[0001] Die Erfindung betrifft einen gebauten Leitkranz für eine Gasturbine, insbesondere
ein Flugtriebwerk, umfassend wenigstens ein Deckband mit einer Umfangsfläche und wenigstens
einem Schaufelblatt mit einer Oberfläche, wobei das Deckband wenigstens einen Durchbruch
zur Befestigung des Schaufelblatts aufweist, die Umfangsfläche des Deckbands zum Schaufelblatt
blickt, und wobei das Schaufelblatt an wenigstens einem Endabschnitt eine zumindest
abschnittsweise über dessen Oberfläche vorstehende, eine Übergangskrümmung aufweisende
Plattform aufweist, die in den Durchbruch eingesetzt ist.
[0002] Gebaute Leitkränze sind integrale Bauteile, die allgemein ein ringförmiges Außendeckband,
mehrere Schaufelblätter und ggf. ein ringförmiges Innendeckband umfassen. Derartige
Leitkränze können auch segmentweise aufgebaut sein und werden z.B. in Verdichtern
von Flugtriebwerken eingesetzt. Das Deckband erstreckt sich im allgemeinen um die
Längsachse der Gasturbine herum. Die Schaufelblätter sind im wesentlichen in Radialrichtung
angeordnet.
[0003] Bei einem bekannten gebauten Leitkranz weist das Schaufelblatt wenigstens einen Endabschnitt
mit einem konstanten Profil bzw. einer konstanten Querschnittsfläche auf, welche bei
der Montage in einen im Deckband ausgebildeten Durchbruch eingesetzt und durch z.B.
Löten oder Schweißen befestigt ist. Das Schaufelblatt kann auch an einem gegenüberliegenden,
zweiten Endabschnitt ein konstantes Profil bzw. einen konstanten Querschnitt aufweisen
und in einem zweiten Deckband, d.h. einem - Außen- und Innendeckband, eingesetzt sein.
Nachteilig dabei ist, daß das Profil des Schaufelblatts zwar nicht über die gesamte
Kanalhöhe konstant sein muß, jedoch im Hinblick auf seine Profilgeometrie aus Montagegründen
eingeschränkt ist. Das Schaufelblatt darf z.B. keine starke Biegung oder deutliche
Verdickung in seinem zwischen den Endabschnitten liegenden Bereich aufweisen. Zudem
sind die Durchbrüche im Bereich der Ein- und Austrittskanten bei schmaler Schaufelgeometrie
zum Teil sehr eng, was Probleme bei der Fertigung mit sich bringt.
[0004] Aus der DE-AS 12 00 070 ist ein Herstellungsverfahren für einen Leitschaufelkranz
bekannt, bei dem die Schaufeln in in einem Ringkörper ausgebildeten Nuten mit ihrem
Schaufelfuß eingesetzt werden, wobei das Schaufelblatt mit einer Krümmung in den Schaufelfuß
übergeht und der Ringkörper abschließend in mehrere Segmente getrennt wird.
[0005] Die EP 0 704 602 A2 offenbart an einem Träger angeordnete Turbinenschaufeln, bei
denen die Schaufelblattoberfläche in einem Radius in die Umfangsfläche des Trägers
übergeht.
[0006] Ferner ist aus der EP 0 199 073 A1 ein Herstellungsverfahren für eine Leitschaufel
bekannt, die durch Löten an einem Leitrad befestigt wird, wobei die Leitschaufel aus
einem mit Übermaß abgelenkten Profilstab hergestellt wird, und wobei diesem zur Vergrößerung
der Lötfläche an wenigstens einem Ende im kalten Zustand eine fußartige Verdickung
angestaucht und in deren Bereich eine Lötfläche ausgebildet wird. Zur Anstellung der
Leitschaufeln kann der Profilstab schräg-einseitig angestaucht werden.
[0007] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gebauten Leitkranz der
eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, der axiale Baulänge einspart, sich möglichst
einfach fertigen läßt und keinen oder nur geringeren Einschränkungen im Hinblick auf
die Profilgeometrie des Schaufelblatts, z.B. aus Montagegründen, unterliegt.
[0008] Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform
im Bereich einer Ein- und /oder Austrittskante des Schaufelblatts weniger als im Mittenbereich
des Schaufelblatts über die Oberfläche des Schaufelblatts vorsteht und so axialer
Bauraum eingespart wird.
