DE102007050917A1 - Voltage reduction method either on turbine disk or on turbine blade or on both, involves fixing number of turbine blade, and determining initial point for dovetail making location in relation to reference line - Google Patents
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Abstract
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbinentechnologie und insbesondere einen modifizierten Schaufelund/oder Scheiben-Schwalbenschwanz, der dafür gestaltet ist, den Schaufellastpfad um eine die Beanspruchung konzentrierende Einrichtung in der Scheibe, auf der die Schaufel angebracht ist, herumzuleiten oder um eine die Beanspruchung konzentrierende Einrichtung in der Schaufel selbst.The The present invention relates to gas turbine technology, and more particularly a modified blade and / or disc dovetail, the one for it is designed, the blade load path to a stress concentrating device in the disk on which the blade is mounted to pass around or a stress concentrating device in the blade even.
Bestimmte Gasturbinenlaufscheiben enthalten mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Schwalbenschwänze um den äußeren Randbereich der Scheibe, die zwischeneinander Schwalbenschwanzschlitze definieren. Jeder der Schwalbenschwanzschlitze nimmt in Axialrichtung eine Laufschaufel auf, die mit einem Schaufelblattabschnitt und einem zu den Schwalbenschwanzschlitzen komplementär ausgebildeten Laufschaufelschwalbenschwanz ausgebildet ist.Certain Gas turbine discs contain several circumferentially from each other spaced dovetails around the outer edge area of the disc defining dovetail slots between each other. Each of the dovetail slots takes a blade in the axial direction on top of that with a paddle blade section and one to the dovetail slots complementary trained blade dovetail is formed.
Durch Luft, die durch einen Kühlschlitz in der Scheibe und durch in den Schwalbenschwanzabschnitten der Schaufel ausgebildete Nuten oder Schlitze eintritt, können die Schaufeln gekühlt werden. üblicherweise erstreckt sich der Kühlschlitz in Umfangsrichtung über 360° durch die alternierenden Schwalbenschwänze und Schlitze hindurch.By Air passing through a cooling slot in the disk and through the dovetail sections of the Shovel formed grooves or slots can enter the Shovels cooled become. usually extends the cooling slot in the circumferential direction over 360 ° through the alternate swallowtails and slots through.
Es hat sich herausgestellt, dass Verbindungsstellen zwischen den Schaufelschwalbenschwänzen und den Schwalbenschwanzschlitzen auf Grund von überragenden Schaufellasten und einer spannungskonzentrierenden Geometrie potenziell die Lebensdauer beschränkende Stellen bilden. In der Vergangenheit wurden in bestimmten Turbinentriebwerken Ausnehmungen oder Materialabtragungen an Schwalbenschwänzen verwendet, um Spannungen abzubauen. Diese Abtragungsstellen waren jedoch von ihrer Art unbedeutend und standen nicht in Beziehung zu dem hier betreffenden Problem. Außerdem waren die Stellen sowie die abgetragenen Materialmengen nicht dafür optimiert, einen Ausgleich zwischen der Spannungsreduktion an der Scheibe, der Spannungsreduktion an der Schaufel und der Nutzungsdauer der Schaufeln herzustellen.It It has been found that joints between the blade dovetails and the dovetail slots due to superior shovel loads and stress-concentrating geometry potentially extends the life restrictive Make bodies. In the past, certain turbine engines were used Used recesses or material removal on dovetails, to reduce tension. However, these ablation sites were of insignificant in nature and unrelated to this one relevant problem. Furthermore the locations and the amount of material removed were not optimized a balance between the voltage reduction at the disc, the voltage reduction on the blade and the service life of the Produce blades.