DE69501973T2

DE69501973T2 - Abdichtung zwischen den Schaufeln und den zwischenliegenden Plattformen

Info

Publication number: DE69501973T2
Application number: DE69501973T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Louis Mareix; Philippe Jean-Pierre Pabion
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2015-02-22
Also published as: EP0669451B1; EP0669451A1; FR2716502B1; FR2716502A1; DE69501973D1; US5520514A

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung in einem Aufbau aus Schaufeln auf einer Bläserscheibe und zwischenliegenden Plattformen, die einen Rotor bilden.
Mit Schaufeln versehene Rotoren sind insbesondere für Turboluftstrahltriebwerke unentbehrlich. Bei der bekanntesten Bauart werden Rotorscheibe und Schaufeln getrennt hergestellt und letztere mit jener zusammengefügt, indem die Schaufelfüße in Nuten der Scheibe eingesetzt werden. Es ist tatsächlich oft vorteilhaft, die Schaufeln getrennt herzustellen, da es sich bei ihnen um gekrümmte Teile mit einer oft kompliziert herzustellenden Form handelt.
Man sieht sich dann der Schwierigkeit gegenüber, die Plattformen zwischen den Schaufeln zu installieren, um der Scheibe eine kreisförmige und glatte Randfläche zu geben, deren Funktion darin besteht, die Strömung der Gase zu begrenzen. Bei den Plattformen handelt es sich nämlich mitunter um Teile, die zwischen der Wölbungsaußenseite und der Wölbungsinnenseite benachbarter Schaufeln eingesetzt sind, so daß ein Spielraum verbleibt, der die Kontinuität der Fläche des Strömungskanals zerstört und deshalb soweit wie möglich verringert werden muß, um die Qualität der Strömung nicht beeinträchtigen.
Eine geläufige Bauart besteht darin, die Plattformsegmente und die Schaufeln in einem Block herzustellen. Dieses Konzept ist in zahlreichen Patenten beschrieben und hat den Vorteil, daß die Plattformsegmente sich auf halbem Abstand der Schaufeln mit geraden Übergängen verbinden, die sich leicht mit einer Dichtung auffüllen lassen. Der Nachteil besteht darin, daß die Plattformen, deren Hauptausdehnung annähernd senkrecht zu derjenigen der Schaufeln verläuft, ihre Herstellung erschweren.
Es ist außerdem vorteilhaft, den Rotor leichter zu machen, indem man die weniger stark beanspruchten Teile zur Gewichtsersparnis aus einem Verbundwerkstoff herstellt. Dies kann die Plattformen betreffen und zwingt dann dazu, diese von den Schaufeln zu trennen.
Die Erfindung befaßt sich so mit Konstruktionen, bei denen die Plattformen als von den Schaufeln getrennte Teile hergestellt werden und jeweils zwischen einem Paar von Schaufeln liegen und dabei mit jeder der Schaufeln ein Spiel bilden. Die Komplexität der Schaufelform und insbesondere ihre Krümmung und die Notwendigkeit, die Plattformen demontieren zu können, bringt es unglücklicherweise mit sich, daß die Spielräume entlang der Schaufeln erheblich sind. Bei einer Reihe von Ausführungsformen werden die Plattformen durch zwei Ringe in ihrer Position zwischen den Schaufeln gehalten, wobei der eine Ring auf der stromaufwärtigen Seite des Rotors und der andere Ring auf der stromabwärtigen Seite angeordnet ist.
In einer Abwandlung ist die Erfindung auch bei einem Rotor anwendbar, bei dem die Plattformen einen Fuß besitzen, der in Zellen aufgenommen wird, die aus der Scheibe herausgearbeitet sind.
Beispiele für diese Ausführungsformen finden sich in GB-A-1 331 209, die Dichtungen zeigt, welche im Betrieb den Spielraum zwischen Schaufeln und Plattformen ausfüllen.
Die Erfindung betrifft eine Dichtung, die sich in jedem dieser Spielräume anordnen laßt und diesen korrekt ausfüllt. Sie bezieht sich speziell auf eine Montageanordnung für einen Rotor, bestehend aus in den Rotor eingelassenen Schaufeln und Plattformen, die zwischen Paaren von aufeinanderfolgenden Schaufeln liegen, aus zwischen den Schaufeln und den Plattformen vorhandenen im wesenilichen longitudinalen Spielräumen, und aus Dichtungen, die diese Spielräume ausfüllen, wobei die Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Dichtungen von einer Hülle gebildet sind, die eine an den Flanken der Plattformen anliegende Seite und eine den Oberflächen der Schaufeln zugewandte nachgiebige Seite besitzen, und daß die Dichtungen außerdem von einem langgestreckten massiven Teil in der Hülle gebildet sind.
Die Hülle kann in äquivalenter Weise auch aus einer an den Flächen der Schaufeln anliegenden Seite und einer den Flanken der Plattformen zugewandten nachgiebigen Seite gebildet sein. Darüber hinaus werden die Dichtungen aus einem langgestreckten massiven Teil in der Hülle gebildet, das in Sektoren aufgeteilt oder aus mehreren Elementen zusammengesetzt sein kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine generelle Ansicht einer Maschine, bei der die Erfindung benutzt wird,
Fig. 2 zeigt einen transversalen Schnitt des Aufbaus, wobei eine Plattform dargestellt ist, die von stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ringen an ihrer Stelle gehalten wird,
