DE2542394A1 - ROTOR FOR GAS TURBINE ENGINES - Google Patents
ROTOR FOR GAS TURBINE ENGINESInfo
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Description
Dipl. ing. K. HOLZEB »9 A(JGSB[FReDipl. Ing. K. HOLZEB »9 A (JGSB [FRe
R.R.
Augsburg, den 23. September 1975Augsburg, September 23, 1975
Rolls-Royce (1971) Limited, Norfolk House, St. James's Square,Rolls-Royce (1971) Limited, Norfolk House, St. James's Square,
London, EnglandLondon, England
Rotor für GasturbinentriebwerkeRotor for gas turbine engines
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Die Erfindung betrifft einen Rotor für Gasturbinentriebwerke nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a rotor for gas turbine engines according to the preamble of the main claim.
Derartige Rotoren sind aus der DT-OS 2 159 857 bekannt. Sie haben sich in vielfacher Hinsicht als besonders vorteilhaft erwiesen, weil der käfigartige Rotorring ein verhältnismäßig leicht zu handhabendes Bauteil darstellt, welches die Montage des Rotors wesentlich vereinfacht und insbesondere eine leichte Demontage bei Abnutzung oder Beschädigung der Dichtungslippe(n) erlaubt, ohne daß die Rotorscheibe beschädigt wird oder sonst in irgendeiner Weise bearbeitet zu werden braucht, was bei früher üblichen Rotoren notwendig war, bei welchen die Dichtungslippe(n) mit der Rotorscheibe einstückig oder auf diese aufgeschrumpft war.Such rotors are known from DT-OS 2 159 857. They have proven to be particularly advantageous in many respects because the cage-like rotor ring is a relatively represents an easy-to-use component that significantly simplifies the assembly of the rotor and in particular easy dismantling in the event of wear or damage to the sealing lip (s) without affecting the rotor disk is damaged or otherwise needs to be machined in any way, which is necessary with rotors that were customary in the past was, in which the sealing lip (s) with the Rotor disk was in one piece or shrunk onto it.
Ein weiterer, sehr beachtlicher Vorteil dieser bekannten Rotoren besteht darin, daß die Rotorscheibe im Betrieb praktisch nur die Fliehkraftbelastung ihrer Eigenmasse und diejenige der Rotorschaufeln aufzunehmen braucht, da der käfigartige Ring freitragend ist und die Fliehkraftbelastung seiner eigenen Masse und diejenige der an ihm angeordneten Dichtungslippe(n) im wesentlichen in sich selbst aufnimmt, so daß nur eine verschwindend kleine Komponente derselben durch dieAnother very significant advantage of these known rotors is that the rotor disk in the Operation practically only the centrifugal load of their own mass and that of the rotor blades needs, since the cage-like ring is self-supporting and the centrifugal load of its own mass and that the sealing lip (s) arranged on it in the essential takes up in itself, so that only one vanishingly small component of the same due to the
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Befestigungsmittel, mit denen er an der Rotorscheibe befestigt ist, auf diese übertragen wird. Die Folge ist, daß sowohl die Rotorscheibe als auch der Ring verhältnismäßig schwach dimensioniert werden können, was ein wesentlich geringeres Gewicht und eine wesentlich geringere Fliehkraftbeanspruchung ergibt.Fastening means with which it is attached to the rotor disk is transferred to this. The result is, that both the rotor disk and the ring can be dimensioned relatively weak, what a significantly lower weight and a significantly lower centrifugal force results.
Die Radialflanschen des käfigartigen Ringes bewirken nicht nur eine axiale Festlegung der Schaufelfüße in der Rotorscheibe, sondern wirken gleichzeitig auch als Dichtungs-Ringscheiben, die ein Hindurchlecken des den Schaufelkanal durchströmenden Strömungsmittels durch die Schaufelfuß-Halterungsschlitze des Rotorscheibenumfanges hindurch von einer Rotorscheibenseite nach der anderen Rotorscheibenseite verhindern, so daß für diesen Zweck gesonderte Dichtungsmittel und die damit verbundene Gewichts- und Fliehkraftbelastung vermieden sind.The radial flanges of the cage-like ring cause not only an axial fixation of the blade roots in the rotor disk, but also act as a Sealing washers that prevent leakage of the Fluid flowing through the blade channel through the blade root mounting slots of the rotor disk circumference prevent through from one rotor disk side to the other rotor disk side, so that for this Purpose of separate sealing means and the associated weight and centrifugal load avoided are.
