzeugt wird. Die Turbine TT weist hierfür eine Hochdruckturbine 13, eine Mitteldruckturbine 14 und einen Niederdruckturbine 15 auf. Die Turbine TT treibt dabei über die bei der Verbrennung frei werdende Energie die Rotorwelle S und damit den Fan F an, um über die die in den Bypasskanal B geförderte Luft den erforderlichen Schub zu erzeugen. Sowohl die Luft aus dem Bypasskanal B als auch die Abgase aus dem Primärstromkanal des Kerntriebwerks strömen über einen Auslass A am Ende des Triebwerks T aus. Der Auslass A weist hierbei üblicherweise eine Schubdüse mit einem zentral angeordneten Austrittskonus C auf.The air conveyed into the primary flow passage via the compressor V enters a combustion chamber section BK of the core engine in which the driving power for driving the turbine TT is generated. For this purpose, the turbine TT has a high-pressure turbine 13, a medium-
Sowohl im Bereich des (Axial-) Verdichters mit seinem Niederdruckverdichter 11 und seinem Hochdruckverdichter 12 als auch im Bereich der Turbine TT werden bekanntermaßen um die Mittelachse M rotierende Laufschaufelbaugruppen eingesetzt, die je eine Laufschaufelreihe aufweisen und bei denen die Laufschaufeln an einem ring- oder scheibenförmigen Schaufelträger vorgesehen sind. Der ring- oder scheibenförmige Schaufelträger kann hierbei grundsätzlich integral beschaufelt sein und damit in Bling- oder Blisk-Bauweise hergestellt sein. Alternativ ist die Fixierung einzelner Laufschaufeln über ihren jeweiligen Schaufelfuß an einem ring- oder scheibenförmigen Schaufelträger möglich. Hierfür wird beispielsweise ein Schaufelfuß in eine Befestigungsnut des Schaufelträgers axial eingeschoben und axial an dem jeweiligen Schaufelträger gesichert.Both in the area of the (axial) compressor with its low-
Anhand der
Infolge der hohen Drehzahlen und der damit einhergehenden Belastungen weist jeder Schaufelträger 23, 24 oder 25 einer Laufschaufelbaugruppe 2a, 2b oder 2c des Standes der Technik einen sich radial nach innen erstreckenden Trägerabschnitt 230, 240 oder 250 auf. Ein scheibenförmiger Trägerabschnitt 250 der hinteren Laufschaufelbaugruppe 2c dient beispielsweise der drehbaren Lagerung der untereinander drehfest verbundenen Laufschaufelbaugruppen 2a, 2b und 2c. In dem Trägerabschnitt 230, 240 zweier - bezogen auf die Strömungsrichtung durch das Triebwerk T - vorderer Laufschaufelbaugruppen 2a und 2b ist vor allem zur Gewichtsreduktion eine zentrale Durchgangsöffnung O1 oder O2 vorgesehen, beispielsweise in Form einer Bohrung. Mit Blick auf den notwendigen Bauraum der Laufschaufelbaugruppen 2a und 2b sowie deren Gewicht ist vor allem entscheidend, welche radiale Erstreckung die Schaufelträger 23 und 24 aufweisen, um den im Betrieb auftretenden Belastungen standhalten zu können.Due to the high speeds and concomitant loads, each
Bei den unterschiedlichen Varianten einer erfindungsgemäßen Lösung, die beispielsweise in der
Die beiden auf einander abgewandten Stirnseiten eines Schaufelträgers 23 oder 24 angeordneten Versteifungsringe 50 und 51 einer Laufschaufelbaugruppe 2a oder 2b sind jeweils über eine Verbindungseinrichtung 6a oder 6b miteinander verbunden und vorliegend aneinander sowie an dem Trägerabschnitt 230 oder 240 fixiert. Die jeweilige Verbindungseinrichtung 6a oder 6b umfasst hierbei mindestens ein separates Verbindungselement in Form eines Schraubbolzens 60. Dieser Schraubbolzen 60 ist unter anderem oberhalb des jeweiligen Verbindungsbereichs 231, 241 für die Versteifungsstruktur 5a oder 5b vorgesehen. Zur axialen Fixierung ist eine Mutter 61 auf den Schraubbolzen 60 aufgedreht. Hierbei erstreckt sich der Schraubbolzen 60 oberhalb des jeweiligen Verbindungsbereiches 231, 241 unter anderem jeweils durch eine Verbindungsöffnung, die in einem randseitigen, radial vorstehenden Verbindungssteg 50a oder 50b eines Versteifungsrings 50 oder 51 ausgebildet ist, sowie durch eine Verbindungsöffnung 233 oder 243 in dem Trägerabschnitt 230, 240.The two mutually remote end faces of a
