EP3015652A1 - Rotor blade for a turbine - Google Patents

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EP3015652A1
EP3015652A1 EP14190587.7A EP14190587A EP3015652A1 EP 3015652 A1 EP3015652 A1 EP 3015652A1 EP 14190587 A EP14190587 A EP 14190587A EP 3015652 A1 EP3015652 A1 EP 3015652A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
end faces
support
flank
groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14190587.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Radan RADULOVIC
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP14190587.7A priority Critical patent/EP3015652A1/en
Priority to US15/519,698 priority patent/US10781703B2/en
Priority to EP15787931.3A priority patent/EP3183430B1/en
Priority to PCT/EP2015/074435 priority patent/WO2016066511A1/en
Publication of EP3015652A1 publication Critical patent/EP3015652A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/29—Three-dimensional machined; miscellaneous
    • F05D2250/294—Three-dimensional machined; miscellaneous grooved
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved
    • F05D2250/712—Shape curved concave

Definitions

  • the invention relates to a blade for a turbine, in which along an imaginary blade longitudinal axis of the blade from bottom to top of a blade root for attachment of the blade to a rotor of the turbine, a transition region and an adjoining aerodynamically curved blade follows, the blade root two opposite each other planar end faces and two opposing, the two end faces interconnected contoured side surfaces, in which side surfaces to form a dovetail or fir-tree-shaped end surface contour in each case at least one support flank is formed and in which the support flanks pass over concave fillets in the transition region or free flanks.
  • the blade described above is well known in the art and is particularly used in gas turbines.
  • the latter has either a circumferential shaft collar or a rotor disk, on whose outer circumference largely retaining grooves extending in the axial direction are provided.
  • the retaining grooves are distributed along the circumference of the shaft collar or the rotor disk, so that a dedicated retaining groove is provided for each blade.
  • the retaining grooves are shaped accordingly to the end contour of the blade root of the blade, so that overall a positive connection between the blade and rotor is present, which holds the blade safely on the rotor during normal operation of a blade having the blade, regardless of the forces acting on the blade centrifugal forces ,
  • the object of the invention is therefore to provide a blade whose use in a blade carrier extends the life of the blade carrier.
  • the object directed to the invention is achieved by a blade according to claim 1.
  • a groove adjacent to one of the two end faces is arranged whose extension along the side surfaces is smaller than that of the support flank and which reduces the bearing surface of the support flank compared to the relevant support flank without adjacent thereto groove.
  • the invention is based on the finding that the centrifugal force load in the blade carrier caused by the blade varies in size along the length of the retaining nut. It has been found that at the - with respect to a flow direction of the working medium of the turbine or compressor - upstream and downstream end portions of the blade carrier stress concentrations occur that affect the predeterminable life of the blade carrier. For this reason, it is helpful in prolonging the service life of the blade carrier, for example a rotor disk, to reduce the stresses occurring there.
  • the blade root along the Tragflankenerstreckung (Of the one of the two end faces of the blade root to the other of the two end faces) is designed to be different stiff.
  • the different stiffnesses are achieved by arranging a groove adjacent to at least one of the two end faces in the area of the concave rounding.
  • the arrangement of the groove in the region of the concave rounding of the present at this point supporting cross-section of the blade root is reduced.
  • the blade root becomes softer at this point compared to the stiffness of the blade root midway between the two opposing planar faces.
  • each side surface of the blade root has at least two supporting flanks and thus the blade root provides a fir-tree-shaped end surface contour, wherein the groove is arranged above that supporting flank which, due to the coordination of the dimensions of the blade root and the corresponding retaining groove of the blade carrier, the largest mechanical Load under centrifugal force is to learn. Since this is often the lowest arranged supporting flank, the groove is expediently arranged above the lowermost arranged supporting flank.
  • each support flank is arranged above each support flank.
  • blade in which the blade comprises a suction side wall and a pressure side wall extending for a working fluid from a leading edge to a trailing edge and in which at least two grooves are provided, of which the one of the two recesses on the upstream end face adjacent and at the same time provided on the suction side side surface of the blade root and the other of the two grooves is arranged on the downstream end face and at the same time on the pressure side side surface of the blade root.
  • the grooves are diagonally opposite each other.
  • This embodiment takes into account the fact that on the blade and flow forces act, through which the blade experiences a torque, which torque must be absorbed and compensated by the material of the blade carrier surrounding the retaining.
  • the invention relates to a blade for a thermal turbomachine, in which along an imaginary blade longitudinal axis of the blade from bottom to top - exactly a blade root for attachment of the blade to a rotor of the turbine a transition region and an adjoining aerodynamically curved blade follows, said blade root having two opposite planar end faces and two opposite, the two end faces interconnected contoured side surfaces, in which side surfaces to form a dovetail or fir-tree-shaped end surface contour in each case at least one support flank and a free flank is formed, and in which the support flanks pass over concave fillets in the transition region or to the free flanks.
