DE102008057190A1 - Blade cluster with offset axial mounting foot - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Stufe einer Turbine oder eines Verdichters mit einer Mehrzahl von Schaufeln, die an einem Rotor und/oder einem erfindungsgemäß zu einer Anzahl von Schaufelclustern als integrale Bauteile zusammengefasst, die jeweils aus zumindest zwei Schaufeln bestehen und die jeweils mit einer einzigen gemeinsamen Schaufelbefestigung zur Montage des Clusters am Rotor oder Stator ausgestattet sind.The present invention relates to the stage of a turbine or a compressor with a plurality of blades, which are combined on a rotor and / or one according to the invention to a number of blade clusters as integral components, each consisting of at least two blades and each with a single common Blade attachment for mounting the cluster on the rotor or stator are equipped.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaufelcluster gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The present invention relates to a blade cluster according to the Preamble of claim 1.

Turbinenstufen, die für Turbinen mit höheren Belastungen gebaut sind, aber auch Verdichterstufen werden im Allgemeinen mit Einzelschaufeln bestückt, die jeweils über einen profilierten Fuß in eine Scheibe mit Nuten eingehängt und darin fixiert sind.Turbine stages, built for turbines with higher loads are, but also compressor stages are generally with individual blades equipped, each with a profiled Foot hung in a disc with grooves and in it are fixed.

Aus dem Stand der Technik beispielsweise gemäß der DE 198 58 702 A1 ist die Schaufel einer Turbomaschine bekannt, welche über einen axial ausgerichteten Schwalbenschwanzfuß in der Form eines Tannenbaums an einem Rotor oder Stator montiert ist. Hierfür weist der Rotor in Gestalt einer Scheibe an seiner radialen Umfangsfläche eine Anzahl von axial verlaufenden Nuten auf, die in Richtung Nutengrund eine Mehrzahl von radial beabstandeten Hinterschneidungen in vorstehend bezeichneter Form ausbilden. Dementsprechend besteht der Fuß aus einem tannenbaumförmigen Vorsprung, an dem eine Anzahl von in Umfangsrichtung weisenden Hinterschneidungen ausgebildet sind, derart, dass der Fuß in Axialrichtung des Rotors in die Nut eingeschoben und darin fixiert werden kann.From the prior art, for example, according to the DE 198 58 702 A1 For example, the blade of a turbomachine is known which is mounted on a rotor or stator via an axially aligned dovetail root in the form of a fir tree. For this purpose, the rotor in the form of a disc on its radial peripheral surface on a number of axially extending grooves forming a plurality of radially spaced undercuts in the direction of groove bottom in the above-mentioned form. Accordingly, the foot consists of a fir-tree-shaped projection on which a number of circumferentially facing undercuts are formed, such that the foot in the axial direction of the rotor can be inserted into the groove and fixed therein.

Zwar wird durch eine derartige Verbindung eine extrem hohe Kraftübertragung ermöglicht, jedoch stellt das Gewicht einer derart aufgebauten Verdichter- oder Turbinenstufe ein entscheidendes Manko für deren Tauglichkeit beispielsweise im Bereich der Luftfahrt dar. Insbesondere schnell laufende NDT's (Niederdruckturbinen) weisen nach dem aktuellen Stand der Technik noch eine Überschreitung des vorgegebenen Gewichtszieles auf, was folglich eine konsequente optimale Gestaltung vor allem der Rotorbauteile erforderlich macht.Though By such a connection an extremely high power transmission allows, however, the weight of such a structure Compressor or turbine stage a major shortcoming for their suitability for example in the field of aviation. In particular, fast-running NDTs (low-pressure turbines) point According to the current state of the art still exceeding the predetermined weight target, which consequently a consistent optimal Design especially the rotor components required.

Eine teilweise Lösung des vorstehend genannten Problems stellen die Rotoren von Verdichter- und Turbinenstufen dar, die nach dem Konstruktionsprinzip einer BLISK aufgebaut sind. Grundlage einer BLISK ist vorzugsweise eine geschmiedete Scheibe, aus deren Außenkontur beispielsweise durch spanende Bearbeitung die Schaufelprofile ausgearbei tet sind. D. h. die Scheibe und die Schaufeln sind aus einem Teil gefertigt.A partially solve the above problem the rotors of compressor and turbine stages, which after the Design principle of a BLISK are constructed. Basis of a BLISK is preferably a forged disc, from its outer contour For example, by machining the blade profiles tet processing are. Ie. the disc and the blades are made of one piece.

