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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Rotorscheibe einer Turbomaschine
von dem Typ, der eine zylindrische Außenfläche aufweist, die mit einer
Umfangsnut ausgebildet ist, in welcher die Füße der Schaufeln der Scheibe
gehalten werden.
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Die
Füße der Schaufeln
werden in die Nut der Scheibe durch ein Fenster eingeführt, das
in dieser Nut ausgebildet ist, und radial und axial bezüglich der
Achse der Turbomaschine durch Zusammenwirken von Formen gehalten,
wobei die Nut z. B. einen schwalbenschwanzförmigen oder analogen Querschnitt
hat.
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Um
zu vermeiden, daß die
Füße der Schaufeln
frei in der Nut der Scheibe gleiten und durch das obengenannte Fenster
austreten, führt
man durch dieses Fenster in die Nut der Scheibe ein Verriegelungsorgan
ein, das dazu bestimmt ist, in der Nut durch Gleiten bis zu einer
Haltekerbe verschoben zu werden, die in der Nut ausgebildet ist.
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Aus
dem Dokumen
FR-A-2 810
366 kennt man Verriegelungsorgane, die eine radiale Schraube aufweisen,
deren Kopf zwischen zwei Füßen von Schaufeln
angeordnet ist und die an dem Boden der Nut anliegt. Die Einspannung
der Schraube ermöglicht,
das Verriegelungsorgan radial nach außen zu verschieben und es in
der obengenannten Kerbe der Nut zu blockieren, um die Verriegelung
der Schaufeln in der Nut der Scheibe zu gewährleisten.
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Die
Füße der Schaufeln
sind allgemein mit Spiel in der Umfangsnut der Scheibe angebracht. Beim
Betrieb der Turbomaschine sind die Schaufeln starken Zentrifugalkräften und
Vibrationen unterworfen, die das Lösen oder Festfressen der Schraube des
Verriegelungsorgans hervorrufen können.
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Eine
Lösung
für dieses
Problem besteht darin, den Teil des Verriegelungsorgans zu verformen, der
die Schraube aufnimmt, um diese in Drehung zu blockieren. Gleichwohl
ist diese Verformung durch Kompression schwer oder unmöglich durchzuführen, wenn
der Abstand zwischen den Schaufeln gering ist und den Einsatz eines
Kompressionswerkzeugs stört oder
verhindert.
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Man
hat auch Fälle
von Festfressen der Schrauben festgestellt, welche den Ausbau der
Verriegelungsorgane unmöglich
machen und erzwingen, daß sie
mit der Bohrmaschine zerstört
werden, wodurch die Scheibe des Rotors beschädigt werden kann.
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Man
kennt auch aus den Dokumenten
FR-A-2 616 480 und
FR-A 1 541 373 Verriegelungsvorrichtungen
für die
Füße von Schaufeln,
die elastisch verformbare Teile in Form eines U oder Ω mit einer Öffnung sind,
die zur Öffnung
der Nut gewandt sind und deren freie Enden mittels eines geeigneten Werkzeugs
angenähert
werden, um diese Teile auf sich selbst zusammenzuziehen und sie
in der Nut bis in vorbestimmte Blockierungspositionen gleiten zu lassen.
Es ist nicht immer einfach, mittels des Werkzeugs die Enden dieser
Teile zu erfassen und sie zusammenzuziehen, um sie in der Nut bis
in ihre Blockierungspositionen gleiten zu lassen, und ihre Verschiebung
in Gegenrichtung zum Entriegeln der Füße der Schaufeln und den Ausbau
der Schaufeln erweist sich im allgemein noch schwieriger.
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Die
Aufgabe der Erfindung liegt insbesondere darin, eine einfache, ökonomische
und wirksame Lösung
für diese
Probleme zu liefern.