  • FIG. 1 shows in perspective view a blade 10.
  • the illustrated blade 10 is a turbine blade. However, this is not meant to be limiting since the blade can also be configured as a compressor blade.
  • the blade 10 includes along an imaginary longitudinal axis 12 from bottom to top a blade root 14, to which a transition region and an aerodynamically curved blade 18 connects thereto.
  • the blade 18 is aerodynamically curved in a known manner and comprises a leading edge 20 and a trailing edge 22, which are connected to each other via a suction side wall 21 and a pressure side wall 24.
  • the blade root 14 is designed dovetailed in the illustrated embodiment and thus comprises two flat end faces 26, 28 which are opposite to each other, of which one end face 26 upstream and the other end face 28 is arranged downstream.
  • the two end faces 26, 28 are connected to each other by means of two opposite side surfaces 30, 32, wherein in each case a support flank 34 and a free flank 35 is formed in the said side surfaces 30, 32, so that the contours of the end faces 26, 28 give a dovetail shape.
  • the support flanks 34 pass over a concave rounding 36 into the transition region 16, which on the one hand can comprise a blade neck and on the other hand a platform which can limit the flow path of the thermal turbomachine on the rotor side.
  • the mutually radially immediately adjacent support flank 34 and free flank 35 of the blade root 14 are connected to each other via a convex fillet and thus form a in the respective side surface 30, 32 arranged bead which extends from the upstream end surface 26 to the downstream end surface 28.
  • a groove 38 which adjoins the front side 26 is arranged, the extent of which is along the side surfaces 30 is smaller than that of the support flank 34 and the supporting surface (see FIG. 2 ) of the support flank 34 is reduced (compared to the respective support flank 34 without the groove adjacent thereto).
  • a blade assembly 40 - comprising a rotatable in normal use blade carrier 42, on its outer circumference evenly distributed along the circumference a plurality of retaining grooves 48 are provided, and in which the blade 10 is arranged - lower mechanical loads, which prolongs the life of the blade carrier 42.
  • FIG. 2 shows a section of the blade assembly 40, in which a blade carrier 42 is formed as a rotor disk which can be rotated about a machine axis 44. On the outer circumference 46 of the rotor disk 42 only one of the circumferentially U uniformly distributed retaining grooves 48 for blades is shown, in which a blade 10 is inserted. Due to the arranged in both side surfaces 30, 32 of the blade root 14 supporting flanks 34 and free flanks 35 results for the end face 26 of the blade root 14 a contour in the form of a Christmas tree.
  • the support flanks 34 are configured symmetrically to the imaginary longitudinal axis 12 of the blade 10.
  • the groove 38 is arranged so that the distance F between the opposed concave fillets 36 and the groove 38 is reduced compared to the no-fill distance.
  • the groove 38 is designed such that the contact surface of the support flank 34 of the blade root 40 and the supporting flank 48 of the retaining groove 48 lying opposite it in the region of the flute 38 is reduced compared to that contact region in which no flute is provided.
  • FIG. 3 shows a plan view of the side surface 30 of the blade root 14 of the blade 10.
  • the two flat end faces 26, 28 are opposite to a 100% normalized distance A, wherein the longitudinal extent of the groove 38th a length L, measured from the end face 26, at which the groove 38 adjoins, does not exceed an amount of 5% of the distance A.
  • it is 3%.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laufschaufel (10) für eine thermische Strömungsmaschine, bei der entlang einer gedachten Schaufellängsachse (12) der Laufschaufel (10) von unten nach oben einem Schaufelfuß (14) zur Befestigung der Laufschaufel (10) an einem Rotor der Turbine ein Übergangsbereich (16) sowie ein sich daran anschließendes aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt folgt, wobei der Schaufelfuß (14) zwei einander gegenüberliegende ebene Stirnflächen (26, 28) und zwei einander gegenüberliegende, die beiden Stirnflächen miteinander verbindende konturierte Seitenflächen (30, 32) aufweist, in welchen Seitenflächen (30,32) unter Bildung einer schwalbenschwanz- oder tannenbaumförmigen Stirnflächenkontur jeweils zumindest eine Tragflanke (34) ausgebildet ist, und bei der die Tragflanken (34) über konkave Verrundungen (36) in den Übergangsbereich oder zu Freiflanken übergehen. Um eine Laufschaufel bereitzustellen, deren Verwendung in einem Schaufelträger die Lebensdauer des Laufschaufelträgers verlängert, wird vorgeschlagen, dass in zumindest einer konkaven Verrundung (36) eine an eine der beiden Stirnseiten (26, 28) angrenzende Auskehlung (38) angeordnet ist, deren Erstreckung längs der Seitenfläche (30 bzw. 32) geringer ist als die der Tragflanke (34).The invention relates to a rotor blade (10) for a thermal turbomachine, wherein along an imaginary blade longitudinal axis (12) of the blade (10) from bottom to top of a blade root (14) for attachment of the blade (10) to a rotor of the turbine, a transition region (16) and a subsequent aerodynamically curved blade follows, wherein the blade root (14) has two opposite planar end faces (26, 28) and two opposing, the two end faces interconnected contoured side surfaces (30, 32), in which Side surfaces (30,32) to form a dovetail or fir-tree-shaped end surface contour in each case at least one support flank (34) is formed, and in which the support flanks (34) via concave fillets (36) in the transition region or transition to free flanks. In order to provide a blade whose use in a blade carrier prolongs the life of the blade carrier, it is proposed that in at least one concave fillet (36) a groove (38) adjoining one of the two end faces (26, 28) be arranged, the extent of which is longitudinal the side surface (30 or 32) is lower than that of the support flank (34).