Fig. 3 zeigt einen Schnitt des Aufbaus von Fig. 2 in Umfangsrichtung,
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht in teilweise auseinandergezogener Darstellung,
Fig. 5 zeigt ein Detail von Fig. 3 und veranschaulicht das Verhalten der Dichtung gemaß der Erfindung, wenn sich der Motor dreht,
Fig. 6 zeigt eine Variante der Erfindung in einem Schnitt in Umfangsrichtung,
Fig. 7 zeigt eine andere Realisierungsform der Erfindung in einer zu Fig. 5 analogen Darstellung.
Es sei zunächst auf Fig. 1 bis 3 Bezug genommen. Fig. 1 zeigt weseniliche Teile einer Turbomaschine, die in üblicher Weise mehrere Verdichterstufen, Turbinenstufen usw. aufweist. Sie öffnet sich auf der linken Seite der Zeichnungsfigur in einem Eingangsbläser 5, bestehend aus einer Rotorscheibe 8, der eine kreisförmige Stufe mit radialen Schaufeln 1 trägt, die Plattformen 2 trennen, welche einen Strömungskanal begrenzen. Es sei nun Fig. 3 betrachtet, in der zwei benachbarte Schaufeln 1 und eine zwischenliegende Plattform 2 erkennbar sind, die aus einem zentralen Träger 3 und Kernen 4 zu beiden Seiten des Trägers 3 besteht. Die Kerne 4 haben äußere Flanken 6, die den Schaufeln 1 zugewandt sind und in radialer Richtung nach außen konisch erweitert sind. Der durch die Art der Montage bestimmte Spielraum 7 mit den Schaufeln 1 beträgt nur einige Millimeter.
Die Plattformteile 2 bestehen aus einem Verbundwerkstoff, wodurch der Rotor spürbar leichter wird. Man erkennt in Fig. 2, daß sie sich über die ganze Länge der Scheibe 8 erstrecken und zu beiden Seiten mit einem stromaufwärtigen Ansatz 10 bzw. einem stromabwartigen Ansatz 11 überstehen. Ein stromaufwärtiger Ring 12 und ein stromabwärtiger Ring 13, die an den Seitenflächen der Scheibe 8 angebracht und dort mit Hilfe bekannter Vorrichtungen fixiert sind, überdecken die Ansätze 10 und 11 der Plattformteile 2 und sichern diese so gegen axiale und radiale Bewegungen. Bei dieser Ausführungsform werden die Plattformteile 2 von den Ringen 12 und 13 auf einige Zehntel Millimeter von der Oberfläche der Scheibe 8 gehalten.
Die Dichtungen, die die Spielräume 7 besetzen, sind in Fig. 3 generell mit 15 bezeichnet. Jede Dichtung besteht aus einer Hülle 16, die von einer Innenseite 17, einer Außenseite 18 und einem radial innen liegenden Steg 19 gebildet ist. Der Querschnitt der Hülle 16 ist also, wie dargestellt, zum Zeitpunkt des Einsetzens der Plattformteile 2 dreieckförmig. In die Hülle 16 ist ein langgestrecktes Teil 20 in Form eines dünnen Stabes eingebunden, der einen Teil des von der Hülle umschlossenen Volumens einnimmt. Der Stab 20 ist nicht notwendigerweise nachgiebig und kann aus Metall oder einem Verbundwerkstoff hergestellt sein. Er hat jedoch eine genügend große Masse, so daß er sich unter der Einwirkung der während des Betriebs auftretenden Zentrifugalkräfte in der Hülle 16 bewegt.
Die Hülle 16 besteht nämlich, wie in Fig. 5 dargestellt, aus einem Elastomer, seine Außenseite 18 und der Steg 19 können sich verformen, und der Stab 20 kann in der Hülle 16 nach außen gleiten, um sich der Stelle zu nähern, an der sich der Spielraum 7 befindet, und diesen ausfüllen. Der Stab 20 ist vorteilhafterweise in allen seinen Querschnitten zylindrisch, um sein Gleiten zu begünstigen. Die Hülle 16 nimmt dann die Form eines Dreiecks an, dessen Spitze radial nach innen statt nach außen weist. Die innere Seite 17 bleibt ihrerseits an der entsprechenden Flanke 6 haften.
Fig. 4 zeigt diese Ausführungsform der Erfindung in einer zentripetalen Ansicht. Jedes Plattformteil 2 trägt zwei gleiche Dichtungen 1, auch wenn die entsprechenden Spielräume 7a und 7b, die den laand des Plattformteils 2 von den Schaufeln 1 trennen, zwischen denen es liegt, verschieden sein können. Die Nachgiebigkeit der Hülle 16 erlaubt es, sowohl breite als auch schmale Spielräume 7 auszufüllen. Man erkennt auch, daß die Flanken 6 der Plattformteile 2 annähernd parallel zu den Flanken der Schaufeln 1 verlaufen, zwischen denen sie liegen, und daß die Dichtungen 15 in ähnlicher Weise gekrümmt sind. Die Spielräume 7 werden so über ihre ganze Länge durch eine im wesentlichen gleichförmige Translationsbewegung der Stäbe 20 ausgefüllt.
Fig. 6 zeigt eine Realisierungsform, bei der die Plattformteile 2 ebenso wie die Schaufeln 1 einen Fuß 5 besitzen, der in eine durch Ausräumen hergestellte Zelle der Scheibe 8 eingreift. Die Ringe 12 und 13 können dann entfallen.
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die hier mit 17' bezeichnete Innenseite der Hülle 16' der Dichtungen 15 mit der Flanke der Schaufel 1 verklebt ist und die Außenseite 18' und der Steg 19' der Flanke 6 der Plattform 2 zugekehrt sind. Man erkennt, daß die Funktion die gleiche ist; denn die Zentrifugalkräfte verschieben den Stab 20 in Richtung auf den engen Abschnitt des Spielraums und füllen diesen also aus.