Insbesondere bei Gasturbinentriebwerken zum Flugzeugantrieb spielt natürlich die Gewichtsersparnis eine 3ehr wesentliche Rolle.In particular, in the case of gas turbine engines for propelling aircraft, the weight saving naturally plays a role 3very essential role.
Bei den erwähnten bekannten Rotoren sind die Schaufelfußplatten in Umfangsriehtung verhältnismäßig schmal aus-In the known rotors mentioned, the blade root plates are relatively narrow in the circumferential direction.
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geführt und bilden zusammen mit den längs ihrer im wesentlichen axial verlaufenden Randkanten an sie angrenzenden, stegartig ausgebildeten, am Außenumfang des käfigartigen Rotorringes angeordneten Käfigstäben die radial innere Wandung des Schaufelkanals, Durch die zwischen den aneinander grenzenden Schaufelplatten- und Käfigstegkanten herrschende Reibung werden bekanntlich Schwingungen der Rotorschaufeln während des Betriebes gedämpft.out and form together with the along their essentially axially extending marginal edges adjoining them, web-like, on the outer circumference of the cage-like Rotor ring arranged cage bars the radially inner wall of the blade channel, through the between the one another adjoining blade plate and cage web edges As is known, vibrations of the rotor blades are dampened during operation due to the prevailing friction.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Rotoren der im Oberbegriff des Hauptanspruches dargelegten allgemeinen Bauart so zu verbessern, daß eine noch größere Gewichtseinsparung des Rotors und damit eine noch geringere Fliehkraftbelastung der Rotorteile, eine noch wirksamere Schwingungsdämpfung der Rotorschaufeln im Betrieb und eine noch einfachere und damit in der Herstellung billigere Konstruktion des käfigartigen Rotorringes erzielt wird.The object of the invention is to be achieved, the rotors set forth in the preamble of the main claim general design to improve so that an even greater weight saving of the rotor and thus a Even lower centrifugal load on the rotor parts, an even more effective vibration damping of the rotor blades in operation and an even simpler and thus cheaper to manufacture construction of the cage-like Rotor ring is achieved.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches unter Schutz gestellte Merkmalskombination gelöst. This problem is solved by the combination of features placed under protection in the characterizing part of the main claim.
Die erfindungsgemäße Rotorkonstruktion bringt gegenüberThe rotor construction according to the invention brings about
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der erwähnten bekannten Rotorkonstruktion den technischen Portschritt, daß wegen der erfindungsgemäß radial weiter innen vorgesehenen Anordnung der Rotorkäfigstäbe die von diesen hervorgerufenen P liehkraf tbeanspruchungen kleiner sind als diejenigen der Käfigstäbe der bekannten Konstruktion, so daß auch die Radialflanschen des käfigartigen Rotorringes der erfindungsgemäßen Konstruktion schwächer gehalten werden können, wodurch sich sowohl eine Gewichtsersparnis als auch eine geringere Eigenfliehkraftbelastung dieser Radialflanschen ergibt, welch letztere wiederum eine schwächere Dimensionierung der Käfigstäbe selbst erlaubt. Der Umstand, daß bei der erfindungs gemäßen Konstruktion die Schaufelfußplatten größer sind und folglich fliehkraftmäßig die Rotorscheibe stärker belasten, stellt gegenüber den soeben dargelegten Vorteilen nur eine geringfügige Beeinträchtigung dar, da die Rotorechaufeln aus hochwertigerem Werkstoff hergestellt sind als die käfigartige Ringkonstruktion und folglich die an die Stelle der Masse der bei der bekannten Anordnung am Außenumfang befindlichen stegartigen Käfig-3täbe tretenden, umfangsmäßig breiteren Schaufelfußplatten wesentlich dünner und folglich leichter ausgeführt werden können als die stegartigen Käfigstäbe der bekannten Konstruktion. Schließlich ergeben die Reibungskräftethe known rotor construction mentioned the technical port step that because of the invention radially further internal arrangement of the rotor cage bars that of These caused stress loads are smaller than those of the cage bars of the known Construction, so that the radial flanges of the cage-like rotor ring of the construction according to the invention can be kept weaker, resulting in both a weight saving and a lower centrifugal load this radial flange gives what the latter in turn allows a weaker dimensioning of the cage bars themselves. The fact that the Invention, contemporary construction, the blade root plates are larger and consequently the rotor disk in terms of centrifugal force load more, represents compared to the ones just outlined Advantages are only a minor impairment, since the rotor blades are made of higher quality material are called the cage-like ring construction and consequently the place of the mass of the known Arrangement on the outer circumference located web-like cage 3-rods stepping, circumferentially wider blade root plates can be made much thinner and consequently lighter than the web-like cage bars of the known Construction. Finally, the frictional forces result
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zwischen den unmittelbar aneinanderstoßenden axial verlaufenden Fußplattenkanten benachbarter Rotorschaufeln bekanntlich eine sehr gute Schwingungsdämpfung.between the directly abutting axially It is known that the footplate edges of adjacent rotor blades provide very good vibration damping.
