DE1751567A1

DE1751567A1 - Befestigungsvorrichtung fuer eine Turbinenbeschaufelung

Info

Publication number: DE1751567A1
Application number: DE19681751567
Authority: DE
Inventors: Noren Hilmer Knute
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1967-07-17
Filing date: 1968-06-21
Publication date: 1971-12-23
Also published as: SE343916B; FR1576055A; GB1188887A; US3423071A

Description

United Aircraft Corporation, 400 Main Street, East Hartford 8, Connecticut, Vereinigte Staaten von Amerika

Befestigungsvorrichtung für eine Turbinenbeschaufelung

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für Turbinenbeschaufelungen, bei welchen zwischen einem Innengehäuse und einem Außengehäuse in Umfangerichtung eine Vielzahl von Schaufeln angeordnet ist.

Bei Gasturbinen wird in einem Kompressor das Arbeitsgas, normalerweise Luft, verdichtet und in eine Brennkammer eingeführt, wo das Arbeitsgas bzw. die Luft mit Brennstoff vermischt und das Gemisch entzündet wird, so daß der Druck des Arbeitsgases ansteigt. Das hochgespannte Gas verläßt die Brennkammer und wird zuerst über einen Übergangskanal geleitet, um damin den Düsenabschnitt der ersten Turbinenstufe einzutreten. Von hier aus strömt das Arbeitegas weiter nach rückwärts durch die Turbinenabschnitte des Triebwerke und wird dann ausgeblasen*

Die Schaufeln des Düsenringeβ der ersten Stufe bzw. des Turbineneintritts-Leitschaufellcranzes sind diejenigen Teile

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de· Turbinenabschnittes, welche zuerst in Berührung mit den heißen, in der Brennkammer erzeugten Verbrennungsgasen kommen. Demgemäß sind diese Leitschaufeln in allgemeinen auch die Teile, an welchen mit der größten Wahrscheinlichkeit Abbrand, Erosion oder andere Beschädigungen auftreten und die in manchen Fällen einer häufigen Erneuerung bedürfen· Sie Schwierigkeit, einerseits abgebrannte Leitschaufeln auszuwechseln und andererseits irgendwelche Teile beschädigter Schaufeln daran zu hindern, durch den Turbinenabschnitt zu wandern und dabei diesen zu beschädigen, wird noch vergrößert, wenn es sich um ein Triebwerk mit einer Ringbrennkammer handelt. Der Grund hierfür ist, daß man bei der genannten Brennkammerbauart keinen Zugang zu der inneren Befestlgungskonstrutkion für die Leitschaufeln hat. Eine sichere Leitschaufelbefestigung im radial inneren Bereich und die Möglichkeit der Schaufelauswechselung scheinen sich daher gegenseitig auszuschließen.

Es sind zwar bereits viele Konstruktionen für die Befestigung von Turbinenschaufeln bekannt geworden, doch eignen sich diess sämtlich nicht zur Überwindung der Schwierigkeiten, welche sich bei Verwendung von Ringbrennkammern ergeben. Bekannte Konstruktionen dieser Art sehen im allgemeinen ein Verschrauben oder Vernieten der radial inneren Enden der Schaufeln mit einem tragenden Gehäuseteil vor. Wird jedoch eine Ringbrennkammer verwendet, so können die einzelnen Schaufeln, wenn ihre radial

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inneren Enden mit eintm Gehäuseteil verechraubt sind, nicht mehr entfernt werden, da das Gehäuse der Ringbrennkammer den Zugang zu den Schrauben verlegt« Es leuchtet daher ein, daß die Verwendung einer Ringbrennkammer in Verbindung mit der erwähnten bekannten Befestigungskonstruktion für die Leitschaufeln dazu führt, daß man sich entweder für die sichere Befestigung der Leitschaufeln oder für die Möglichkeit der Entfernung der Leitschaufeln entscheiden muß.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Befestigungsvorrichtung für eine Turbinenbeschaufelung zu schaffen, welche einerseits die Entfernung und Erneuerung von Schaufeln jederzeit zuläßt und andererseits für die Verwendung in Verbindung mit beliebigen Brennkammerarten geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die radial äußeren Enden der Schaufeln jeweils ein Paar radial nach außen weisender, in axialem Abstand voneinander angeordneter Flansche tragen, von denen jeweils der stromaufwärt« gelegene Flansch über Sicherungeelemente mit einem abnehmbaren Ring verbunden ist, der seinerseits mittels weiterer Sicherungselemente an dem Außengehäuse befestigt ist und daß die radial inneren Enden der Schaufeln jeweils in axialem Abstand voneinander angeordnete, im wesentlichen L-förmige,stromaufwärts bzw. stromabwärts gerichtete Flansche tragen, von denen der stromaufwärts gerichtete Flansch in eine stromabwärts geöffnete

