DE102008034738A1

DE102008034738A1 - Verdichterrotor für eine Turbomaschine für den Einsatz im Flugzeugbau

Info

Publication number: DE102008034738A1
Application number: DE102008034738A
Authority: DE
Inventors: Steffen Drevs; Matthias Knispel
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-01-28

Abstract

Ein Verdichterrotor (20) für eine Turbomaschine für den Einsatz im Flugzeugbau mit mehreren, mit jeweils einer Nabe (4) versehenen Scheibenkränzen (3, 23) und mit diesen zugeordneten Laufschaufelträgern (11; 21) soll hinsichtlich Aufbau, Herstellung und Gewicht billiger bzw. leichter ausgestaltet werden. Hierzu sind dem Scheibenkranz (23) einer Nabe (4) mindestens zwei Laufschaufelträger (21) zugeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdichterrotor für eine Turbomaschine für den Einsatz im Flugzeugbau, bestehend aus Naben, Scheibenkränzen und mit Laufschaufeln zu bestückenden Laufschaufelträgern.
Bei herkömmlichen Verdichterrotoren für eine Turbomaschine für den Einsatz im Flugzeugbau bestehen die Verdichterscheiben in der Regel aus einer Nabe, einem Scheibenkranz (rim) und einem Träger für die Laufschaufeln. Dieser Träger kann mit Umfangsnuten oder Axialnuten zur Aufnahme der Laufschaufeln oder in integrierter Bauweise mit einstückig mit dem Träger ausgeformten Blisks ausgeführt sein. Die Scheibenkränze werden zu einem Verdichterrotor zusammengestellt bzw. komplettiert. Dies erfolgt über ein Zusammenschweißen, ein Verschrauben oder ein Zusammenstecken und Verspannen mittels Zugankern (tie-bolted).
Diese Standard-Ausführungsform, jeder Verdichterscheibe jeweils eine Nabe und einen Träger für die Laufschaufeln zuzuordnen, ist z. B. aus US 2003133788 A vorbekannt. Diese Ausführungsform eines Bauteils des Verdichterrotors für eine Turbomaschine für den Einsatz im Flugzeugbau verlangt aufwändige Prüfprozeduren, um sicherzustellen, dass das Bauteil durch den gesamten Produktionsprozess hindurch keine Beschädigungen erfährt, die zu einem Versagen im Einsatz führen können. Diese Ausführungsform ist daher teuer in der Herstellung, da die Anzahl der Bauteile direkt den Preis bestimmt.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, einen Verdichterrotor für eine Turbomaschine für den Einsatz im Flugzeugbau zu schaffen, der einfacher im Aufbau und kostengünstiger in der Herstellung ist und bei dem die Prüfprozeduren erleichtert sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass dem Scheibenkranz einer Nabe mindestens zwei Laufschaufelträger zugeordnet sind. In bevorzugter Ausführungsform sind am Scheibenkranz einer Nabe zwei Laufschaufelträger angeordnet, wobei der Scheibenkranz in Axialrichtung des Rotors mittig zwischen den beiden Laufschaufelträgern oder asymmetrisch zu den beiden Laufschaufelträgern angeordnet ist. Hierdurch wird der Verdichterrotor einfacher im Aufbau, da nur jedem zweiten Laufschaufelträger ein Scheibenkranz mit Nabe zugeordnet werden muss. Auch werden die Prüfprozeduren und der räumliche Zugang zu den einzelnen Scheibenkränzen erleichtert und folglich wird der gesamte Verdichterrotor von Gewicht leichter und kostengünstiger in der Herstellung. Die asymmetrische Anordnung des Scheibenkranzes zu den beiden Laufschaufelträgern vermindert die Beanspruchung der Nabe.
Gemäß der Erfindung wird die Anzahl der Naben eines Verdichterrotors reduziert, indem einer Nabe (Rim) mehrere Leitschaufelträger zugeordnet werden. Hierdurch kann z. B. eine Reduktion von zwei Naben mit je einem Scheibenkranz und mit je einem Leitschaufelträger auf eine Nabe mit einem Scheibenkranz und zwei Leitschaufelträgern erfolgen. Dies erspart u. a. Gewicht des Verdichterrotors. Durch die heute verwendeten Materialien können die Scheibenkränze höher belastet werden. Weiterhin ermöglichen heutige Analysemöglichkeiten, die entstehenden Auslenkungen der Scheibenkränze besser vorherzusagen und die Geometrien so zu optimieren, dass diese Auslenkungen minimiert werden und das Bauteil den Anforderungen im Betrieb gerecht wird. Die Ausführung der Konstruktion kann sowohl für konventionell beschaufelte Verdichterrotoren mit Umfangs- bzw. Axialnuten, als auch für Scheibenkränze in Bliskbauweise erfolgen. Hierbei ist die Bliskbauweise aufgrund der massiven Reduktion der Schaufellasten begünstigt.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist dem zwei Laufschaufelträger tragenden Scheibenkranz in Axialrichtung des Rotors ein Scheibenkranz mit einem Laufschaufelträger vorgeordnet und ein Scheibenkranz mit einem Laufschaufelträger nachgeordnet. Auch hierdurch wird die Beanspruchung der Nabe, die zwei Schaufelkränze trägt, vermindert.
In noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist zwischen zwei Scheibenkränzen mit je einem Laufschaufelträger ein dritter Laufschaufelträger angeordnet, der aus einem den dritten Laufschaufelträger bildenden Ring ausgebildet ist. Dabei ist der den dritten Laufschaufelträger bildende Ring radial zentriert zwischen den beiden in Axialrichtung angrenzenden Laufschaufelträgern angeordnet und mit diesen, insbesondere durch Schweißen, fest verbunden.