Die Unteransprüche betreffen zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruches.The subclaims relate to expedient developments of the subject matter of the main claim.
Eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines Rotors für Gasturbinentriebwerke nach der Erfindung wird nunmehr nachstehend unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben, in welchenA preferred embodiment of a rotor for Gas turbine engines according to the invention will now be described below with reference to the accompanying drawings for example, in which
Fig. 1 eine schematische, teilweiseFig. 1 is a schematic, partially
geschnittene Seitenansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einem er find ungs gemäßen Rotor zeigt,sectional side view of a gas turbine engine with a he invention according to Rotor shows
Fig. 2 einen sehe ma ti sehen Teil-Fig. 2 a see ma ti see part
Axialschnitt durch einen er find ungs gemäßen Rotor wiedergibt, undAxial section through a rotor according to the invention, and
Fig. 3 eine schema tische perspektivischeFig. 3 is a schematic perspective tables
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Teilansicht des erfindungsgemäßen Rotors darstellt.Partial view of the invention Represents rotor.
Das in Pig. I dargestellte Gasturbinen-Strahltriebwerk kann jeder beliebigen Bauart angehören und weist in der angegebenen Reihenfolge in Stroinrichtung hintereinander angeordnet einen Verdichter I3 eine Brennkammer 2, eine Turbine 3 und eine Schubdüse 4 auf. Das Triebwerk kann ein Einwellen- oder ein Mehrwellentriebwerk sein und kann beispielsweise einen dreistufigen Niederdruckverdichter aufweisen. Dieser ist in Pig. 1 durch den abgebrochenen vorderen Triebwerkegehäuseteil sichtbar und in Pig. 2 in Einzelheiten dargestellt.That in Pig. The gas turbine jet engine shown in FIG. 1 can be of any design and has a compressor I 3, a combustion chamber 2, a turbine 3 and a thrust nozzle 4 arranged one behind the other in the specified sequence in the flow device. The engine can be a single-shaft or a multi-shaft engine and can, for example, have a three-stage low-pressure compressor. This one is in Pig. 1 visible through the broken off front engine housing part and in Pig. 2 shown in detail.
Der in den Pig. 2 und 3 dargestellte Niederdruckverdichter weist drei treibend miteinander verbundene Rotoren 10 auf, stromab deren Rotorschaufelkränzen jeweils ein Statorschaufelkranz 11 angeordnet ist. Die Rotoren befinden sich auf einer gemeinsamen Welle 12, welche von der Triebwerksturbine angetrieben wird.The one in the Pig. 2 and 3 shown low-pressure compressor has three drivingly connected to one another Rotors 10, downstream of their rotor blade rings respectively a stator blade ring 11 is arranged. The rotors are on a common shaft 12, which of the engine turbine is driven.
Die einzelnen Rotoren weisen jeweils eine Rotorscheibe auf, an deren Außenumfang eine Vielzahl von jeweils im wesent-The individual rotors each have a rotor disk, on the outer circumference of which a large number of each essentially
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lichen axial verlaufenden Schlitzen angeordnet ist, in welchen die Schaufelfüße 16 der Rotorschaufeln 17 gehaltert sind.Union axially extending slots is arranged in which the blade roots 16 of the rotor blades 17 are supported are.
Die Schaufelfüße weisen einen im wesentlichen schwalbenschwanzartigen Querschnitt mit einem Schwalbenschwanzwinkel von etwa 90° auf, können jedoch selbstverständlich jeder anderen Bauart angehören, beispielsweise auch der üblichen Tannenbaumbauart.The blade roots have a substantially dovetail-like shape Cross-section with a dovetail angle of about 90 °, but can of course belong to any other design, for example also the usual Christmas tree design.
