DE2333274A1 - Geblaeserad - Google Patents

Description

raw*. Dio. ß. HOLZEB

AUGSfBtJBO

R.

Augsburg, den 28. Juni 1973

Rolls-Royce (1971) Limited, 14/15 Conduit Street, London W.l,

England

Gebläserad

Die Erfindung betrifft ein Gebläserad mit einem Rotor und einer Vielzahl von Schaufeln, Insbesondere handelt es sich um ein Gebläserad für Propellerturbinen-Luftstrahltriebwerke mit Propellerdüsen·

Es ist bereits bekannt, bei einem Laufrad für Gasturbinentriebwerke zwei Schaufeln auf einem einzigen, im

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Rotor verankerten Schaufelfuß anzuordnen. Bei diesen Schaufeln sind jedoch die Schaufelfüße als Schwalbenschwanzoder Tannenbaumfüße ausgebildet und ein Nachteil dieser Schaufelfüße liegt darin, daß entsprechend geformte Schlitze in den Rotorscheibenrand geschnitten werden müssen. Diese Schlitze können bei starken Belastungen des Rotors Ausgangsstellen für Brüche sein.

Gemäß der Erfindung ist ein Gebläserad der eingangs dargelegten allgemeinen Art durch eine Vielzahl runder Schaufelfußteile und durch Zapfen aufweisende Mittel zum Befestigen jeweils mindestens zweier Schaufeln auf einem Schaufelfuß gekennzeichnet, derart, daß die Schaufeln aufeinanderzu und voneinanderweg schwenkbar sind.

Auf diese Weise wird die Verwendung von Schlitzen in der Rotorscheibe vermieden. Außerdem können die Spannungen in den Schaufelfußteilen im Vergleich zu bekannten Anordnungen vermindert werden und auch die Biegebeanspruchungen in den Schaufeln durch die auf die Schaufeln wirkenden Fliehkräfte und Gaskräfte können verringert werden. Dieser letztere Vorteil ist besonders bei Verstellpropellern wichtig,

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung

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sind die runden Schaufelfußteile in Lagern im Rotor um ihre Längsachse drehbar gelagert, so daß der Anstellwinkel der Schaufeln veränderbar ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung sind die Schaufeln auf einem Rotor angeordnet, der zwei ringförmige Nabenscheiben aufweist, die derart gewellt sind, daß sie an ihrem Umfang abwechselnd einander angenähert und voneinander entfernt sind und dadurch eine Vielzahl von mit Winkelabständen angeordneten Ringen bilden, welch letztere öffnungen zur Aufnahme der Schaufelfußteile darstellen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben« Es zeigen:

Fig. 1 ein Propellerturbinen-Luftstrahl

triebwerk mit einem als Verstellpropeller ausgebildeten Gebläserad nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen Teil

des erfindungsgemäßen Gebläserads des in Fig. 1 dargestellten Triebwerks,

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Pig, 3 einen Schnitt entlang der Schnitt

linie IH-III in Fig. 2, und

die Pig» 4 und 5 jeweils eine Draufsicht auf einen

Satz drehbarer Gebläseschaufeln in der Normalstellung bzw. in der RückwärtsSchubstellung.

Fig. 1 zeigt ein Propellerturbinen-Luftstrahltriebwerk mit einem düsenumschlossenen Verstellpropeller, mit einem inneren Triebwerk 1, welches ein Gebläse 2 antreibt, das in einer zwischen einem Düsenring 4 und einer Nasenhaube gebildeten Propellerdüse 3 angeordnet ist. Das innere Triebwerk 1 kann von beliebiger Bauart sein, da sich die Erfindung nur auf das Gebläse bezieht.

Bei einem solchen Triebwerk ist es wünschenswert, den Nabenspitzenfaktor auf ein Minimum zu verkleinern, damit die Frontfläche klein bleibt. Das bedeutet eine Beschränkung der Anzahl der Schaufeln, die auf dem Rotor angeordnet werden können, da mit kleiner werdendem Nabendurchmesser die Größe der Schaufelfüße kleiner wird, so daß die Spannungen in den Schaufelfüßen übermäßig groß werden.

Diese Schwierigkeit wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

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daß auf einem Schaufelfuß zwei Schaufeln angeordnet werden. Die Querschnittsfläche eines Schaufelfußes wird dadurch beachtlich vergrößert. Wird beispielsweise der Durchmesser des Schaufelfußes für eine Anordnung mit jeweils zwei Schaufeln doppelt so groß wie der Durchmesser eines gleichwertigen runden Schaufelfußes für eine einzige Schaufel gemacht, so ist die Querschnittsfläche des Schaufelfußes für zwei Schaufeln viermal so groß wie die Querschnittsfläche des Schaufelfußes für eine einzige Schaufel. Folglich sind die Spannungen bei gleicher Schaufelanzahl nur noch halb sq groß.