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die vorliegende Anmeldung beschreibt ein Verfahren zur Reduktion der Belastung an wenigstens entweder einer Turbinenlaufscheibe, oder einer Turbinenlaufschaufel oder beiden, wobei mehrere Turbinenschaufeln an der Scheibe angebracht werden können und wobei jede der Turbinenschaufeln einen Schaufelschwalbenschwanz aufweist, der in einen passend geformten Schwalbenschwanzschlitz in der Scheibe eingesteckt werden. Das Verfahren kann umfassen: a) bezogen auf eine Bezugslinie einen Anfangspunkt für eine Schwalbenschwanzabtragungsstelle festzulegen, wobei der Anfangspunkt eine Länge der Schwalbenschwanzabtragung entlang einer Schwalbenschwanzachse definiert; b) einen Schnittwinkel für die Schwalbenschwanzabtragung festzulegen und c) Abtragung von Material entweder von dem Schaufelschwalbenschwanz oder von dem Schwalbenschwanzschlitz in der Scheibe oder von beiden entsprechend dem Anfangspunkt und dem Schnittwinkel, um die Schwalbenschwanzabtragungsstelle zu bilden. Der Anfangspunkt und der Schnittwinkel können entsprechend der Schaufel- und der Scheibengeometrie optimiert werden, um einen Ausgleich zwischen der Spannungsreduktion an der Scheibe, der Spannungsreduktion an der Schaufel, einer zweckmäßigen Nutzungsdauer der Turbinenschaufeln und der Aufrechterhaltung oder Verbesserung des aeromechanischen Verhaltens der Turbinenschaufel zu maximieren. Die Bezugslinie kann in einem festen Abstand zu einer Vorderseite des Schaufelschwalbenschwanzes entlang einer Mittellinie der Schwalbenschwanzachse positioniert sein, und der Schritt a) kann so ausgeführt werden, dass der Anfangspunkt der Schwalbenschwanzabtragung mindestens circa 1,539 Zoll in rückwärtiger Richtung von der Bezugslinie beabstandet angeordnet ist.The The present application describes a process for the reduction of Load on at least one turbine disk, or a turbine blade or both, with multiple turbine blades can be attached to the disc and wherein each of the turbine blades one Shovel dovetail formed in a suitably shaped Dovetail slot can be plugged into the disc. The procedure can include: a) a starting point for a dovetail erosion point relative to a reference line The starting point is a length of dovetail erosion defined along a dovetail axis; b) a cutting angle for the Determine dovetail erosion and c) erosion of material either from the blade dovetail or from the dovetail slot in the disk or both according to the starting point and the angle of intersection to form the dovetail erosion site. The starting point and the cutting angle can be adjusted according to the blade and the wheel geometry can be optimized to balance between the voltage reduction at the disc, the voltage reduction the scoop, a useful life turbine blades and maintenance or improvement to maximize the aerodynamic behavior of the turbine blade. The reference line may be at a fixed distance to a front of the Shovel swallowtail along a midline of the dovetail axis be positioned, and the step a) can be carried out so that the starting point of dovetail erosion is at least circa 1,539 inches in the backward direction spaced from the reference line.
In einigen Ausführungsformen kann jede der Turbinenschaufeln für den Betrieb in einer ersten Stufe einer 9FA-Turbine konfiguriert sein. Der Schritt b) kann so ausgeführt werden, dass der Schnittwinkel maximal 3° beträgt. In anderen Ausführungsformen kann der Schritt b) so ausgeführt werden, dass der Schnittwinkel circa 0,7° beträgt. Der feste Abstand der Bezugslinie zu der Vorderseite des Schaufelschwalbenschwanzes beträgt circa 2,964 Zoll.In some embodiments can use any of the turbine blades for operation in a first stage a 9FA turbine be configured. The step b) can be carried out so that the cutting angle is maximum 3 °. In other Embodiments may Step b) is carried out in this way be that the cutting angle is about 0.7 °. The fixed distance of the reference line to the front of the blade dovetail is approximately 2,964 inches.