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Dazu
schlägt
sie eine Rotorscheibe einer Turbomaschine nach Anspruch 1 vor, die
Schaufeln trägt,
deren Füße in einer äußeren Umfangsnut
der Scheibe in Eingriff stehen und gehalten werden, wobei diese
Nut ein Fenster zum Einführen
der Füße der Schaufeln
und wenigstens eine Haltekerbe für
ein einstückiges
und elastisch verformbares Verriegelungsorgan in Form eines U oder Ω aufweist,
welche der Querschnittsform der Nut entspricht, in die Nut durch
das Fenster eingeführt
und derart bemessen ist, daß es
in der Kerbe aufgenommen und gehalten ist, wenn es im freien Zustand
im wesentlichen ohne Spannung oder mit leichter Spannung ist, und
durch Gleiten in der Nut verschiebbar ist, wenn es im gespannten
Zustand und elastisch verformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des
Verriegelungsorgans zum Boden der Nut orientiert ist, wenn das Verriegelungsorgan
in der Nut angebracht ist.
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Die
Erfindung präsentiert
zahlreiche Vorteile Das Verriegelungsorgan ist aus einem Stück und damit
einfacher und kostengünstiger
als manche Verriegelungsorgan aus dem Stand der Technik. Jede Gefahr
eines Festfressens der Blockierungsschrauben sowie die Gefahren
einer schlechten Montage aufgrund eines nicht ausgeführten Anziehens
von Schrauben sind vermieden.
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Darüber hinaus
trägt die
Scheibe nur einen einzigen Typ von Schaufeln, denn es ist nicht
mehr notwendig spezielle Schaufeln beiderseits des Verriegelungsorgans
anzubringen, wobei diese speziellen Schaufeln angeformt sind, um
den Durchgang und die Betätigung
der Klemmschrauben aus dem Stand der Technik zu ermöglichen.
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Da
außerdem
die Öffnung
des Verriegelungsorgans zum Boden gewandt ist, kann es ohne spezifisches
Werkzeug durch Kompression angezogen werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
das Verriegelungsorgan ein gefalztes oder umgebogenes Metallband
mit der Form des Querschnitts der Nut auf, das aus einem Stahl hergestellt ist,
der gegenüber
hohen Temperaturen beständig ist,
z. B. aus einer Chromnickellegierung.
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Das
Verriegelungsorgan weist einen zentralen Teil und zwei seitliche
Flügel
oder Zungen, die durch diesen zentralen Teil verbunden sind, sowie
ein Metallplättchen
auf, das z. B. durch Bördeln
an der radial äußeren Seite
seines zentralen Teils befestigt ist, wobei dieses Metallplättchen eine
Form hat, die mit derjenigen der Haltekerbe gekoppelt ist.
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Das
Verriegelungsorgan kann dann durch Anlage an seinem zentralen Teil
elastisch verformt werden, wobei diese Anlage von der Öffnung der
Nut radial nach innen ausgeübt
wird, um das Plättchen radial
zu dem Boden der Nut hin zu verschieben.
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Die
in der obengenannten Nut ausgebildete Haltekerbe weist zwei Hohlräume auf,
die gegenüber in
den Seitenwänden
der Nut ausgebildet und dazu bestimmt sind, die Ränder des
Metallplättchens
aufzunehmen, die in diese Hohlräume
bei elastischer Entspannung des Verriegelungsorgans durch radiale Verschiebung
nach außen
eingreifen, womit dieses Organ in der Nut der Scheibe blockiert
ist. Die zwei Hohlräume
münden
radial an der zylindrischen Fläche
der Scheibe, in welcher die Nut ausgebildet ist.
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Die
Erfindung betrifft auch einen Strahltriebwerkkompressor, dadurch
gekennzeichnet, daß er wenigstens
eine Rotorscheibe aufweist, wie sie oben beschrieben wurde, sowie
eine Turbomaschine wie ein Strahltriebwerk, dadurch gekennzeichnet,
daß sie wenigstens
eine Rotorscheibe aufweist, wie sie oben beschrieben wurde.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich bei der Lektüre der folgenden
beispielhaften und nicht einschränkenden
Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen; darin zeigen:
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1 eine
schematische Teilperspektivansicht der Nut einer Scheibe zur Aufnahme
des Verriegelungsorgans nach der Erfindung;
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2 eine
schematische Perspektivansicht des Verriegelungsorgans nach der
Erfindung;
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3 eine
schematische Teilansicht im Querschnitt, die das Verriegelungsorgan
nach der Erfindung in der Umfangsnut einer Scheibe angebracht darstellt;
und
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4 eine
schematische Teilansicht im Querschnitt, die das Verriegelungsorgan
nach der Erfindung in Eingriff in einer Haltekerbe der Nut der Scheibe
darstellt.
