DE2743563C2

DE2743563C2 - Gasturbinen-Laufrad

Info

Publication number: DE2743563C2
Application number: DE2743563A
Authority: DE
Inventors: Robert Francis Schenectady N.Y. Hoeft
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1977-09-28
Publication date: 1986-04-30
Also published as: CA1076486A; GB1585186A; JPS6056884B2; JPS5364110A; DE2743563A1; US4088421A

Description

exzentrischen Massen und dazwischen ein querschnittsverminderter Bereich verwendet wird, wird ein Ende des Bolzens durch das Zentrifugalmoment relativ zum anderen Ende des Bolzens verdreht, um so für einen Reibeingriff eines jeden Bolzenendes an einer Abdeckplatte zu sorgen, wodurch Dimensionsunterschiede zwischen den Abdeckplatten ausgeglichen werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in eine·- vergrößerten perspektivischen Darstellung einen Teil der Gasturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig.2 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Gemäß F i g. 1 weist ein Turbinenrad mehrere Laufschaufeln 14 mit einem langgestreckten Schaftteil 24 auf, der sich unterhalb eines Plattformteils 28 im wesentlichen radial erstreckt Bn Schaufel- oder Flügelteil 30 geht im wesentlichen radial von dem Plattformteil 28 aus. Die Plattformteile 28 sind entsprechend bemessen und geformt, so daß sie in Umfangsrichtung eng nebeneinander oder aneinander anliegend angeordnet sind, so daß sie gemeinsam eine ringförmige innere Strömungsbegrenzung für einen Arbeitsmittelstrom bilden, der sich quer zu den Laufschaufelflügelteilen 30 bewegt Auf jeder Seite des Turbinenrades sind mehrere Abdeckplattcn 36 vorgesehen, um den Fluidleckstrom in axialer Richtung zwischen benachbarten Laufschaufel-Schaftteilen 24 zu sperren bzw. zu blockieren. Die Abdeckplatten 36 sind an ihren radial inneren Enden in geeigneter Weise an dem Turbinenrad befestigt, und sie erstrecken sich radial bis nahe an die Laufschaufelplattformen 28, um so gemeinsam eine im wesentlichen geschlossene ringförmige Platte zu bilden, die sich an jeder Seite des Turbinenrades zwischen dieser und den Plattformen 28 erstreckt Jede Abdeckplatte 36 kann so ausgebildet sein, daß sie an ihren radialen Kanten mit jeder unmittelbar benachbarten Abdeckplatte 36 überlappend angeordnet ist. um so die Strömungsmittelsperre zu verbessern.

Um die Dichtungs- oder Strömungsmittelsperreigenschaften der Abdeckplatten weiter zu verbessern, können die Laufschaufelplattformteile 28 mit radial nach innen weisenden sich in UmfangTichtung erstreckenden Nuten 38 versehen sein, die entsprechend bemessen und aufgebaut sind, um das radial äußere Ende der Abdeckplatten 36 in losem Sitzeingriff aufzunehmen.

Ein Dichtungs- und Dämpfungsbolzen 42 erstreckt sich im wesentlichen axial zwischen jeweils zwei in Umfangsricbtung benachbarten Laufschaufeln 14 und wird durch geeignete Mittel in einer Position unter und längs der Grenzstelle zwischen benachbarten Laufschaufelplattformteilen 28 gehalten, jeder Bolzen 42 hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt, und die Stützmittel haben gemäß der Darstellung eine an jedem Ende des Bolzens 42 ausgebildete Aussparung 44. Auf diese Weise werden teilweise kreisföi mige oder halbkreisförmige Verlängerungen 46 gebildet, die sich von jedem Ende des Bolzens erstrecken und die in losen Eingriff mit Stütz- bzw. Halteöffnungen 48 kommen. Die Stützöffnungen 48 werden gemeinsam von den Plattformen 28 und den Abdeckplatten 36 gebildet Der die Bolzenstützöffnung 48 bestimmende Teil einer jeden Plattform 28 ist vorzugsweise wie bei 50 abgeschrägt, um so eine allgemein V-förmige, radial nach innen weisende Nut längs der Grenzsteile eines jeden Paares von benachbarten Laufschaufelplattformen 28 zu bilden.

