CH705325A1

CH705325A1 - Blade for rotating turbomachine, particularly gas turbine, has multiple support prongs, which are arranged symmetrically to axis of symmetry assigned to one of blades

Info

Publication number: CH705325A1
Application number: CH01206/11A
Authority: CH
Inventors: Burkhard Josuhn-Kadner; Marcel Koenig; Roland Muecke
Original assignee: Alstom Technology Ltd
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-01-31

Abstract

The blade has multiple support prongs, which are arranged symmetrically to an axis of symmetry (6) assigned to one of the blades. Each support prong has a radially outer flank (F-o) and a radially inner flank (F-i). The flank angles of all support prongs are approximately equal. A distance dimension between two radially inner support prongs is less than the distance between two radially outer support prongs.

Description

Technisches GebietTechnical area

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufel für eine Strömungsmaschine, beispielsweise eine Gasturbine, welche im Bereich des Schaufelfusses mit einer als Tannenbaumprofil bezeichneten Befestigungskontur ausgerüstet ist. The invention relates to a blade for a turbomachine, for example a gas turbine, which is equipped in the region of the blade root with a designated as Tannenbaumprofil fastening contour.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Zum Zwecke der Fixierung in einer rotierenden Komponente der Strömungsmaschine verfügen Schaufeln im Bereich des Schaufelfusses über eine besondere Befestigungskontur, die im Zusammenwirken mit einer komplementär konturierten Aufnahmenut in der rotierenden Komponente deren zuverlässige Fixierung erlaubt. Eine mögliche Ausführungsart einer solchen Befestigungskontur stellt das sogenannte Tannenbaumprofil dar. Das Tannenbaumprofil besitzt in der Regel drei bis fünf im Wesentlichen symmetrisch zu einer Mittelachse der Schaufel ausgebildete Tragzacken, welche formschlüssig in die komplementäre Aufnahmenut der Strömungsmaschinenkomponente eingreifen. Jeder Tragzacken weist jeweils eine radial äussere und eine radial innere Flanke auf, die in einem definierten Winkel zu der Symmetrieachse der Schaufel verlaufen. Schaufeln der genannten Art gestatten durch gleitendes Einfügen in die entsprechend ausgeformten Aufnahmenuten in der jeweiligen Strömungsmaschinenkomponente eine leichte Montierbarkeit und sorgen zugleich im montierten Zustand für einen stabilen und festen Sitz, der sowohl hohen mechanischen als auch thermischen Belastungen während des Betriebs standzuhalten vermag. For the purpose of fixing in a rotating component of the turbomachine blades have in the region of the blade root on a special fastening contour, which allows in conjunction with a complementary contoured receiving groove in the rotating component whose reliable fixation. One possible embodiment of such a fastening contour is the so-called Christmas tree profile. The Christmas tree profile generally has three to five supporting serrations formed substantially symmetrically to a central axis of the blade, which engage positively in the complementary receiving groove of the turbomachine component. Each supporting tooth has in each case a radially outer and a radially inner flank, which run at a defined angle to the axis of symmetry of the blade. Blades of the type mentioned allow by sliding insertion into the correspondingly shaped grooves in the respective flow machine component easy assembly and at the same time ensure in the mounted state for a stable and tight fit, which is able to withstand both high mechanical and thermal loads during operation.

[0003] Gattungsgemässe Schaufelfussgeometrien sind beispielsweise in den Druckschriften EP 1 138 879 A1 oder EP 0 705 958 B1 offenbart. Generic blade root geometries are disclosed, for example, in the publications EP 1 138 879 A1 or EP 0 705 958 B1.

