DE3037388C1

DE3037388C1 - Bandage zur radialen Spannung der Segmente eines aus Einzelsegmenten aufgebauten Verdichterlaufrades fuer Gasturbinen

Info

Publication number: DE3037388C1
Application number: DE3037388A
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Kochendörfer
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5300 Bonn; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1980-10-03
Filing date: 1980-10-03
Publication date: 1982-06-16
Also published as: FR2491545B1; US4397609A; FR2491545A1; GB2084664B; GB2084664A

Description

Die Erfindung betrifft eine Bandage aus faserverstärktem Werkstoff zur radialen Spannung der Segmen- es te eines aus Einzelsegmenten aufgebauten Verdichterlaufrades für Gasturbinen, welche im Ruhezustand des Laufrades unter Vorspannung steht

Axialverdichterlaufräder für Gasturbinen werden beispielsweise in Flugzeugantriebsturbinen verwendet und dienen der Förderung und Kompression der Verbrennungsluft. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit und zur Verbesserung der Leistung werden einerseits leichte Laufräder mit niedrigem Trägheitsmoment und damit günstigem Beschleunigungsverhalten angestrebt, andererseits muß jedoch dafür Sorge getragen werden, daß derartige Laufräder den hohen Anforderungen an die Zeitstandfestigkeit trotz der hohen Fliehkraftbeanspruchung bei hohen Drehzahlen entsprechen können.

Es sind Laufräder bekannt, bei denen Schaufeln aus Faserverbundwerkstoffen mit Schwalbenschwanzfüßen an einer einstückig ausgebildeten Scheibe befestigt sind. Dazu ist ein erhebliches Materialvolumen in der Scheibe notwendig, welches zu hohen dynamischen Massenkräften führt. Diese können infolge des unterschiedlichen Dehnverhaltens von Scheibe und Ring nur sehr unvollständig von Faserverbundwerkstoffbandagen aufgenommen werden (Stargardter, Jakobsen, Boron-Polyimide reinforced titanium fan desks, Agard-Conference proceedings Nr. 112, Mai 1973, Seite 21 — Iff).

Bei einem weiteren bekannten Axiallaufrad sind die Laufschaufeln mittels einer Bolzenfußbefestigung in die faserverstärkten Halteringe eingehängt. Eine solche Befestigung der metallischen Schaufeln führt zu keiner gleichmäßigen Einleitung der fliehkraftbedingten Schaufelkräfte in die Halteringe. Es ergeben sich dabei Spannungsspitzen im polygonzugartigen Spannungsverlauf. Zudem ist es bei diesem Schaufelanschluß vor allem bei kleinen Scheibendurchmessern nicht möglich, die für Faserverbundschaufeln erforderliche Schubübertragungsfläche zu realisieren (DE-PS 24 41 249).

Bei einem scheibenförmigen Laufrad für eine hochtourige Axialgasturbine ist vorgesehen, daß das aus Keramik aufgebaute Laufrad aus einzelnen Segmenten besteht, die mittels einer Schrumpfbandage aus Faserwerkstoff zu einer Scheibe zusammengespannt sind. Die Bandage soll dabei im Ruhezustand unter Zugvorspannung stehen, die so groß gewählt ist, daß sich bei Betrieb des Laufrades im wesentlichen keine Zugbelastungen für die zusammengespannten Laufschaufelteile ergeben (DE-PS 25 07 512).

Dabei hat sich jedoch — ähnlich vie bei anderen bekannten Vorrichtungen — herausgestellt, daß die Bandagen in speziellen Anwendungsbereichen, insbesondere bei sehr hochtourigen Turbinen, die auf sie einwirkenden Zugkräfte nicht in der gewünschten Weise aufnehmen können. Teilweise reicht die Zugfestigkeit der faserverstärkten Werkstoffbandagen nicht aus, teilweise ergeben sich Beschädigungen der Bandagen im Bereich von Spannungsspitzen also in dem Bereich, in dem beim segmentartigen Aufbau des Laufrades bei höheren Drehzahlen Spalte zwischen den Segmenten auftreten, die zwangsläufig zu Spannungsspitzen in den umgebenden Bandagen führen. Insbesondere Bandagen mit hoher Steifheit sind gegen solche Störungen sehr anfällig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Bandage derart zu verbessern, daß sie den höheren Anforderungen bei schnellaufenden, segmentförmig aufgebauten Laufrädern besser gerecht werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Bandage der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bandage Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit und unterschiedlicher Zugfestigkeit aufweist