Jeder Dichtungs- und Dämpfungsbolzen 42 ist mit zumindest einer exzentrischen Masse 62 versehen, deren Schwerpunkt gegenüber der Mittellinie des Bolzens 42 verschoben und so angeordnet ist daß bei einem Drehen des Turbinenrades ein zentrifugales Moment M erzeugt wird, das den Bolzen 42 um seine axiale Mittellinie dreht bis zu einer Reibanlage, wie sie bei 64 gezeigt ist, mit der Abdeckplatte 36. Jeder Bolzen 42 wird durch die Stütz- bzw. Halteöffnungen 48 in axialer Ausrichtung mit und radial innen von der Grenzstelle zwischen benachbarten Schaufelplattformen getragen, so daß eine Drehung des Turbinenrades jeden Bolzen 42 dazu veranlaßt, sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft radial nach außen zu bewegen bis zu einem Strömungsmittelsperreingriff mit den abgeschrägten Oberflächen 50 von benachbarten Laufschaufelplattformen 28.

Jede Bolzenverlängerung 46 enthält einen sich axial erstreckenden, im wesentlichen ebenen Teil 66, der an einer sich radial erstreckenden Bolzenendfläche 68 en· det Die Endflächen 68 haben e^; *-n solchen Abstand bzw. sind so angeordnet daß sie an den nach innen zeigenden Oberflächen ihrer abstützenden Abdeckplatten 36 anliegen und ein axiales Herausgleiten des Bolzens 42 aus seiner Position gemäß F i g. 1 verhindern, in der rf;e Bolzenverlängerungen 46 mit den Stütz- bzw. Halteöffnungen 48 in Eingriff sind. Der von der Abdeckplatte 36 gebildete Teil der Stützöffnung 48 kann einen nach unten abgestuften Teil oder eine Oberfläche 70 des radial äußeren Randes der Abdeckplatte 36 aufweisen. Gemäß F i g. 1 ist der Bolzen 42 so eingebaut daß der im wesentlichen ebene Teil oder die Oberfläche 66 der Bolzenverlängerung 46 auf den im wesentlichen ebenen, nach unten abgestuften Randteil 70 der Abdeckplatte 36 weist

Die radiale Höhe h der Stötzöffnung 48 ist kleiner bemessen als die diametrale Weite W der Bolzenverlängerung 46, um sicherzustellen, daß wie bei 64 ein Anlageeingriff auftritt wenn der Bolzen 42 in Abhängigkeit von der Zentrifugalkraft um seine Achse gedreht wird. Die exzentrische Masse 62 kann verschiedenartige F ormen annehmen. Beispielsweise kann sie von ein oder mehreren Vorsprüngen des Bolzens 42 gebildet werden, wobei diese Vorsprünge gemäß Fig. 1 zylindrisch, gemäß F i g. 2 rechtwinklig oder in irgendeiner anderen zweckmäßigen Form ausgebildet sein können. Die Vorsprünge können auch mit dem Bolzen 42 einteilig ausgebildet sein, beispielsweise durch Gießen oder Schmieden. Oder sie können separat ausgebildet und an dem Bolzen 42 durch einen Preßsitz, durch Schweißung oder durch andere geeignete Mittel befestigt sein.

Die Anlagekraft zwischen dem Bolzen 42 und der Abdeckplatte 36 und jomit der Grad der für die Abdeckplatte 36 bei einer gegebenen Raddrehzahl gebildeten Dämpfung verändern sich mit dem Gewicht der exzentrischen Mdsse(n) 62. dem Abstand des Schwerpunktes 72 der exzentrischen Masse von der axialen Mittellinie des Bolzens 42 und der Abmessung W der Bolzenverlängcrung 46. Somit können diese Parameter für eine gegebene Anwendung verändert werden, um die erwünschte Größe der Dämpfung zu bilden.