[0004] Anhand von Fig. 1 sei nachfolgend ein gattungsgemässer Schaufelfuss mit einem Tannenbaumprofil, wie es in stationären Gasturbinen verbreitet zum Einsatz gelangt, im Detail dargestellt. Eine Laufschaufel (2) ist auf dem Rotor (1) einer nicht näher dargestellten Gasturbine fixiert, indem die Befestigungskontur des Schaufelfusses (3) in die komplementär ausgebildete Rotornut (4) des Rotors (1) formschlüssig eingreift. Die Befestigungskontur des Schaufelfusses (3) umfasst drei Tragzacken (T1, T2, T3) in unterschiedlichen radialen Ebenen (bezogen auf die Rotationsachse (5) des Rotors (1)). Jeder Tragzacken (T1, T2) T3) besitzt dabei, wiederum bezogen auf die Rotationsachse des Rotors, eine radial äussere Flanke (Fo) und eine radial innere Flanke (Fi), die während des Betriebs der Strömungsmaschine unterschiedlichen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. So müssen die äusseren Flanken (Fo) die während des Betriebs auftretenden Zentrifugalkräfte aufnehmen. Diese gattungsgemässe Schaufelfussgeometrie zeichnet sich durch eine Reihe charakteristischer Design-Merkmale aus. Symmetrie der Befestigungskontur So sind die Tragzacken ( T1|, T2|, T3|) und (T1r, T2r, T3r) des Tannenbaumprofils symmetrisch zu einer Symmetrieachse (6) der Schaufel (2) angeordnet. Jeweils gegenüberliegende Tragzacken (T1|, T1r), (T2|, T2r), (T3|, T3r), also solche mit gleichem Abstand von der Rotationsachse (5), stimmen somit in ihren geometrischen Parametern überein. Gleiche Flankenwinkel der Tragzacken (T1,2,...n). Die jeweils radial äussere Flanke (Fo) der Tragzacken (T) schliesst zu der Symmetrieachse (6) einen ersten Flankenwinkel (α) ein, und die radial innere Flanke (Fi) schliesst zu der Symmetrieachse (6) einen zweiten Flankenwinkel (β) ein, wobei die konkreten Werte dieser Flankenwinkel α und β für alle Tragzacken (T1, T2, T3) des Schaufelfusses (3) gleichermassen gelten. Die jeweils oberen Flanken (Fo) und die jeweils unteren Flanken (Fi) aller Tragzacken (T1, T2, T3) verlaufen somit parallel zueinander. Gleiche Abstände aller Tragzacken (T1,2,...n) Schliesslich ist es ein Charakteristikum der gattungsgemässen Schaufelfussgeometrie, dass die Abstände (a) zwischen jeweils benachbarten Tragzacken (T1, T2, T3) stets gleich sind. Über die gesamte Länge des Schaufelfusses weisen die Tragzacken (T1, T2, T3) somit gleiche Abstände (a) zueinander auf. Der Abstand (a) sei definiert als die Länge der Senkrechten auf den äusseren Flanken (Fo) jeweils benachbarter Tragzacken (Tn-1, Tn).1 is below a generic blade root with a Christmas tree profile, as it is widely used in stationary gas turbines used, shown in detail. A blade (2) is fixed on the rotor (1) of a gas turbine, not shown, by the fastening contour of the blade root (3) engages positively in the complementary shaped rotor groove (4) of the rotor (1). The fastening contour of the blade root (3) comprises three support teeth (T1, T2, T3) in different radial planes (with respect to the axis of rotation (5) of the rotor (1)). Each supporting tooth (T1, T2) T3) has, in turn, with respect to the axis of rotation of the rotor, a radially outer flank (Fo) and a radially inner flank (Fi), which are exposed to different mechanical loads during operation of the turbomachine. Thus, the outer flanks (Fo) must absorb the centrifugal forces occurring during operation. This generic blade root geometry is characterized by a number of characteristic design features. Symmetry of the fastening contour Thus, the support teeth (T1 |, T2 |, T3 |) and (T1r, T2r, T3r) of the Christmas tree profile are arranged symmetrically to an axis of symmetry (6) of the blade (2). In each case opposing supporting serrations (T1 |, T1r), (T2 |, T2r), (T3 |, T3r), ie those with the same distance from the axis of rotation (5), thus agree in their geometric parameters. Same flank angle of the supporting serrations (T1,2, ... n). The respectively radially outer flank (Fo) of the supporting serrations (T) encloses a first flank angle (α) to the symmetry axis (6), and the radially inner flank (Fi) encloses a second flank angle (β) to the symmetry axis (6) , wherein the concrete values of these flank angles α and β apply equally to all supporting serrations (T1, T2, T3) of the blade root (3). The respective upper flanks (Fo) and the respective lower flanks (Fi) of all the supporting serrations (T1, T2, T3) thus run parallel to one another. Equal distances of all supporting serrations (T1, 2,... N) Finally, it is a characteristic of the generic blade root geometry that the distances (a) between respectively adjacent supporting serrations (T1, T2, T3) are always the same. Over the entire length of the blade root, the supporting serrations (T1, T2, T3) thus equal distances (a) to each other. The distance (a) is defined as the length of the perpendicular on the outer flanks (Fo) of respectively adjacent supporting serrations (Tn-1, Tn).