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Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Schaufeln 10 jeweils mittels eines Zapfens 13 am entsprechenden runden.Schaufelfuß 11 befestigt sind, welcher abwechselnd durch die Ansätze 14 der Schaufel und die Ansätze 15 des Sehaufelfußes hindurchgesteckt ist. Der Zapfen 13 ist an einem Ende mit einem Kopf 16 und an seinem anderen Ende mit einer Mutter l6a versehen, welch letztere auch der Befestigung des später noch beschriebenen Bauteils 35 dient.

Der Schaufelfuß 11 ist in im Rotor 19 befestigten Lagern 18 um ihre Achse 17 drehbar gelagert, welch letztere

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bezüglich der Triebwerksachse radial verläuft, so daß die Steigung der Gebläseschaufeln, d.h. ihr Anstellwinkel, durch Drehen des Schaufelfußes 11 veränderbar ist. Der Rotor 19 weist zwei ringförmige Nabenscheiben 20 und 21 auf, die derart gewellt sind, daß sie an ihrem Umfang abwechselnd einander angenähert und voneinander entfernt sind und so eine Vielzahl von mit Winkelabständen angeordneten Ringen bilden, welch letztere öffnungen zur Aufnahme der Schaufelfüße 11 und der Lager 18 darstellen.

Die Schaufelfüße 11 werden in ihren entsprechenden Öffnungen montiert, indem der radial äußere Lagerlaufring 25, die Lagerrollen 18 und der radial innere Lagerlaufring 26 lose eingesetzt werden, danach der Schaufelfuß 11 durch die Mitte dieser Anordnung hindurchgeschoben und der radial innere Lagerlaufring so gedreht wird, daß er sich auf das Gewinde 27 des Schaufelfußes aufschraubt, bis ein Plansch des inneren Lagerlaufrings am Schaufelfuß anliegt.

Dann wird der äußere Lagerlaufring mit seinem Gewinde in die öffnung der Rotorscheibe eingeschraubt. Eine mit ihrem radial inneren Ende mit einer Blattsteigungs-VerStellvorrichtung (nicht dargestellt) verbundene Welle 30 weist an ihrem radial äußeren Ende eine Keilverzahnung 31 auf, die

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in Keilnuten des Schaufelfußes 11 eingreift, so daß der Schaufelfuß um seine Achse 17 drehbar ist.

Die Keilverzahnung der Welle 30 weist eine größere axiale Länge auf, als zum Eingreifen in den Schaufelfuß notwendig wäre, und greift auch in eine Sicherungsscheibe ein. Diese Sicherungsscheibe ist durch Teile 33 mit dem inneren Lagerlaufring 26 verbunden, so daß ein Lösen der Schraubverbindung 27 verhindert wird. Ein Plansch 34 der Welle 30 verhindert, daß die Schaufelfußkonstruktion
durch den äußeren Lagerlaufring hindurchfällt, wenn der Rotor feststeht. Im Betrieb bewirkt die auf die Schaufeln wirkende Fliehkraft eine große, radial auswärts gerichtete Belastung auf die Lager und läßt die darin vorgesehenen Lagerspielräume -verschwinden.

Die Schaufelfüße 11 sind von einer Blechkonstruktion umgeben, von welcher ein Teil zusammen mit dem Gebläse umläuft und von welcher ein Teil feststehend ist.

In Fig. 2 ist eine Einbuchtung 12. angedeutet, die an der Stelle in die Blechkonstruktion 35 eingedrückt ist, an welcher der Zapfen 13 die Konstruktion 35 an der Schaufel festhält. Diese Blechkonstruktion bildet einen Teil der

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radial inneren Begrenzungsfläche des Propellerdüsenkanals 3· Die Schaufeln 10 sind jeweils mit einem Teil 36 versehen, welches eine zu große Schwenkbewegung der Schaufel um den Zapfen 13 herum verhindert, indem es am Schaufelfuß 11 anstößt. Diese Begrenzung der möglichen Schaufelschwenkbewegung verhindert, daß bei stationärem Gebläse eine Schaufel an benachbarten Maschinenteilen anstößt.

Die Schaufeln des Gebläserads sind so verdreht, daß die Schaufelwölbungen und die Schränkungswinkel an verschiedenen Stellen entlang der Schaufeln verschiedene Werte aufweisen. Dadurch ist der Schaufelwirkungsgrad verbessert. Eine Folgewirkung dieser Schaufelverdrehung und der Tatsache, daß die Schwerelinien 37 nebeneinanderliegender Schaufeln radial nach außen divergieren, liegt darin, daß bei Drehung des Gebläserads die Fliehkraft die Schaufeln zu verbiegen sucht. Da die Schwerelinie einer Schaufel als Linie definiert ist, die durch die Flächenschwerpunkte aufeinanderfolgender Schaufelquerschnitte verläuft, wirkt die Fliehkraft so auf die Schaufel, daß sie ihre Schwerelinie bezüglich der Drehachse des Gebläserotors in radialer Richtung halten will.