[0009] Die Plattform kann mit Ihrem Umfang an einen Umfang des Schaufelblatts, der radial
in einem der Spitze des Schaufelblatts gegenüberliegen Bereich liegt, angepaßt sein,
so dass der Abstand zwischen den beiden vorgenannten Umfängen außer im Bereich der
Ein- und/oder Austrittskante im wesentlichen konstant ist.
[0010] Die Übergangskrümmung kann von einem Mittenbereich des Schaufelblatts in Richtung
auf die Ein- und/oder Austrittskante zunehmend enger ausgebildet sein. Alternativ
kann das Schaufelblatt im Bereich der Ein- und/oder Austrittskante keine über dessen
Oberfläche vorstehende Plattform aufweisen.
[0011] Der Vorteil eines solchen gebauten Leitkranzes besteht darin, daß durch die zusätzlich
vorgesehene Plattform des Verbinden von Schaufelblatt und Deckband ohne Einschränkung
im Hinblick auf die Profilgeometrie des Schaufelblatts möglich ist. Darüber hinaus
bringt die mit einer Übergangskrümmung versehene Plattform im Hinblick auf die Aerodynamik
und die Festigkeit Vorteile mit sich. Die Durchbrüche im Deckband weisen im Bereich
der Ein- und Austrittskante größere Radien auf und lassen sich besser fertigen.
[0012] In einer Ausgestaltung schmiegt sich die Übergangskrümmung zur optimalen Gestaltung
im Hinblick auf Aerodynamik und die Festigkeit an die Oberfläche des Schaufelblatts
und die im montierten Zustand an die Plattform angrenzende Umfangsfläche des Deck
bands an.
[0013] Des weiteren kann das Schaufelblatt im Bereich der Ein- und/oder Austrittskante keine
über dessen Umfang vorstehende Plattform aufweisen, wodurch die axiale Baulänge des
Leitkranzes weiter verringert wird. Da die Plattform zudem mit ihrem Umfang in die
Ein- und/oder Austrittskante jeweils beidseitig ausläuft, tritt das Problem der zu
engen und schwer zu fertigenden Kanten in den Durchbrüchen des Deckbands nicht auf.
[0014] Die Oberfläche des Schaufelblatts kann bei fehlender Plattform im Bereich der Ein-
und/oder Austrittskante im montierten Zustand an die Umfangsfläche des Deckbands angrenzen,
wobei im sonstigen Bereich entlang des Umfangs des Schaufelblatts, z.B. im Mittenbereich
auf der Saug- und Druckseite, eine über den Umfang des Schaufelblatts vorstehende
Plattform mit einer Übergangskrümmung vorliegt.
[0015] Die Übergangskrümmung kann alternativ von einem Mittenbereich des Schaufelblatts,
z.B. auf der Saug- und Druckseite, in Richtung auf die Ein- und/oder Austrittskante
zunehmend enger ausgebildet sein, so daß aufgrund der engeren Krümmung im Bereich
der Ein- und/oder Austrittskante axiale Baulänge eingespart wird.
[0016] Die Übergangskrümmung kann wenigstens abschnittsweise kreisförmig ausgebildet sein
und einen Radius aufweisen, wobei dieser im Mittenbereich des Schaufelblatts größer
als in den anderen Bereichen entlang des Umfangs des Schaufelblatts sein kann. Weist
das Schaufelblatt entlang des gesamten Umfangs eine über dessen Umfang vorstehende
Plattform auf, so ist der Radius im Bereich der Ein- und/oder Austrittskante zur Verringerung
der axialen Baulänge am kleinsten.
[0017] Bei einem gebauten Leitkranz kann der Radius entlang des Umfangs des Schaufelblatts
konstant und sein Mittelpunkt so verändert sein, daß sich die Übergangskrümmung entlang
des gesamten Umfangs an die Oberfläche des Schaufelblatts anschmiegt und an der Ein-
und/oder Austrittskante ein Tangentensprung zur Umfangsfläche des Deckbands vorliegt.
Die Herstellung mit konstantem Radius ist günstig. Zudem wird durch den Tangentensprung
an der Ein- und/oder Austrittskante, der bis dorthin sukzessive zunehmen kann, die
axiale Baulänge des Leitkranzes verringert.