[0005] Die genaue Festlegung der Flankenwinkel α und β sowie die konkrete Auslegung weiterer die Schaufelfussgeometrie kennzeichnender Parameter sind das Resultat weitreichender analytischer Betrachtungen des Fachmanns und umfangreicher Versuche. The exact definition of the flank angles α and β as well as the concrete design of further parameters characterizing the blade root geometry are the result of far-reaching analytical considerations of the skilled person and extensive experiments.

[0006] Im Rahmen praktischer Versuche konnte nachgewiesen werden, dass die mechanische Beanspruchung eines solcherart ausgebildeten Schaufelfusses während des Betriebs nicht homogen verteilt ist. So treten insbesondere an den radial äusseren Tragzacken Belastungsspitzen auf, wohingegen die radial innen liegenden Zacken einer vergleichsweise geringen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind. As part of practical experiments could be demonstrated that the mechanical stress of such a trained blade root is not homogeneously distributed during operation. Thus, in particular on the radially outer support peaks load peaks, whereas the radially inner prongs are exposed to a comparatively low mechanical stress.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaufel für eine Strömungsmaschine mit einer als Tannenbaumprofil ausgebildeten Befestigungskontur hinsichtlich ihrer Belastungseigenschaften derart weiterzubilden, dass die mechanische Beanspruchung innerhalb des Schaufelfusses vergleichmässigt wird. Insbesondere soll das Auftreten von Spannungsspitzen innerhalb des Schaufelfusses abgemildert werden. The invention has the object of providing a blade for a turbomachine with a trained as Christmas tree profile fastening contour in terms of their load characteristics such that the mechanical stress is homogenized within the blade root. In particular, the occurrence of voltage peaks within the blade root should be mitigated.

[0008] Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im unabhängigen Anspruch angegeben. Den Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Ausführungsarten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale sowie Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung und dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen. The solution of the problem underlying the invention is given in the independent claim. The inventive concept advantageously further developments are the subject of the dependent claims. Further features and advantages of the invention can be found in the description and the embodiment.

[0009] Erfindungsgemäss zeichnet sich eine Schaufel für eine rotierende Strömungsmaschine, welche Schaufel über einen mit einem Tannenbaumprofil ausgestatteten Schaufelfuss mit einer Anzahl an Tragzacken verfügt, die symmetrisch zu einer der Schaufel zuordenbaren Symmetrieachse angeordnet sind, und jeder Tragzacken eine radial äussere Flanke und eine radial innere Flanke aufweist, wobei die radial äussere Flanke einen ersten Flankenwinkel a und die radial innere Flanke einen zweiten Flankenwinkel β zur Symmetrieachse der Schaufel einnehmen, und die Flankenwinkel α und β aller Tragzacken zumindest annähernd gleich sind, dadurch aus, dass mindestens ein Abstand zwischen zwei radial inneren Tragzacken des Schaufelfusses geringer ist als ein Abstand zwischen zwei radial aussen liegenden Tragzacken. According to the invention, a blade for a rotating turbomachine, which blade has a equipped with a Christmas tree profile blade root with a number of support teeth, which are arranged symmetrically to a blade assignable symmetry axis, and each support teeth a radially outer edge and a radial inner flank, wherein the radially outer flank occupy a first flank angle a and the radially inner flank occupy a second flank angle β to the axis of symmetry of the blade, and the flank angles α and β of all support teeth are at least approximately equal, characterized in that at least one distance between two radially inner support teeth of the blade root is less than a distance between two radially outer support teeth.

[0010] Nach einer Ausführungsart der Erfindung nimmt dabei der Abstand zwischen benachbarten Tragzacken von aussen nach innen mindestens einmal ab. According to one embodiment of the invention, the distance between adjacent supporting spikes decreases from the outside to the inside at least once.

[0011] Nach einer alternativen Ausführungsart der Erfindung nimmt der Abstand zwischen benachbarten Tragzacken von aussen nach innen mit jeder Stufe ab. According to an alternative embodiment of the invention, the distance between adjacent supporting spikes decreases from the outside inwards with each step.