Auf diese Weise wird es möglich, die Bandage optimal an die jeweils auftretenden mechanischen Belastungen

30 37

anzupassen und dafür Sorge zu tragen, daß möglichst keine örtliche Überbeanspruchung der Bandagen auftritt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, daß die Bandage zwei übereinanderliegende Halteringe umfaßt, wobei der innere vorgespannt ist und eine hohe Festigkeit aufweist, während der äußere nicht vorgespannt ist und eine hohe Steifigkeit aufweist. Dieser Aufbau hat den Vorteil, daß der innere, an der Anlagefläche der Segmente anliegende Teil der Bandage, der über eine hohe Festigkeit verfügt, die Vorspannung übernimmt. Nicht nötig ist hingegen, daß der innere Bereich oder Haltering auch über eine hohe Steifigkeit verfügt, daß er also, wie beschrieben — gegen Spannungsspitzen besonders anfällig ist. Es ist vielmehr möglich, hier eine Materialkombination zu wählen, die keine besonders hohe Steifigkeit aufweist und daher auch gegen Spannungsspitzen nicht besonders empfindlich ist Dagegen gewährleistet der innere Haltering aufgrund seiner hohen Festigkeit, daß die erforderliche Vorspannung und die im Betrieb zur Kompensation der Zentrifugalkräfte auftretende Spannung gegeben sind.

Umgeben wird dieser innere Haltering von einem äußeren Haltering mithoher Steifigkeit, der dafür Sorge trägt, daß keine allzu große Gesamtaufweitung des Laufrades auftritt Dieser äußere, eine hohe Steifigkeit aufweisende Haltering muß dagegen nicht eine so hohe Festigkeit aufweisen wie der innere Haltering, da die Vorspannung im wesentlichen vom inneren Haltering aufgenommen wird. Eine solche Kombination in einer Bandage ermöglicht es, insgesamt höhere Druckvorspannungen auf die Segmente auszuüben, so daß auch bei höheren Drehzahlen eine Spaltbildung zwischen den einzelnen Segmenten weitgehend vermieden werden kann.

Da sich die vorgespannten Segmente im Druckbereich mechanisch wie eine in sich geschlossene Scheibe verhalten, treten bis zur Spaltbildung auch keine Spannungsspitzen und keine Unwuchtprobleme auf. Tritt wie angestrebt die Spaltbildung erst bei hohen Drehzahlen auf, werden die Einzelsegmente durch die hohen Fliehkräfte 50 stark gegen die Bandage gepreßt, daß sie sich nicht infolge von Gas- oder Massenkräften verschieben, wodurch eine Unwuchtvergrößerung vermieden wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der innere Haltering bei ruhendem Laufrad nur in dem Bereich der Segmentauflagefläche . an dieser anliegt, der bei Drehung stärkeren Verformungen unterworfen ist während im übrigen Bereich zwischen Haltering und Segmentauflagefläche ein Abstand vorgesehen is£ der so bemessen ist daß der Haltering in diesem Bereich erst mit steigender Drehzahl an der Segmentauflagefläche zur Anlage gelangt ·

Diese Ausgestaltung ermöglicht es auch, dem unterschiedlichen Verformungsverhalten der Segmentauflagefläche Rechnung zu tragen. In der Regel wird diese einseitig mit dem Schaufelfuß in Verbindung. stehende Segmentauflagefläche auf der gegenüberliegenden Seite frei enden, so daß die Verformung im äußeren Bereich der Auflagefläche und in dem dem Fuß nahegelegenen Bereich sehr unterschiedlich ist Es wird in der Regel zu beobachten sein, daß am freien Ende eine wesentlich größere Verformung auftritt Es ist in diesem Falle günstig, den relativen Abstand der Auflagefläche und der Innenfläche der Bandage derart zu wählen, daß die Bandage bei zunehmender Drehzahl sukzessive an der Auflagefläche zurÄnlage gelangt.