In F i g. 2 ist ein weiteres Ausführung?beispiel des Bolzens 42 dargestellt Dieser enthält einen quefschnittsverminderten Halsteil oder -bereich 74 mit vermindertem Querschnitt, der von einer Aussparung 78 zwischen zwei mit axialem Abstand angeordneten exzentrischen Massen 62 gebildet wird. In Fi g. 2 sind die exzentrischen Massen 62 als zusammenhängend angegossene, rechtwinklige Vorsprünge dargestellt. Der

Halsteil 74 ist in Verbindung mit dem Gewicht und der Lage des Schwerpunktes der exzentrischen Massen 62 sowie den Eigenschaften des Bolzenmaterials so bemessen, daß der Halsteil 74 verdreht bzw. verdrillt und hierdurch zwischen den im wesentlichen zylindrischen BoI- zenteilen an jeder axialen Seite des Halsteils 74 eine relative Drehung ermöglicht wird. Auf diese Weise erfolgt an jedem Ende des Bolzens 42 wie bei 64 ein Anlageeingriff, auch wenn eine gewisse dimensionale Abweichung zwischen den Abdeckplatten an jeder axialen Sei- te des Turbinenrades vorliegt.

Im Betrieb werden die Bolzen 42 durch Zentrifugalkraft radial nach außen in einen Anlageeingriff mit den Plattformen 28 von benachbarten Laufschaufeln 14 gedrückt, um jeglichen Abstand bzw. Spielraum, der an is der Grenzstelle solcher benachbarter Laufschaufelplattformen auftreten kann, zu schließen bzw. zu sperren. Außerdem erzeugt die auf die exzentrische Massein) 62 einwirkende Zentrifugalkraft um die axiale Mittellinie des Bolzens 42 ein Moment M, das den Bolzen um seine Mittellinie dreht, bis zumindest ein vorspringendes Ende 46 des Bolzens anstößt und eine Kraft auf den nach unten abgestuften äußeren Randteil 70 einer Abdeckplatte 36, wie bei 64, ausübt. Die Anlagekraft an den Abdeckplatten genügt zum Ausgleichen des durch die exzentrische Masse 62 erzeugten Moments M. Wie bereits erwähnt wurde, erstrecken sich die radial äußeren Enden der Abdeckplatten 36 bis nahe an die Plattformen 28 heran, aber sie werden hierdurch nicht völlig festgehalten und können somit frei schwingen. Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau würden solche Schwingungen zu einer wärmeerzeugenden relativen Gleitbewegung zwischen dem Bolzen 42 und der Oberfläche 70 führen. Auf diese Weise wird die Schwingungsenergie der Abdeckplatte durch die Wirkung der wärmeerzeugenden Gleitbewegung zwischen dem Bolzen 42 und der zugeordneten Abdeckplatte teilweise verbraucht oder gedämpft Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die Anlagekraft zwischen dem Bolzen und der Abdeckplatte ausreichend groß sein kann, um das äußere Ende der Abdeckplatte tatsächlich an einer Schwingung in einigen Grundmoden zu hindern. In diesem Fall erfolgt keine relative Gleitbewegung zwischen dem Bolzen sowie der Abdeckplatte, und das äußere Ende der Abdeckplatte wird an einer Bewegung gehindert. Um eine größere Wahrscheinlichkeit für einen Reibeingriff beider BoI-zenendvorsprünge 46 mit den Abdeckplatten 36 an jeder axialen Seite des Turbinenrades zu erhalten, kann der Bolzen mit den wenigstens zwei im Abstand angeordneten exzentrischen Massen 62 und einem dazwi- sehen befindliche» querschnittsverminderten Bereich 74 versehen sein. Wenn bei einem solchen Aufbau Abmessungsveränderungen zwischen der Lage der nach unten abgestuften Oberfläche 70 der Abdeckplatte an einer axialen Seite des Turbinenrades relativ zu einer V-förmigen Nut der Plattform und der Lage der nach unten abgestuften Oberfläche 70 der Abdeckplatte an der anderen axialen Seite des Turbinenrades relativ zu einer V-förmigen Nut der Plattform auftreten, so daß der Anlageeingriff, wie bei 64, zuerst nur an einem axialen Ende des Bolzens 42 auftritt, ist das Moment M, das von der exzentrischen Masse 62 an dem Ende des Bolzens, welches sich noch nicht in Anlageeingriff befindet, durch Zentrifugalwirkung erzeugt wird, ausreichend, um den Bolzen zu verdrehen, bis ein solcher Anlageeingriff auftritt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Verlängerungen (46) größer als die radiale Höhe (h) Patentansprüche: der Stütz- bzw. Halteöffnung (48) ist