Ferner ist über einen Schraubbolzen 60 auch eine Fixierung mindestens eines Verbindungsbauteils 7a, 7b an einen Schaufelträger 23, 24 realisiert. So sind die einzelnen Laufschaufelbaugruppen 2a, 2b und 2c über mehrere hülsenförmige Verbindungsbauteile 7a, 7b drehfest miteinander verbunden. Die erfindungsgemäß mit je einer Versteifungsstruktur 5a, 5b versehenen Laufschaufelbaugruppen 2a und 2b sind über ein erstes hülsenförmiges Verbindungsbauteil 7a drehfest miteinander verbunden, während die Laufschaufelbaugruppe 2b über ein weiteres, zweites hülsenförmiges Verbindungsbauteil 7b drehfest mit der hinteren Laufschaufelbaugruppe 2c verbunden ist. Jedes der hülsenförmigen Verbindungsbauteile 7a, 7b weist an seinen Stirnseiten einen ringförmigen Flanschabschnitt 70a, 70b auf. Dieser Flanschabschnitt 70a oder 70b weist in Umfangsrichtung mehrere nebeneinander angeordnete Verbindungsöffnungen für die Fixierung an den Laufschaufelbaugruppen 2a, 2b und 2c auf.Furthermore, a fixing of at least one connecting
Vorliegend ist im Zuge der einfacheren Montage und zur zusätzlichen Gewichtsreduktion und Erhöhung der Kompaktheit vorgesehen, dass die Verbindungsbauteile 7a und 7b an einer Laufschaufelbaugruppe 2a oder 2b zusätzlich über eine Verbindungseinrichtung 6a und 6b an den Schaufelträgern 23 und 24 fixiert werden, über die auch die Versteifungsringe 5a und 5b aneinander und an den jeweiligen Schaufelträger 23 oder 24 fixiert werden. Ein einzelner Schraubbolzen 60 erstreckt sich somit durch Verbindungsöffnungen der Flanschabschnitte 70a, 70b und der Versteifungsringe 50, 51 sowie durch eine Verbindungsöffnung 233 oder 243 des jeweiligen Schaufelträgers 23 oder 24.In the present case, it is provided in the course of simpler installation and for additional weight reduction and increase in compactness that the connecting
Wie auch anhand der vergrößerten Darstellung der
Umfangsseitig sind die Versteifungsringe 50 und 51 an mehreren Stellen über je eine Verbindungseinrichtung 6a oder 6b mit mindestens einem Schraubbolzen 60 an unterschiedlichen, jeweils ringsegmentförmig oder scheibensegmentförmig ausgestalteten Schaufelträgern 23, 24 fixiert, wobei an diesen Versteifungsringen 50, 51 über denselben Schraubbolzen 60 wiederum mindestens ein hülsenförmiges Verbindungsbauteil 7a, 7b fixiert ist. Dies ist insbesondere anhand der Vorderansicht der
Die in der
Wie anhand der
Vorliegend erstrecken sich beide Versteifungsringe 50 und 51 mit je einem Umgriffabschnitt 50.1 oder 51.2 soweit axial unterhalb des inneren Randes des Trägerabschnitts 231 oder 241 des Schaufelträgers 23 oder 24, dass die Versteifungsringe 50 und 51 über ihre Umgriffabschnitte 50.1 und 51.2 unmittelbar aneinander anliegen. Die beiderseits des Verbindungsbereichs 231 oder 241 vorgesehenen Versteifungsringe 50 und 51, die jeweils formschlüssig an dem jeweiligen Verbindungsbereich 231 oder 241 gehalten sind, liegen folglich unmittelbar aneinander an und die damit gebildete Versteifungsstruktur 5a oder 5b erstreckt vollständig durch die Durchgangsöffnung O1 oder O2 hindurch.In the present case, both stiffening rings 50 and 51, each with an encompassing section 50.1 or 51.2, extend axially below the inner edge of the