[0012] Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Abstand um einen Faktor ϕ zu verringern, wobei gilt: 0,85 < ϕ < 0,95. It has proved to be advantageous to reduce the distance by a factor φ, where: 0.85 <φ <0.95.

[0013] Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsart der Erfindung ändert sich der Abstand zwischen benachbarten Tragzacken des Schaufelfusses von aussen nach innen mindestens einmal gemäss der Beziehung an = ϕan-1, wobei gilt: 0,85 < ϕ < 0,95 und der Koeffizient n von aussen nach innen zählt (bezogen auf die Rotationsachse des Rotors). According to a particularly preferred embodiment of the invention, the distance between adjacent supporting crests of the blade root changes from the outside to the inside at least once according to the relationship an = φan-1, where 0.85 <φ <0.95 and the coefficient n from outside to inside counts (relative to the axis of rotation of the rotor).

[0014] Der Grundgedanke der Erfindung besteht also darin, abweichend von den im Stand der Technik geltenden Design-Grundsätzen das Abstandsmass zwischen den Tragzacken eines Tannenbaumprofils dergestalt zu variieren, dass zumindest ein Abstandsmass radial innen liegender Tragzacken geringer ausfällt als ein Abstandsmass radial weiter aussen liegender Tragzacken. The basic idea of the invention is thus deviating from the design principles valid in the state of the art, the distance between the supporting serrations of a Christmas tree profile such that at least one distance measure of radially inner supporting serrations is smaller than a distance dimension radially further outwards support indentations.

[0015] Dieses Aufbrechen von auf dem Fachgebiet durchgesetzten Design-Grundsätzen geht mit einer Reihe von Vorteilen einher. So konnte im Rahmen umfangreicher Versuche nachgewiesen werden, dass die erfindungsgemässe Massnahme eine bessere Beherrschung der innerhalb des Schaufelfusses auftretenden mechanischen Beanspruchungen erlaubt. Indem der Abstand zwischen zwei radial innen liegenden Tragzacken um einen Faktor ϕ geringer ausgelegt ist als der Abstand zwischen zwei weiter aussen liegenden Tragzacken, erhöht sich signifikant die mechanische Beanspruchung des innen liegenden Tragzackens. This break-up of design principles implemented in the art has a number of advantages. It has been demonstrated in extensive experiments that the measure according to the invention allows a better control of the mechanical stresses occurring within the blade root. By the distance between two radially inner support teeth designed by a factor φ smaller than the distance between two further outwardly lying support teeth, significantly increases the mechanical stress of the inner support teeth.

[0016] Dies trägt zu einer Entlastung der höher belasteten äusseren Tragzacken bei und hat insgesamt eine Vergleichmässigung der vom Schaufelfuss aufzunehmenden Kräfte zur Folge. This contributes to a relief of the higher-loaded outer trusses and has a total of uniformity of the male blade to be absorbed forces result.

[0017] Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass auch mit herkömmlichen Schaufeln ausgerüstete Strömungsmaschinen mit den erfindungsgemässen Schaufeln nachgerüstet werden können. Voraussetzung hierfür ist lediglich eine Nachbearbeitung der Rotornuten, indem an der innen liegenden Flanke der/des unteren Tragzacken(s) der Rotomut eine geringe Materialmenge abgetragen wird, um die modifizierte Schaufel passgerecht einführen zu können. Diese Nachbearbeitung erfordert lediglich einen vergleichsweise geringen Arbeitsaufwand. Another advantage of the invention is the fact that equipped with conventional blades turbomachinery can be retrofitted with the inventive blades. The only prerequisite for this is a reworking of the rotor grooves by removing a small amount of material from the inner edge of the lower support serrations (s) of the Rotomut in order to be able to insert the modified blade correctly. This reworking requires only a relatively small amount of work.