Die Erfindung reduziert die Anzahl der als kritisch zu klassifizierenden Bauteile, die den Produktionsprozess durchlaufen müssen. Dies führt zu einer deutlichen Kostenreduktion, da die Kosten für die Prozesse komplett eingespart werden können, dies sind z. B. Schmieden des Rohteils, Prüfen des Rohteils, Vorbearbeitung des Rohteils, Fertigbearbeitung der Einzelscheibe. Weiterhin führt die Reduktion der Bauteile zur Verringerung der Fehlerrate. Die Zugänglichkeit zu den benachbarten Scheibenkränzen wird ebenfalls verbessert, die genutzt werden kann, um Schweißnähte zu bearbeiten oder die Montage von weiteren Rotorbauteilen zu ermöglichen. Weiterhin können eine Gewichtseinsparung durch die bessere Ausnutzung des Bauraumes und im Besonderen eine Reduzierung der axialen Länge erzielt werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele eines Verdichterrotors für eine Turbomaschine für den Einsatz im Flugzeugbau näher erläutert.
Es zeigt:
1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Verdichterrotor gemäß dem Stand der Technik und
2 bis 5 schematische Längsschnitte durch das erste bis vierte Ausführungsbeispiel eines Verdichterrotors gemäß der Erfindung.
Die 1 zeigt einen Verdichterrotor 1 gemäß dem Stand der Technik mit vier in der Rotorachse 2 hintereinander angeordneten Scheibenkränzen 3 mit der Rotorachse 2 zugewandten Naben 4 und mit dem Triebwerksgehäuse 5 zugewandten Laufschaufeln 6 mit dazwischen am Triebwerksgehäuse 5 in gehäusefesten Füßen 7 angebrachten Leitschaufeln 8. Die Leitschaufeln 8 sind mit Innendeckbändern 14 versehen und mittels Labyrinthdichtungen 9 gegenüber dem Verdichterrotor 1 abgedichtet. In Axialrichtung der Rotorachse 2 sind an den vorderen und hinteren Scheibenkränzen 3 jeweils Verbindungsarme 15, 16 angeordnet, die zur Gesamtausbildung des Verdichterrotors 1 gehören.
Wie es die 1 ferner zeigt, ist jedem Scheibenkranz 3 ein Laufschaufelträger 10, 11 zugeordnet, wobei die Laufschaufeln 6 des in 1 links dargestellten Scheibenkranzes 3 in integrierter Bauweise als Blisks ausgeführt und mit dem zugeordneten Laufschaufelträger 10 fest verbunden sind. Die Laufschaufelträger 11 der drei weiteren Scheibenkränze 3 weisen Ringnuten 12 zur Befestigung der Laufschaufeln 6 mittels Füßen 13 auf.
Bei dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines Verdichterrotors 20 gemäß der Erfindung sind die beiden links dargestellten Scheibenkränze 3 mit Naben 4 und Laufschaufelträgern 10 und 11 entsprechend dem in 1 gezeigten Verdichterrotor 1 ausgebildet. Auch die als Blisk ausgebildeten Laufschaufeln 6 des linken Laufschaufelträgers 10 und die mit Füßen 13 in Ringnuten 12 eingreifenden Laufschaufeln 6 sowie die diesen zugeordneten Leitschaufeln 8 sind wie in 1 dargestellt vorhanden.
Der in 2 rechts dargestellte Scheibenkranz 23 trägt jedoch zwei Laufschaufelträger 21 mit je einer Ringnut 12 für die Füße 13 der Laufschaufeln 6. Der Scheibenkranz 23 ist in Axialrichtung des Verdichterrotors 20 mittig zwischen den beiden Laufschaufelträgern 21 angeordnet. Die zwischen den beiden Leitschaufeln 6 des Scheibenkranzes 23 angeordnete Leitschaufel 8 befindet sich mit ihrem Innendeckband 14 und der zugehörigen Labyrinthdichtung 9 in der gleichen axialen Ebene wie der Scheibenkranz 23 mit der Nabe 24.
In einer nicht dargestellten Bauart kann der Scheibenkranz 23 in Axialrichtung des Rotors 1 auch asymmetrisch zu den beiden Laufschaufelträgern 21 angeordnet sein. Auch ist eine asymmetrische Positionierung der Nabe 24 möglich, die zwei Laufschaufelträger 21 aufweist.
Dadurch, dass dem einen Scheibenkranz 23 zwei Laufschaufelträger 21 zugeordnet sind, wird die Anzahl der Bauteile um einen Scheibenkranz 3 reduziert. Dies führt u. a. zu einer Gewichtsreduzierung und zu einer besseren Zugäng lichkeit in den Zwischenraum zwischen den beiden Scheibenkränzen 3 und 23.
Bei dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel eines Verdichterrotors 20 gemäß der Erfindung sind die beiden dem Scheibenkranz 23 mit den Laufschaufelträgern 21 zugeordneten Leitschaufeln 8' ohne Innendeckbänder 14 ausgeführt. Die zweite Ausführungsform entspricht ansonsten der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung nach 2.
Bei dem in 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verdichterrotors 20 ist dem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach 2 ausgebildeten und zwei Laufschaufelträger 21 tragenden Scheibenkranz 23 in Axialrichtung jeweils ein Scheibenkranz 3 mit je einem Laufschaufelträger 11 vor- und nachgeordnet. Die beiden an den Scheibenkranz 23 angrenzenden Scheibenkränze 3 können auch asymmetrisch positioniert werden. Hierdurch wird die Beanspruchung der Nabe 24, die zwei mit Laufschaufeln 6 bestückte Laufschaufelträger 21 trägt, vermindert.
Bei dem in 5 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verdichterrotors 20 ist zwischen zwei Scheibenkränzen 3 mit je einem Laufschaufelträger 11 ein dritter Laufschaufelträger 22 angeordnet, der aus einem den dritten Laufschaufelträger 22 bildenden Ring 25 ausgebildet ist. Der den dritten Laufschaufelträger 22 bildende Ring 25 ist mit den beiden in Axialrichtung vorne und hinten angrenzenden Laufschaufelträgern 21 radial zentriert und axial fest verbunden. Die feste Verbindung erfolgt insbesondere durch Verschweißung.