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufschaufel für eine Turbine, bei der entlang einer gedachten Schaufellängsachse der Laufschaufel von unten nach oben einem Schaufelfuß zur Befestigung der Laufschaufel an einem Rotor der Turbine ein Übergangsbereich sowie ein sich daran anschließendes aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt folgt, wobei der Schaufelfuß zwei einander gegenüberliegende ebene Stirnflächen und zwei einander gegenüberliegende, die beiden Stirnflächen miteinander verbindende konturierte Seitenflächen aufweist, in welchen Seitenflächen unter Bildung einer schwalbenschwanz- oder tannenbaumförmigen Stirnflächenkontur jeweils zumindest eine Tragflanke ausgebildet ist und bei der die Tragflanken über konkave Verrundungen in den Übergangsbereich oder zu Freiflanken übergehen.The invention relates to a blade for a turbine, in which along an imaginary blade longitudinal axis of the blade from bottom to top of a blade root for attachment of the blade to a rotor of the turbine, a transition region and an adjoining aerodynamically curved blade follows, the blade root two opposite each other planar end faces and two opposing, the two end faces interconnected contoured side surfaces, in which side surfaces to form a dovetail or fir-tree-shaped end surface contour in each case at least one support flank is formed and in which the support flanks pass over concave fillets in the transition region or free flanks.

Die voran beschriebene Laufschaufel ist aus dem Stand der Technik bestens bekannt und wird insbesondere in Gasturbinen verwendet. Zur Befestigung der Laufschaufel am Rotor weist letzeres entweder einen umlaufenden Wellenbund oder eine Rotorscheibe auf, an dessen Außenumfang sich weitestgehend in Axialrichtung erstreckende Haltenuten vorgesehen sind. Die Haltenuten sind längs des Umfangs des Wellenbundes bzw. der Rotorscheibe verteilt, so dass für jede Laufschaufel eine dezidierte Haltenut vorgesehen ist. Die Haltenuten sind dabei zur Stirnseitenkontur des Schaufelfußes der Laufschaufel entsprechend geformt, so dass insgesamt eine formschlüssige Verbindung zwischen Laufschaufel und Rotor vorhanden ist, die bei bestimmungsgemäßem Betrieb einer die Laufschaufel aufweisenden Turbine die Laufschaufel sicher am Rotor hält, unabhängig von den auf die Laufschaufel einwirkenden Fliehkräfte.The blade described above is well known in the art and is particularly used in gas turbines. To fasten the blade to the rotor, the latter has either a circumferential shaft collar or a rotor disk, on whose outer circumference largely retaining grooves extending in the axial direction are provided. The retaining grooves are distributed along the circumference of the shaft collar or the rotor disk, so that a dedicated retaining groove is provided for each blade. The retaining grooves are shaped accordingly to the end contour of the blade root of the blade, so that overall a positive connection between the blade and rotor is present, which holds the blade safely on the rotor during normal operation of a blade having the blade, regardless of the forces acting on the blade centrifugal forces ,

Dennoch können insbesondere beim Betrieb von stationären Gasturbinen aufgrund des Eigengewichtes der Laufschaufel derartig hohe Fliehkräfte auftreten, dass der Schaufelträger lokal unzulässig hoch belastet wird. Diese lokal unzulässig hohe Belastung führt zu einer reduzierten Lebensdauer des Schaufelträgers bzw. der Rotorscheibe, was ungewünscht ist.Nevertheless, especially in the operation of stationary gas turbines due to the weight of the blade so high centrifugal forces occur that the blade carrier is locally loaded unduly high. This locally inadmissibly high load leads to a reduced service life of the blade carrier or the rotor disk, which is undesirable.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Laufschaufel, deren Verwendung in einem Schaufelträger die Lebensdauer des Laufschaufelträgers verlängert.The object of the invention is therefore to provide a blade whose use in a blade carrier extends the life of the blade carrier.