[0018] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel zu entnehmen. Further details and advantages of the invention can be found in the following embodiment.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

[0019] Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen <tb>Fig. 1<sep>schematisierte Darstellung eines Schaufelfusses mit einer als Tannenbaumprofil ausgebildeten Befestigungskontur gemäss dem Stand der Technik, <tb>Fig. 2<sep>Darstellung einer ersten Ausführungsart eines erfindungsgemäss ausgebildeten Schaufelfusses, sowie <tb>Fig. 3<sep>Darstellung einer weiteren Ausführungsart eines erfindungsgemäss ausgebildeten Schaufelfusses.The invention will now be described by way of example without limiting the general inventive concept using exemplary embodiments with reference to the drawing. Show it <Tb> FIG. 1 <sep> schematic representation of a blade root with a fastening profile designed as a Christmas tree profile according to the prior art, <Tb> FIG. 2 <sep> Illustration of a first embodiment of a blade root designed according to the invention, and <Tb> FIG. 3 <sep> Representation of a further embodiment of a blade root designed according to the invention.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche AnwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial applicability

[0020] In den Fig. 2 und 3 sind Querschnittsprofile erfindungsgemäss modifizierter Schaufelfüsse (3) illustriert. Die bereits im Zusammenhang mit der Diskussion der Fig. 1 eingeführten Bezugszeichen gelten analog für gleiche oder gleichwirkende Komponenten in den Fig. 2 und 3. Im Unterschied zu der in Fig. 1gezeigten gattungsgemässen Schaufelfussgeometrie weist der erfindungsgemäss weitergebildete Schaufelfuss (3) gemäss Fig. 2 eine Befestigungskontur mit drei Tragzacken (T1, T2, T3) auf, deren Abstandsmass (an-1), das sich aus dem orthogonalen Abstand zwischen den radial nach aussen gewandten Flanken (Fo) benachbarter Tragzacken (Tn-1;Tn) ergibt, von aussen nach innen stufenweise abnimmt. So ist der Abstand (a2) zwischen den beiden innen liegenden Tragzacken (T2) und (T3) um einen Faktor ϕ geringer als der Abstand (a1) zwischen den Tragzacken (T1 und (T2). Der Faktor ϕ, um den sich das Abstandsmass (a2) gegenüber dem Abstandsmass (a1) verringert, liegt in vorteilhafter Weise in einer Grössenordnung zwischen 0,85 und 0,95. Diese Abstufung des Abstandsmasses (a) vermindert die mechanische Beanspruchung der Flanke (Fo) des äusseren Tragzackens (Ti) zulasten des inneren Tragzackens (T3) und trägt damit zu einer Vergleichmässigung der gesamtheitlich auf den Schaufelfuss (3) einwirkenden Flächenbelastung, insbesondere aufgrund der während des Betriebs auftretenden Zentrifugalkräfte, bei. Cross-sectional profiles of blade feet (3) modified according to the invention are illustrated in FIGS. 2 and 3. The reference signs already introduced in connection with the discussion of FIG. 1 apply analogously to identical or equivalent components in FIGS. 2 and 3. In contrast to the generic blade root geometry shown in FIG. 1, the blade root (3) shown in FIG. 2 has a fastening contour with three support teeth (T1, T2, T3), the distance dimension (an-1) resulting from the orthogonal distance between the radially outwardly facing flanks (Fo) of adjacent supporting serrations (Tn-1; Tn), decreases gradually from the outside to the inside. Thus, the distance (a2) between the two inner support teeth (T2) and (T3) is smaller than the distance (a1) between the support teeth (T1 and (T2) by a factor φ.) The factor φ by which the distance measure (a2) is reduced with respect to the distance measure (a1), is advantageously on the order of between 0.85 and 0.95 This graduation of the distance measure (a) reduces the mechanical stress on the flank (Fo) of the outer support (Ti) of the inner supporting jaw (T3) and thus contributes to a uniformization of the total surface load acting on the blade root (3), in particular due to the centrifugal forces occurring during operation.

[0021] Erfindungsgemäss ausgebildete Schaufelfüsse (3) können in die Aufnahmenuten (4) von bereits im Betrieb befindlichen Rotoreinheiten (1) eingesetzt werden, nachdem an den entsprechenden Bereichen innerhalb der Aufnahmenut (4) ein entsprechender Materialabtrag vorgenommen worden ist. In dem hier beispielhaft dargestellten Falle eines Schaufelfusses (3) mit drei Tragzacken (T1, T2, T3) erfordert dies einen Materialabtrag an der mit der oberen Flanke Fo des inneren Tragzackens (T3) kommunizierenden Flanke (7) der Rotornut (4). Derartige materialabtragende Massnahmen können an bereits bestehenden Rotoreinheiten im Rahmen erforderlicher Service- oder Reparaturarbeiten mit Hilfe geeigneter Fräswerkzeuge vorgenommen werden. Vane feet (3) designed according to the invention can be inserted into the receiving grooves (4) of rotor units (1) already in operation, after a corresponding material removal has been carried out on the corresponding areas within the receiving groove (4). In the case illustrated here by way of example of a blade root (3) with three supporting serrations (T1, T2, T3), this requires a material removal at the flank (7) of the rotor groove (4) which communicates with the upper flank Fo of the inner supporting tine (T3). Such material-removing measures can be carried out on existing rotor units in the context of required service or repair work with the aid of suitable milling tools.