1: Verdichterrotor
2: Rotorachse
3: Scheibenkranz
4: Nabe
5: Triebwerksgehäuse
6: Laufschaufel
7: Fuß
8: Leitschaufel
9: Labyrinthdichtung
10: Laufschaufelträger
11: Laufschaufelträger
12: Ringnut
13: Fuß
14: Innendeckband
15: Verbindungsarm
16: Verbindungsarm
20: Verdichterrotor
21: Laufschaufelträger
22: Laufschaufelträger
23: Scheibenkranz
24: Nabe
25: Ring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 2003133788 A [0003]

Claims

Verdichterrotor für eine Turbomaschine für den Einsatz im Flugzeugbau, bestehend aus Naben, Scheibenkränzen und mit Schaufeln zu bestückenden Laufschaufelträgern, dadurch gekennzeichnet, dass dem Scheibenkranz (23) einer Nabe (4) mindestens zwei Laufschaufelträger (21) zugeordnet sind.
Verdichterrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Scheibenkranz (23) einer Nabe (4) zwei Laufschaufelträger (21) angeordnet sind.
Verdichterrotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenkranz (23) in Axialrichtung des Rotors (20) mittig zwischen den beiden Laufschaufelträgern (21) angeordnet ist.
Verdichterrotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenkranz (23) in Axialrichtung des Rotors (20) asymmetrisch zu den beiden Laufschaufelträgern (21) angeordnet ist.
Verdichterrotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem zwei Laufschaufelträger (21) tragenden Scheibenkranz (23) in Axialrichtung jeweils ein Scheibenkranz (3) mit je einem Laufschaufelträger (11) vor- und nachgeordnet ist.
Verdichterrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Scheibenkränzen (3) mit je einem Laufschaufelträger (11) ein dritter Laufschaufelträger (22) angeordnet ist, der aus einem den Laufschaufelträger (22) bildenden Ring (25) ausgebildet ist.
Verdichterrotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der den dritten Laufschaufelträger (22) bildende Ring (25) mit den beiden in Axialrichtung des Rotors (20) angrenzenden Laufschaufelträgern (11) fest verbunden ist.