DE2231175C3

DE2231175C3 - Schaufelrad einer Strömungsarbeitsmaschine

Info

Publication number: DE2231175C3
Application number: DE2231175A
Authority: DE
Inventors: Louis J. Vanves Bauger; Jean G. Brunoy Boullier; Michel R. Dammarie-Les-Lys Gobin; Armand J.-B. Itteville Lacroix
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1971-06-29
Filing date: 1972-06-26
Publication date: 1979-05-03
Also published as: FR2143561A1; GB1385968A; FR2143561B1; DE2231175B2; DE2231175A1; US3813185A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaufelrad einer Strö- *>o mungsarbeitsmaschine mit einem aus Fasermaterial bestehenden Ringkörper sowie einer auf der Außenseite des Ringkörpers angebrachten, zumindest teilweise aus Metall bestehenden ringförmigen Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Schaufeln. ·>■;

Bei einer vorbekannten Strömungsarbeitsmaschine dieser Art (US-PS 28 68 439), die im betreffenden Fall ein Verdichter ist. sind zur Befestigung metallene Ringflansche vorgesehen, die an dem trommelförmigen, aus Fasermaterialien bestehenden Ringkörper durch Bolzen befestigt sind und durch Abstandselemente auf Abstand zueinander gehalten werden. Zwischen den Ringflanschen erstrecken sich Lagerzapfen, die durch an den Schaufelfüßen angebrachte Hülsen hindurchgesteckt sind.

Diese Art der Befestigung der Schaufeln hat den Nachteil, daß der aus Fasermaterial bestehende trommeiförmige Ringkörper durch die Löcher für die Bolzen geschwächt ist Darüber hinaus ist die gezeigte Art der Befestigung relativ aufwendig, da vergleichsweise viele Einzelteile (Ringflansche, Befestigungsschrauben, Muttern, Lagerzapfen, Hülsen etc.) benötigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaufelrad der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß der konstruktive Aufwand für die Befestigung der Schaufeln verringert und dennoch eine Schwächung des aus Fasermateriai bestehenden Ringkörpers durch Löcher oder dgl. vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Schaufelrad mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung aus die Schaufeln haltenden, axial verlaufenden, in Axialebenen geteilten, aus Metall bestehenden Segmenten und mindestens einem die Segmente umgebenden und dadurch auf dem Ringkörper haltenden, aus Fasermateriai bestehenden Haltering besteht

Entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung werden die metallenen, axial verlaufenden Segmente, die sich zu einem geschlossenen Ring ergänzen, durch die aus Fasermaterial bestehenden Halteringe nach Art einer Bandage auf dem Ringkörper gehalten. Dies bietet die Möglichkeit, die Schaufeln in herkömmlicher Weise mittels Tannenbaumfüßen oder dgl. in Axialnuten der Segmente zu halten. Dennoch kann der Ringkörper durchgehend ausgebildet werden; eine Schwächung des Ringkörpers durch Löcher, Ausnehmungen oder dgl. ist nicht erforderlich. Der konstruktive Aufwand ist vergleichsweise gering, da relativ wenig Einzelteile benötigt werden. Eine besondere Bearbeitung des aus Fasermaterial bestehenden Ringkörpers ist nicht erforderlich. Auch das Gewicht kann trotz der Verwendung der metallenen Segmente vergleichsweise gering gehalten werden.

Vorteilhafte \usgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen axialen Halbschnitt einer erfindungsgemäß ausgebildeten Strömungsmaschine entlang der Linie II in F ig. 2;

Fig.2 und 3 Querschnitte entlang der Linien IT-II bzw. IH-III in F ig.1.

In den F i g. 1 bis 3 ist ein Teil einer Strömungsmaschine 1 dargestellt, die beispielsweise der Niederdruck verdichter eines Turbinen-Gasstrahltriebwerkes ist

Die Strömungsmaschine 1 weist einen Ringkörper 2 mit einer Achse X'-X sowie mehrere Segmente 3 auf. Jedes der Segmente 3 erstreckt sich in axialer Richtung des Ringkörpers 2 und ist seitlich aneinander stoßend auf der Außenfläche des Ringkörpers 2 befestigt, vgl. F i g. 2.