[0022] Weitere Ausführungsformen der Erfindung seien nun anhand eines Schaufelfusses (3) mit einem Tannenbaumprofil mit vier Tragzacken (T1, T2, T3, T4) erläutert. Fig. 3zeigt stark schematisiert eine Schaufel (2) mit einem Tannenbaumfuss (3) mit vier symmetrisch zu der Achse (6) positionierten Tragzacken (T1, T2, T3, T4). Die jeweiligen Tragzacken (T1,2,3,4) sind in radialer Abfolge von aussen nach innen voneinander beabstandet in einem definierten Abstandsmass (a1,2,3) angeordnet. Bezugsbasis für das Abstandsmass (a) bildet jeweils die obere, im Betrieb belastete Flanke (Fo) zueinander benachbarter Tragzacken (T). Alle Flanken (Fo) nehmen den gleichen Winkel ϕ zu der Achse (6) ein, verlaufen also parallel. Die radial äusseren Tragzacken (T1 und T2) sind in einem Abstand (a1) voneinander angeordnet. Der nächstfolgende Abstand (a2) zwischen den radial weiter innen liegenden Tragzacken (T2 und T3) ist um einen Faktor ϕ geringer als der äussere Abstand (a1). Das Verhältnis zwischen den Abstandsmassen (a2) und (a1) folgt der Beziehung a2 = ϕa1, wobei gilt: 0,85 < ϕ < 0,95. Der Abstand (a3) zu dem radial innersten Tragzacken (T4) vermindert sich gegenüber dem Abstandsmass (a2) wiederum um den Faktor ϕ. Es gilt demgemäss die Beziehung a3 = ϕ<2>a1, wobei gilt: 0,85 < ϕ < 0,95. Further embodiments of the invention will now be explained with reference to a blade root (3) with a Christmas tree profile with four support teeth (T1, T2, T3, T4). Fig. 3 shows a highly schematic blade (2) with a Tannenbaumfuss (3) with four symmetrically to the axis (6) positioned supporting serrations (T1, T2, T3, T4). The respective supporting serrations (T1, 2, 3, 4) are arranged in radial sequence from the outside inwards at a distance from one another in a defined distance dimension (a1, 2, 3). Reference basis for the distance measure (a) forms in each case the upper, loaded in operation flank (Fo) of mutually adjacent support serrations (T). All flanks (Fo) take the same angle φ to the axis (6), so they run parallel. The radially outer support teeth (T1 and T2) are arranged at a distance (a1) from each other. The next following distance (a2) between the radially further inside supporting serrations (T2 and T3) is smaller by a factor φ than the outer distance (a1). The ratio between the distances (a2) and (a1) follows the relation a2 = φa1, where: 0.85 <φ <0.95. The distance (a3) to the radially innermost supporting serrations (T4) again decreases by a factor φ compared to the distance dimension (a2). Accordingly, the relation a3 = φ <2> a1 applies, where: 0.85 <φ <0.95.

[0023] Nach einer alternativen, ebenfalls in den Rahmen der Erfindung fallenden Ausführungsform eines Tannenbaumfusses (3) mit vier voneinander beabstandeten Tragzacken (T1, T2, T3, T4) weist nur der Abstand (a3) zwischen den radial innen liegenden Tragzacken (T3, T4) ein verringertes Abstandsmass auf, wohingegen die Abstände (a1, a2) zwischen den radial äusseren Tragzacken (T1, T2, T3) untereinander gleich sind. Für einen dergestalt ausgebildeten Schaufelfuss gelten also die folgenden Beziehungen: a2 = a1 und a3 = ϕa1 = ϕa2 mit der Massgabe 0,85 < ϕ < 0,95. According to an alternative, also falling within the scope of the invention embodiment of a Christmas tree foot (3) with four spaced support serrations (T1, T2, T3, T4), only the distance (a3) between the radially inner support serrations (T3, T4) a reduced distance measure, whereas the distances (a1, a2) between the radially outer support teeth (T1, T2, T3) are equal to each other. For a blade root designed in this way, the following relationships apply: a2 = a1 and a3 = φa1 = φa2 with the proviso 0.85 <φ <0.95.