In einigen Ausführungsformen kann die Optimierung des Anfangspunktes und des Schnittwinkels durch Anwendung von Finite-Elemente-Analysen auf die Schaufel- und Scheibengeometrie vorgenommen werden. Der Schritt b) kann so ausgeführt werden, dass mehrere Schnittwinkel bestimmt werden, um die Schwalbenschwanzabtragung mit einer nicht ebenen Oberfläche zu definieren. Der Schritt c) kann ausgeführt werden, indem Material von dem Schaufelschwalbenschwanz entfernt wird. In anderen Ausführungsformen kann der Schritt c) durch Entfernen von Material von dem Schwalbenschwanzschlitz in der Scheibe ausgeführt werden. Der Schritt c) kann außerdem ausgeführt werden, indem Material von dem Schaufelschwalbenschwanz und von dem Schwalbenschwanzschlitz in der Scheibe abgetragen wird. Der Schritt c) kann ferner so ausgeführt werden, dass ein aus dem von dem Schaufel-Schwalbenschwanz und von dem Schwalbenschwanzschlitz in der Scheibe entfernten Material sich ergebender Winkel den Schnittwinkel nicht übersteigt.In some embodiments, the optimization of the starting point and the cutting angle may be made by applying finite element analyzes to the blade and wheel geometry. Step b) may be performed to determine a plurality of intersecting angles to define dovetail erosion with a non-planar surface. Step c) may be performed by removing material from the blade dovetail. In other embodiments, step c) may be performed by removing material from the dovetail slot in the disk. Step c) can also be performed by removing material from the blade dovetail and dovetail slot in the disk. The step c) may be further carried out such that one of the blade dovetail and the swallows tail slot in the disc removed material resulting angle does not exceed the cutting angle.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt ferner eine Turbinenlaufschaufel, die ein Schaufelblatt und einen Schaufelschwalbenschwanz enthalten kann, wobei der Schaufelschwalbenschwanz passend zu einem Schwalbenschwanzschlitz in einer Laufscheibe ausgebildet ist. Der Schaufelschwalbenschwanz kann eine Schwalbenschwanzausnehmung bzw. -abtragungsstelle aufweisen, die entsprechend der Laufschaufelgeometrie bemessen und angeordnet ist, um den Ausgleich zwischen einer Spannungsreduktion an der Scheibe, einer Spannungsreduktion an der Schaufel, einer Nutzungsdauer der Turbinenschaufeln und einer Aufrechterhaltung oder Verbesserung des aeromechanischen Verhaltens der Turbinenschaufel zu maximieren. Ein Anfangspunkt der Schwalbenschwanzabtragungsstelle, der eine Länge der Schwalbenschwanzabtragungsstelle entlang einer Schwalbenschwanzachse definiert, kann in Bezug auf eine Bezugslinie festgelegt werden, die in einem festen Abstand zu einer Vorderseite des Laufschaufelschwalbenschwanzes entlang einer Mittellinie der Schwalbenschwanzachse positioniert ist. Der Anfangspunkt der Schwalbenschwanzabtragung kann im Abstand von wenigstens etwa 1,539 Zoll in rückwärtiger Richtung zu der Bezugslinie angeordnet sein.The The present application further describes a turbine blade, which may include an airfoil and a blade dovetail, the bucket dovetail being suitable for a dovetail slot is formed in a running disk. The shovel swallowtail may have a dovetail recess, which are sized and arranged according to the blade geometry is to balance between a voltage reduction on the disc, a voltage reduction on the blade, a service life of Turbine blades and a maintenance or improvement to maximize the aerodynamic behavior of the turbine blade. A starting point of the swallowtail erosion site, which is a Length of Dovetail erosion site along a dovetail axis can be defined with respect to a reference line, at a fixed distance to a front of the blade dovetail positioned along a center line of the dovetail axis is. The starting point of dovetail erosion may be in the distance at least about 1.539 inches in the rearward direction of the reference line be arranged.
In einigen Ausführungsformen kann jede der Turbinenschaufeln für den Betrieb in einer ersten Stufe einer 9FA-Turbine konfiguriert sein. Ein Schnittwinkel der Schwalbenschwanzabtragungsstelle kann maximal 3° betragen. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Schnittwinkel der Schwalbenschwanzabtragung circa 0,7° betragen. Der feste Abstand der Bezugslinie zu der Vorderseite des Schaufelschwalbenschwanzes beträgt circa 2,964 Zoll. In einigen Ausführungsformen kann die Schwalbenschwanzabtragung eine nicht planare Oberfläche haben.In some embodiments can use any of the turbine blades for operation in a first stage a 9FA turbine be configured. An angle of intersection of the dovetail erosion site can not exceed 3 °. In certain embodiments For example, a dovetail cut angle may be about 0.7 degrees. The fixed distance of the reference line to the front of the blade dovetail is about 2,964 inches. In some embodiments, dovetail erosion a non-planar surface to have.