DE2713083A1

DE2713083A1 - Rotorschaufel fuer gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2713083A1
Application number: DE19772713083
Authority: DE
Inventors: John Frederick Coplin
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1976-03-26
Filing date: 1977-03-24
Publication date: 1977-10-06
Also published as: DE2713083B2; JPS5532881B2; JPS52118117A; DE2713083C3; FR2345584A1; IT1085791B; US4120607A; GB1513338A

Description

FaientanwäKe Dipl.-!ng. C u rt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

3 Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D -8000 München 2 ■ KaufingerstraBe 8 ■ Telefon (0 89) 24 02 75 ■ Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 24. Mär ζ 1977

Unser Zeichen: 15 828 -

Bezeichnung:

Rotorschaufel für ein Gasturbinentriebwerk

Anmelder:

Rolls-Royce Limited 65 Buckingham Gate London, SWlE 6AT England

Vertreter:

Erfinder:

Dipl.-Ing. C. Wallach Dipl.-Ing. G. Koch Dr. T. Haibach Dipl.-Ing. R. Feldkamp 8OOO München

John Frederick Coplin Duffield, Derby England

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotorschaufel für ein Gastui'binent riebwerk.

PUr den Konstrukteur von Gasturbinentriebwerken ist es notwendig, die Möglichkeit in Rechnung zu ziehen, daß die Rotorschaufeln, insbesondere die Gebläseschaufeln, eines Gasturbinentriebwerks vom Rotor abbrechen, und zwar entweder verursacht durch den Aufprall eines Fremdkörpers, beispielsweise eines Vogels, oder wegen eines Bruchs im Schaufelfußaufbau der Schaufel. Ein solcher Bruch führt normalerweise dazu, daß eine einzige Schaufel verloren geht. Diese abgelöste Schaufel bewirkt jedoch dan:: eine Beschädigung zahlreicher anderer Teile des Triebwerks. Normalerweise betrifft der größte Schaden in einem solchen Fall das Schaufelprofil, und die Plattform wird vom Schaufelfuß getrennt oder die gesamte Schaufel wird vom Rotor gelöst.

Er ist bereits vorgeschlagen worden, derartige Rotorstufen, die einem solchen Schaufelbruch am ehesten ausgesetzt sind, mit einem festen Ring auszustatten, der in der Lage ist, dieser Stoßbelastung der losen Rotorschaufel zu widerstehen. Durch Schlag auf die benachbarte nachlaufende Schaufel suchen sich jedoch diese losen Schaufeln nach hinten zu verbiegen, und es besteht die Möglichkeit, daß sie diesen festen Ring verfehlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau der Rotorschaufeln so abzuwandeln, daß diese letztgenannte Möglichkeit ausgeschaltet wird.

Gemäß der Erfindung ist bei einer Rotorschaufel für ein

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Gasturbinentriebwerk,die aus Arbeitsteil, innerer Plattform und Schaufelfuß besteht, die innere Plattform an jenem Rand benachbart zur konvexen Flanke des Arbeitsteils mit einer Ausnehmung verseilen, die mit dem Vorderrand der nächst benachbarten Schaiifel in der Schaufelreihe in Eingriff kommt, wenn etwa der Arbeitsteil und die Plattform vom Rotor abgesprengt werden.

Die Ausnehrvur.^ kann einer Abschritt dey Eandausschnitts aufweisen, um einen Haken zu bilden, oder sie kann von der Verbindung zwischen dem Rand und einem Vorsprung des Randes gebildet sein.

Vorzugsweise ist der ausgeschnittene Abschnitt nicht voll ausgeschnitten, sondern weist einen abbrechbaren Abschnitt auf, der den Ausschnitt abdeckt, um eine glatte aerodynamisch günstige Oberfläche auf der oberen Seite der Plattform bis zum Schadensfall zu erhalten.

Es hat sich gezeigt, daß der beste Platz für die Ausnehmung in der vorderen Hälfte des Randes der Plattform liegt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene schematische Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit Gebläseschaufeln gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Gebläseschaufel

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des Triebwerks nach Fig. 1,

Fig. 3 und 4- in größerem Maßstab eine Draufsicht und eine Seitenansicht von ausgenommenen Abschnitten der Plattform der Schaufel gemäß Fig. 2,

Fig. 5 eine Darstellung, die erkennen läßt, wie die lose Schaufel in die am nächsten benachbarte Schaufel eingreift,

Fig. 6 eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Ausnehmung.

Fig.1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk mit einem Kerntriebwerk 10, das einen Gebläserotor 11 antreibt, der mehrere Rotorschaufeln 12 trägt. Die Schaufeln 12 laufen innerhalb des Kanals 13» dessen untere Begrenzung durch die Gebläseverkleidung 14 definiert ist. Der Innenaufbau des Kerntriebwerks 10 ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da er für die vorliegende Erfindung ohne Belang ist, für den Fachmann ist es jedoch klar, daß das Kerntriebwerk irgendeine bekannte Bauart aufweisen kann, die geeignet ist, eine Gebläseturbine anzutreiben, die ihrerseits das Gebläse treibt. Das Gebläse lädt das Kerntriebwerk auf und erzeugt eine Nebenschlußströmung von Luft im Kanal 13 zwischen dem Gehäuse und dem Kerntriebwerk und der Gebläseverkleidung 14.