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Ringnut hineinreicht, die durch einen im Querschnitt L-förmigen Flansch am stromaufwärts gelegenen Ende eines Befestigungsringes gebildet ist, dessen stromabwärts gelegenes Ende einen Radialflansch besitzt, der jeweils neben dem stromabwärts gerichteten, im wesentlichen L-förmigen Flansch der Schaufeln gelegen ist und zusammen mit diesem in einer stromaufwärts offenen Flansch-Ringnut des Innengehäusee Aufnahme findet·

Durch die Erfindung werden die Schwierigkeiten überwunden, welche bei bekannten Befestigungskonstruktionen für die Turbinenleitschaufeln in Verbindung mit Ringbrennkammern auftreten. Die erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung er* möglicht eine derartige Halterung der Turbineneintrittsleitschaufeln, daß beim Ausbrennen einer Schaufel diese nicht durch die Turbine hindurchläuft, andererseits jedoch ein einzelner Auebau und Austausch von Schaufeln an einem mit einer Ringbrennkammer ausgerüsteten Triebwerk ermöglicht wird*

Wie vorstehend bereits erwähnt, findet erfindungsgemäS ein Befestigungering Verwendung, welcher mit den radial inneren Enden der Leitschaufeln zusammenwirkt. Am inneren Ende der Leitschaufeln sind keinerlei Schrauben oder andere Befestigungsmittel vorgesehen sondern der Befestigungering und die damit zusammenwirkenden Ansätze an dan Schaufeln des Schaufelkranz β β sind verschieblich in einem mit einer Nut versehenen Flansch des Innengehäuses gehaltert. Die Eintrittsleitschaufeln

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;--?..-id jvi.;.+.tele Befeetigujoge- oder Sicherungseleminia» gis; oh~ :ϊ*:'.ι:,^ an einem abnehmbaren Ring und an dem Au3 enger» au i-< . ^fl/estigt* Hat man daher den abnehmbaren Ring entfern.tr so ka^n luiB dia gesamte Laitechaufelanordnung in axi. r<.I«r f-.i-chiu.^ bewegen, toi» der erwähnte Befestigung«:, n& ^:.uic -:^τ.ί» usr.;il a-ieaitMienwirkenden, radial Inneren Schaufel^-iüii^i*· i^j.ui,- .i2r Flauach-Ringnut freikommen. Hiernach konc^n »ix, ^In Lö.viao.Ls.ufe.irj, entfernt und auegewechatlt

Im folgenden wird di@ Erfindung durch di* £'.■■-sciire.:, auag ©inea AuefUhrungsbeiepielea unter B«ZM#raa:üa* auf dis baliiegende Seiclanung näher erläutert, welche «:'..αβη aussciinittsweiaft gezeichneten Längaechnltt durch ein GasturbinentriatbwerJc zeigt, welches die Merkmale der Erfindung suif!v«iat·

Wie aua der Zeichnung ohne weiteres zu entnehmen ist, verlasaen die heißen Verbrennungagaae die teilweise bei 2 angedeutete Ringbrennkammer und treffen auf die Eintritts!aitechaufeln 41 welche die Gase auf die Turbinenbeschaufelung 6 hinlenken. Der Kranz der Eintritteleitechaufein 4, von denen zur eine dargestellt ist, erstreckt sich zwischen einem Außeagehüuse 3 und einen Innengehäuse 10.

Das radial äufitrt End· 12 der Schaufel 4 weist ein Paar radial nach außen ragender, in axialem Abstand voneinander angeordneter Flansche 14 und 16 auf. Das Audengehause 8 trägt demgegenüber zwti in axialen Abstand voneinander angeordnete, radial nach innen ragende Flanschen 18 und 20, die zwischen

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■ich einen in ümfangerichtung verlaufenden Ringraum 16 bilden, in den die erwähnten Planschen 14 und 16 hineinragen, eo daß ■ie mit den flanschen 13 und 20 zusammenwirken. Der stromaufwärts gelegene Flansch 14 besitzt eine Anzahl von öffnungen 22 und der Flansch 18 weist eine Anzahl von Öffnungen 24 auf, die mit Bezug auf die Öffnungen 22 radial weiter außen liegen. An den Flanschen 14 und Id liegt ein abnehmbarer Ring 26 an, der einerseits eine Anzahl von in axialer Richtung mit den öffnungen 22 fluchtenden Bohrungen 28 und andererseits eine Reihe von in axialer Richtung mit den öffnungen 24 fluchtenden Bohrungen 30 aufweist. Durch die beiden Paare von Bohrungen bzw. öffnungen erstrecken sich Befestigungsmittel 32, über welche der abnehmbare Ring 26 einerseits mit dem nach außen ragenden Flansch 14 der Beschaufelung und andererseits mit dem Flansch des Außengehäuseβ verbunden ist.

