DE69400079T2

DE69400079T2 - Turbomaschinenrotor mit Schaufelnbefestigung durch Stifte

Info

Publication number: DE69400079T2
Application number: DE69400079T
Authority: DE
Inventors: Jean-Francois Imbault
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1993-01-14
Filing date: 1994-01-12
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: FR2700362B1; US5409353A; DE69400079D1; EP0607082A1; JPH06241002A; FR2700362A1; EP0607082B1; JP2807624B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Turbomaschinenrotor, des Typs mit:
einer Scheibe: die mehrere ringförmige Rippen aufweist, die sich von dem Umfang der Scheibe nach außen erstrecken und mehrere ringförmige Nuten festlegen, mehreren Schaufeln, die gleichmäßig an dem Umfang der Scheibe verteilt sind und sich radial nach außen erstrecken, wobei jede Schaufel einen gekerbten Fuß zur Festlegung von Ansätzen auf weist; von denen jeder in einer entsprechenden Nut der Scheibe aufgenommen ist, und Mitteln zur Befestigung der Schaufeln auf der Scheibe.
Sie bezieht sich genauer auf einen Gebläserotor, der mit Blättern mit großer Spannweite aus einem Verbundmaterial ohne Platte versehen ist; und deren Fuß kammartige Befestigungen aufweist.
Die US-3 694 104 beschreibt eine Schaufel aus einem Verbundmaterial, deren Fuß eingekerbt ist und Ansätze aufweist, die jeweils eine durch eine metallische Buchse zur Zusammenwirkung mit einem Stift begrenzten Bohrung aufweisen. Der Schaufelfuß ist in den Nuten der Scheibe durch zwei axial versetzte Stifte befestigt, von denen sich der eine stromaufseitig der Schaufel und der andere sich stromabwärts in der Ebene der Eintrittskante bzw. der Ebene der Austrittskante befindet.
Diese Vorrichtung ermöglicht es den Stiften nicht, die gesamten auf die Schaufeln ausgeübten Kräfte aufzunehmen. Somit sind die zwischen den Schaufeln liegenden angesetzten Platten durch die Aufnahme der Tangentialkomponenten der Kräfte beansprucht, und sie müssen steif und fest mit der Scheibe durch Befestigungsschrauben verbunden sein, was zu einer Gewichtserhohung des Rotors führt. Weiterhin schafft die Winkelversetzung zwischen der Achse des stromaufseitigen Stifts und des stromabseitigen Stifts Schwierigkeiten bei der Konstruktion der Schaufel und der Scheibe. Weiterhin sind manche Stifte und Befestigungsschrauben durch die Vorderseite der Scheibe und andere durch die Rückseite angebracht. Dies erfordert eine Demontage des Rotors im Falle der Demontage von Schaufelblättern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und einen Turbomaschinenrotor des erwähnten Typs vorzusehen, bei dem die Befestigungsmittel der Schaufeln auf der Scheibe die Aufnahme der gesamten auf die Schaufeln ausgeübten Kräfte gestatten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß der Rotor dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ansätze jedes Schaufelfußes in zwei Ansatzgruppen aufgeteilt sind, wobei die Ansätze der einen Gruppe in Richtung der Einlaßseite der Schaufel versetzt sind und die Ansätze der anderen Gruppe in Richtung der Auslaßseite versetzt sind, daß die Ansätze der einen Gruppe von Ansätzen einer Schaufel mit Ansätzen der anderen Gruppe von Ansätzen einer benachbarten Schaufel eine Ausrichtanordnung für Schaufeln bilden, und daß die Mittel zur Befestigung der Schaufeln für jede Ausrichtanordnung für die Schaufeln einen Stift aufweisen; der in Bohrungen angeordnet ist; die entsprechend vollständig die mehreren ringförmigen Vertiefungen der Ansätze der Ansatz-Ausrichtanordnung durchqueren.
Dank dieser Vorrichtung ist jede Schaufel durch zwei parallele, regelmäßig an dem Umfang der Scheibe beabstandete Stifte gehalten, und jeder Stift hält zwei Schaufeln, was eine Verringerung der Masse der Anordnung gestattet.
Vorzugsweise sind die Stifte parallel zu der Scheibenachse und auf der gleichen Seite der Scheibe eingesetzt.
Vorteilhafterweise sind die Schaufeln aus einem Verbundmaterial ausgeführt, und die Bohrungen der Ansätze sind durch Buchsen begrenzt; die an ihrem unteren Teil durch Verbundmaterial-Fasern umgeben sind, die in Richtung des Außenendes der entsprechenden Schaufel weggehen.
Vorzugsweise sind die Ansätze der Gruppe von Ansätzen, die in Richtung der Auslaßseite versetzt sind, in dem Mittenabschnitt des Fußes der Schaufel angeordnet.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch das Lesen der folgenden beispielsweise und nicht begrenzenden Beschreibung ersichtlich, die bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen erfolgt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt eines Turbomaschinenrotors gemäß, der Erfindung in einer Ebene, die durch einen Befestigungsstift hindurchgeht,
Fig. 2 einen Schnitt gemäß einer Ebene senkrecht zu der Turbomaschinenachse längs der Linie II-II von Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III von Fig. 2,
Fig. 4 einen Axialschnitt einer abgeänderten Ausführung von Fig. 1, bei der die Befestigungsmittel von angesetzten Platten gezeigt sind,
Fig. 5 ist ein Schnitt gemäß der Linie V-V von Fig. 4,
Fig. 6 ist ein transversaler Schnitt eines Schaufelfußes,
Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie VII-VII von Fig. 6, und
Fig. 8 ist eine Seitenansicht einer Schaufel.