Dabei ist vorzugsweise zwischen innerem Haltering und Auflagefläche ein Spalt kontinuierlich zunehmender Dicke vorgesehen, dessen Querschnittskontür dabei vorzugsweise so gewählt ist, daß die von der Bandage aufzunehmenden mechanischen Beanspruchungen gewisse Grenzwerte nicht überschreiten, daß also mit anderen Worten im stärker verformbaren Bereich der Auflagefläche keine zu hohen Dehnungswerte auftreten. Es kann dabei auch vorgesehen sein, daß der Haltering mindestens zwei Bereiche mit verschiedenem Innendurchmesser aufweist, und daß er in dem anliegenden Bereich hohe Festigkeit und hohe Dehnung, im nichtanliegenden Bereich hohe Steifigkeit aufweist. In dem im Ruhezustand nicht anliegenden Bereich kommt die Segmentanlagefläche erst bei relativ hohen Drehzahlen zur Anlage, eine hohe Dehnbarkeit und eine besonders hohe Festigkeit sind hier nicht notwendig, dagegen muß der Teil der Bandage, der an dem sich stark verformenden Bereich der Auflagefläche anliegt, eine hohe Dehnbarkeit und eine hohe Festigkeit aufweisen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen Bandage und Auflagefläche und/oder zwischen der Seitenfläche der Bandage und der angrenzenden axialen Segmentstützfläche Metallringe eingelegt sind. Diese Ringe, die sehr dünn sein können, vergleichmäßigen Spannungsspitzen und verhindern mit Sicherheit, daß beim Auftreten von Spalten zwischen benachbarten Segmenten Teile der Bandage in diese Spalten eindringen und in diesen eingeklemmt werden, wenn beim Herabsetzen der Drehzahl die Segmente unter dem Einfluß der Zugspannung der Bandage wieder gegeneinander gepreßt werden.

Bei einer Ausgestaltung mit mehreren in axialem Abstand voneinander angeordneten Laufrädern können zwischen benachbarten Laufrädern Distanzhülsen aus faserverstärktem Werkstoff angeordnet sein, deren Endbereiche Teil der den beiden Laufrädern zugeordneten Bandagen sind. Die Distanzhülsen können die darunter angeordneten Lagen der Bandage auch nur teilweise überdecken.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn zwischen den Endbereichen der Distanzhülse und dem überdeckten Bereich des darunterliegenden Halteringes ein Reibschluß besteht, wobei Festigkeit und Steifigkeit in den Endbereichen der Distanzhülse derart gewählt werden, daß während des gesamten Drehzahlbereiches des Laufrades ein Mindestwert der Reibungskraft nicht unterschritten wird.

Die Einstellung der Steifigkeit und der Festigkeit kann dabei so gewählt werden, daß in den überdeckenden Endbereichen der Distanzhülse eine während; des gesamten Drehzahlbereiches nahezu konstante Reibungskraft aufrechterhalten wird; daß also mit anderen Worten die Verformung der überdeckten Halteringe an der äußeren Umfangsfläche der Verformung an der inneren Umfangsfläche des Distanzhülsenendbereiches entsprechen. Es ist aber auch möglich, die Endbereiche der Distanzhülsen so auszulegen, daß sie zur nach innen gerichteten Spannung nicht nur mit einem konstanten Wert beitragen; sondern mit, einem'Wert, der sich mit zunehmender Drehzahl erhöht Dies'erf eight märt darin, wenn die Dehnung des Distanzhülsenendbereiches unter deva^\^üB\derEi^ei^ish^Mf&gunn$er isVals

die. Dehnung des" Auße'nümfahgs Ideij ^berdecikteh Halteringe aufgrund der dynamischen Beänspruchun-

gen,^ _: ■. .-:.■ ■ .-. :

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausfüh-■ rungsforrnen-der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt

Fig.il eine perspektivische Teilansieht eines Verdiehterlaüfrades und einer aufgeschnittenen Bandage zur Spannung· der Laufradsegmente in radialer Richtung,

Fj g. 2 eine Teilschnittansicht durch den Fuß eines Laufradsegmentes und die Bandage zur radialen Spannung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispie!ider Erfindung,

Fig.3 eine Ansicht ähnlich Fig,2 eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig.4 eine Teilschnittansicht durch die Füße benachbarter Laufradsegmente mit zugehörigen Bandagen und einer Distanzhülse,