1. Gasturbinen-Laufrad mit mehreren daran befe-

stigten Laufschaufeln, die jeweils einen Platiformteil 5

aufweisen, der mit radialem Abstand außen von dem

Laufrad angeordnet ist und in Verbindung mit den Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinen-Laufanderen Plattformteilen benachbarter Laufschau- rad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
fein eine innere Begrenzung für einen Arbeitsmittel- Ein derartiges Gasturbinen-Laufrad ist aus der strom bildet, wobei auf jeder axialen Seite des Lauf- to CH-PS 4 03 402 bekannt Dort sind an jeder Seite der rades mehrere Abdeckplatten befestigt und in en- Laufschaufelschafte in Abschnitte unterteilte Abdeckgem Abstand zu den Plattformteilen angeordnet platten vorgesehen, um zwischen benachbarten Laufsind zur Bildung einer im wesentlichen geschlosse- Schaufelschaftteilen den Gasstromleck in axialer Richnen Ringplatte, die sich zwischen dem Laufrad und tang zu reduzieren. Solche Abdeckplatten haben allgeden Plattformen an jeder axialen Seite des Laufrades l~ mein eine kleine axiale Dicke und können an ihren radial erstreckt, wobei sich ferner in ringförmiger Anord- inneren Enden an dem Turbinenrad befestigt werden nung jeweils ein Bolzen axial zwischen jedem Paar und mit sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schlitin Umfangsrichtung benachbarter Laufschaufeln so- zen in Eingriff kommen, die an der radial inneren Seite wie radial innen von den Laufschaufelplattformen der Laufschaufelplattformen ausgebildet sind. Der Turerstrecki <md Mittel vorhanden sind, die jeden BoI- 20 binenaufbau enthält gewöhnlich einen ringförmigen zen an seinem axialen Ende radial innen von und mit Bolzen, der den Spalt zwischen benachbarten Laufder Grenzstelle des zum Bolzen gehörigen Paares Schaufelplattformen abdichtet und für eine Dämpfung von benachbarten Laufschaufelplattformen im we- der Laufschaufeln sorgt Die Bolzen sind mit ausgesparsentlichen ausgerichtet abstützen derart, daß der ten Enden versehen und erstrecken sich axial unter den Bolzen bei einer Drehung des Laufrades durch Zen- 25 Laufschaufelplattformen, wobei sie an jedem Ende trifugalwirkung in einen Anlageeingriff mit den durch Eingriff ihrer ausgesparten Enden mit in den Ab-Plattformen gedrückt ist dadurch gekenn- deckplatten ausgebildeten Ausschnitten abgestützt zeichnet, daß jeder Bolzen (42) wenigstens eine werden. Bei solchen Konstruktionen muß das radial äu-Masse (62) enthält die relativ zu der axialen Mittelli- ßere Ende der dünnen Abdeckplatten in einem Abstand nie des Bolzens (42) exzentrisch angeordnet: und so 30 von bzw. mit Spielraum zu der Laufschaufelplattform ausgericht.» ist daß die exzentrische Masse (62) bei angeordnet sein. Obwohl sich die radial äußeren Enden einer Drehung des Laufrades um die axiale Mittelli- der Abdeckplatten in einen Plattformschlitz oder eine nie des Bolzens (42) ein Moment (M) erzeugt wobei Nut erstrecken können, können sie frei schwingen. Es die Abstützmittel so angeordnet sind, daß das Mo- wurde festgestellt daß die Abdeckplatten einer derartiment (M) den Bolzen (42) bis in einen Reibeingriff 35 gen Anordnung gegenüber Schwingungen empfindlich mit einem radial äußeren Endteil von zumindest ei- sind und Langzeitfehler bzw. Ermüdungserscheinungen ner Abdeckplatte (36) dreht auftreten können.