Die auf die Erfindung gerichtete Aufgabe wird durch eine Laufschaufel gemäß Anspruch 1 gelöst.The object directed to the invention is achieved by a blade according to claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben, die in angegebener Weise miteinander kombiniert werden können.Advantageous embodiments are specified in the subclaims, which can be combined in the manner indicated.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in zumindest in einer konkaven Verrundung eine an einer der beiden Stirnseiten angrenzende Auskehlung angeordnet ist, deren Erstreckung längs der Seitenflächen geringer ist als die der Tragflanke und die die tragende Fläche der Tragflanke reduziert, verglichen mit der betreffenden Tragflanke ohne daran angrenzende Auskehlung.According to the invention, it is provided that in at least one concave rounding a groove adjacent to one of the two end faces is arranged whose extension along the side surfaces is smaller than that of the support flank and which reduces the bearing surface of the support flank compared to the relevant support flank without adjacent thereto groove.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die von der Laufschaufel hervorgerufene Fliehkraftbelastung im Schaufelträger längs der Haltenuterstreckung unterschiedlich groß ist. Es hat sich herausgestellt, dass an den - in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Arbeitsmediums der Turbine oder Verdichters - stromauf und stromab liegenden Endbereichen des Schaufelträgers Spannungskonzentrationen auftreten, die die vorbestimmbare Lebensdauer des Schaufelträgers beeinflussen. Aus diesem Grunde ist es zur Verlängerung der Lebensdauer des Schaufelträgers, bspw. einer Rotorscheibe, hilfreich, die dort auftretenden Spannungen zu reduzieren.The invention is based on the finding that the centrifugal force load in the blade carrier caused by the blade varies in size along the length of the retaining nut. It has been found that at the - with respect to a flow direction of the working medium of the turbine or compressor - upstream and downstream end portions of the blade carrier stress concentrations occur that affect the predeterminable life of the blade carrier. For this reason, it is helpful in prolonging the service life of the blade carrier, for example a rotor disk, to reduce the stresses occurring there.

Die Reduzierung der dort auftretenden Spannungen wird dadurch erreicht, dass der Laufschaufelfuß längs der Tragflankenerstreckung (von der einen der beiden Stirnflächen des Schaufelfußes zu der anderen der beiden Stirnflächen) unterschiedlich steif ausgebildet ist. Die unterschiedlichen Steifigkeiten werden dadurch erreicht, dass im Bereich der konkaven Verrundung eine an zumindest einer der beiden Stirnseiten angrenzende Auskehlung angeordnet ist. Durch die Anordnung der Auskehlung im Bereich der konkaven Verrundung wird der an dieser Stelle vorhandene tragende Querschnitt des Schaufelfußes verringert. Insofern wird der Schaufelfuß an dieser Stelle weicher, verglichen mit der Steifigkeit des Schaufelfußes in der Mitte zwischen den beiden einander gegenüberliegenden ebenen Stirnflächen. Die erhöhte Elastizität im Bereich der stirnseitigen Flächen des Schaufelfußes führt dazu, dass unter Fliehkraft der Anpressdruck der Laufschaufel an den Tragflanken des Schaufelträgers dort lokal verringert ist und somit die dort bisher auftretende Spannungskonzentration im Schaufelträger verringert werden kann. Mithin erfolgt eine Vergleichmäßigung der mechanischen Belastung im Schaufelträger längs der Erstreckung der Haltenut von der stromwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite, was insgesamt die Lebensdauer des Schaufelträgers, und insbesondere, wenn der Schaufelträger als Rotorscheibe ausgebildet ist, verbessert.The reduction of the stresses occurring there is achieved in that the blade root along the Tragflankenerstreckung (Of the one of the two end faces of the blade root to the other of the two end faces) is designed to be different stiff. The different stiffnesses are achieved by arranging a groove adjacent to at least one of the two end faces in the area of the concave rounding. The arrangement of the groove in the region of the concave rounding of the present at this point supporting cross-section of the blade root is reduced. As such, the blade root becomes softer at this point compared to the stiffness of the blade root midway between the two opposing planar faces. The increased elasticity in the region of the end faces of the blade root causes locally under centrifugal force the contact pressure of the blade on the support flanks of the blade carrier is reduced and thus the stress concentration occurring there in the blade carrier can be reduced. Thus, an equalization of the mechanical load in the blade carrier along the extension of the retaining groove from the upstream side to the downstream side, which overall improves the life of the blade carrier, and in particular when the blade carrier is formed as a rotor disc.

Gleichzeitig wird die tragende Fläche der Tragflanke des Schaufelfußes aufgrund der Auskehlung verringert, so dass die wirksame Kontaktfläche zwischen der Tragflanke der Laufschaufel und der Tragflanke der Haltenut dort lokal verringert ist. Auch dies führt zu einer geringeren Spannungskonzentration im Schaufelträger und erzielt somit ebenso die voran beschriebenen Vorteile.At the same time, the bearing surface of the supporting flank of the blade root is reduced due to the groove, so that the effective contact area between the supporting edge of the blade and the supporting flank of the retaining groove is locally reduced there. This also leads to a lower stress concentration in the blade carrier and thus also achieves the advantages described above.

