DE2800862A1

DE2800862A1 - Kompressorrotorstufe fuer gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE2800862A1
Application number: DE19782800862
Authority: DE
Inventors: Peter Gordon Graham Farrar; James Patterson
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1977-01-11
Filing date: 1978-01-10
Publication date: 1978-07-20
Also published as: IT1091746B; IT7819167A0; DE2800862B2; DE2800862C3; JPS5813759B2; FR2376958A1; FR2376958B1; JPS5395414A; US4177013A; GB1549152A

Description

Patentanwalts Dipl.-!ng. Curt WalIach Dipl.-!ng. Günther Koch Dipl.-Phys.Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29513 wakai d

Datum: 1O„ Januar 1978

Unser Zeichen: 16 129 K/Nu

Anmelder: Rolls-Royce Limited

Buckingham Gate
London SWlE 6AT, England

Bezeichnung: Kompressorrotorstufe für

Gasturbinentriebwerke

_ 4· —

Die Erfindung bezieht sich auf Kompressorrotorstufen und insbesondere auf die Gebläsestufe eines 3?an-Gasturbinenstrahltriebwerks.

Das Gebläse eines solchen Fan-Triebwerks besitzt üblicherweise mehrere stromlinienförmige Schaufeln, die im gleichen Winkelabstand um ein Zentralrad oder eine Rotorscheibe angeordnet sind. Es hat sich gelegentlich gezeigt, daß die natürliche mechanische Dämpfung in solchen Gebläseanordnungen unzulänglich ist, um eine Schaufelvibration zu überwinden, die fast unvermeidbar im Betrieb des Triebwerks auftritt. Wenn eine solche Vibration auftritt, ist es üblich, zusätzliche Dämpfungsglieder vorzusehen, um die Vibrationsfrequenz der Schaufeln auf einen solchen Pegel anzuheben, daß die Vibration unter normalen Triebwerksbedingungen im wesentlichen ausgeschaltet wird. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit solchen zusätzlichen Dämpfungse inrichtungen.

Es sind metallische Vibrationsdämpfer beispielsweise aus der BB-PS 996 729 bekannt. Die Wirkung derartiger Dämpfungseinrichtungen beruht auf der Reibungsberührung mit den vibrierenden Schaufeln, um jene Vibration zu dämpfen. Trotz genauester Herstellungstoleranzen ist es jedoch extrem schwer zu gewährleisten, daß eine große Berührungsfläche zwischen den Dämpfungsgliedern und den Schaufeln zustande kommt. Infolgedessen ergeben sich hohe Abnutzungsraten in jenen Bereichen, wo tatsächlich eine Berührung stattfindet, und dies bedingt eine kurze Lebensdauer der Schaufeln und der Dämpfungsglieder.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

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Kompressorrot oi'stufe zu schaffen, bei der die Berührungsfläche zwischen den Dämpfungsgliedern und den Schaufeln vergrößert ist.

Gemäß der Erfindung weist eine Rotorstufe für ein Gasturbinentriebwerk eine Rotorscheibe auf, die die Schaufelfüße einer ringförmigen Schaufelreihe lagert, wobei jede Schaufel mit in Umfangsrichtung verlaufenden Plattformen versehen ist, die in radialem Abstand zu den Schaufelfüßen liegen und so angeordnet sind, daß sie in Umfangsrichtung von den Plattformen benachbarter Schaufeln distanziert sind, und wobei mehrere Dämpfungsglieder aus elastomerem Material vorgesehen sind, die jeweils zwischen benachbarten Schaufeln liegen und derart angeordnet sind, daß bei Drehung der Scheibe Jedes elastomere Dämpfungsglied durch Zentrifugalkraft in Berührung mit den radial inneren Oberflächen benachbarter Plattformen benachbarter Schaufeln gelangen.

Vorzugsweise ist jedes elastomere Dämpfungsglied langgestreckt ausgebildet und an einem Ende mit einem vergrößerten Kopfteil versehen, der gegen eine Radialfläche der Scheibe und benachbarte Plattformen und Schaufelfüße benachbarter Schaufeln in der Weise lagert, daß die übrigen elastomeren Dämpfungsglieder durch Zentrifugalkraft in Berührung mit den benachbarten Plattformen gelangen können, aber gegen eine Bewegung in Axialrichtung gehindert sind.

Die elastomeren Dämpfungsglieder können mit wenigstens einem metallischen Abschnitt versehen sein, der an benachbarten Plattformen angreift. Dieser metallische Abschnitt ist in der Lage, sich unter der Wirkung der Zentrifugal-

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G3IGIMÄL INSPECTED

kx-äfte zu deformieren, um sich, der Kontur der radial inneren Oberflächen der benachbarten Plattformen anzupassen.

Der vergrößerte Kopfteil der elastomeren Dämpfungsglieder kann mit wenigstens einem Einsatz versehen werden, und diese Einsätze greifen an benachbarten Schaufelplattformen und der Rotorscheibe an, gegen die der Kopfteil angelegt ist.