[0018] Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
[0019] Im folgenden wir die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1
- eine Schnittansicht durch ein Schaufelblatt und ein Deckband aus dem Stand der Technik,
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf ein geschnittenes Schaufelblatt samt Plattform gemäß einem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen gebauten Leitkranzes,
- Fig. 3
- eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 2,
- Fig. 4
- eine weitere Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 2,
- Fig. 5
- eine Draufsicht auf ein geschnittenes Schaufelblatt samt Plattform gemäß einem anderen
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen gebauten Leitkranzes,
- Fig. 6
- eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 und
- Fig. 7
- eine weitere Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5.
[0020] Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines aus dem Stand der Technik bekannten Leitkranzes
mit einem äußeren Deckband 1 und einem Schaufelblatt 2, das einen Endabschnitt 3 aufweist.
In dem äußeren Deckband 1 sind mehrere, im allgemeinen äquidistant angeordnete Durchbrüche
4 ausgebildet. In jeden Durchbruch 4 wird jeweils ein Schaufelblatt 2 mit seinem Endabschnitt
3 eingesetzt und dort durch z.B. Löten oder Schweißen befestigt. Um die Montage zu
ermöglichen, müssen die Endabschnitte 3 der Schaufelblätter 2 ein zwei-dimensionales
bzw. konstantes Profil aufweisen. Auch wenn die Schaufelblätter 2 nicht notwendig
ein konstantes Profil über die gesamte Kanalhöhe besitzen müssen, unterliegt deren
Profilgeometrie aus Montagegründen deutlichen Einschränkungen. Die Schaufelblätter
2 dürfen keine starke Biegung oder deutliche Verdickungen besitzen. Es ist zudem problematisch,
die verhältnismäßig schmal profilierten Durchbrüche 4 in dem Deckband 1 auszubilden.
[0021] Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des gebauten Leitkranzes,
bei dem ein Schaufelblatt 2 im Querschnitt und eine sich an das freie Ende des Schaufelblatts
2 anschließende Plattform 5 dargestellt ist. In diesem Fall entspricht das Profil
bzw. die Form des Durchbruchs 4 in dem Deckband 1 dem Profil bzw. Umfang 6 der Plattform
5 und ist größer als der Umfang 7 des Schaufelblatts 2. Die O-berfläche 8 des Schaufelblatts
2 geht mit einer Übergangskrümmung 9 in die Plattform 6 über, die so gestaltet ist,
daß sie sich im montierten Zustand sowohl an die Oberfläche 8 des Schaufelblatts 2
als auch an die innere Umfangsfläche 10 des Deckbands 1 anschmiegt.
[0022] Die Übergangskrümmung 9 ist als Radius ausgebildet, der im Mittenbereich 11 des Schaufelblatts
2 größer als im Bereich der Eintrittskante und Austrittskante 12, 13 ist und bis dorthin
z.B. sukzessive abnehmen kann. Alternativ kann die Übergangkrümmung 9 entlang des
Umfangs einen konstanten Radius aufweisen, wobei sich in diesem Fall dessen Mittelpunkt
zur Ein- und Austrittskante 12, 13 hin so verändert, daß sich die Umfangskrümmung
9 auch dort an die Oberfläche 8 des Schaufelblatts 2 anschmiegt und, wie in Fig. 7
dargestellt, zur inneren Umfangsfläche 10 des Deckbands 1 hin einen tolerierbaren
Tangentensprung aufweist. Diese Alternative hat fertigungstechnische Vorteile.
[0023] Fig. 3 zeigt eine geschnittene Ansicht des Deckbands 1 und des Schaufelblatts 2,
bei dem der Radius der Übergangskrümmung 9 im Mittenbereich 11 des Schaufelblatts
2 dargestellt ist. Die Schaufel 2 ist mit der Plattform 5 in einen Durchbruch 4 in
das Deckband 1 eingesetzt, wobei das Profil bzw. die Form des Durchbruchs 4 dem Profil
bzw. dem Umfang 6 der Plattform 5 entspricht. Die Plattform 5 steht mit ihrem Umfang
6 in diesem Bereich 11 deutlich über die Oberfläche 8 des Schaufelblatts 2 vor.