Besonders bevorzugt ist diejenige Weiterbildung, bei der jede Seitenfläche des Schaufelfußes zumindest zwei Tragflanken aufweist und somit der Schaufelfuß eine tannenbaumförmige Stirnflächenkontur bereitstellt, wobei die Auskehlung oberhalb derjenigen Tragflanke angeordnet ist, die aufgrund der Abstimmung der Abmaße von Laufschaufelfuß und der entsprechenden Haltenut des Schaufelträgers die größte mechanische Belastung unter Fliehkrafteinwirkung erfahren soll. Da dies häufig die zuunterst angeordnete Tragflanke ist, ist die Auskehlung zweckmäßigerweise oberhalb der zuunterst angeordneten Tragflanke angeordnet.Particularly preferred is that development in which each side surface of the blade root has at least two supporting flanks and thus the blade root provides a fir-tree-shaped end surface contour, wherein the groove is arranged above that supporting flank which, due to the coordination of the dimensions of the blade root and the corresponding retaining groove of the blade carrier, the largest mechanical Load under centrifugal force is to learn. Since this is often the lowest arranged supporting flank, the groove is expediently arranged above the lowermost arranged supporting flank.

Selbstverständlich ist es möglich, dass oberhalb jeder Tragflanke zumindest eine Auskehlung angeordnet ist.Of course, it is possible that at least one groove is arranged above each support flank.

Besonders bevorzugt ist jedoch diejenige Laufschaufel, bei der das Schaufelblatt eine Saugseitenwand und eine Druckseitenwand umfasst, die sich für ein Arbeitsmedium von einer Anströmkante zu einer Abströmkante erstrecken und bei der zumindest zwei Auskehlungen vorgesehen sind, von denen die eine der beiden Ausnehmungen an der anströmseitigen Stirnfläche angrenzt und gleichzeitig an der saugseitigen Seitenfläche des Schaufelfußes vorgesehen ist und die andere der beiden Auskehlungen an der abströmseitigen Stirnfläche und gleichzeitig an der druckseitigen Seitenfläche des Schaufelfußes angeordnet ist. Mit anderen Worten: die Auskehlungen liegen einander diagonal gegenüber.However, particularly preferred is that blade in which the blade comprises a suction side wall and a pressure side wall extending for a working fluid from a leading edge to a trailing edge and in which at least two grooves are provided, of which the one of the two recesses on the upstream end face adjacent and at the same time provided on the suction side side surface of the blade root and the other of the two grooves is arranged on the downstream end face and at the same time on the pressure side side surface of the blade root. In other words, the grooves are diagonally opposite each other.

Diese Ausgestaltung trägt dem Umstand Rechnung, dass auf das Schaufelblatt auch Strömungskräfte einwirken, durch welche die Laufschaufel ein Drehmoment erfährt, welches Drehmoment von dem Material des die Haltenuten umgebenden Schaufelträgers aufgenommen und kompensiert werden muss.This embodiment takes into account the fact that on the blade and flow forces act, through which the blade experiences a torque, which torque must be absorbed and compensated by the material of the blade carrier surrounding the retaining.

Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung, bei der die Stirnseiten in einem zu 100% normierten Abstand gegenüberliegen und die Länge der Erstreckung der Ausnehmung nicht mehr als 5% des besagten Abstands beträgt. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass bereits eine vergleichsweise kleine Ausnehmung zu einer signifikanten Vergleichmäßigung der Belastungen im Material des Schaufelträgers führen kann.Particularly preferred is the embodiment in which the end faces are opposite in a distance normalized to 100% and the length of the extension of the recess is not more than 5% of said distance. It has been found that even a comparatively small recess can lead to a significant equalization of the loads in the material of the blade carrier.

Insgesamt betrifft die Erfindung eine Laufschaufel für eine thermische Strömungsmaschine, bei der entlang einer gedachten Schaufellängsachse der Laufschaufel von unten nach oben - genau gesagt von einem befestigungsseitigen Schaufelende zum gegenüberliegenden schaufelspitzseitigem Schaufelende anderen - einem Schaufelfuß zur Befestigung der Laufschaufel an einem Rotor der Turbine ein Übergangsbereich sowie ein sich daran anschließendes aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt folgt, wobei der Schaufelfuß zwei einander gegenüberliegende ebene Stirnflächen und zwei einander gegenüberliegende, die beiden Stirnflächen miteinander verbindende konturierte Seitenflächen aufweist, in welchen Seitenflächen unter Bildung einer schwalbenschwanz- oder tannenbaumförmigen Stirnflächenkontur jeweils zumindest eine Tragflanke und eine Freiflanke ausgebildet ist, und bei der die Tragflanken über konkave Verrundungen in den Übergangsbereich oder zu den Freiflanken übergehen. Um eine Laufschaufel bereitzustellen, deren Verwendung in einem Schaufelträger die Lebensdauer des Laufschaufelträgers verlängert, wird vorgeschlagen, dass in zumindest einer konkave Verrundung eine an eine der beiden Stirnseiten angrenzende Auskehlung angeordnet ist, deren Erstreckung längs der Seitenfläche geringer ist als die der Tragflanke.Overall, the invention relates to a blade for a thermal turbomachine, in which along an imaginary blade longitudinal axis of the blade from bottom to top - exactly a blade root for attachment of the blade to a rotor of the turbine a transition region and an adjoining aerodynamically curved blade follows, said blade root having two opposite planar end faces and two opposite, the two end faces interconnected contoured side surfaces, in which side surfaces to form a dovetail or fir-tree-shaped end surface contour in each case at least one support flank and a free flank is formed, and in which the support flanks pass over concave fillets in the transition region or to the free flanks. In order to provide a blade whose use in a blade carrier extends the life of the blade carrier, it is proposed that in at least one concave fillet a groove adjacent to one of the two end faces is arranged, the extent of which along the side surface is less than that of the support flank.

Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, welche die Erfindung nicht näher einschränken, in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Dabei werden weitere Merkmale und weitere Vorteile angegeben. Es zeigen:

FIG 1
eine perspektivische Darstellung einer Laufschaufel,
FIG 2
die Seitenansicht auf den Ausschnitt eines Schaufelträgers mit einer Haltenut und einer darin sitzenden Laufschaufel und
FIG 3
die Seitenansicht auf die Seitenflächen des Schaufelfußes der Laufschaufel aus Figur 2.
The invention will be explained in more detail in the following description of the figures with reference to several embodiments, which do not limit the invention in detail. In this case, further features and other advantages are given. Show it:
FIG. 1
a perspective view of a blade,
FIG. 2
the side view of the section of a blade carrier with a holding groove and a seated therein bucket and
FIG. 3
the side view of the side surfaces of the blade root of the blade FIG. 2 ,

In allen Figuren sind identische Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In all figures, identical features are provided with the same reference numerals.

Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Laufschaufel 10. Bei der gezeigten Laufschaufel 10 handelt es sich um eine Turbinenlaufschaufel. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen, da die Laufschaufel auch als eine Verdichterlaufschaufel ausgestaltet sein kann. Die Laufschaufel 10 umfasst entlang einer gedachten Längsachse 12 von unten nach oben einen Schaufelfuß 14, an den sich ein Übergangsbereich und daran ein aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt 18 anschließt. Das Schaufelblatt 18 ist in bekannter Weise aerodynamisch gekrümmt und umfasst eine Anströmkante 20 sowie eine Abströmkante 22, die über eine Saugseitenwand 21 und eine Druckseitenwand 24 miteinander verbunden sind. FIG. 1 shows in perspective view a blade 10. The illustrated blade 10 is a turbine blade. However, this is not meant to be limiting since the blade can also be configured as a compressor blade. The blade 10 includes along an imaginary longitudinal axis 12 from bottom to top a blade root 14, to which a transition region and an aerodynamically curved blade 18 connects thereto. The blade 18 is aerodynamically curved in a known manner and comprises a leading edge 20 and a trailing edge 22, which are connected to each other via a suction side wall 21 and a pressure side wall 24.

Der Schaufelfuß 14 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel schwalbenschwanzförmig ausgestaltet und umfasst somit zwei ebene Stirnflächen 26, 28, die einander gegenüberliegen, wovon die eine Stirnfläche 26 anströmseitig und die andere Stirnfläche 28 abströmseitig angeordnet ist. Die beiden Stirnflächen 26, 28 sind mittels zweier gegenüberliegender Seitenflächen 30, 32 miteinander verbunden, wobei in den besagten Seitenflächen 30, 32 jeweils eine Tragflanke 34 und eine Freiflanke 35 ausgebildet ist, so dass die Konturen der Stirnflächen 26, 28 eine Schwalbenschwanzform ergeben. Die Tragflanken 34 gehen über eine konkave Verrundung 36 in den Übergangsbereich 16 über, welcher einerseits einen Schaufelhals umfassen kann und andererseits eine Plattform, die den Strömungspfad der thermischen Strömungsmaschine rotorseitig begrenzen kann.The blade root 14 is designed dovetailed in the illustrated embodiment and thus comprises two flat end faces 26, 28 which are opposite to each other, of which one end face 26 upstream and the other end face 28 is arranged downstream. The two end faces 26, 28 are connected to each other by means of two opposite side surfaces 30, 32, wherein in each case a support flank 34 and a free flank 35 is formed in the said side surfaces 30, 32, so that the contours of the end faces 26, 28 give a dovetail shape. The support flanks 34 pass over a concave rounding 36 into the transition region 16, which on the one hand can comprise a blade neck and on the other hand a platform which can limit the flow path of the thermal turbomachine on the rotor side.