Durch das Ersetzen von teilweise mehr als 120 einzelnen Schaufeln je Scheibe durch eine solche BLISK entfallen die Montagekosten für die Schaufeln, wodurch die Herstellung eines Neuteils insgesamt verringert wird. Des Weiteren wird durch dieses Verfahren eine erhebliche Gewichtsersparnis erreicht, was vor allem in der Luftfahrt von großem Interesse ist. Allerdings können derzeit im Wesentlichen nur weniger belastete Komponenten eines Triebwerks durch eine BLISK ersetzt werden, die nach dem vorstehend genannten Verfahren hergestellt ist. Auch ist das Erneuern einer BLISK im Gegensatz zum Ersetzen einzelner Schaufeln sehr aufwändig und teuer.By the replacement of partially more than 120 individual blades per disc such a BLISK eliminates the installation costs for the blades, thereby producing a new part in total is reduced. Furthermore, this process makes a considerable Weight savings achieved, especially in aviation of great Interest is. However, at present, essentially only less loaded components of an engine through a BLISK be replaced, prepared by the above method is. Also, renewing a BLISK is in contrast to replacing it individual blades very complex and expensive.

Angesichts dieser Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schaufelbefestigung bereitzustellen, die eine möglichst leichte Bauweise erlaubt und trotzdem hoch belastbar ist.in view of In this situation, it is the object of the present invention To provide blade attachment, the one possible lightweight design allows and yet is highly resilient.

Diese Aufgabe wird durch ein Schaufelcluster mit den Merkmalen der Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a blade cluster having the features of the patent claim 1 solved.

Schaufelcluster sind erfindungsgemäß integrale Bauteile bestehend aus zumindest zwei Schaufeln, die mit einer gemeinsamen (einzigen) Schaufelbefestigung zur Montage des Clusters am Rotor oder Stator ausgestattet sind.scoop cluster According to the invention are integral components from at least two blades with a common (single) Blade attachment for mounting the cluster on the rotor or stator are equipped.

Eine besonders hohe Kraftübertragung wird dadurch gewährleistet, indem die Schaufelbefestigung als axial verlaufende Schwalbenschwanzverbindung mit zumindest einer Hinterschneidung (auf jeder Flanke) ausgeführt ist. Diese Verbindungsart ist mit hoher Präzision herstellbar und kann kostengünstig montiert werden.A particularly high power transmission is ensured by by the blade attachment as an axially extending dovetail joint with at least one undercut (on each flank) executed is. This type of connection can be produced with high precision and can be mounted inexpensively.

Vorteilhafter Weise ist die Schwalbenschwanzverbindung dezentral zwischen den Schaufeln, vorzugsweise in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Hierdurch können die Schaufelblattlasten anstelle einer zentralen Zusammenführung aufgeteilt in jede Schwalbenschwanzanlagefläche eingeleitet werden, sodass sich die hierbei entstehenden hohen Kerblasten verringern. Dadurch wird es möglich, die Schwalbenschwanzverbindung weniger massiv auszugestalten, bzw. höhere Kräfte zu übertragen. Dabei hat es sich bzgl. Der Krafteinleitung als besonders günstig erwiesen, wenn der Versatz in Umfangsrichtung etwa eine halbe Schaufelteilung beträgt.Favorable Way the dovetail connection is decentralized between the Blades, preferably arranged offset in the circumferential direction. This allows the blade leaf loads instead of a central merge divided into each dovetail contact surface be initiated, so that the resulting high Kerblasten reduce. This makes it possible the dovetail connection less massive to design, or higher forces transferred to. It has respect. The introduction of force proved to be particularly favorable when the offset in the circumferential direction is about half a blade pitch.

Weiter vorzugsweise ist die Nut bzw. der Rücksprung der Schwalbenschwanzverbindung auf Seiten des Schaufelclusters und der Fuß bzw. der Vorsprung auf Seiten des Rotors bzw. Stators ausgebildet. Hierdurch verringert sich das Gewicht des Clusters und damit die Kraftbelastung der Verbindung.Further Preferably, the groove or the return of the dovetail connection on the side of the blade cluster and the foot or the projection formed on the side of the rotor or stator. This reduces the weight of the cluster and thus the force load of the connection.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the rest Dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.The The invention will be apparent from a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings closer explained.

1 zeigt den radial äußeren Umfangsabschnitt einer Turbinen- oder Verdichterscheibe mit daran montiertem Schaufelcluster gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 1 shows the radially outer circumference section of a turbine or compressor disk with blade cluster mounted thereon according to a preferred embodiment of the invention and

2 zeigt den Schaufelcluster in unmontiertem Zustand. 2 shows the blade cluster in unassembled condition.