Die Gebläseschaufeln 12 bestehen gemäß dem Ausführungsbeispiel aus einer einzigen Stufe relativ großer Schaufeln und jene Luft, die in das Triebwerk eintritt, trifft diese Schaufeln, ohne irgendeinen Statoraufbau zu berühren.

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Obgleich eine große Sorgfalt und Umsicht angewendet wird, um die Wahrscheinlichkeit eines Schauferbruchs zu vermindern, kann keine absolute Sicherheit erreicht werden, und es besteht daher eine Gefahr, daß eine Schaufel sich vom Rotor lösen kann. Wenn eine Schaufel auf diese Weise gelöst wird, wird ihre daran anschließende Bewegung hauptsächlich durch die frei werdende Zentrifugalkraft bestimmt, die auf die Schaufel wirkt, und sie bewegt sich daher im wesentlichen tangential mit einer resultierenden radialen Bewegungskomponente nach außen und trifft auf das Gebläsegehäuse 14- auf. Es ist daher notwendig, einen Verstärkungsring 15 vorzusehen, der einen Teil der Gebläseverkleidung bildet und ausreichend fest ist, um dem von der Schaufel ausgeübten Schlag standzuhalten. Wenn die Schaufel exakt in einer Radialebene bewegt wird, könnte der Ring I5 relativ schmal sein und gerade den von den Rotorschaufeln durchlaufenen Pfad umschließen. Bei bekannten Konstruktionen war der Bewegung der Schaufel jedoch eine zusätzliche Komponente aufgeprägt, die vom Schlag mit der benachbarten nachlaufenden Schaufel verursacht war, wodurch der abgelöste Schaufelfußabschnitt der Schaufel schwerwiegend nach hinten abgelenkt wurde. Deshalb besaß die Bewegung der Schaufel eine Axialkomponente in Richtung nach hinten bezüglich der Gasströmung im Triebwerk, und es war daher notwendig, einen breiteren Fangring vorzusehen, um auto. Sekundärstöße hinter der Drehebene des Gefäßes aufnehmen zu können. In diesem Zusammenhang muß berücksichtigt werden, daß der schlimmste Schlag dann auftritt, wenn eine schadhafte Schaufel unter ihrer Plattform freigegeben wird. Brüche außerhalb der Plattform erzeugen einen sehr viel weniger schwerwiegenden Sekundärschlag und brauchen nicht in diesem hohen Maße durch Vorkehrungen berück-

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sichtigt zu werden.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Konstruktion, bei der das Ausmaß der Bewegung der gelösten Gebläseschaufeln aus der Radialebene durch Eingriff mit einer benachbarten Schaufel begrenzt wird, die fest im Rotor verbleibt. Aus Fig. 2 ergibt sich, daß jede Gebläseschaufel 12 einen stromlinienförmigen Arbeiteabschnitt 16, eine Plattform und einen Schaufelfuß 18 besitzt. Die Plattform 17 besitzt eine glatte teilringförmige Oberfläche an der Basis des stromlinienförmigen Arbeitsabschnitts, und im zusammengebauten Zustand stoßen die Ränder 19 und 20 der Plattform an entsprechende Ränder benachbarter Plattformen und bilden so einen geschlossenen Ring.

V/ie im einzelnen aus den Fig. 3 und 4- ersichtlich, ist der Rand 20 der Plattform mit einer Ausnehmung oder einem hakenartigen Ausschnitt 21 im Vorderabschnitt ausgestattet. Die hakenartige Ausnehmung 21 besteht aus einem Ausschnitt, der einen hinterschnittenen Vorsprung 22 beläßt, welcher nach hinten vorsteht, und um die glatte aerodynamische Oberfläche der Plattform zu schützen, ist ein dünner abbrechbarer Abschnitt 23 belassen, der den Ausschnitt 22 abdeckt. Der Rand 20 ist jener Rand der Plattform benachbart zur konvexen Flanke des stromlinienförmigen Arbeitsteils 16.