Die einander radial unmittelbar benachbarten Tragflanke 34 und Freiflanke 35 des Schaufelfußes 14 sind über eine konvexe Verrundung miteinander verbunden und bilden somit einen in der betreffenden Seitenfläche 30, 32 angeordneten Wulst, welcher sich von der anströmseitigen Stirnfläche 26 zu der abströmseitigen Stirnfläche 28 erstreckt.The mutually radially immediately adjacent support flank 34 and free flank 35 of the blade root 14 are connected to each other via a convex fillet and thus form a in the respective side surface 30, 32 arranged bead which extends from the upstream end surface 26 to the downstream end surface 28.

In zumindest einer konkaven Verrundung ist eine an der Stirnseite 26 angrenzende Auskehlung 38 angeordnet, deren Erstreckung längs der Seitenflächen 30 geringer ist als die der Tragflanke 34 und die die tragende Fläche (siehe Figur 2) der Tragflanke 34 reduziert (verglichen mit der betreffenden Tragflanke 34 ohne die daran angrenzende Auskehlung). Mit Hilfe der Auskehlung 38 treten in einer Laufschaufelanordnung 40 - umfassend einen im bestimmungsgemäßen Einsatz drehbaren Laufschaufelträger 42, an dessen Außenumfang gleichmäßig längs des Umfangs verteilt eine Vielzahl von Haltenuten 48 vorgesehen sind, und in denen die Laufschaufel 10 angeordnet ist - geringere mechanische Belastungen auf, was die Lebensdauer des Laufschaufelträgers 42 verlängert.In at least one concave rounding, a groove 38 which adjoins the front side 26 is arranged, the extent of which is along the side surfaces 30 is smaller than that of the support flank 34 and the supporting surface (see FIG. 2 ) of the support flank 34 is reduced (compared to the respective support flank 34 without the groove adjacent thereto). With the aid of the groove 38 occur in a blade assembly 40 - comprising a rotatable in normal use blade carrier 42, on its outer circumference evenly distributed along the circumference a plurality of retaining grooves 48 are provided, and in which the blade 10 is arranged - lower mechanical loads, which prolongs the life of the blade carrier 42.

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt auf die Laufschaufelanordnung 40, bei der ein Laufschaufelträger 42 als Rotorscheibe ausgebildet ist, die um eine Maschinenachse 44 gedreht werden kann. Am Außenumfang 46 der Rotorscheibe 42 ist lediglich eine der längs des Umfangs U gleichmäßig verteilten Haltenuten 48 für Laufschaufeln gezeigt, in der eine Laufschaufel 10 eingesetzt ist. Aufgrund der in beiden Seitenflächen 30, 32 des Schaufelfußes 14 angeordneten Tragflanken 34 und Freiflanken 35 ergibt sich für die Stirnfläche 26 des Schaufelfußes 14 eine Kontur in Form eines Tannenbaums. FIG. 2 shows a section of the blade assembly 40, in which a blade carrier 42 is formed as a rotor disk which can be rotated about a machine axis 44. On the outer circumference 46 of the rotor disk 42 only one of the circumferentially U uniformly distributed retaining grooves 48 for blades is shown, in which a blade 10 is inserted. Due to the arranged in both side surfaces 30, 32 of the blade root 14 supporting flanks 34 and free flanks 35 results for the end face 26 of the blade root 14 a contour in the form of a Christmas tree.

Die Tragflanken 34 sind zur gedachten Längsachse 12 der Laufschaufel 10 symmetrisch ausgestaltet. Die Auskehlung 38 ist so angeordnet, dass der zwischen den gegenüberliegenden konkaven Verrundungen 36 und der Auskehlung 38 liegende Abstand F verringert ist verglichen mit dem Abstand ohne Auskehlung. Gleichzeitig ist die Auskehlung 38 so ausgestaltet, dass die Kontaktfläche der Tragflanke 34 des Schaufelfußes 40 und der ihr gegenüberliegenden Tragflanke der Haltenut 48 im Bereich der Auskehlung 38 verringert ist, im Vergleich zu demjenigen Kontaktbereich, bei dem keine Auskehlung vorgesehen ist.The support flanks 34 are configured symmetrically to the imaginary longitudinal axis 12 of the blade 10. The groove 38 is arranged so that the distance F between the opposed concave fillets 36 and the groove 38 is reduced compared to the no-fill distance. At the same time, the groove 38 is designed such that the contact surface of the support flank 34 of the blade root 40 and the supporting flank 48 of the retaining groove 48 lying opposite it in the region of the flute 38 is reduced compared to that contact region in which no flute is provided.

Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Seitenfläche 30 des Schaufelfußes 14 der Laufschaufel 10. Die beiden ebenen Stirnseiten 26, 28 liegen in einem zu 100% normierten Abstand A gegenüber, wobei die Längserstreckung der Auskehlung 38 eine Länge L, gemessen von der Stirnseite 26 aus, an der die Auskehlung 38 aus angrenzt, einen Betrag von 5% des Abstands A nicht überschreitet. Hier beträgt er 3%. FIG. 3 shows a plan view of the side surface 30 of the blade root 14 of the blade 10. The two flat end faces 26, 28 are opposite to a 100% normalized distance A, wherein the longitudinal extent of the groove 38th a length L, measured from the end face 26, at which the groove 38 adjoins, does not exceed an amount of 5% of the distance A. Here it is 3%.