Fig.5 eine Ansicht ähnlich Fig.3 eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Der grundlegende Aufbau eines Verdichterlaufrades für Axialgasturbinen gemäß der Erfindung ergibt sich aus der Darstellung der Fig. 1. Das Laufrad ist zusammengesetzt aus Einzelsegmenten 1, die jeweils einen segmentförmigen Fuß 2 und eine daran gehaltene Verdichterschaufel 3 umfassen. Der Fuß besteht vorzugsweise aus einem Werkstoff geringer Dichte, beispielsweise aus Aluminium, die Verdichterschaufeln können z. B. aus faserverstärktem Aluminium hergestellt werden. Wesentlich ist für den Betrieb bei hoher Drehzahl einmal, daß die gesamte Konstruktion geringe jo Massen aufweist, und zum anderen, daß das Trägheitsmoment gering ist, daß also die Massen möglichst achsnah konzentriert sind.

Um die Einzelsegmente 1 zusammenzuhalten, sind alle Einzelsegmente 1 durch koaxial angeordnete Bandagen 4 radial nach innen gespannt, die sich an entsprechenden Schultern 5 und 6 an der Anströmseite des Verdichterlaufrades und an der Abströmseite abstützen.

In F i g. 1 ist zur Erhöhung der Deutlichkeit nur eine Bandage an der Anströmseite dargestellt, die außerdem aufgeschnitten ist, um den Aufbau der Bandage deutlich zu machen. Diese Bandage besteht aus zwei aufeinanderliegenden Halteringen 7 und 8, die beide aus faserverstärktem Werkstoff bestehen, insbesondere aus kohlenstoffverstärktem Epoxydharz oder Polyimidharz oder borfaserverstärktem Aluminium. Es können auch andere Werkstoffkombinationen verwendet werden, sofern sie die im folgenden beschriebenen Eigenschaften aufweisen.

Der innere Haltering 7 weist erfindungsgemäß bei niederer Dichte eine sehr hohe Zugfestigkeit-s-auf, bei Verwendung von kohlenstoffverstärktem Epoxydharz beispielsweise eine Zugfestigkeit in der Größenordnung von 1500 N/mm², während für den äußeren Haltering 8 eine hohe Steifigkeit Ε/ρ wesentlich ist Diese Steifigkeit ergibt sich durch den Quotienten Elastizitätsmodul/ Dichte. Für den äußeren Haltering, sind dabei Elastizitätsmoduln in der Größenordnung von 200 bis 250 KN/mm² erstrebenswert, um eine möglichst geringe Aufweitung zu erhalten.

Dagegen kann die Steifigkeit des inneren Halterings 7 geringer sein, hier können Elastizitätsmoduln in der Größenordnung von 120 bis 150 KN/mm² Verwendung finden. Analog kann die Zugfestigkeit des äußeren Halteringes 8 relativ gering sein, sie kann beispielsweise in der Größenordnung von 800 bis 900 N/mm² liegen.

Insgesamt ergibt sich somit eine Kombination eines inneren Halterings mit höherFestigkeit; aber'geringerer Steifigkeit und eines äußeren nalteririgs¹ mit einer geringeren Zugfestigkeit, dafür aber einer höheren Steifigkeit. ■:·.-.."■-/■

Vorzugsweise ist der · innere Haltering' 7 auFgeschrumpft, d. h., er spannt die einzelnen Segmente beim Stillstand des Laufrades kräftig zusammen. Der äußere Haltering 8 kann derart dimensioniert sein, daß er ohne wesentliche Vorspannung den Haltering 7 umgibt, so daß die radiale Druckspannung auf die Segmente bei stillstehendem Laufrad Im wesentlichen nur vom inneren Haltering aufgebracht wird.

Im Betrieb dehnen sich beide Halteringe unter dem Einfluß der Fliehkräfte mit zunehmender Drehzahl. Dabei wird der äußere Haltering 8 aufgrund seiner hohen Steifigkeit nun auch in zunehmendem Maße zu der nach innen gerichteten Druckbelastung beitragen oder mit anderen Worten, die auftretenden Zentrifugalkräfte mit aufnehmen. Durch entsprechende Wahl der einzelnen Ringquerschnittsflächen wird das Erreichen der Bruchspannung vermieden.

In dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen den inneren Haltering 7 und die Schulter 5 noch ein dünner Ring 9 aus einem duktilen Metall eingelegt, beispielsweise ein Stahlring. Dieser dient als Auflage für den inneren Haltering 7 und verhindert, daß bei hohen Drehzahlen, Jjei denen zwischen den Segmenten schmale Spalte*auftreten können, Material des Halteringes 7 in die Spalte eindringt. Dadurch wird eine Verletzung des inneren Halteringes durch die Kanten der Segmente vermieden. Außerdem ist sichergestellt, daß das Material des inneren Halteringes beim Herabsetzen der Drehzahl nicht in den sich schließenden Spalten der Segmente eingeklemmt wird.

Die in Fig. 1 nicht dargestellte Bandage auf der Abströmseite kann in gleicher Weise aufgebaut sein.

In F i g. 2 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bandage dargestellt, wobei auch der Fuß des Segments insoweit abgewandelt ist, als die auf der Schulter aufruhende Bandage zumindest teilweise in eine seitlich eingestochene Ringnut des Fußes eingelegt ist.

Die Bandage besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei nebeneinander angeordneten Halteringen 10 bzw. 11, wobei der äußere Haltering 10 ähnlich wie der innere Haltering 7 des in F i g. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiels aus einem Material hoher Zugfestigkeit und hoher Dehnung aber nicht notwendig hoher Steifigkeit besteht, während der innere Haltering 11 ähnlich wie der äußere Haltering 8 im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 aus einem Material hoher Steifigkeit und nicht unbedingt hoher Zugfestigkeit besteht.

Zwischen den äußeren Haltering 10 und die Schulterauflagefläche ist in ähnlicher Weise wie im Beispiel der Fig. 1 ein Metallring 12 eingelegt Die Dimensionierung des äußeren Halterings ist derart gewählt, daß er bei ruhendem Laufrad eine radiale Druckspannung erzeugt die Segmente also zusammenspannt.

Zwischen dem inneren Haltering 11 und' der Schulterauflagefläche ist ebenfalls ein Metallring 13 eingelegt. Die Dimensionierung des inneren Halteringes 11 ist dabei jedoch derart gewählt, daß bei ruhendem Laufrad zwischen der Schulterauflagefläche einerseits und dem Stahlring 13 oder zwischen dem gespannt auf der Schulter aufliegenden Stahlring 13 und dem inneren Haltering 11 ein geringer Spalt 14 freibleibt. Dieser Spalt hat sehr geringe Abmessungen, die in der

Größenordnung von lOOtel mm liegen; in der Darstellung der Fig.2 ist er der Deutlichkeit wegen stark übertrieben dargestellt.

Schließlich ist zwischen der Seitenfläche des inneren Halteringes 11 und der Seitenfläche des Fußes ein s weiterer Ring 20 aus duktilem Metall angeordnet, der in gleicher Weise wie die die Auflagefläche umgebenden Metallringe eine Verletzung des Halteringes 11 durch ein Einklemmen des Halteringmaterials in bei hoher Drehzahl entstehende Spalte zwischen den Segmenten verhindern soll.

Im Stillstand und bei geringen Drehzahlen werden die Segmente im wesentlichen durch den äußeren Haltering 10 zusammengespannt, der bei geringen Drehzahlen die auftretenden .Zentrifugalkräfte aufnehmen kann. Bei zunehmenden Drehzahlen erfolgt aufgrund der zwar hohen Zugfestigkeit, der jedoch nicht so großen Steifigkeit des äußeren Halteringes 10 eine Verformung der Einheit Schulter/Metallring — äußerer Haltering unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte. Der innere Haltering 11 hingegen, der eine recht hohe Steifigkeit aufweist, wird lediglich unter dem Einfluß der auf ihn wirkenden Eigenzentrifugalkräfte sehr wenig aufgeweitet, so daß mit zunehmender Drehzahl schließlich die Auflagefläche der Schulter an der Innenfläche des inneren Halteringes 11 zur Anlage gelangt, der somit bei steigender Drehzahl zusätzlich zur Erzeugung der nach innen gerichteten Druckspannung herangezogen wird. Durch den Spalt 14 wird also der innere Haltering erst bei höheren Drehzahlen »zugeschaltet«.