[0024] Gegenüber der ersteren hat diese zweite Alternative den Vorteil eines geringeren Aufwands für eine Umrüstung von Strömungsmaschinen mit gemäss dem Stand der Technik ausgeführten Schaufelfüssen, da der Aufwand für die Nachbearbeitung der Rotornuten bedeutend minder ausfällt. Compared to the former, this second alternative has the advantage of a lower cost for retrofitting turbomachinery with running according to the prior art blade roots, since the cost of reworking the rotor grooves significantly less fails.

[0025] Insbesondere für den Einsatz der erfindungsgemässen Schaufeln in Verbindung mit stationären Gasturbinen kommen Flankenwinkel (α) für die belasteten Flanken (Fo) im Bereich zwischen 48° und 53° und Flankenwinkel (β) für die unbelasteten Flanken (Fi) im Bereich zwischen 50° und 55° in Frage. Especially for the use of the inventive blades in conjunction with stationary gas turbine flank angle (α) for the loaded flanks (Fo) in the range between 48 ° and 53 ° and flank angle (β) for the unloaded flanks (Fi) in the range between 50 ° and 55 ° in question.

[0026] Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform nimmt dabei der Flankenwinkel α einen Wert von 50° und der Flankenwinkel β einen Wert von 53° ein. According to a particularly preferred embodiment, the flank angle α assumes a value of 50 ° and the flank angle β a value of 53 °.

[0027] Der Design-Grundsatz der Symmetrie des Schaufelfussprofils, wie an anderer Stelle beschrieben, besitzt auch für die erfindungsgemäss gestalteten Schaufelfüsse Geltung. Daher gilt es, die lösungsgemässen Massnahmen an den sich relativ zur Schaufelsymmetrieachse (6) gegenüberstehenden Befestigungskonturen symmetrisch vorzunehmen. The design principle of the symmetry of the blade root profile, as described elsewhere, also applies to the inventively designed blade roots. Therefore, it is necessary to perform the measures according to the solution symmetrically on the relative to the blade symmetry axis (6) opposite fastening contours.

[0028] Die kontrollierte Variation des Abstandsmasses an+1gegenüber dem Abstandsmass an kann auch durch eine Variation der Flankenwinkel α und/oder β flankiert werden. So konnte in Versuchen nachgewiesen werden, dass auch eine Abkehr von dem bislang geltenden Grundsatz einheitlich dimensionierter Flankenwinkel α und β aller Tragzacken des Schaufelfusses eine positive Wirkung hin zu einer Vergleichmässigung der mechanischen Beanspruchung innerhalb des Schaufelfusses entfalten kann. Mit der erfindungsgemässen Massnahme gelingt es erstmalig, den betriebsbedingten mechanischen Lasteintrag in den Schaufelfussbereich zu vergleichmässigen, wodurch die Gefahr von Materialüberbeanspruchungen reduziert und die Lebensdauer derartiger Schaufeln erhöht werden können. The controlled variation of the distance measure to +1 relative to the distance measure can also be flanked by a variation of the flank angles α and / or β. Thus, it could be proven in tests that a departure from the hitherto valid principle of uniformly dimensioned flank angle α and β of all supporting serrations of the blade root can have a positive effect towards a homogenization of the mechanical stress within the blade root. With the measure according to the invention, it is possible for the first time to make the operational mechanical load input into the blade root area uniform, thereby reducing the risk of material overstress and increasing the service life of such blades.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