Claims (6)

Laufschaufel (10) für eine thermische Strömungsmaschine, bei der entlang einer gedachten Schaufellängsachse (12) der Laufschaufel (10) von unten nach oben einem Schaufelfuß (14) zur Befestigung der Laufschaufel (10) an einem Rotor der Turbine ein Übergangsbereich (16) sowie ein sich daran anschließendes aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt folgt,
wobei der Schaufelfuß (14) zwei einander gegenüberliegende ebene Stirnflächen (26, 28) und zwei einander gegenüberliegende, die beiden Stirnflächen miteinander verbindende konturierte Seitenflächen (30, 32) aufweist, in welchen Seitenflächen (30,32) jeweils zumindest eine Tragflanke (34) ausgebildet ist, und bei der die Tragflanken (34) über konkave Verrundungen (36) in den Übergangsbereich oder zu Freiflanken übergehen,
dadurch gekennzeichnet, dass
in zumindest einer konkave Verrundung (36) eine an eine der beiden Stirnseiten (26, 28) angrenzende Auskehlung (38) angeordnet ist, deren Erstreckung längs der Seitenfläche geringer ist als die der Tragflanke.Blade (10) for a thermal turbomachine, wherein along an imaginary blade longitudinal axis (12) of the blade (10) from bottom to top of a blade root (14) for attachment of the blade (10) on a rotor of the turbine, a transition region (16) and followed by an aerodynamically curved airfoil,
wherein the blade root (14) has two opposite flat end faces (26, 28) and two opposing, the two end faces interconnected contoured side surfaces (30, 32), in which side surfaces (30,32) in each case at least one support flank (34) is formed, and in which the support flanks (34) via concave fillets (36) pass into the transition region or to free flanks,
characterized in that
in at least one concave rounding (36) is arranged on one of the two end faces (26, 28) adjacent groove (38) whose extension along the side surface is smaller than that of the support flank. Laufschaufel (10) nach Anspruch 1,
bei der jede Seitenfläche (30, 32) zumindest zwei Tragflanken (34) aufweisen und die Auskehlung (38) oberhalb der zuunterst angeordneten Tragflanke (34) angeordnet ist.Blade (10) according to claim 1,
in which each side surface (30, 32) has at least two support flanks (34) and the groove (38) is arranged above the lowermost support flank (34). Laufschaufel (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
bei der oberhalb jeder Tragflanke (34) zumindest eine Auskehlung (38) angeordnet ist.Blade (10) according to claim 1, 2 or 3,
in which at least one groove (38) is arranged above each supporting flank (34). Laufschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei der das Schaufelblatt eine Saugseitenwand (21) und eine Druckseitenwand (24) umfasst, die sich für ein Arbeitsmedium von einer Anströmkante (20) zu einer Abströmkante (22) erstrecken, und bei der zumindest zwei Auskehlungen (38) vorgesehen sind, von denen die eine der beiden Auskehlungen (38) an der anströmseitigen Stirnfläche (26) angrenzt und an der saugseitigen Seitenfläche (32) vorgesehen ist und die andere der beiden Auskehlung an der abströmseitigen Stirnfläche (28) und an der druckseitigen Seitenfläche (30) angeordnet ist.Blade (10) according to one of the preceding claims,
wherein the airfoil comprises a suction sidewall (21) and a pressure sidewall (24) extending from a leading edge (20) to a trailing edge (22) for a working fluid and having at least two flutes (38) thereof one of the two recesses (38) adjoins the inflow-side end face (26) and is provided on the suction-side side face (32) and the other of the two grooves is arranged on the downstream face (28) and on the pressure-side side face (30). Laufschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei der die beiden Stirnseiten (26, 28) in einem zu 100% normierten Abstand (A) gegenüber liegen und die Länge der Erstreckung der Ausnehmung nicht mehr als 5% des besagten Abstands (A) beträgt.Blade (10) according to one of the preceding claims,
in which the two end faces (26, 28) face one another at a distance (A) normalized to 100% and the length of the extension of the recess is not more than 5% of the said distance (A). Laufschaufelanordnung (40)
umfassend einen im bestimmungsgemäßen Einsatz drehbaren Laufschaufelträger (42), an dessen Außenumfang gleichmäßig längs des Umfangs verteilt eine Vielzahl von Haltenuten (48) vorgesehen sind, in denen Laufschaufeln (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche angeordnet sind.Blade assembly (40)
comprising a rotating in normal use blade carrier (42), on its outer circumference evenly distributed along the circumference, a plurality of retaining grooves (48) are provided, in which blades (10) are arranged according to one of the preceding claims.
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