Ein ähnliches Ausführungsbeispiel ist in Fig.3 dargestellt; einander entsprechende Teile tragen gleiche Bezugszeichen.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ist die gesamte Schulterauflagefläche von einem sich über die gesamte Breite der Bandage erstreckenden Metallring umgeben. Die beiden nebeneinanderliegenden Halteringe 10 und 11 weisen auf ihrer der Schulterauflagefläche zugewandten Seite eine abgeschrägte Kontur auf, d. h., zwischen den beiden Halteringen 10 und 11 und der Schulterauflagefläche befindet sich ein Spalt, dessen Spaltbreite von außen nach innen größer wird. Die Spaltbreite liegt dabei ebenfalls in der Größenordnung von einigen lOOtel mm und ist in F i g. 3 aus Gründen der Verdeutlichung stark übertrieben dargestellt.

Bei dieser Ausführungsform nimmt der an der Schulterauflagefläche anliegende Bandagenbereich mit steigender Drehzahl kontinuierlich zu.

Statt der linear zunehmenden Breite des Spaltes 14 kann die Kontur entweder der Auflagefläche und/oder der Bandageninnenseite derart gewählt werden, daß die sukzessive Anlage der Bandage an der Schulterauflagefläche an die Verformung der Schulter des Fußes angepaßt ist. Diese Verformung hängt beispielsweise vom Querschnitt der Schulter und von dem Schultermaterial ab.

Die Kombination eines Bandagenbereiches mit hoher Festigkeit und eines Bandagenbereiches mit hoher Steifigkeit hat den Vorteil, daß die Bandage insgesamt die auftretenden Zentrifugalkräfte aufnehmen kann, ohne daß der hochzugfeste, aber eine geringe Steifigkeit aufweisende Haltering oder der umgekehrt hochsteife, jedoch eine geringe Zugfestigkeit aufweisende Haltering über ihre Maximalbelastungen beansprucht werden. Dabei kann durch das Vorsehen von Spalten zwischen den Bandagen und der Anlagefläche erreicht werden, daß insbesondere die steifen Halteringe keine sehr hohe Dehnung aufnehmen müssen, da sie erst an der Auflagefläche anliegen, wenn diese bereits einen erheblichen Teil der auftretenden Verformung erfahren hat. Der Dehnungsbereich der steifen Bandagenbereiche kann dadurch gering gehalten werden.

Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine ähnliche Ausgestaltung wie in den Ausführungsbeispielen der Fig.2 und 3; entsprechende Teile tragen daher gleiche Bezugszeichen.

Zwei Segmente von zwei koaxial angeordneten, benachbarten Laufrädern sind über eine Distanzhülse 15 miteinander verbunden, welche ebenfalls aus einem faserverstärkten Werkstoff besteht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel überdeckt die Distanzhülse 15 mit ihren Endbereichen 16 und 17 die äußeren Halteringe 10. Die Dimensionierung ist dabei derart gewählt, daß die Endbereiche 16 und 17 gegen die Außenflächen der äußeren Halteringe 10 gepreßt werden, so daß ein Reibschluß zwischen Distanzhülse einerseits und äußeren Halteringen andererseits entsteht.

Günstig ist es dabei weiterhin, wenn die Materialeigenschaften der Distanzhülse in ihren Endbereichen so eingestellt sind, daß die Reibungskraft im wesentlichen drehzahlunabhängig ist. Dies läßt sich dann erreichen, wenn die Dehnungseigenschaften der Distanzhülsenendbereiche denen der äußeren Halteringe entsprechen. Möglich ist jedoch auch, daß sich die Endbereiche der Distanzhülse aufgrund der Eigenfliehkraftbelastung etwas weniger dehnen als die äußeren Halteringe. In diesem Falle nehmen die Endbereiche der Distanzhülse bei steigender Laufraddrehzahl in zunehmendem Maße einen Teil der auftretenden Zentrifugalkräfte auf.

Außerhalb der Endbereiche ist die Distanzhülse entsprechend den an sie gestellten Forderungen, wie Torsionsfestigkeit, Torsions- und Biegesteifigkeit und/oder Axialbelastbarkeit durch geeignete Faseranordnung ausgelegt. Zudem besteht die Möglichkeit, das Wärmeausdehnungsverhalten »maßzuschneidern« und somit an die Gehäusedehnung anzupassen, wodurch die Spalte zwischen Laufschaufel Und Gehäuse minimiert und das Teillastverhalten verbessert werden können.