Der Turbomaschinenrotor 1, der in den Zeichnungen gezeigt ist, weist eine Rotorscheibe 10 in Form einer Felge auf, auf deren Umfang regelmäßig verteilt mehrere Schaufeln 11 befestigt sind, die jeweils einen Befestigungsfuß 12 an der Scheibe 10 und ein Blatt 13 aufweisen, die sich radial ausgehend von dem Umfang der Scheibe 10 nach außen erstrecken. Angesetzte Platten 14, die zur Begrenzung auf der Seite der Achse des Rotors 1 des Gasstromflusses dienen, der von stromaufseitig nach stromabseitig durch die Schaufeln 11 des Rotors 1 fließt, wenn dieser in Betrieb ist, sind zwischen den Schaufeln 11 vorgesehen.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Befestigung der Schaufeln 11, die aus einem Verbundmaterial des Typs mit großem Cord ausgeführt sind, und mit denen Gebläse bestückt werden.
Um den Halt der Schaufeln 11 auf der Scheibe 10 zu gewährleisten, weist diese mehrere ringförmige Pippen 15 auf, die sich von ihrem Umfang radial nach außen erstrecken und mehrere ringförmige Nuten 16 festlegen.
Der Schaufelfuß 12 weist an seinem Ende radiale an die ringförmigen Rippen 15 angepaßte Kerben auf, so daß er Ansätze 17 aufweist, die abwechselnd zwischen den ringförmigen Rippen 15 liegen.
Erfindungsgemäß sind die Ansätze 17 einer Schaufel 11, die in fünffacher Anzahl in den Zeichnungen und mit den Bezugszeichen A, B. C. D bzw. E versehen von stromaufseitig zu stromabseitig der Turbomaschine daraestellt sind, in zwei Gruppen von Ansätzen aufgeteilt. Die Ansätze der ersten Gruppe sind Ansätze, die auf der Einlaßseite der Schaufel 11 versetzt sind und ausgerichtet sind; sowie die Ansätze der zweiten Gruppe Ansätze sind; die zur Auslaßseite versetzt sind und ebenso ausgerichtet sind.
Weiterhin sind die Ansätze jeder Schaufel 11 so versetzt, daß die Ansätze einer Gruppe von Ansätzen einer Schaufel 11 eine Schaufelausrichtung 18 mit den Ansätzen der anderen Gruppe von Ansätzen der benachbarten Schaufel bilden.
In den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen weist die zweite Gruppe von Ansätzen nur einen einzigen Ansatz auf, der der Ansatz ist, der in dem Mittenabschnitt des Schaufelfußes 12 liegt und mit dem Bezugszeichen C versehen ist; aber sie könnte mehrere aufeinanderfolgende oder nicht aufeinanderfolgende Ansätze 17 aufweisen. Wie man erst genau in Fig. 3 sieht, liegt der Ansatz C der Schaufel 11a zwischen den Ansätzen B und D der Schaufel 11b.
Die Schaufeln 11 sind mit der Scheibe 10 durch mehrere Stifte 19 befestigt. Jeder Stift 19 ist in ausgerichteten Bohrungen vorgesehen, die sowohl durch die ringförmigen Rippen 15 als auch die Ansätze einer ausgerichteten Anordnung von Ansätzen 18 hindurchgehen.
Dank dieses Vorsehens von Ansätzen 12; ist jede Schaufel 11 mit der Scheibe 10 durch zwei benachbarte Stifte 19 befestiat. und jeder Stift 19 hält zwei aufeinanderfolgende Schaufeln 11a und 11b. Vorzugsweise sind alle Stifte 19 auf der gleichen Seite der Scheibe 10 angebracht und parallel zu der Achse des Rotors.
Die beiden benachbarten Stifte 19, die eine Schaufel 11 halten, sind winkelförmig beabstandet und nehmen die radialen und tangentialen Komponenten der Kräfte auf; die auf die Schaufel 11 ausgeübt werden.
Vorzugsweise weist jeder Ansatz 17 eine Buchse 20 auf, durch die der Stift 19 hindurchgeht. Die Fasern 21 des Verbundmaterials, das das Blatt 13 bildet, umgeben die Buchsen 20 in ihrem unteren Abschnitt im Sinne von dem Einlaß zum Auslaß, und gewährleisten die Glelchmäßigkeit der zentrifugalen Belastungen.
Wie man es in der Fig. 8 sieht, sind die Fasern 21 so vorgesehen, daß sie die gesamte Höhe des Blatts 13 kreuzen. Manche Fasern führen von der Einlaßkante der Schaufel zur anderen Auslaßkante und kommen zur anderen Seite des Blatts 13 zurück, indem sie sich mit den anderen Fasern kreuzen, die umgekehrt symmetrisch vorgesehen sind. Die Faseranordnung 21 bildet einen Sack, der in Verbindung mit einem außergewöhnlichen Halt an der Halterung eine bessere Sicherheit gegenüber der Beschädigung des Profils bei einer Erschütterung sorgt, dadurch, daß diese Faseranordnung 21 bei der Mehrzahl der Erschütterungen das Halten von Schaufelteilen gestattet, die durch diese Kreuzwebung verbunden sind, und gewährleistet eine große Sicherheit.
Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufeln 11a und 11b ist das Stromprofil durch Platten 14 gebildet, die auf einer Mittenrippe 22 an der Verbindung von zwei Schaufeln 11a und 11b anliegen. Jede Platte 14 weist eine Wand 22a auf, die bezüglich der Rotorachse geneigt ist, und die sich zwischen den Seiten gegenüber den beiden aufeinanderfolgenden Schaufeln 11a und 11b erstreckt sowie an seinem vorderen und hinteren Ende durch zwei Platten 23 und 24 verlängert ist, die sich radial in Richtung der Rotorachse 1 erstrecken. Die inneren Enden dieser Platten 23 und 24 weisen Axialborde 25 und 26 auf, die durch Kränze 27 und 28 gehalten sind, die an der Scheibe 10 befestigt sind. Der vordere Kranz 27 dient weiterhin als Haltemittel von Köpfen 29 der Stifte 19.
Die Montage des Rotors 1 wird in folgender Weise durchgeführt. Es wird eine erste Schaufel 11b auf der Scheibe 10 vorgesehen, so, daß die Bohrungen der Rippen 15 mit den Buchsen 20 der Ansätze 12 ausgerichtet sind. Dann wird der mittlere Ansatz 10 der benachbarten Schaufel 11a zwischen den Ansätzen B und C der Schaufel 11b eingesetzt und man fügt einen Stift 19 in die Ausrichtung der Ansätze ein. Und fährt in gleicher Weise für die Schaufelanordnung 11 fort. Man ordnet darauf die Platten 14 an, dann werden die Kränze 27 und 28 befestigt, so daß die Platten 14 und die Stifte 19 gehalten werden. Die Demontage des Rotors erfolgt in der umgekehrten Reihenfolge der vorhergehenden Schritte.