Das radial innere Ende 34 der Leit-echaufeln 4 weist jeweils in axialer Richtung wegragende Ansätze 36 und 38 auf, von denen der Ansatz 36 stromaufwärts gerichtet ist, während dsr Ansatz 38 stromabwärts weist. In dem sich in axialer Richtung zwischen den Ansätaen 36 und 38 ergebenden Raum 40 ragt von dem radial inneren Ende 34 der einzelnen Schaufeln jeweils ein Vorsprung 42 in radialer Richtung nach innen. Längsder radial inneren Enden 34 verläuft in Umfangerichtung sin Befestigungering 44» der einen im Querschnitt L-fttrmigen Flansch

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und einen radial nach außen gerichteten Flansch 48 trägt. Der Flansch 46 liegt an dem stromauf befindlichen Ende des Befeetigung8ringe8 44 und wirkt mit dem axial verlaufenden Anaatz 36 im Sinne einer Einstellung und Halterung des stromauf gelegenen, radial inneren Endes der Schaufel 4 zusammen. Der Flansch 48 und der axial verlaufende Ansatz 38 liegen im wesentlichen aneinander an und finden gemeinsam Aufnahme in einem Ringkanal 50, welcher an einem Flansch 52 des Innengehäuses 10 vorgesehen ist. Der Flansch 48 und die axial gerichteten Ansätze 38 der Leitschaufeln sind in die Ringnut des Flansches 52 hinein und aus der Ringnut heraus verachieblich.

Um nun nach einem Zusammenbau des Triebwerkes später eine Schaufel 4 bzw. die Beschaufelung entfernen zu können, muß zunächst der Ring 26 abgenommen werden. Hiernach wird der gesamte Kranz der Turbineneintrittsleitschaufeln zusammen mit dem Befestigungering 44 frei, so daß er in axialer Richtung stromaufwärts verschoben werden kann. Bewegt sich dann die Fläche 54 des Flansches 48 über die Fläche 56 der Ringnut des Flansches 52 hinaus, so kann jede einzelne Schaufel 4 mit dem radial äußeren Ende 12 nach vorwärts oder stromaufwärts verschwenkt werden und kann dabei von dem Befestigungering abgelöst und aus dem Schaufelkranz herausgenommen werden, indem der axial verlaufende Ansatz 36 an der Fläche 56 vorbeibewegt wird.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann selbstverständlich eine Reihe von Abwandlungsmöglichkeiten

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dee beschriebenen AusführungsbeiSpieles, welche jedoch von dem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken mit umfaßt werden.

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Claims

567 Patentansprüche t

1. Befestigungsvorrichtung für eine Turbiner.· *sc;iaufelnag, bei welcher zwischen einem Innengehäuse und einem Au3sr^shaueβ in ümfangerichtung eins Vielzahl von Schaufeln angaci '-ca ι ist, dadurch gekennzeichnet, dafl die radial äußeren Enden \\2) der Schaufeln (4) jeweils ein Paar radial nach außen *&λsander, in axialem Abstand voneinander angeordneter Flansch« (14,16) tragen, von denen jeweils der stromaufwärts gelegene Flansch (14) über Sicherungselemente (32) mit einem abnehmbaren Ring (26) verbunden 1st, der seinerseits mittels weiterer Sicnc»r!.\ng:3-elemente (32) an dem Außengehäuse (8) befestigt ist* und daß die radial inneren Enden (34) der Schaufeln jeweils in axialem Abstand voneinander angeordnete, im wesentlichen L~foTmiga, stromaufwärts bssw. stromabwärts gerichtete Flansche (κ-, 38) tragen, von denen der stromaufwärts gerichtete Flansch (36) in eine stromabwärts geöffnete Kingnut hineinreicht, die durch einen im Querschnitt L-förmigen Flansch (46) am stromaufwärts gelegenen Ende eines Bsftstigungeringes (44) gebildet ist, dessen stromabwärts gelegenes Ende einen Radi ».If lana ch (48) be fitzt, der Jeweils neben dem stromabwärts gerichteten, im wesentlichen L-förmigan Flansch (38) der Schaufeln gelegen ist und zueammen mit diesem in einer stromaufwärts offenen Flansch-Bingnut (50,52) dss Innengehäuses (10) Aufnahme findet.

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2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (4) an ihrem radial inneren Ende (34) einen nach innen ragenden Vorsprung (42) aufweist, welcher in je einem von einer Vielzahl am Umfang des Befeetigungsringes (44) angeordneter Schlitze bzw. Ausschnitte Aufnahme findet.

3. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am radial äußeren Ende (12) der Schaufeln (4) auf der stromaufwärts gelegenen Seite bzw. an dem stromaufwärts gelegenen, radial nach außen weisenden Flansch (14) jeweils eine Bohrung (22) vorgesehen ist, daß ferner in dem abnehmbaren Ring (26) eine Vielzahl von Bohrungen (28) gebildet ist, welche jeweils mit den Bohrungen der Schaufeln fluchten und daß die Sicherungselemente (32) zur Verbindung der radial äußeren Sohaufelenden mit dem abnehmbaren Ring durch die fluchtenden Bohrungen hindurohreichen.

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