Es sind auch verschiedene Kombinationen der vorstehend beschriebenen Merkmale möglich. Beispielsweise können bei allen Anordnungen die Metallringe auch so angeordnet werden, wie es in den jeweils anderen Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist.

Beispielsweise ist in Fig.5 eine Anordnung dargestellt, die weitgehend der der Fig.3 entspricht. Im Unterschied dazu umfaßt die Bandage einen inneren Haltering 7 und einen äußeren Haltering 8, die in ihren Materialeigenschaften den Halteringen 7 urid 8 im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 entsprechen. Zwischen innerem Haltering 7 und Schulterauflagefläche ist ein Spalt 14 der Art vorgesehen, wie er im Ausführungsbeispiel der F i g. 3 zwischen der Auflagefläche einerseits und der Innenfläche der nebeneinanderliegenden Halteringe 10 und 11 angeordnet ist

Weiterhin ist ein mehrteiliger Aufbau der Bandage in der Weise möglich, daß nebeneinanderliegende Halteringe, wie sie anhand der Ausführungsbeispiele der Fig.2 bis 4 beschrieben sind, ergänzt werden durch einen oder mehrere in radialer Richtung außenliegende weitere Halteringe entsprechend dem Aufbau der Bandage in Fig. 1. Auch die weiter außen liegenden Halteringe können zusätzlich in nebeneinanderliegende Halteringe unterteilt sein.

Die Unterteilung der Bandage in einzelne Halteringe

230 224/557

unterschiedlicher Zugfestigkeit und unterschiedlicher Steifigkeit führt insgesamt zu einer Herabsetzung der unter dem Einfluß der Fliehkräfte möglichen Verformungen im Bereich der Krafteinleitung. Außerdem kann dadurch eine Anpassung an das Nachgiebigkeitsverhalten der segmentierten Laufradscheibe erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bandage aus faserverstärktem Werkstoff zur radialen Spannung der Segmente eines aus Einzel-Segmenten aufgebauten .Verdichterlaufrades für Gasturbinen, welche im Ruhezustand des Laufrades unter Vorspannung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandage Bereiche (7,8; 10,11; 16,17) unterschiedlicher Steifigkeit und unterschiedlicher Zugfestigkeit aufweist.

2. Bandage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei übereinanderliegende Halteringe (7. 8) umfaßt, wobei der innere vorgespannt ist und eine hohe Zugfestigkeit aufweist, während der äußere nicht vorgespannt ist und eine hohe Steifigkeit aufweist.

3. Bandage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei ruhendem Laufrad nur in dem Bereich der Segmentauflagefläche an dieser anliegt, der bei Drehung stärkeren Verformungen unterworfen ist, während im übrigen Bereich zwischen Bandage und Segmentauflagefläche ein Abstand (14) vorgesehen ist, der so bemessen ist, daß die Bandage in diesem Bereich erst mit steigender Drehzahl an der Segmentauflagefläche zur Anlage gelangt.

4. Bandage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Bandage und der Auflagefläche ein Spalt (14) kontinuierlich zunehmender Dicke vorgesehen ist.

5. Bandage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandage mindestens zwei Bereiche mit verschiedenem Innendurchmesser aufweist und daß sie in dem anliegenden Bereich hohe Festigkeit und hohe Dehnung, im nicht anliegenden Bereich hohe Steifigkeit aufweist.

6. Bandage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Bandage (4) und Auflagefläche und/oder zwischen der Seitenfläche der Bandage und der angrenzenden axialen Segmentstützfläche ein Metallring (9; 12,13; 20) eingelegt ist.

7. Bandage nach einem der voranstehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren in axialem Abstand voneinander koaxial gelagerten Laufrädern zwischen benachbarten Laufrädern Distanzhülsen (15) aus faserverstärktem Werkstoff angeordnet sind, deren Endbereiche (16, 17) Teil der den beiden Laufrädern zugeordneten Bandagen (4) sind. " . ■

8. Bandage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den; Endbereichen (16, 17) der Distanzhülse und dem überdeckten Bereich der darunterliegenden Bandage ein Reibschluß besteht, wobei Festigkeit und Steifigkeit in den Endbereichen (16,17) der Distanzhülse (15) derart gewählt werden, daß während des gesamten Drehzahlbereichs des Laufrades ein Mindestwert der Reibungskraft nicht unterschritten wird.

60