Claims

1 Montageanordnung für einen Rotor, bestehend aus

in den Rotor eingelassenen Schaufeln (1),

Plattformen (2), die zwischen Paaren von aufeinanderfolgenden Schaufeln (1) liegen und dort festgehalten sind,

im wesentlichen longitudinalen Spielräumen (7) zwischen den Schaufeln (1) und den Plattformen (2),

und Dichtungen (15), die die Spielräume (7) im Betrieb ausfüllen,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Dichtungen (15) von einer Hülle (16) gebildet sind, die eine an den Flanken (6) der Plattformen (2) anliegende Seite (17) und eine den Oberflächen der Schaufeln zugewandte nachgiebige Seite (18, 19) besitzt,

und daß die Dichtungen (15) außerdem von einem langgestreckten massiven Teil (20) in der Hülle (16) gebildet sind.

2. Montageanordnung für einen Rotor, bestehend aus

in den Rotor eingelassenen Schaufeln (1),

und im wesentlichen longitudinalen Spielräumen (7) zwischen den Schaufeln (1) und den Plattformen (2), Dichtungen (15), die im Betrieb die Spielräume (7) ausfüllen,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Dichtungen (15) von einer Hülle (16) mit einer an den Flanken (6) der Schaufeln anliegenden Seite (17') und einer den Oberflächen der Schaufeln zugewandten nachgiebigen Seite (18', 19') gebildet sind, und daß die Dichtungen (15) weiterhin von einem langgestreckten massiven Teil (20) in der Hülle (16) gebildet sind.

3. Montageanordnung für einen Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (16) einen im wesentlichen dreieckfärmigen Querschnitt besitzt, der rad ial nach außen dünner wird.