[0024] In Fig. 4 ist ein Schnitt im Bereich der Ein- und Austrittskante 12, 13 des Schaufelblatts
2 dargestellt. Das Schaufelblatt 2 ist mit seiner Plattform 5 in den im Deckband 1
ausgebildeten Durchbruch 4 eingesetzt und befestigt. Die Plattform 5 weist als Übergangskrümmung
9 einen Radius auf, der deutlich kleiner als jener im Mittenbereich 11, dargestellt
in Fig. 3, ist, so daß die Plattform 5 mit ihrem Umfang 6 deutlich weniger über die
Oberfläche 8 des Schaufelblatts 2 vorsteht. Der Radius bzw. die Übergangskrümmung
9 schmiegt sich einerseits an die Oberfläche 8 des Schaufelblatts 2 und andererseits
an die nach innen gewandte Umfangsfläche 10 des Deckbands 1 an. Durch die deutliche
Verkleinerung des Übergangsradius 9 im Bereich der Ein- und Austrittskante 12, 13
wird die axiale Baulänge des gebauten Leitkranzes wirksam verringert. Gleichzeitig
lassen sich die Durchbrüche 4 in dem Deckband 1 aufgrund des Fehlens von spitzen Kanten
oder dgl. effizienter fertigen, da der Umfang 6 der Plattform 5 großflächiger als
jener vom Schaufelblatt 2 ist.
[0025] Alternativ kann die Verringerung der axialen Baulänge bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 4 fertigungstechnisch vorteilhaft auch mit einer Übergangskrümmung 9 mit
konstantem Radius entlang des Umfangs erzielt werden, wenn sich dessen Mittelpunkt,
wie oben beschrieben, zur Ein- und/oder Austrittskante 12, 13 hin ändert und dort
einen Tangentensprung T beim Übergang zum Deckband 1 zugelassen wird.
[0026] Der Tangentensprung T kann bei konstantem Radius zur Ein- und/oder Austrittskante
12, 13 hin sukzessive zunehmen.
[0027] Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des gebauten Leitkranzes, bei dem ein
geschnittenes Schaufelblatt 2 und eine Plattform 5 in der Draufsicht dargestellt sind.
Die Plattform 5 steht mit ihrem Umfang 6 im Mittenbereich 11 des Schaufelblatts 2
bzw. an der Druck- und Saugseite über die Oberfläche 8 des Schaufelblatts 2 vor und
weist hier eine Übergangskrümmung 9 auf. Die Plattform 5 endet unmittelbar angrenzend
an die Eintrittskante 12 und die Austrittskante 13 und steht in diesen beiden Bereichen
nicht über das Profil bzw. den Umfang 7 des Schaufelblatts 2 vor. Die jeweils zu beiden
Seiten der Ein- und/oder Austrittskante 12, 13 endende Übergangskrümmung 9 wird so
ausgebildet, daß sie sich in Umfangsrichtung an die Oberfläche 8 anschmiegt bzw. dort
unmittelbar an der Ein- und Austrittskante 12, 13 ausläuft. Auf diese Weise lassen
sich die axialen Abmessungen des gebauten Leitkranzes wirksam verringern, ohne daß
schmale Durchbrüche 4 mit spitzen Kanten in den Deckbändern 1 gefertigt werden müssen.
[0028] Während in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 bis 4 an der Ein- und Austrittskante
12, 13 eine Übergangskrümmung 9 mit deutlich kleinerem Radius (bzw. mit demselben
Radius und verändertem Mittelpunkt und Tangentensprung) als auf der SaugDruckseite
vorliegt, wird das Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 im Bereich der Ein- und Austrittskante
12, 13 ohne Übergangskrümmung 9 ausgebildet, so daß die Oberfläche 8 des Schaufelblatts
2 im montierten Zustand unmittelbar an die innere Umfangsfläche 10 des Deckbands 1
angrenzt.
[0029] Fig. 6 zeigt das Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 in einer Schnittansicht, in der das
Deckband 1, das Schaufelblatt 2 und die Plattform 5 unmittelbar im Bereich der Ein-
und Austrittskante 12, 13 dargestellt ist. In dieser Ausgestaltung weist das Schaufelblatt
2 am Übergang zur Plattform 5 keine Übergangskrümmung 9 auf, wodurch die axiale Baulänge
wirksam reduziert wird. Die Plattform 5 steht in diesem Bereich mit ihrem Umfang 6
im wesentlichen nicht über die Oberfläche 8 des Schaufelblatts 2 bzw. dessen Umfang
7 vor.