Der Ringkörper 2 besteht aus einem Fasermaterial und kann durch Wickeln einer Faser, z. B. einer Glasoder Kohlenstoffaser, auf einem zylindrischen oder

leicht konischen Dorn hergestellt werden. Man geht in bekannter Weise derart vor, daß man den Dorn um seine Achse dreht und gleichzeitig die Faser einer geradlinigen zur Dornachse abwechselnd parellelen Bewegung unterwirft Man erhält auf diese Weise eine s schraubenförmig überkreuzte Wicklung, die die Steifheit des Ringkörpers gegen Biegung und Verdrehung gewährleistet Die Fasern werden während des Wickelvorgangs mit einem geeigneten Bindemittel bedeckt, etwa einem Kunstharz. Während des Aushärtens des Bindemittels nimmt man den auf diese Weise erhaltenen Ringkörper vom Dorn ab.

Die Segmente 3 sind aus Metall, vorzugsweise aus Titan. Jedes von ihnen weist eine glatte Innenseite auf, mit der es vorzugsweise durch Verkleben, z. B. mittels is eines Kunstharzleims, auf der Außenfläche des Ringkörpers befestigt ist, und weist eine angepaßte Außenseite auf.

Wenn man den Schnitt einer durch die Achse gehenden Ebene betrachtet, wie in Fig.! gezeigt, so weist jedes Segment 3 eine gezahnte Form auf, die aus Stegen 4a, 46...4p... besteht, die mit Nuten 5a, 5b...5p... abwechseln. Zur Gewichtsverringerung ist jeder Steg bei 16 hohl. Jede Nut 5a, Sb... 5q... ist zur Außenseite des Ringkörpers hin offen und erstreckt sich in Umfangsrichtung des Ringkörpers. Wie in Fig.3 gezeigt, sind die Nuten, etwa die Nuten 5p, in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend derart angeordnet, daß sie Ringnuten 6a, 6b... 6p bilden.

Wie in Fig.2 gezeigt, weist jedes Segment 3 auf in seiner Außenseite wenigstens eine profilierte Axialnut 7a, 7 b, Tc auf, die weniger tief als die Nuten 5a, 5b... 5p ist Die Axialnut 7a ist vorzugsweise ein Schwalbenschwanz, während jede Axialnut Tb und Tc aus einem halben Schwalbenschwanz besteht Wie in der gleichen y, Figur zu sehen, bilden zwei halbe Schwalbenschwänze, die zwei benachbarten Segmenten angehören, gemeinsam einen ganzen Schwalbenschwanz.

Jede der Axialnuten 7a, Tb, 7c erstreckt sich zwischen zwei axial aufeinanderfolgenden Nuten 5a, 5b... über die axiale Länge der Stege 4a, 4b... 4p.

Die durch die Axialnut 7a und die Axialnuten Tb, Tc gebildeten Schwalbenschwänze nehmen an der Stelle der Stege 4a,4b...4p... einen entsprechend profilierten Schaufelfuß 9 auf. In F i g. 1 und 2 sind Laufschaufeln a < 8 mit Schaufelfüßen 9 sowie Leitschaufeln 15 dargestellt, die vorzugsweise aus Titan bestehen.

In jeder Ringnut 6a, 6b... 6p... ist ein Haltering 10a, IQb... 10p... aus in Umfangsrichtung um die Segmente 3 nach Art einer Bandage gewickeltem Fasermaterial ίιι angeordnet Die radiale Dicke »e« eines Halterings, etwa 10p, gemessen vom Grund der Nut 5p, ist vorzugsweise kleiner oder gleich der radialen Höhe »/>« des angrenzenden Steges 4p, gemessen zwiscnen der Grundfläche des Steges und dem Grund der in den Steg 5^r> eingearbeiteten Axialnut etwa 7a.

Wie die F i g. 1 zeigt ist die Länge jeden Steges 4a,

4b...4p.., gemessen in Richtung der Achse des Ringkörpers 3, größer als die Länge des Schaufelfußes 9, der in einer in diesen Steg eingearbeiteten Nut, etwa 7a, angeordnet ist Diese Besonderheit gestattet das Einsetzen von Zwischenstücken 11, von denen jedes einen Fuß 12 hat, dessen Profil demjenigen der Schaufelfüße 9 identisch ist Jeder Fuß 12 eines Zwischenstücks 11 bildet zwei axial im Abstand angeordnete Endabschnitte, die in die Axialnuten, z. B. Ta, zweier aufeinanderfolgender Stege, etwa der Stege 4a, 4b, desselben Segmentes eindringen, und die mit den beiderseits in den Axialnuten angeordneten Schaufelfüßen 9 in Berührung kommen. Jedes Zwischenstück 11 überdeckt auf diese Weise bei einem Ring aus Fasermaterial, etwa 106, die zwischen den Stegen liegende Nut