Durch die Versteifungsstruktur 5a oder 5b mit den an den voneinander abgewandten Stirnseiten des Schaufelträgers 23 oder 24 angeordneten Versteifungsringen 50 und 51 können vor allem radial wirkende Kräfte aufgenommen werden. Durch die umfangsseitig umlaufende Profilierung des Verbindungsbereiches 231 oder 241 ist dabei aber gleichzeitig eine einfachere Montage und einfache radiale Sicherung der an den Schaufelträger 23 oder 24 zu montierenden Versteifungsringe 50 und 51 gegeben.By virtue of the
Bei einem tannenbaumförmigen Querschnittsprofil entsprechend den Varianten der
An den einzelnen Versteifungsringen 50 und 51 sind mit den Vorsprüngen 2410.1 bis 2412.1 oder 2410.2 bis 2412.2 einer Stirnseite korrespondierende Nuten vorgesehen, sodass der jeweilige an einer Stirnseite angebrachte Versteifungsring 50 oder 51 jeden Vorsprung 2410.1 bis 2412.1 oder 2410.2 bis 2412.2 an der jeweiligen Stirnseite formschlüssig umgreift und folglich jeder Vorsprung 2410.1 bis 2412.2 jeweils zwischen einem radial weiter innenliegenden und radial weiter außen liegenden Abschnitt des jeweiligen Versteifungsrings 50 oder 51 aufgenommen ist. Durch die derart gebildete formschlüssige Verbindung zwischen Schaufelträger 24 und den Versteifungsringen 50 und 51 werden im Betrieb des Triebwerks T auftretende Radiallasten über das tannenbaumförmige Profil verteilt in die Versteifungsstruktur 5a eingeleitet. Zudem ist hierüber die Versteifungsstruktur 5a an dem Trägerabschnitt 240 des Schaufelträgers 24 ohne zusätzliche Befestigungsmittel bereits durch das Aufstecken der Versteifungsringe 50, 51 radial festgelegt.At the individual stiffening rings 50 and 51 are provided with the projections 2410.1 to 2412.1 or 2410.2 to 2412.2 one end side corresponding grooves, so that the respective mounted on an end
Bei der Ausführungsvariante der
Mit den
Anhand der Querschnittsdarstellung der
Beispielsweise ist vorliegend ein Radius Ra für einen Übergangsbereich zwischen einer sich radial erstreckenden Stirnfläche des Trägerabschnitts 240 und einem radial äußersten Vorsprung 2410.1 einer Stirnseite gezeigt, über dessen Größe der Grad der Konkavität des Übergangsbereichs beeinflusst wird.For example, in the present case, a radius Ra is shown for a transition region between a radially extending end face of the
Eine Geometrie des tannenbaumförmigen Profils kann ferner durch einen Winkel α charakterisiert sein, den zwei Tangenten zueinander einnehmen, die jeweils in einer Querschnittsansicht längs der Mittelachse M an die Enden der axialen Vorsprünge 2410.1 bis 2412.1 oder 2410.2 bis 2412.2 einer Stirnseite angelegt sind. Je größer der Winkel α ist, desto größer ist die axiale Ausdehnung des tannenbaumförmigen Profils und/oder desto größer ist die Abstufung in der axialen Ausdehnung zwischen den an einer Stirnseite vorgesehenen Vorsprüngen 2410.1 bis 2412.1 oder 2410.2 bis 2412.2.A geometry of the fir-tree-shaped profile can be further characterized by an angle α, the two tangents to each other, each of which are applied in a cross-sectional view along the central axis M to the ends of the axial projections 2410.1 to 2412.1 or 2410.2 to 2412.2 a front side. The greater the angle α, the greater the axial extent of the fir-tree-shaped profile and / or the greater the gradation in the axial extent between the projections 2410.1 to 2412.1 or 2410.2 to 2412.2 provided on one end face.