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In 1 ist
eine Rotorscheibe 12 einer Turbomaschine dargestellt, insbesondere
eines Hochdruck- oder Niederdruckkompressors eines Strahltriebwerks,
wobei diese Scheibe an ihrem Außenumfang
eine zylindrische Fläche 14 aufweist,
in der eine Nut 16 ausgebildet ist, die radial nach außen mündet.
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Diese
Nut 16 hat auf herkömmliche
Weise einen schwalbenschwanzförmigen,
tannenförmigen oder
analogen Querschnitt. Die Nut 16 der Scheibe 12 hat
in dem dargestellten Beispiel einen im wesentlichen flachen ringförmigen Boden
und zwei Seitenwände,
die jeweils an einem radialen äußeren Teil
einen axialen Rand 22 aufweisen, der zu der gegenüberliegenden
Seitenwand 20 orientiert ist, wobei die Öffnung der
Nut 16 schmaler als ihr Boden 18 ist.
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Die
Nut weist ein Fenster 24 zum Einführen der Füße 26 von Schaufeln 10 der
Scheibe 12 auf, die eine komplementäre Form zu derjenigen der Nut 16 haben.
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Dieses
Fenster 24 ist durch Ausschneiden der Ränder 22 der obengenannten
Seitenwände 20 der
Nut 16 über
eine Umfangslänge
oder -abmessung ausgebildet, die leicht über derjenigen eines Schaufelfußes liegt,
damit dieser in das Fenster 24 von außerhalb der Nut durch radiale
Translation eingeführt
werden kann.
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Die
Nut 16 weist ferner wenigstens eine Haltekerbe 28 für ein Organ
nach der Erfindung zur Verriegelung der Füße 26 der Schaufeln
in der Nut 16 der Scheibe 12 auf. Die Kerbe 28 ist
durch zwei Hohlräume 32 gebildet,
die gegenüber
in den Rändern 22 der
Nut 16 ausgeschnitten sind und radial an der zylindrischen
Fläche 14 der
Scheibe außerhalb
der Nut münden.
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Das
in 2 bis 4 dargestellte Verriegelungsorgan 100 ist
einstückig
und aus einem gefalzten oder umgebogenen Metallband im wesentlichen in
Form eines Ω gebildet,
dessen Öffnung
zu dem Boden 18 der Nut 16 der Scheibe 12 orientiert
ist, wenn das Organ 100 in die Nut 16 eingeführt ist.
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Das
Verriegelungsorgan 100 weist einen im wesentlichen flachen
zentralen Teil 102 und zwei seitliche Flügel oder
Zungen 104 auf, die mit dem zentralen Teil 102 verbunden
und in einem sehr offenen V gefalzt sind, wobei die Scheitel dieser
V weiter entfernt sind als die Enden der Zungen, die an dem Boden 18 der
Nut durch Ränder 106 anliegen,
die kreisbogenförmig
gekrümmt
sind.
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Das
Verriegelungsorgan 100 weist ferner ein Metallplättchen 108 auf,
das z. B. durch Bördeln
an der radial äußeren Seite
des obengenannten Teils 102 befestigt ist. Dieses Plättchen 108 hat
eine Form, die im wesentlichen mit derjenigen des äußeren Teils der
Nut 16 gekoppelt ist, und weist zwei schräge seitliche
Zweige 110 auf, die im wesentlichen parallel zu den Innenseiten
der Ränder 22 der
Nut 16 sind.
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Die
Abmessungen des Organs 100 im freien Zustand entsprechen
in etwa denjenigen der Kerbe 28, damit dieses Organ 100 im
freien oder leicht vorgespannten Zustand ist, wenn es sich in der
Kerbe befindet.
