DE69400194T2

DE69400194T2 - Schaufelnstufe mit freien Schaufelnenden

Info

Publication number: DE69400194T2
Application number: DE69400194T
Authority: DE
Inventors: Jean-Christophe Marc J Cordier
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1993-03-03
Filing date: 1994-03-03
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2014-03-04
Also published as: DE69400194D1; FR2702242B1; EP0616110A1; FR2702242A1; US5429479A; EP0616110B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stufe mit Schaufeln, die an einem Ende frei sind.
Solche Schaufeln, wie sie beispielsweise in der US-A-3 104 093 beschrieben sind, werden auch fliegend gelagert genannt, im Gegensatz zu den Schaufeln, deren Enden miteinander durch einen Haltering verbunden sind. Letztere Konstruktion weist einen Nachteil dahingehend auf, daß der Haltering ein Gewicht darstellt und nicht den Gasausflußstrom einschnüren darf, den die Schaufeln antreiben, was zur Folge hat, daß er in einem ringförmigen Hohlraum des angrenzenden Teils, allgemein einem Rotor, zur Begrenzung des Stroms aufgenommen ist, der somit eine kompliziertere Form aufweisen muß. Indessen weisen die fliegend gelagerten Schaufeln den Nachteil auf, sich viel leichter zu verbiegen und daher während dem Betrieb der Maschine, von dem sie einen Teil darstellen, zu vibrieren, aus ständig vorhandenen Ursachen wie die Gasstromcharakteristiken oder gelegentlichen wie der Durchgang eines Fremdkörpers, wie beispielsweise ein Vogel. Die Vibrationen beeinträchtigen den Betrieb und die Leistung und können selbst die Schaufeln zerstören. Dies ist der Grund, daß vorgeschlagen wurde, die Schaufeln dadurch besser zu befestigen, daß sie über diesen Ring hinaus an ihrem Grundabschnitt verlängert werden, der in einem Ring zur Begrenzung des Stromflusses eingesetzt ist, und daß sie in einen zweiten zu dem ersten Ring konzentrischen Ring eingesetzt werden, oder daß der jenseits des Rings gelegene Grundabschnitt in ein Dämpfungsmaterial eingebettet wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine davon etwas unterschiedliche Konstruktion, bei der der Grundabschnitt, der über den Ring zur Einsetzung oder Befestigung verlängert ist, in einer Platte endet, die auf einer zu dem Ring konzentrischen Fläche eines Kranzes schleift.
Man erhält somit eine Anbringung ohne übermäßige Steifheit, bei der die Vibrationen durch das Schleifen der Platte auf der Fläche des Kranzes stark gedämpft sind.
Nun wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe der begleitenden Figuren beispielsweise und nicht begrenzend beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 eine Axialansicht eines Kompressors,
- Fig. 2 die Funktion der Erfindung,
- Fig. 3 eine andere Ausführungsart der Erfindung, und
- die Fig. 4A bis 4E fünf andere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Die Erfindung soll vor allem für feste Begrenzungsschaufeln von Turbomaschinen, wie beispielsweise von Kompressoren verwendet werden (Fig. 1). Diese Schaufeln 3 zur Begrenzung sind in Ringstufen vorgesehen, die mit den Schaufelstufen 1 abwechseln, die an einem Rotor 2 befestigt sind. Sie sind an einem Stator 4 durch einen radial äußeren Grundabschnitt befestigt, und sind in einen für jede Stufe gemeinsamen Ring 5 eingesetzt, indem sie in Schlitze des Rings 5 eingeschoben und dann mit diesem verlötet, verschweißt oder durch ein anderes Mittel befestigt werden. Sie erstrecken sich in dem Gasflußstrom 6 bis zu dem Rotor 2, der vor ihnen glatt und zylindrisch ist, was eine für die Herstellung vorteilhafte Form darstellt, und sie enden genauer gesagt in einer freien Kante 7.
Das Einsetzen der Schaufeln 3 in den Ring 5 reicht indessen nicht zur ausreichenden Reduzierung der Vibrationen aus, um so mehr, da der Ring 5 dünn und verhältnismäßig wenig steif ist. Die Schaufeln 3 können sich leicht in der Richtung des Umfangs der Schaufel gemäß den Moden verbiegen, wo der Einsetzpunkt ein Knoten der Vibration ist. Daher weisen die Schaufeln 3 einen Grundabschnitt 8 auf, der dem freien Ende 7 abgewandt ist und nach außen über den Ring 5 hinaus verlängert ist und in einer Platte 9 endet, die auf einem Kranz 10 schleift, der zu dem Stator 4 gehört und mit dem Ring 5 fest verbunden ist, den er mit einem radial ziemlich großen Raum umgibt. Der Kranz 10 fällt vorteilhafterweise mit dem äußeren Umfang des Stators 4 wie im vorliegenden Fall zusammen.
Die Schleifflächen 13 der Platte 9, des Kranzes 10 oder von beiden können mit einer Beschichtung versehen sein, die zur Erniedrigung ihres Reibungskoeffizienten zur Vermeidung eines jeglichen Blockierens dient. Beispielsweise kann Molybden-Bisulfid verwendet werden.