Der vergrößerte Kopfteil des elastomeren Dämpfungsgliedes kann außerdem mit wenigstens einem starren Einsatz versehen sein, wodurch, die Deformation des Kopfteiles unter Zentrifugalbelastung vermindert wird.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

J¹Ig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Gebläsestufe eines Fan-Gasturbinentriebwerks,

Fig. 2 eine Grundrißansicht der Dämpfungsanordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-A gemäß Fig. 1.

Die Gebläsestufe 10 eines Fan-Gasturbinentriebwerks besteht aus der ßotorscheibe 11 und den mit ihren Schaufelfüßen 12 hieran verankerten Gebläseschaufeln 13· Eine solche Gebläseschaufel 13 und ihr Schaufelfuß sind aus Fig. 1 ersichtlich. Jede der Gebläseschaufeln 13 ist mit zwei gleichen, in Umfangsrichtung verlaufenden Plattformen 14-versehen, die im radialen Abstand vom Schaufelfuß 12

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liegen und gegenüber der Drehachse der Rotorscheibe 11 angestellt sind. Zwischen benachbarten Plattformen 14 benachbarter Gebläseschaufeln I3 ist ein geringer Spalt I5· vorgesehen, damit sich jede Gebläseschaufel 13 "unabhängig von den anderen begrenzt in Vibration befinden kann.

Zur Dämpfung einer solchen Vibrationsbewegung jeder Gebläseschaufel 13 sind mehrere aus Silicongummi bestehende elastomere Dämpfungsglieder 16 vorgesehen, von denen eines in der Zeichnung dargestellt ist. Jedes elastomere Dämpfungsglied 16 liegt zwischen benachbarten Gebläseschaufeln 13 und unter den Plattformen 14 und es ist langgestreckt ausgebildet und mit einem vergrößerten Kopfteil I7 versehen. Der Dämpfungskopf I7 ist so gestaltet, daß er an der Frontfläche 18 der Rotorscheibe 11 und an Bereichen von Schaufelfuß und Schaufelplattform der Gebläseschaufeln 13 angreift. Infolgedessen wirkt der Schaufelkopf I7 jeder Tendenz des elastomeren Dämpfungsgliedes 16 entgegen, sich in Axialrichtung als Folge der Zentrifugalbelastung zu bewegen, die bei Drehung der Rotorscheibe' 11 auftritt. Trotz der Begrenzungen, die durch den vergrößerten Kopfteil I7 auferlegt werden, neigt das elastomere Dämpfungsglied 16 dazu, sich in Axialrichtung infolge seiner elastischen Eigenschaften zu strecken.

Der vergrößerte Kopfteil I? hält nicht nur das elastomere Dämpfungsglied 16 fest, sondern bildet auch eine Luftdichtung zwischen der Gebläseschaufel 13 und dem Nasenkonus 19, von dem ein Teil in Fig. 1 dargestellt ist. Die vergrößerten Kopfteile I7 sind so gestaltet, daß sie zusammen einen Ring definieren, wodurch eine vollständige ringförmige Luftabdichtung zwischen den Gebläseschaufeln I3 und

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dem Nasenkonus 19 erreicht wird.

Der Kopfteil 17 des elastomeren Dämpfungsgliedes 16 ist mit zwei eingelegten Teilen 17a versehen, die dazu dienen, einem Abscheuern zwischen dem Kopfteil 17 und der Frontfläche 18 der Rotorscheibe 11 und wurzel und Plattformbereiche der Gebläseschaufeln 13 entgegenzuwirken. Die Einsätze 17a sind aus mit Polytetrafluorethylen imprägnierte« Leinen gebildet, welches unter der Bezeichnung "Fibreship" von der Firma Ampep Limited hergestellt wird. Der Kopfteil 17 ist außerdem mit einem weiteren Einsatz 17b versehen, der am Uasenkonus 19 anliegt. Der Einsatz 17b besteht aus Epoxykunstharz, das mit Kohlenstoffasern verstärkt ist, so daß ein Träger geschaffen wird, der der Deformation des Kopfes 17 unter Zentrifugalbelastung.entgegenwirkt.

Jedes elastomere Dämpfungsglied 16 besitzt eine solche Breite, daß die radial inneren Flächen benachbarter Plattformen 14 benachbarter Schaufeln I3 (Fig. 3) überspannt werden. Bei Drehung der Eotorscheibe 11 wird ^jedes elastomere Dämpfungsglied 16 durch Zentrxfugalbelastung in Eingriff mit benachbarten Plattformen 14 gebracht. Infolgedessen wird jede Vibrationsbewegung der Gebläseschaufeln 16 direkt auf die elastomeren Dämpfungsglieder 16 übertragen, wo diese Vibration gedämpft wird.