Gemäß der 1 und 2 besteht ein Schaufelcluster 1 einer Turbinen- oder Verdichterstufe aus einem Paar Schaufeln 2, die an ihren radial inneren Enden mit einem einzigen gemeinsamen Schaufelfuß 3 verbunden sind. Die radial äußeren Enden sind über ein Flachband 4 (in Fachkreisen als „plainshroud” bezeichnet) miteinander gekoppelt. Vorzugsweise ist der die vorstehenden Bestandteile aufweisende Schaufelcluster 1 in Intergralbauweise beispielsweise durch Reibschweißen oder induktives Hochfrequenz-Pressschweißen und weiter vorzugsweise einstückig ausgebildet.According to the 1 and 2 there is a blade cluster 1 a turbine or compressor stage from a pair of blades 2 at their radially inner ends with a single common blade root 3 are connected. The radially outer ends are over a flat band 4 (referred to in professional circles as "plainshroud") coupled together. Preferably, the blade cluster having the above components 1 in integral design, for example, by friction welding or inductive high-frequency pressure welding and further preferably integrally formed.

Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, besteht der Schaufelfuß 3 aus einer Fußplatte 5, an deren radialer Oberseite die zwei radial inneren Schaufelenden angesetzt sind und an deren radialer Unterseite ein Fußsockel 6 ausgebildet ist, derart, dass die Fußplatte 5 einen leistenförmigen Überhang bezüglich des Sockels 6 formt. In diesen Fußsockel 6 ist vorliegend eine Nut 7 ausgearbeitet, welche sich durchge hend in bezüglich der Schaufelreihe axialer Richtung der Stufe erstreckt. Die Nut 7 ist in der Form eines Schwalbenschwanzes gefertigt und bildet so an jeder Nutflanke eine Hinterschneidung.How the particular 2 it can be seen, there is the blade root 3 from a foot plate 5 , on the radial upper side of which the two radially inner blade ends are attached and on the radial underside of which a foot base 6 is formed, such that the foot plate 5 a strip-shaped overhang with respect to the base 6 shaped. In this pedestal 6 is in this case a groove 7 elaborated, which extends continuously in respect to the blade row axial direction of the step. The groove 7 is made in the shape of a dovetail and thus forms an undercut on each groove flank.

Wie ferner in der 2 dargestellt ist, befindet sich die Nut 7 nicht zentral mittig zwischen den beiden Schaufeln 2 bzw. deren inneren Schaufelenden, sondern ist vorliegend um ca. eine halbe Teilung in Umfangsrichtung, nämlich gemäß der 1 in Kraftwirkungsrichtung der Schaufeln 2 versetzt angeordnet.As further in the 2 is shown, there is the groove 7 not centrally in the middle between the two blades 2 or the inner blade ends, but in the present case is about half a pitch in the circumferential direction, namely according to the 1 in the force direction of the blades 2 staggered.

In der 1 ist nunmehr eine Scheibe (Rotor) 8 der Stufe abschnittsweise dargestellt. Demzufolge ist die Scheibe 8 an deren radial äußeren Umfang zu einem sogenannten Filletinterface 9 axial aufgeweitet, auf deren radialen Außenseite eine Anzahl von federartigen Leisten 10 in Axialrichtung der Stufe einstückig mit der Scheibe 8 ausgebildet sind. Die Federn 10 sind dabei in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet.In the 1 is now a disc (rotor) 8th the step shown in sections. As a result, the disc is 8th at the radially outer periphery to a so-called fillet interface 9 axially widened, on the radial outer side a number of spring-like strips 10 in the axial direction of the step integral with the disc 8th are formed. The feathers 10 are equally spaced circumferentially.

Des Weiteren weisen die Federn 10 in ihrem Querschnitt eine Schwalbenschwanzform auf und bilden somit das Gegenstück zu den Nuten 7 auf Seiten der Schaufelcluster 1. Die Dimensionierung der Nuten 7 und Federn 10 ist so gewählt, dass bei deren Zusammenführung eine Pressverbindung entsteht.Furthermore, the springs have 10 in its cross section on a dovetail shape and thus form the counterpart to the grooves 7 on the side of the blade cluster 1 , The dimensioning of the grooves 7 and feathers 10 is chosen so that when they are merged, a press connection is formed.