[0030] Fig. 7 zeigt das Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 in einem in Fig. 5 gezeigten Schnitt
angrenzend an die Ein- und Austrittskante 12, 13 des Schaufelblatts 2. Die Übergangskrümmung
9 weist denselben Radius wie im Mittenbereich 11 des Schaufelblatts 2 auf. Die Darstellung
der Übergangskrümmung 9 im Mittenbereich 11 entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel
jener des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 und ist in Fig. 3 gezeigt.
[0031] Aufgrund des fertigungstechnisch vorteilhaften, konstanten Radius bei gleichzeitigem
Verschieben von dessen Mittelpunkt in der Weise, daß sich die Übergangskrümmung 9
entlang des gesamten Umfangs 7 an die Oberfläche 8 des Schaufelblatts 2 anschmiegt
und bis angrenzend an die Ein- und/oder Austrittskante 12, 13 ein zunehmender Tangentensprung
T zur inneren Oberfläche 10 des Deckbands 1 vorliegt, wird die axiale Läge des Leitkranzes
verringert.
[0032] Die beispielhaft an einem äußeren Deckband beschriebenen Maßnahmen können in entsprechender
Weise an einem zusätzlichen inneren Deckband verwirklicht werden.
1. Gebauter Leitkranz für eine Gasturbine, insbesondere ein Flugtriebwerk, umfassend
ein Deckband (1) mit einer Umfangsfläche (10) und wenigstens ein Schaufelblatt (2)
mit einer Oberfläche (8), wobei das Deckband (1) wenigstens einen Durchbruch (4) zur
Befestigung des Schaufelblatts (2) aufweist, und wobei das Schaufelblatt (2) an wenigstens
einem Endabschnitt (3) eine zumindest abschnittsweise über dessen Oberfläche (8) vorstehende,
eine Übergangskrümmung (9) aufweisende Plattform (5) aufweist, die in den Durchbruch
(4) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (5) im Bereich einer
Ein- und /oder Austrittskante (1 2,13) des Schaufelblatts (2) weniger als im Mittenbereich
(11) des Schaufelblatts (2) über die Oberfläche (8) des Schaufelblatts (2) vorsteht.
2. Gebauter Leitkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (5)
mit Ihrem Umfang (6) an einen Umfang (7) des Schaufelblatts (2) angepaßt ist.
3. Gebauter Leitkranz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform
(5) im Mittenbereich (11) auf einer Saug- und/oder einer Druckseite des Schaufelblatts
(2) über die Oberfläche (8) des Schaufelblatts (2) vorsteht.
4. Gebauter Leitkranz nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, die Übergangskrümmung (9) von einem Mittenbereich (11) des Schaufelblatts
(2) in Richtung auf eine Ein- und/oder eine Austrittskante (12,13) zunehmend enger
ausgebildet ist oder das Schaufelblatt (2) im Bereich der ein- und/oder Austrittskante
(12,13) keine über dessen Oberfläche (8) vorstehende Plattform (5) aufweist.
5. Gebauter Leitkranz nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass sich die übergangskrümmung (9) an die Oberfläche (8) des Schaufelblattes
(2) und einer angrenzenden Umfangsfläche (10) des Deckbands (1) anschmiegt.
6. Gebauter Leitkranz nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) des Schaufelblatts (2) im Bereich der Ein-
und/oder Austrittskante (12,13) an die Umfangsfläche (10) des Deckbands (1) angrenzt.
7. Gebauter Leitkranz nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Übergangskrümmung (9) wenigstens abschnittsweise als Radius
ausgeführt ist.
8. Gebauter Leitkranz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius in einem
Mittenbereich (11) des Schaufelblatts (2) größer als in den anderen Bereichen entlang
des Umfangs (7) des Schaufelblatts (2) ist.
9. Gebauter Leitkranz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius entlang
des Umfangs (7) des Schaufelblatts (2) konstant ist und sein Mittelpunkt so verändert
ist, daß sich die Übergangskrümmung (9) entlang des gesamten Umfangs (7) an die Oberfläche
(8) des Schaufelblatts (2) anschmiegt und an der Ein- und/oder Austrittskante (12,
13) ein Tangentensprung (T) zur Umfangsfläche (10) des Deckbands (1) vorliegt.