Die Erfindung arbeitet wie folgt: Sollte sich eine Schaufel vom Rotor lösen, denn findet das im schlimmsten Falle durch Bruch zwischen Plattform und Schaufelfuß statt. Eine einfache Theorie, die durch Versuche bestätigt wurde, hat gezeigt, daß sich die Schaufel relativ zu der nach hinten

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benachbarten Schaufel radial nach außen, nach hinten und in Umfangsrichtung nach dieser Schaufel hin bewegt. Diese Bewegung bringt gewöhnlich den Rand der Plattform 20 in Berührung mit dem Vorderrand der nächstfolgenden Schaufel in der Reihe, und dies ist die Schaufel 25 in Fig. 5· Dieser Schlag bewirkt, daß der ausbrechbare Abschnitt 23 bricht und die Schaufel in die Ausnehmung 21 an den Hakenabschnitt 22 eingreift, der auf diese Weise freigegeben wird, und dieser Haken erfaßt dann den Vorderrand der benachbarten Schaufel. Durch diesen Eingriff wird verhindert, daß sich die Schaufel in einem beträchtlichen Ausmaß nach hinten bewegt und daß diese Bewegung dann auf eine im wesentlichen radiale Bewegung begrenzt wird. Es bestehen daher gute Aussichten, daß die Schaufel auf die Verkleidung innerhalb der Grenzen eines relativ schmalen Auffallrings auftrifft.

Die Ausnehmungen bzw. die hakenartigen Ausschnitte wurden als Ausnehmungen im sonst geraden Rand der Schaufelplattform beschrieben. Es ist jedoch klar, daß die Ausnehmung auch zwischen der Stirnfläche des Vorsprungs der Plattform und dem geraden Rand der restlichen Plattform ausgebildet sein kann. Fig. 6 zeigt eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht einer solchen abgewandelten Ausführungsform. Wie ersichtlich, ist der Rand 2O in diesem Falle in einen VorSprung bei 26 eingearbeitet, der eine steil abfallende Flanke 27 besitzt und mit der übrigen Fläche 20 eine Stufe oder eine Ausnehmung 28 bildet. Gemäß der dargestellten Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen der Fläche 27 und dem Rand 20 etwas weniger als 90°. Es ist jedoch klar, daß auch spitzwinklige Anordnungen benutzt werden können, und daß die Gestalt der Ausnehmung 28, die durch die

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Flächen 20 und 27 gebildet wird, abgerundet oder in sonstiger Weise verändert werden kann, um eine hakenartige Gestalt zu schaffen.

Diese Ausführungsform erfordert das Vorhandensein einer entsprechenden Ausnehmung in der anstoßenden Fläche 19 der nächstfolgenden Plattform, um eine Anpassung zu erreichen.

Es sind zahlreiche Abwandlungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So könnte die genaue Gestalt des Hakens 22 und die genaue Lage, welche in der Zeichnung dargestellt ist, abgewandelt werden, obgleich dieser Haken immerhin in dem Rand angebracht sein müßte, der in der Nahe der konvexen Flanke der Schaufel liegt. Durch Vorsehen eines ausbrechbaren Abschnitts 23 ergibt sich eine einfache Möglichkeit, die guten aerodynamischen Eigenschaften zu erhalten und den Haken arbeitsfähig zu lassen, Jedoch wäre es auch möglich, dieses Merkmal wegzulassen und statt dessen einen Füllstoff aus weichem oder entfernbarem Material einzulegen. Die Erfindung wurde in Verbindung mit einem einstufigen Gebläserotor beschrieben, natürlich könnte sie auch in Verbindung mit mehrstufigen Rotoren bei Gebläsen von Kompressoren oder Turbinen Verwendung finden.

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Claims

Patentansprüche

1.) Rotorschaufel für ein Gasturbinentriebwerk, bestehend aus einem stromlinienförmigen Arbeitsabschnitt, einer inneren Plattform und einem Schaufelfuß, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Plattform (17) an jenem Rand (20) benachbart zur konvexen Flanke des Arbeitsabschnittes (16) mit einer Ausnehmung (21, 28) versehen ist, in die der Vorderrand der am nächsten benachbarten Schaufel (25) der Schaufelreihe eingreift, wenn der Arbeit sabschnitt (16) und die Plattform (17) sich vom Rotor lösen sollten.

2. Rotorschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (28) die Verbindung zwischen dem Rand (20) und einem Vorsprung (26) umfaßt, der von diesem Rand vorsteht.

3. Rotorschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (28) den spitzen Winkel zwischen dem Rand (20) und einer Fläche (27) des Vorsprungs aufweist.

4-, Rotorschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (21) einen Abschnitt des Randes (20) umfaßt, der so ausgeschnitten ist, daß er einen Haken (22) bildet.

5. Rotorschaufel nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschnitt (21) den Rand (20) so schneidet, daß ein nach hinten weisender hinterschnittener Vorsprung (22) gebildet wird.

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6. Rotorschaufel nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschnitt (21) einen ausbrechbaren Abschnitt (23) aufweist, der den Ausschnitt (21) abdeckt und die glatte aerodynamische Oberfläche auf jener Seite der Plattform (17) aufrechterhält, von der der Arbeitsabschnitt (16) der Schaufel vorsteht.

7. Rotorschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (21, 28) in der Vorderhälfte des Randes (20) untergebracht ist.

8. Rotorschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel eine Gebläseschaufel (12) ist.

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