2. Laufrad nach Anspruch 1. dadurch gekennzeich- Es ist Aufgabe der Erfindung, für eine Dämpfung der net daß jeder Bolzen (42) an jedem axialen Ende in radial äußeren Enden der Abdeckp'atten zu sorgen,
einen Reibeingriff mit einer Abdeckplatte (36) ge- 40 Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßdreht ist nahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Paient-

3. Laufrad nach Anspruch 1. dadurch gekennzeich- anspruchs 1 gelöst

net, daß der Bolzen (42) zumindest zwei in axialem Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Abstand angeordnete exzentrische Massen (62) auf- den Unteransprüchen gekennzeichnet
weist und dazwischen mit einem einen verminderten 45 Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen Querschnitt aufweisenden Halsteil (74) versehen ist insbesondere darin, daß durch den Reibeingriff des erder so bemessen ist daß das eine axiale Ende des findungsgemäßen Bolzens mit dem radial äußeren Rand Bolzens (42) durch das Moment (M), das von der der Abdeckplatten deren Schwingungen gedämpft wereinen exzentrischen Masse (62) erzeugt ist, relativ zu den.

dem anderen axialen Ende des Bolzens (42) verdreh- 50 Dies wird durch die exzentrische Masse des Bolzens

bar ist. erreicht dessen Schwerpunkt von der axialen Mittelli-

4. Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- nie des Bolzens verschoben ist Der Bolzen wird an durch gekennzeichnet daß jede Abdeckplatte (36) jedem axialen Ende lose abgestützt bzw. gehalten, und an ihrem radial äußeren Rand mit wenigstens einem zwar durch Eingriff von ausgesparten Enden des BoI-nach unten abgestuften Teil (70) versehen ist der in 55 zens mit Stütz- bzw. Halteöffnungen, die gemeinsam der Abdeckplatte (36) eine Aussparung begrenzt, von den Abdeckplatten und den Plattformen der Turbiwelche mit einem Umfangsrand eines Laufschaufel- neniaufschaufeln gebildet werden. Jeder Bolzen erplattformteils (28) ausgerichtet ist und in Verbin- streckt sich axial zwischen zwei in Umfangsrichtung bedung damit eine Stütz- bzw. Halteöffnung (48!) bildet nachbarten Turbinenlaufschaufeln an einer Stelle nahe und daß der Bolzen (42) einen axial langgestreckten, 60 an und unterhalb der Grenzstelle der Plattformteile von zylindrischen Teil und davon ausgehende, im Quer- in Umfangsrichtung benachbarten Laufschaufeln. Wenn schnitt halbkreisförmige Verlängerungen (46) auf- das Turbinenrad umläuft, wird der Bolzen durch die weist, wobei die axiale Länge des Bolzens (42) derart exzentrische Masse oder durch das hierdurch erzeugte bemessen ist, daß sich der Bolzen (42) im wesentli- zentrifugale Moment in einen Reibungseingriff mit zuchen axial unter dem Laufschaufelplattformtei¹ (28) 65 mindest einer Abdeckplatte gedreht und auch zentrifuerstreckt und jede halbkreisförmige Verlängerung gal gegen die Laufschaufelplattformen gedruckt, so daß (46) in eine der Stütz- bzw. Halteöffnungen (48) ragt, der Fluidleckstrom an der Grenzstelle der Laufschaufel- und die diametrale Weite (W)der halbkreisförmigen plattformen gesperrt wird. Wenn ein Bolzen mit zwei