Ein ähnliches Ergebnis wird erhalten; wenn die Schleifflächen 13 für eine leichte Rauhigkeit bearbeitet sind. Die Wirkung des Schleifens hängt wiederum von der Wirkung des Andrucks auf die Schleifflächen 13 ab, der mit einer guten Genauigkeit ausgehend von dem Spiel, das sie im Ruhezustand trennt und den thermischen Dilatationen, denen die Teile unterliegen, berechnet werden kann. Da die Schaufeln 3 direkt der Hitze des Gases ausgesetzt sind, dehnen sie sich wesentlich stärker aus als der Kranz 10.
Der Andruck der Platte 9 auf den Kranz 10 kann ebenso durch eine mechanische Vorrichtung wie eine Feder oder eine elastische Blattfeder 17 erhalten werden, wie es in Fig. 1 und 2 daroesteilt ist.
Allgemein sind die Platten 9 zusammen mit den Schaufeln 3 geschmiedet und daher einstückig mit diesen.
Die Erfindung weist wichtige Vorteile darin auf, daß sie die Maschine kaum schwerer macht und keine Änderung des Gasflußstromes 6 erfordert.
Fig. 1 und 2 zeigen, dah die Platten 9 Platten in Form eines Kreisbogens in Annäherung an ein Rechteck sind, deren beide Seiten gleich groß wie die Breite der Schaufeln 3 ist und deren andere beiden Seiten, in Richtung der Dicke der Schaufeln 3 aerichtet sind, einer bedeutenden Verdickung von letzteren entsprechen.
Die Platten 9 sind voneinander durch kleine Abschnitte getrennt, wie man es gut in der Fig. 3 sieht, wo die Platten 9 weiterhin an einem Querende durch Querfalze 11 vervollständigt, die Abschnitte sind, die zur Bedeckung der abgewandten Enden der benachbarten Platten 9 dienen, indem sie ebenso auf diesen schleifen, was die Gesamtdämpfung dadurch erhöht, daß sie eine direkte Zusammenwirkung zwischen den Schaufeln 3 ermöglicht, was ihre Bewegungen ausgleicht.
Der Raum 12 des Stators 4 zwischen dem Ring 5 und dem Kranz 10 kann durch ein Dämpfungsmaterial gefüllt sein, was die Schleifwirkung vervollständigt.
Die Fig. 4 zeigen gewisse spezielle Ausführungsformen der Platten, die bis jetzt als Platten mit einer gleichmäßigen Dicke dargestellt sind. Es kann indessen bevorzugt werden, eine Platte 9A (in Fig. 4A gezeigt) vorzusehen, deren Schleiffläche 13 mit geradlinigen und parallelen Vertiefungen 14 eingeschnitten ist, die sich in der Umfangsrichtung der Schaufelstufe 3 erstrecken, d. n. ohne Verschiebung während Vibrationen: die Vertiefungen 14 weisen den Vorteil auf, leicht den Schmutz aufzunehmen, den die Zentrifugalkräfte auf dem Kranz 10 ablagern und der sonst zwischen die Schleifflächen eintreten könnte.
Die Platte 9B der Fig. 4B weist eine ähnliche Form auf, aber mit einer einzigen zentralen Vertiefung 15, die so groß ist, daß sich die Schleiffläche auf zwei äußere Gleitbereiche 16 verringert.
Fig. 4C zeigt eine etwas unterschiedliche Situation, bei der die Platten 9C die Form eines Parallelogramms aufweisen, dessen schiefe Seiten im wesentlichen parallel zu den Schaufeln 3 und zu ihren Grundabschnitten 8 sind. Diese Konstruktion gestattet eine gleichmäßige Verteilung der Schleifwirkungen.
Die Platte 9D der Fig. 4D weist die Form eines H auf, und die 9E von Fig. 4E die Form eines N, bei denen die Schaufel 3 den Querstrich der Buchstaben H oder N berührt; deren Streben somit in der Umfangsrichtung der Schaufelstufe 3 ausgerichtet sind. Diese beiden Ausführungsformen und insbesondere die letztere sind aufgrund der Elastizität der Backen 9D und 9E gegenüber Torsionsverbiegungen der Schaufel 3 von Interesse, was die auf sie ausgeübten Belastungen begrenzt. Der gleiche Vorteil der Belastungsverringerung könnte wahrscheinlich auch für andere Platten mit einem auf der gesamten Dicke eingeschnittenen Umfang erhalten werden.
Die Erfindung kann somit in verschiedenster Weise ausgeführt werden, die nicht alle hier erwähnt werden konnten.

Claims

1. Schaufelstufe (3), wobei die Schaufeln in einem Ring (5) mit einem Grundabschnitt (8) eingesetzt sind und an einem dem Grundabschnitt abgewandten Ende frei sind, an dem der Grundabschnitt über den Ring hinaus verlängert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundabschnitt in einer Platte (9) endet, die auf einer Fläche eines Kranzes (10) schleift, der konzentfisch zu dem Ring (5) ist.

2. Schaufelstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9) oder die Flächen der Kränze (10) eine Gleitbeschichtung aufweisen.

3. Schaufelstufe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dämpfmaterial den Raum (12) zwischen dem Ring und den Flächen des Kranzes füllt.

4. Schaufelstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9) Überlappbereiche (11) aufweisen, die an den benachbarten Platten schleifen.

5. Schaufelstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9A,9B) eine mit Vertiefungen (14,15) gekerbte Reibfläche aufweisen.

6. Schaufelstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (9A,9E) eine eingekerbte äußere Begrenzung aufweisen.