Claims

1. Turbomaschinenrotor mit:

einer Scheibe (10), die mehrere ringförmige Rippen (15) aufweist, die sich von dem Umfang der Scheibe (10) nach außen erstrecken und mehrere ringförmige Nuten (16) festlegen, mehreren Schaufeln (11), die gleichmäßig an dem Umfang der Scheibe (10) verteilt sind und sich radial nach außen erstrecken, wobei jede Schaufel (11) einen gekerbten Fuß (12) zur Festlegung von Ansätzen (17) aufweist, von denen jeder in einer entsprechenden Nut (16) der Scheibe (10) aufgenommen ist, und Mitteln zur Befestigung der Schaufeln (11) auf der Scheibe (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (17) jedes Schaufelfußes (12) in zwei Gruppen von Ansätzen unterteilt sind, wobei die Ansätze (A,B,D,E) der einen Gruppe in Richtung der Einlaßseite der Schaufel (17) versetzt sind und die Ansätze (10) der anderen Gruppe in Richtung der Auslaßseite versetzt sind, daß die Ansätze (A,B,D,E) der einen Gruppe von Ansätzen einer Schaufel (11b) mit Ansätzen (C) der anderen Gruppe von Ansätzen einer benachbarten Schaufel (11a) eine Ausrichtanordnung für Schaufeln (18) bilden, und daß die Mittel zur Befestigung der Schaufeln (11) für jede Ausrichtanordnung für die Schaufeln (18) einen Stift (19) aufweisen, der in Bohrungen angeordnet ist, die entsprechend vollständig die mehreren ringförmigen Vertiefungen (15) der Ansätze (A,B,C,D,E) der Ansatz-Ausrichtanordnung (18) durchqueren.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (19) auf der gleichen Seite der Scheibe (10) eingesetzt sind.

3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (19) parallel zur Achse der Scheibe (10) sind.

4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (11) aus einem Verbundmaterial ausgeführt sind und daß die Bohrungen der Ansätze durch Buchsen (20) begrenzt sind, die an ihrem unteren Teil durch Verbundmaterial-Fasern (21) umgeben sind, die in Richtung des Außenendes der entsprechenden Schaufel weggehen.

5. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (C) der Gruppe von Ansätzen, die in Richtung der Auslaßseite versetzt sind, in dem Mittenabschnitt des Fußes der Schaufel (12) angeordnet sind.