[0029] <tb>1<sep>Rotor <tb>2<sep>Schaufel <tb>3<sep>Schaufelfuss <tb>4<sep>Rotornut <tb>5<sep>Rotationsachse <tb>6<sep>Symmetrieachse <tb>T1, 2, ··· n<sep>Tragzacken <tb>Fo<sep>radial äussere Flanke eines Tragzackens <tb>Fi<sep>radial innere Flanke eines Tragzackens <tb>a1<sep>Abstand zwischen T1 und T2 <tb>a2<sep>Abstand zwischen T2 und T3 <tb>an-1<sep>Abstand zwischen Tn-1 und Tn <tb>α<sep>Spitzer Winkel zwischen Fo und der Symmetrieachse (6) <tb>β<sep>Spitzer Winkel zwischen Fi und der Symmetrieachse (6)[0029] <Tb> 1 <sep> Rotor <Tb> 2 <sep> shovel <Tb> 3 <sep> blade root <Tb> 4 <sep> rotor slot <Tb> 5 <sep> rotation axis <Tb> 6 <sep> symmetry axis <tb> T1, 2, ··· n <sep> Tragzacken <tb> Fo <sep> radially outer flank of a carrying tooth <tb> Fi <sep> radially inner flank of a supporting jaw <tb> a1 <sep> Distance between T1 and T2 <tb> a2 <sep> Distance between T2 and T3 <tb> an-1 <sep> Distance between Tn-1 and Tn <tb> α <sep> Sharp angle between Fo and the symmetry axis (6) <tb> β <sep> Sharp angle between Fi and the symmetry axis (6)

Claims

A blade for a rotating turbomachine, which blade (2) has a blade root (3) equipped with a Christmas tree profile, with a number of supporting serrations (T1, 2, ..., n) which are symmetrical to one of the blades (2). associated symmetrical axis (6) are arranged, and each supporting serrations (T1, T2, T3, ... Tn) has a radially outer edge (Fo) and a radially inner edge (Fi), wherein the radially outer edges (Fo) a first Flank angle α to the axis of symmetry (6) of the blade (2) occupy, and the radially inner flanks (Fi) occupy a second flank angle β to the axis of symmetry (6) and wherein the flank angle a and the flank angle β of all support teeth (T1 ..., n ) are at least approximately equal, and adjacent supporting serrations (T1, ..., n) have a spacing (a), characterized in that at least one distance measure (a2 ..... n-1) between two radially inner supporting serrations (FIG. Tn-1, Tn) is less than the distance (a1) between the radial out n lying support teeth (T1, T2).

2. A blade according to claim 1, characterized in that the distance measure (a1, ..., n-1) between adjacent support teeth (T1, ..., n) from outside to inside at least once reduced.

3. A blade according to claim 1, characterized in that the distance measure (a1, ..., n-1) between adjacent support teeth (T1, ..., n) decreases from the outside inwards with each stage.

4. Vane according to one of claims 2 or 3, characterized in that the distance measure (a1, ..., n-1) between the supporting serrations (T1, ..., n) from outside to inside in each case by a factor φ according to the relationship an = φan-1, where: 0.85 <φ <0.95.

5. A blade according to claim 2, characterized in that the blade root (3) has a fir tree profile with three support teeth (T1, T2, T3), and the distance (a2) between the two radially inner support teeth (T2, T3) lower is the distance (a1) between the two radially outward supporting serrations (T1, T2), where: a2 = φa1 and 0.85 <φ <0.95.

6. A blade according to claim 2, characterized in that the blade root (3) has a fir tree profile with four supporting serrations (T1, T2, T3, T4), and the distance (a3) between the two radially inner supporting serrations (T3, T4 ) is smaller by a factor φ than at least one of the spacings (a1, a2) of the radially outwardly arranged supporting serrations (T1, T2, T3), where: 0.85 <φ <0.95.

7. A blade according to claim 3, characterized in that the blade root (3) has a fir tree profile with four supporting serrations (T1, T2, T3, T4), wherein the radially outer arranged supporting serrations (T1, T2) a distance (a1), the supporting serrations (T2, T3) have a spacing (a2) and the radially inwardly arranged supporting serrations (T3, T4) have a spacing (a3), the relationships a2 = φa1) and a3 = φ <2> a1 and 0.85 <φ <0.95.

8. A blade according to claim 1, characterized in that the first flank angle α has a value in the range between 48 ° and 53 ° and the second flank angle β assumes a value in the range between 50 ° and 55 °.

9. A blade according to claim 8, characterized in that the first flank angle α assumes a value of 50 ° and the second flank angle β assumes a value of 53 °.

10. A blade according to claim 8 or 9, characterized in that the flank angles α and β of all supporting serrations (T1,2, ..., n) are at least approximately equal.

11. A blade according to claim 6, characterized in that the radially inwardly facing flank (Fi) of the radially inner support teeth (T4) has a flank length which is shorter than the edge length of the radially inwardly facing flank (Fi) of the immediately adjacent Tragzackens (T3).