- 1111
- NiederdruckverdichterLow-pressure compressor
- 1212
- HochdruckverdichterHigh-pressure compressors
- 1313
- HochdruckturbineHigh-pressure turbine
- 1414
- MitteldruckturbineIntermediate pressure turbine
- 1515
- NiederdruckturbineLow-pressure turbine
- 20, 21, 2220, 21, 22
- Laufschaufelblade
- 200, 210, 220200, 210, 220
- Schaufelfußblade
- 23, 24, 2523, 24, 25
- Schaufelträgerblade carrier
- 230, 240, 250230, 240, 250
- Trägerabschnittsupport section
- 231231
- Verbindungsbereichconnecting area
- 232, 242232, 242
- Befestigungsnutmounting groove
- 233, 243233, 243
- Verbindungsöffnungconnecting opening
- 241241
- Verbindungsbereichconnecting area
- 2410.1, 2410.2, 2411.1, 2411.2, 2412.1, 2412.22410.1, 2410.2, 2411.1, 2411.2, 2412.1, 2412.2
- Axialer VorsprungAxial projection
- 2a, 2b, 2c2a, 2b, 2c
- LaufschaufelbaugruppeBlade assembly
- 30, 3130, 31
- Leitschaufelvane
- 4.1, 4.24.1, 4.2
- Flanschverbindungflange
- 50, 5150, 51
- Versteifungsring (Versteifungselement)Stiffening ring (stiffening element)
- 50.1, 51.250.1, 51.2
- UmgriffabschnittUmgriffabschnitt
- 500500
- MMC-KernMMC core
- 500.1, 500.2,500.1, 500.2,
- MMC-AbschnittMMC Section
- 50a, 50b50a, 50b
- Verbindungsstegconnecting web
- 5a, 5b5a, 5b
- Versteifungsstrukturstiffening structure
- 6060
- Schraubbolzenbolts
- 6161
- Muttermother
- 6a, 6b6a, 6b
- Verbindungseinrichtungconnecting device
- 70a, 70b70a, 70b
- Flanschabschnittflange
- 7a, 7b7a, 7b
- Verbindungsbauteil (hülsen-/hülsensegmentförmig)Connecting component (sleeve / sleeve segment-shaped)
- AA
- Auslassoutlet
- BB
- Bypasskanalbypass channel
- BKBK
- Brennkammerabschnittcombustor section
- CC
- Austrittskonusexit cone
- Ee
- Einlass / IntakeInlet / Intake
- FF
- Fanfan
- FCFC
- Fangehäusefan casing
- MM
- Mittelachse / RotationsachseCentral axis / rotation axis
- O1, O2O1, O2
- DurchgangsöffnungThrough opening
- RR
- Eintrittsrichtungentry direction
- RaRa
- Radiusradius
- SS
- Rotorwellerotor shaft
- TT
- Turbofan-Triebwerk (Gasturbinentriebwerk)Turbofan engine (gas turbine engine)
- TTTT
- Turbineturbine
- VV
- Verdichtercompressor
- αα
- Winkelcorner
Claims (15)
- Rotor blade assembly group for an engine (T) with at least one blade carrier (23, 24), having multiple rotor blades (20, 21) that are provided with multiple further rotor blades (20, 21) along a circle line about a central axis (M) of the rotor blade assembly group (2a, 2b), wherein- the blade carrier (23, 24) has a carrier section (230, 240) that extends radially inwards in the direction of the central axis (M) with respect to the rotor blades (20, 21),- the carrier section (230, 240) comprises a connection area (231, 241) at which a stiffening structure (5a, 5b) with at least one first stiffening element (50) and at least one second stiffening element (51) is fixedly attached, and- the first stiffening element (50) is arranged at a first face side of the blade carrier (23, 24) and the second stiffening element (51) is arranged at a second face side that is facing away from the first face side, wherein the at least one first stiffening element (50) and the at least one second stiffening element (51) are connected to the connection area (231, 241) of the blade carrier (23, 24) and in addition are connected to each other,characterized in that
the blade carrier (23, 24) is embodied in a ring-segment-shaped or disc-segment-shaped manner along the circle line. - Rotor blade assembly group according to claim 1, characterized in that the first and second stiffening elements (50, 51), which are arranged at different face sides of the blade carrier (23, 24), are connected to each other via at least one connection appliance (6a, 6b).
- Rotor blade assembly group according to claim 2, characterized in that at least one separate connection element (60) of the connection appliance (6a, 6b) extends through a connection opening (243) in the carrier section (230, 240) to connect the first and second stiffening elements (50, 51) to each other.