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Bei
der Montage wird das Verriegelungsorgan 100 in das obengenannte
Fenster 24 im freien Zustand im wesentlichen ohne Spannung
oder Verformung eingeführt,
dann wird es durch Anlage an dem zentralen Teil 102 etwas
abgeflacht, wobei diese Anlage von der Öffnung der Nut 16 radial
nach innen ausgeführt
wird und das Gleiten der gekrümmten
Enden der Zungen auf dem Boden 12 der Nut sowie ihre Annäherung nach
sich zieht, bis die seitlichen Zweige 110 des Plättchens 106 radial
innerhalb der Ränder 22 der
Nut 16 der Scheibe 12 sind. Das Verriegelungsorgan 100 ist
dann durch Translation in der Nut 16 in einem gespannten
Zustand verschiebbar, der in 3 dargestellt
ist.
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Wenn
das Verriegelungsorgan 100 bis zu einer Kerbe 28 der
Nut 16 geführt
wird, sind die seitlichen Zweige des Plättchens 108 von den
Rändern 22 befreit
und greifen in die obengenannten Hohlräume 32 der Kerbe 28 durch
radiale Translation bei der elastischen Entspannung der Zungen 104 ein.
Das Verriegelungsorgan 100 findet dann einen freien Zustand
oder einen mit leichter Spannung wieder, wie er in 4 dargestellt
ist. Es bleibt in der Nut 16 der Scheibe 12 wegen
des Eingriffs des Plättchens 108 in
die Kerbe 28 der Nut 16 fixiert.
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Das
Plättchen 108 des
Verriegelungsorgans 100 kann Mittel zum Greifen oder zum
Eingriff eines Werkzeugs zum Verschieben des Organs 100 in
der Nut aufweisen oder bilden. Diese Mittel sind z. B. eine radiale Öffnung,
die in dem Plättchen 108 ausgebildet
sind.
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Die
Scheibe 12 weist wenigstens eine und bevorzugt zwei Haltekerben 28 und
zwei Verriegelungsorgane auf, die in diesen Kerben aufgenommen sind.
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Die
Montage der Schaufeln 10 an der Scheibe 12 geschieht
wie folgt:
- – Man führt die Füße der Schaufeln 10 einen
nach dem anderen in das Fenster 24 ein und verschiebt sie
in Translation in der Nut 16, wobei zwischen die Füße der Schaufeln
zwei Verriegelungsorgane 100 eingeschoben werden, die voneinander
um einen Winkelabstand getrennt sind, der dem Winkelabstand entspricht,
welcher ihre Haltekerben 28 trennt;
- – Man
führt den
Fuß der
letzten Schaufel in das Fenster 24 ein und verschiebt die
Einheit aus den Schaufeln und den Verriegelungsorganen in der Nut 16,
um die Verriegelungsorgan in ihre Kerben 28 zu bringen.
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Das
Einrasten der Verriegelungsorgane in die Kerben 28 gewährleistet
die Fixierung der Einheit der Schaufeln an der Scheibe. In dieser
Position erstreckt sich das Einführungsfenster 24 aufgesattelt auf
zwei Füßen von
Schaufeln. Das Spiel zwischen den Schaufeln reicht aus, um den Durchgang
eines Werkzeugs zwischen zwei angrenzenden Füßen von Schaufeln zu ermöglichen,
um auf die Verriegelungsorgane einzuwirken und in den gespannten
Zustand zu bringen, in dem sie durch Translation in der Nut 16 für den Ausbau
der Schaufeln verschiebbar sind.
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Dieses
Spiel ist gleichwohl nicht hoch genug, damit sich ein Schaufelfuß ganz in
dem Fenster 24 befinden kann, wenn die Organe in die Kerben 28 eingerastet
werden. Typischerweise liegt dieses Spiel in der Größenordnung
von einigen Millimeter. Die Anzahl von an einer Scheibe angebrachten Schaufeln
ist relativ hoch und kann von 90 bis 100 betragen.
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Die
Verriegelungsorgane 100 sind aus Stahl, z. B. aus Federstahl
hergestellt, der gegenüber
hohen Temperaturen beständig
ist. Ein solcher Stahl ist z. B. eine Chromnickellegierung.