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt ferner eine Turbinenlaufschaufel, die ein Schaufelblatt und einen Schaufelschwalbenschwanz enthält, wobei der Schaufelschwalbenschwanz passend zu einem Schwalbenschwanzschlitz in einer Turbinenlaufscheibe ausgebildet ist. Jede der Turbinenschaufeln kann für den Betrieb in einer ersten Stufe einer 9FA-Turbine konfiguriert sein, und der Schaufelschwalbenschwanz enthält eine Schwalbenschwanzabtragungsstelle. Ein Anfangspunkt der Schwalbenschwanzabtragung, der eine Länge der Schwalbenschwanzabtragung entlang einer Schwalbenschwanzachse definiert, kann bezogen auf eine Bezugslinie festgelegt werden, die in einer festen Entfernung von einer Vorderseite des Laufschaufelschwalbenschwanzes entlang einer Mittellinie der Schwalbenschwanzachse angeordnet ist. Der Anfangspunkt der Schwalbenschwanzabtragung kann mindestens circa 1,539 Zoll in rückwärtiger Richtung von der Bezugslinie beabstandet angeordnet sein. Ein Schnittwinkel des Schwalbenschwanzhinterschnitts kann maximal etwa 3° betragen.The The present application further describes a turbine blade, which includes an airfoil and a blade dovetail, wherein the shovel swallowtail fitting to a dovetail slot is formed in a turbine disk. Each of the turbine blades can for the Configured to operate in a first stage of a 9FA turbine and the blade dovetail includes a dovetail erosion site. A starting point of dovetail erosion, which is a length of Dovetail removal along a dovetail axis defined can be defined with reference to a reference line which is in a fixed distance from a front of the blade dovetail is arranged along a center line of the dovetail axis. The starting point of dovetail erosion may be at least approx 1,539 inches in the backward direction spaced from the reference line. A cutting angle the dovetail intersection can be a maximum of about 3 °.
In einigen Ausführungsformen kann ein Schnittwinkel der Schwalbenschwanzabtragung etwa 0,7° betragen. Die feste Entfernung der Bezugslinie von der Vorderseite des Schaufelschwalbenschwanzes kann etwa 2,964 Zoll betragen. Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Anmeldung erschließen sich beim Durchsehen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren und den angefügten.In some embodiments For example, a dovetail cut angle may be about 0.7 degrees. The fixed distance of the reference line from the front of the blade dovetail can be about 2.964 inches. These and other features of the present Open application by looking through the following detailed description of the preferred embodiments in conjunction with the figures and the attached.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION THE INVENTION
Die
Schwalbenschwanz-Schlitze
Ein
Beispiel für
eine Einrichtung der Gasturbinenlaufscheibe, an der sich Spannungen
konzentrieren, bildet der Kühlschlitz.
Die stromaufwärtigen- oder
stromabwärtigen
Stirnflächen
der Schaufel und der Scheibe
Ein
zweites Beispiel für
eine Spannungskonzentrationseinrichtung einer Gasturbinenlaufscheibe bildet
der Schaufelbefestigungsdrahtschlitz. Die stromaufwärtigen oder
stromabwärtigen
Stirnflächen der
Schaufel
Die
hier beschriebenen Merkmale sind auf jede beliebige Verbindungsstelle
zwischen Schaufelblatt und Laufscheibe allgemein anwendbar. Die
in den
Es
wurde festgestellt, dass die Anschluss- bzw. Verbindungsoberflächen zwischen
dem Schaufelschwalbenschwanz und dem Schwalbenschwanzschlitz
Bezugnehmend
auf die
Die
abzutragende Materialmenge und damit die Größe der Abtragungsstelle
Die
Abtragung
Wie
oben erörtert,
kann ein Anfangspunkt und/oder Schnittwinkel für die Schwalbenschwanzabtragung
für jeden
der mehreren Stege bzw. Nasen gesondert festgelegt werden, wenn
der Schaufelschwalbenschwanz
Die Optimierung des Anfangspunktes und des Schnittwinkels wird durch Anwendung von Finite-Elemente-Analysen auf die Schaufel- und Scheibengeometrie ermittelt. Auf Triebwerksdaten basierende virtuelle Wärme- und strukturelle Lasten werden auf die Finite-Elemente-Gitter der Schaufel und der Scheibe angewendet, um Triebwerksbetriebsbedingungen zu simulieren. Unter Anwendung des Finite-Elemente-Modells werden die Geometrie ohne Abtragungsstelle und eine Reihe verschiedener Abtragungsgeometrien analysiert. Aus den Finite-Elemente-Analysen wird eine Übertragungsfunktion zwischen der Abtragungsgeometrie und den Schaufel- und Scheibenspannungenn abgeleitet. Die vorhergesagten Belas tungen oder Spannungen werden dann unter Verwendung proprietärer Materialdaten mit Felddaten korreliert, um für jede Abtragungsgeometrie die Schaufel- und Scheibenlebensdauer und das aeromechanische Verhalten der Schaufel vorherzusagen. Die optimale Abtragungsgeometrie und die Auswahl akzeptabler Abtragungsgeometrien werden durch Berücksichtigung sowohl der Schaufel- und Scheibenlebensdauer als auch des aeromechanischen Verhaltens der Schaufel bestimmt.The Optimization of the starting point and the cutting angle is achieved Application of finite element analyzes to the blade and disc geometry determined. Engine-based virtual heat and power Structural loads are placed on the finite element grid of the bucket and the disc applied to engine operating conditions simulate. Using the finite element model, the geometry becomes devoid of abrasion and analyzed a number of different ablation geometries. Out The finite element analysis is a transfer function between the removal geometry and the blade and pulley tensions derived. The predicted stresses or strains become then using proprietary Material data correlated with field data, for each ablation geometry the blade and disc life and the aeromechanical behavior to predict the shovel. The optimal ablation geometry and the choice of acceptable ablation geometries will be considered by consideration both the blade and disc life as well as the aeromechanical Behavior of the shovel determines.