- Rotor blade assembly group according to claim 2 or 3, characterized in that the connection appliance (6a, 6b) is further configured and provided for connecting the rotor blade assembly group (2a, 2c) to the connection component (7a, 7b) by means of which the rotor blade assembly group (2a, 2b) is connected in a torque-proof manner to a further rotor blade assembly group (2b, 2a, 2c) that is arranged inside the engine (T) in an axially offset manner with respect to the central axis (M).
- Rotor blade assembly group according to claims 3 and 4, characterized in that the at least one separate connection element (60) extends through a connection opening (243) in the carrier section (230, 240) as well as through a connection opening in the connection component (7a, 7b).
- Rotor blade assembly group according to any of the preceding claims, characterized in that at least the first or the second stiffening element (50, 51) is formed in a ringshaped manner.
- Rotor blade assembly group to any of the preceding claims, characterized in that at least one of the first and second stiffening elements (50, 51) is at least partially made of a metal matrix composite.
- Rotor blade assembly group according to claim 7, characterized in that at least one of the first and second stiffening elements (50, 51) has an externally coated core (500) made of a metal matrix composite.
- Rotor blade assembly group according to claim 7 or 8, characterized in that the rotor blade assembly group (2a, 2b) has a passage hole (O1, O2) that extends axially with respect to the central axis (M) and that is radially delimited by an inner edge of the carrier section (230, 240), and a section of the first or second stiffening element (50, 51) that is made of a metal matrix composite axially extends radially inside with respect to the inner edge of the connection area (231, 241).
- Rotor blade assembly group according to any of the preceding claims, characterized in that the connection area (231, 241) forms at least one axial projection (2410.1-2412.2) around which a first or second stiffening element (50, 51) engages in a form-fit manner, so that the axial projection (2410.1-2412.2) is received at least partially between a radially outer and a radially inner section of this stiffening element (50, 51).
- Rotor blade assembly group according to any of the preceding claims, characterized in that the rotor blade assembly group (2a, 2b) has a passage hole (O1, O2) that extends axially with respect to the central axis (M) and that is radially delimited by an inner edge of the carrier section (230, 240), and a first or second stiffening element (50, 51) of the stiffening structure (5a, 5b) axially extends radially inside with respect to the inner edge of the connection area (231, 241) with at least one section (50.1, 51.2).
- Rotor blade assembly group for an engine (T), in particular according to any of the claims 1 to 11, with at least one blade carrier (23, 24) that has multiple rotor blades (20, 21) that are provided with multiple further rotor blades (20, 21) along a circle line about a central axis (M) of the rotor blade assembly group (2a, 2b), wherein- the blade carrier (23, 24) has a carrier section (230, 240) that extends radially inwards in the direction of the central axis (M) with respect to the rotor blades (20, 21),- the carrier section (230, 240) comprises a connection area (231, 241) at which a stiffening structure (5a, 5b) with at least one stiffening element (50, 51) is fixedly attached, and- the stiffening element (50, 51) is arranged at a first or second face side of the blade carrier (23, 24),characterized in that
the blade carrier (23, 24) is formed in a ring-segment-shaped or disc-segment-shaped manner along the circle line, and(a) the connection area (231, 241) forms at least one axial projection (2410.1-2412.2) around which the at least one stiffening element (50, 51) engages in a form-fit manner, so that the axial projection (2410.1-2412.2) is received at least partially between a radially outer and a radially inner section of the stiffening element (50, 51),
and/or(b) the rotor blade assembly group (2a, 2b) has a passage hole (O1, O2) that extends axially with respect to the central axis (M) and that is radially delimited by an inner edge of the carrier section (230, 240), and the at least one stiffening element (50, 51) of the stiffening structure (5a, 5b) extends radially inside with respect to the inner edge of the connection area (231, 241) with at least one section (50.1, 51.2). - Rotor blade assembly group according to claim 10 or 12, characterized in that the axial projection (2410.1-2412.2) is part of a profile of the connection area (231, 241) that has a T-shaped, I-shaped or firtree-shaped cross section.
- Rotor blade assembly group according to claim 13, characterized in that the profile of the connection area (231, 241) that has a T-shaped, I-shaped or firtree-shaped cross section extends along a circle line about the central axis (M) at least in certain sections.
- Gas turbine engine with at least one rotor blade assembly group (2a, 2b) according to any of the claims 1 to 14.
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