Jedes Zwischenstück 11 trägt auf seiner nach außen weisenden Seite Labyrinthdichtungen 13, die dichtend mit einem Statorring 14 zusammenarbeiten können, der dazwischen die Leitschaufeln 15 an deren innerem Radius miteinander verbindet

Der Zusammenbau der Strömungsmaschine geschieht in üblicher Weise. Wenn der Stator aus einer Reihe von einstöckigen Ringen zusammengesetzt ist, die einen Kranz von überstehenden Leitschaufeln 15 tragen, geht man schrittweise vor. Man fängt z. B. mit dem Einsetzen der Laufschaufeln 8 einer Stufe an. Dann werden die Zwischenstücke 11 eingesetzt, die diese Stufe von der folgenden Stufe trennen. Dann werden die Laufschaufeln der folgenden Stufe eingesetzt usw. Für den Fall, daß der Stator aus zwei Teilen oder Gehäusehälften besteht, die durch die ebene Fläche einer axial verlaufenden Teilfuge getrennt sind, kann das Laufrad vor seinem Einbau in den Stator vollständig mit allen seinen Schaufeln 8 ausgestattet werden.

Im Betrieb genügt die durch das Verkleben der Segmente 3 mit dem Ringkörper 2 bedingte Haftung, um die Segmente mit dem Ringkörper in Drehung zu versetzen. Die durch die Zentrifugalkraft erzeugte Lösekraft der Segmente wird von den Halteringen 10a, 10ύ... 10p... aufgenommen, die die Rolle einer Bandage spielen.

Der wichtigste Teil der Haltevorrichtung (Ringkörper 2 und Halteringe 10a, 106... 10p...) besteht somit aus Fasermaterial mit großer Widerstandsfähigkeit und geringem Gewicht Die Technologie des Schaufelfußes und dessen Anordnung bleiben jedoch von üblicher Art und werden durch die Verwendung metallischer Segmente 3, die die der Bearbeitung von Fasermateria! anhaftenden Unannehmlichkeiten vermeiden, einfach gehalten. Die Gewichtszunahme der Anordnung durch das Vorhandensein der metallischen Segmente ist wegen der vielen in die Segmente eingearbeiteten Ausnehmungen relativ gering.

Es versteht sich, daß die beschriebene Ausbildung des Laufrades auf den Stator übertragen werden könnte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaufelrad einer Strömungsarbeitsmaschine mit einem aus Fasermaterial bestehenden Ringkörper sowie einer auf der Außenseite des Ringkörpers angebrachten, zumindest teilweise aus Metall bestehenden ringförmigen Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung aus die Schaufeln haltenden, axial verlaufenden, in Axialebenen geteilten, aus Metall bestehenden Segmenten (3) und mindestens einem die Segmente (3) umgebenden und dadurch auf dem Ringkörper (2) haltenden, aus Fasermaterial bestehenden Haltering is (10a, 6...) besteht

2. Schaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (3) mit einer oder mehreren in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten (5a, b...) versehen sind, wobei sich die Nuten (5a, b...) der gesamten Segmente (3) jeweils zu Ringnuten (6a, b...) zur Aufnahme des bzw. der Halteringe (10a, b...) ergänzen.

3. Schaufelrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (3) an zwischen aufeinanderfolgenden Ringnuten (6a, b...) gebildeten Stegen (4a, />...) mit profilierten Axialnuten (7a, b...) zur Aufnahme entsprechend profilierter Schaufelfüße (9) versehen sind.

4. Schaufelrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke (e) des Halterings (10a) höchstens gleich dem radialen Abstand zwischen der Grundfläche det Stege (4a, b..) und dem Nutgrund der Axialnuten (7a, b...) ist

5. Schaufelrad nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede einen Haltering (10a, b...) enthaltende Ringnut (6a, b...) von einem Ring aus segmentförmigen Zwischenstücken (11) überdeckt ist, die mit entsprechend den Schaufelfüßen (9) profilierten Füßen (12) versehen sind, die mit ihren entgegengesetzten axialen Enden in die profilierten Axialnuten (7a, b...) der beiden angrenzenden Stege (4a, b...) greifen und an den benachbarten Schaufelfüßen (9) anliegen.

6. Schaufelrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke (11) auf ihrer radial äußeren Seite mit Labyrinthdichtungen (13) versehen sind.

7. Schaufelrad nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (4a, b...) so teilweise hohl sind.

8. Schaufelrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (3) durch Verkleben am Ringkörper (2) befestigt sind. ^r>5