Die
Bezugsgrenze bzw. -linie W variiert auch entsprechend der Schaufel-
oder Scheibengeometrie. Die Bezugslinie W ist in einer festen Entfernung von
einer Vorderseite des Schaufel- oder Scheibenschwalbenschwanzes
entlang einer Mittellinie der Schwalbenschwanzachse positioniert.
Die
Die
Details hinsichtlich des optimierten Anfangspunkts und Schnittwinkels
für jede
jeweilige Schaufel- und Schei benstufe sind nachstehend mit Bezug
auf die
Es wird erwartet, dass die Schwalbenschwanzabtragungen während einer normalen Heißgaspfad-Inspektion in einer Einheit ausgebildet werden können. Mit dieser Einrichtung sollte der Heißgaspfad um den hoch beanspruchten Bereich in den die Spannungen konzentrierenden Scheiben- und/oder Schaufelbestandteilen umgeleitet werden. Die Entlastungsschnitt-Parameter, einschließlich eines auf eine Bezugslinie bezogenen optimierten Anfangspunktes und eines optimierten Schnittwinkels, definieren eine Schwalbenschwanzabtragungsstelle bzw. -abtragung, die den Ausgleich zwischen einer Spannungsreduktion in der Gasturbinenscheibe, der Reduzierung der Beanspruchung der Gasturbinenschaufeln, einer Spannungsreduktion in den Gasturbinenschaufeln, einer zweckmäßigen Nutzungsdauer der Gasturbinenschaufeln und einer Aufrechterhaltung oder Verbesserung des aeromechanischen Verhaltens der Gasturbinenschaufel maximiert. Die reduzierten Spannungskonzentrationen tragen dazu bei, Ausfälle in der Gasturbinenscheibe zu reduzieren und schaffen dadurch einen signifikanten Vorteil in Bezug auf die Dauerfestigkeit der gesamten Scheibe.It The dovetail erosions are expected to occur during a normal hot gas path inspection can be formed in one unit. With this device should the hot gas path around the high stress area in the stress concentrating Disc and / or blade components are diverted. The Relief cut parameters, including one on a reference line related optimized starting point and an optimized cutting angle, define a dovetail erosion site that will compensate between a voltage reduction in the gas turbine disk, the reduction the stress of the gas turbine blades, a voltage reduction in the gas turbine blades, a useful life of the gas turbine blades and maintaining or improving aeromechanical behavior maximizes the gas turbine blade. The reduced stress concentrations contribute to failures reduce in the gas turbine disk and thereby create one significant advantage in terms of fatigue resistance of the whole Disc.
Während die Erfindung in Verbindung mit denjenigen Ausführungsformen beschrieben wurde, die gegenwärtig als die praktikabelsten und bevorzugten angesehen werden, ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein soll, sondern es im Gegenteil beabsichtigt ist, dass sie verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen umfasst, die in dem Rahmen und Schutzumfang der angefügten Ansprüche enthalten sind.While the Invention has been described in connection with those embodiments, the currently is considered to be the most practical and preferred is to Note that the invention is not limited to the disclosed embodiments limited on the contrary, it is intended that they be different Modifications and equivalent arrangements included in the The scope and scope of the appended claims are included.
Eine
Turbinenlaufschaufel
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