Um die Reibungsabnutzung zu vermindern, die zwischen dem elastomeren Dämpfungsglied 16 und der Plattform 14 auftritt, wird ein dünnes Stahlblech 20 in die Plattform eingeformt, welches die Oberfläche des elastomeren Dämpfungsgliedes 16 berührt. Das Blech 20 wird durch ein aus Stahl bestehendes Verstärkungsglied 21 gehaltert, das seiner-

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seits an einem Stahl-Kastenprofil 22 befestigt ist, wobei die Teile 21 und 22 in dem elastomeren Dämpfungsglied 16 eingeformt sind. Vier gekrümmte Bereiche 23 des Bleches unterstützen die Festlegung am elastomeren Dämpfungsglied 16. Ein Ende 24 des Bleches 20 ist um das nicht abgestützte Ende des elastomeren Dämpfungsgliedes 16 herum gekrümmt, um die axiale Streckung des Dämpfungsgliedes unter der Zentrifugalbelastung zu begrenzen.

Da das Stahlblech 20 dünn ist, ist es in der Lage, sich unter der Zentrifugalbelastung des elastomeren Dämpfungsgliedes so zu verformen, daß es sich den Konturen der beiden benachbarten Plattformen 14- anpaßt, an denen es anliegt. Infolgedessen wird eine größere Berührungsfläche erzielt als es der Fall wäre, wenn ein nur aus Metall bestehendes Dämpfungsglied Anwendung findet.

Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf Dämpfungsglieder 16 beschrieben, die mit stählernen Berührungsblechen 20 versehen sind. Es sind jedoch Anwendungsfälle denkbar, bei denen derartige Bleche nicht unbedingt erforderlich sind. Sie können sich z. B. dann als überflüssig erweisen, wenn ein sehr geringer Abrieb zwischen dem Dämpfungsglied 16 und den Plattformen 14 zu erwarten ist.

Die elastomeren Dämpfungsglieder 16 können aus irgendeinem elastischen Material hergestellt sein, welches für die Umgebungsbedingungen geeignet ist, denen es im Betrieb voraussichtlich ausgesetzt sein wird. Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einem aus Silicongummi hergestellten Dämpfungsglied beschrieben, es ist jedoch auch

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möglich, elastische Polyurethankunststoffe zu benutzen, wenn niedrigere Temperaturen zu erwarten sind.

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Claims

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Rotorstufe für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Rotorscheibe, in der die Schaufelfüße der stromlinienförmigen Schaufeln verankertsind, von denen Jede mit ringsum verlaufenden Plattformen versehen ist, welche radial im Abstand zu den Schaufelfüßen derart angeordnet sind, daß sie in Umfangsrichtung um einen kleinen Betrag von den Plattformen benachbarter Schaufeln distanziert sind, und mit einer Hehrzahl von Dämpfungsgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dämpfungsglied (16) aus einem elastomeren Material besteht und zwischen benachbarte Schaufeln "(13) eingefügt ist, wobei die Dämpfungsglieder (16) so ausgebildet sind, daß bei Drehung der Rotorscheibe (11) jedes der elastomeren Dämpfungsglieder (16) durch Zentrifugalkraft mit den radial inneren Oberflächen benachbarter Plattformen (14) benachbart zur Schaufel (13) in Eingriff gebracht wird.

2, Rotorstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dämpfungsglied (16) langgestreckt ausgebildet und an einem Ende mit einem vergrößerten Kopfteil (17) versehen ist, der gegen eine Radialfläche (18) der Rotorscheibe (11) und benachbarte Plattformen (14) und die Schaufelfüße (12) benachbarter Schaufeln (13) in der Weise zu liegen kommt, daß der übrige Teil des elastomeren Dämpfungsgliedes (16) durch Zentrifugalkraft in Eingriff mit den Plattformen (14) gelangen kann, jedoch gegen eine Bewegung in Axialrichtung gehindert ist.

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3. Rotoi^stufe nach den Anspxüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elastomere Dämpfungsglied (16) mit wenigstens einem metallischen Teil (20) vex'sehen ist, das an benachbarten Plattformen (14) angreift und in der Lage ist, sich unter der Wirkung der Zentrifugalbelastung zu deformieren und sich der Kontur der radial inneren Oberflächen benachbarter* Plattformen anzupassen.

4. Rotorstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vergrößerte Kopfteil (17) des elastomeren Dämpfungsgliedes (16) mit wenigstens einem Einsatz (17a) versehen ist, der eine Reibungsabnutzung zwischen dem Kopfteil (17) und jenen Abschnitten benachbarter Schaufeln (13) und der Rotorscheibe (11) vermindert, gegen die der Kopfteil (17) anliegt.

5. Rotorstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vergrößerte Kopfteil (17) des elastomeren Dämpfungsgliedes (16) mit wenigstens einem im wesentlichen starren Einsatz (17b) versehen ist, wodurch die Deformation des Kopfteils (17) untex¹ der Einwirkung der Zentrifugalbelastung vermindert wird.

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