Bei einem Verstellpropeller, bei welchem zwei Schaufeln auf einem Schaufelfuß montiert sind, wird der Schaufel-

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fuß zur Umkehr des Triebwerksschubs um annähernd 90° gedreht. Es ist daher ersichtlich, daß in der Vorwärtsschub-Stellung (Fig. 4) die radial äußeren Punkte 4l und 42 der Schwerelinien der Schaufeln 43 und 44 in einer Radialebene einen größeren Abstand voneinander haben als die entsprechenden Punkte und 46 an den Befestigungsstellen am Schaufelfuß. Die Schaufeln wollen daher eine Stellung einnehmen, in welcher eine durch die Punkte 42 und 46 verlaufende Linie durch die Achse 17 verläuft. In der in Fig. 5 dargestellten Rückwärtsschub-Stellung weisen die Punkte 41 und 42 der Schaufeln und 44 einen gegenseitigen Abstand voneinander in einer Axialebene auf, und die Punkte 42 und ,46 fluchten wieder miteinander. Der Pfeil A zwischen den Fig. 4 und 5 zeigt die Drehrichtung des Rotors an. Weil die Fliehkräfte von der Gebläseachse aus in radialer Richtung nach außen wirken, ist es klar, daß beim Fehlen einer gelenkigen Schaufelfußbefestigung wegen der Massenverteilung in den Schaufeln bei der Rückwärtsschub-Stellung eine beträchtliche Kraft auf jede Schaufel wirkt, welche sie um ihren Befestigungspunkt am Schaufelfuß herum zu biegen sucht. Diese Kraft ist bei fast allen Betriebsstellungen der Gebläseschaufeln vorhanden, aber sie ist am stärksten, wenn sich die Schaufeln in der Stellung befinden, in der sie axial miteinander fluchten. In der optimalen Rückwärtsschub-Stellung können die Schaufeln noch über die Stellung hinaus

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gedreht sein, in welcher sie axial miteinander fluchten.

Durch Vorsehen einer gelenkigen Schaufelfußbefestigung, wobei die Achse des Gelenkzapfens senkrecht zur Gebläseachse verläuft, können die Schaufeln bei allen Betriebsstellungen sich in die Radialrichtung neigen, so daß die in den Schaufeln entstehenden Biegemomente auf ein Minimum verringert sind. Bei anderen Betriebsstellungen der Gebläseschaufeln ist das in Richtung der Zapfenachse wirkende Biegemoment verringert und die Spannung an der Befestigungsstelle ist beträchtlich vermindert.

Zusätzlich zur Erleichterung der Blattsteigungsverstellung vermindert die Anordnung jeweils zweier Schaufeln auf einem runden Schaufelfuß die Spannungswerte im Schaufelfuß durch Vergrößern seiner Querschnittsfläche, und auch die Spannungswerte in der Rotorscheibe werden vermindert, da die bei Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfüßen notwendigen V-Schlitze zur'Schaufelbefestigung vermieden sind.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   IJ Gebläserad mit einem Rotor und einer Vielzahl von Schaufeln, gekennzeichnet durch eine Vielzahl runder Schaufelfußteile (11) und durch Zapfen (13) aufweisende Mittel (13, 14, 15) zur Befestigung jeweils mindestens zweier Schaufeln (10) auf einem Schaufelfuß, derart, daß die Schaufeln aufeinanderzu und voneinanderweg schwenkbar sind,

   2« Gebläserad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel (13, I¹*, 15) zwei Zapfen (13) aufweisen, von denen jeder der Befestigung einer Schaufel dient, und daß die Zapfenaehsen im wesentlichen zueinander parallel sind,

   3· Gebläserad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Zapfen (13) senkrecht zur Längsachse (37) der entsprechenden Schaufeln (10) verlaufen und im wesentlichen mit den Profilsehnen der Schaufeln am Schaufelfuß fluchten»

   ¹U Gebläserad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

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   gekennzeichnet, daß Mittel (18) vorgesehen sind, welche zum Zwecke der Änderung des Anstellwinkels der Schaufeln (10) eine Drehung der Schaufelfüße (11) um ihre bezüglich des Rotors radial verlaufenden Achsen (17) ermöglichen,

   5. Anwendung eines Gebläserades nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Propellerturbinen-Luftstrahltriebwerk mit Verstellpropeller.

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