Die Rotorschaufein weisen jeweils Fußplatten 18 auf, die jeweils in Umfangsrichtung nach beiden Seiten vom Schaufelblatt abstehen und mit ihren im wesentlichen axial verlaufenden Seitenkanten an die Seitenkanten der Fußplatten der jeweils benachbarten Rotorschaufelen angrenzen, so daß die Gesamtheit der Schaufelfußplatten die radial innere Wandung des Schaufelkanals des Rotors bildet.The rotor blades each have base plates 18, each in the circumferential direction on both sides of the Stand out blade and with their substantially axially extending side edges to the side edges of the Adjoin the base plates of the respective neighboring rotor blades, so that all of the blade root plates form the radially inner wall of the blade channel of the rotor forms.
Die Rotorscheibe ist von einem käfigartig ausgebildeten Ring umgeben, dessen Käfigform durch stirnseitige Ringe und diese miteinander verbindende, im wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Käfigstäbe bestimmt ist. Die Käfigstäbe 20 liegen radial innerhalb der Schaufelfuß-The rotor disk is surrounded by a cage-like ring, the cage shape of which is provided by rings on the face and this interconnecting, essentially axially extending cage bars is determined. The cage bars 20 lie radially inside the blade root
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platten 18 und bilden infolgedessen mit den beiden Ringteilen 19 die Käfigöffnungen, durch welche die Schaufelfüße hindurchragen.plates 18 and consequently form with the two ring parts 19 the cage openings through which the blade roots protrude through.
Bei dem dargestellten Beispiel sind die Käfigöffnungen in Umfangsrichtung so breit, daß jeweils in einer Käfigöffnung in Umfangs richtung zwei nebeneinanderliegende Schaufelfüße Platz finden.In the example shown, the cage openings are so wide in the circumferential direction that each in a cage opening in the circumferential direction find space for two adjacent blade feet.
Die von den Käfigstäben 20 zusammengehaltenen Ringteile 19 des käfigartigen Ringes haben die Form von Radialflanschen 21 und 22, an welchen jeweils in Achsrichtung abstehende, ringförmige Diehtungslippen 23 und angeordnet sind. Diese Dichtungslippen 23 und 2k wirken mit entsprechenden, radial inneren Dichtungsflächen 25 von radial inneren Deckbändern 26 der jeweils angrenzenden Stat>rbe3chaufelung zusammen. Die Dichtung liegt also jeweils am größtmöglichen Radius, so daß die jeweils zwischen den Radien des durch die Rotorschaufelfußplatten gebildeten Fußbande3 und de3 Statordeckbandes gelegenen Räume 28 klein 3xnd und somit wiederum der Umlauf des den Schaufelkanal durchströmenden Mediums zwischen verschiedenen Drucketufen von einer Rotorseite zur anderen Rotorseite hin um den Rotor herum vermindert wird undThe ring parts 19 of the cage-like ring held together by the cage bars 20 are in the form of radial flanges 21 and 22, on which annular sealing lips 23 and 23 projecting in the axial direction are arranged. These sealing lips 23 and 2k cooperate with corresponding, radially inner sealing surfaces 25 of radially inner shrouds 26 of the respectively adjoining static blades. The seal is therefore in each case at the largest possible radius, so that the spaces 28 located between the radii of the foot band 3 and the stator cover band formed by the rotor blade root plates are small and thus in turn the circulation of the medium flowing through the blade channel between different pressure levels from one rotor side to the other rotor side is decreased around the rotor and
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dadurch der Ventilationsverlu3t der Anordnung verringert wird.thereby the ventilation loss of the arrangement is reduced.
Der am weitesten stromauf gelegene Rotor weist nur eine ringförmige Dichtungslippe auf, die in stromabwärtiger Richtung vom Rotor absteht.The most upstream rotor has only one annular sealing lip, which in the downstream Direction protrudes from the rotor.
Radial innerhalb des Radialflansches 21 ist dieser jeweils in Umfangsabständen radial nach innen gezogen, so daß Ohren gebildet werden, durch welche Schrauben hindurch ge führt werden können, mittels welcher der käfigartige Ring an der Rotorscheibe 15 lösbar befestigt werden kann. Es. wird jedoch darauf hingewiesen, daß diese Schrauben praktisch keine Fliehkräfte des käfigartigen Ringes aufnehmen und auf die Rotorscheibe 15 übertragen ^Radially inside the radial flange 21, this is drawn radially inward at circumferential distances, so that ears are formed through which screws can be passed through, by means of which the cage-like Ring can be releasably attached to the rotor disk 15. It. however, it should be noted that these screws practically no centrifugal forces of the cage-like Pick up the ring and transfer it to the rotor disk 15 ^
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