Zur Montage der Schaufelcluster 1 und der Scheibe 8 werden die Schaufelfüße 3 auf die scheibenseitigen Federn 10 in Axialrichtung aufgeschoben, bis an den jeweiligen Stirnseiten ein gratloser Übergang zwischen Scheibe 8 und Fuß 3 entsteht. Auf diese Weise werden die einzelnen Schaufelcluster 1 zu einem kompletten Schaufelring zusammengesetzt.For mounting the blade clusters 1 and the disc 8th become the scoop feet 3 on the disc-side springs 10 Slid in the axial direction, up to the respective end faces a burr-free transition between the disc 8th and foot 3 arises. In this way, the individual blade clusters 1 assembled into a complete blade ring.

An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass ein Schaufelcluster 1 auch mehr als zwei Schaufeln, beispielsweise drei Schaufeln aufweisen kann. Auch ist die Form des Schaufelfußes 3 nicht auf einen einfachen Schwalbenschwanz beschränkt sondern kann auch, wie im Stand der Technik bekannt ist, tannenbaumartig mit einer Mehrzahl von Hinterschneidungskanten je Flanke ausgebildet sein. Schließlich ist es nicht unbedingt erforderlich, die Nut 7 durchgehend auszuführen. Viel mehr kann diese einseitig geschlossen sein, wodurch ein vordefinierter Anschlag für die Montage der Schaufelcluster 1 gebildet wird.At this point, it should be noted that a blade cluster 1 Also, more than two blades, for example, three blades may have. Also, the shape of the blade foot 3 not limited to a simple dovetail but may also, as is known in the art, fir tree-like with a plurality of undercut edges per flank be formed. After all, it is not absolutely necessary to use the groove 7 to carry out continuously. Much more, this can be closed on one side, creating a predefined stop for the assembly of the blade cluster 1 is formed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19858702 A1 [0003] - DE 19858702 A1 [0003]

Claims (8)

Stufe einer Turbine oder eines Verdichters mit Schaufeln (2), die an einem Rotor und/oder einem Stator der Stufe montiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (2) zu einer Anzahl von Schaufelclustern (1) als integrale Bauteile zusammengefasst sind, die jeweils aus zumindest zwei Schaufeln (2) bestehen und die jeweils mit einer gemeinsamen Schaufelbefestigung (3) zur Montage des Clusters (1) am Rotor oder Stator ausgestattet sind.Stage of a turbine or a compressor with blades ( 2 ) which are mounted on a rotor and / or a stator of the stage, characterized in that the blades ( 2 ) to a number of blade clusters ( 1 ) are combined as integral components, each consisting of at least two blades ( 2 ) and each with a common blade attachment ( 3 ) for mounting the cluster ( 1 ) are equipped on the rotor or stator. Stufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelbefestigung (3) als axial verlaufende Schwalbenschwanzverbindung mit zumindest einer Hinterschneidung ausgeführt ist.Stage according to claim 1, characterized in that the blade attachment ( 3 ) is designed as an axially extending dovetail joint with at least one undercut. Stufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwalbenschwanzverbindung (3) dezentral zwischen den Schaufeln (2), vorzugsweise in Umfangsrichtung versetzt angeordnet.Stage according to claim 2, characterized in that the dovetail joint ( 3 ) decentralized between the blades ( 2 ), preferably arranged offset in the circumferential direction. Stufe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz in Umfangsrichtung eine halbe Schaufelteilung beträgt, wobei die Versatzrichtung der Kraftwirkrichtung der Schaufeln (2) entspricht.Stage according to claim 3, characterized in that the offset in the circumferential direction is half a blade pitch, the offset direction being the force acting direction of the blades ( 2 ) corresponds. Stufe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (7) der Schwalbenschwanzverbindung auf Seiten des Schaufelclusters (1) und die Feder (10) auf Seiten des Rotors bzw. Stators ausgebildet ist.Stage according to one of claims 2 to 4, characterized in that the groove ( 7 ) of the dovetail connection on the side of the blade cluster ( 1 ) and the spring ( 10 ) is formed on the side of the rotor or stator. Stufe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schaufelcluster (1) drei Schaufeln (2) hat.Stage according to one of the preceding claims, characterized in that each blade cluster ( 1 ) three blades ( 2 ) Has. Stufe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (10) einstückig mit dem Rotor oder dem Stator ausgebildet sind.Stage according to one of the preceding claims, characterized in that the springs ( 10 ) are formed integrally with the rotor or the stator. Stufe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwalbenschwanzverbindung die Form eines Tannenbaums hat und mehrere radial beabstandete Hinterschneidungen je Flanke bildet.Stage according to one of the preceding claims, characterized in that the dovetail joint is the Has a shape of a fir tree and a plurality of radially spaced undercuts each flank forms.
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