DE102009011879A1 - Integrally bladed rotor and method of making an integrally bladed rotor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen integral beschaufelten Rotor (10) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, mit einem Rotorgrundkörper (12), in dessen radialem Randbereich in axialer Richtung verlaufende Entlastungsöffnungen (28) vorgesehen sind. In jeder Entlastungsöffnung (28) ist ein Dichtelement (30) vorgesehen, welches die Entlastungsöffnung (28) in radialer Richtung abdichtet.The invention relates to an integrally bladed rotor (10) for a turbomachine, in particular for a gas turbine, having a rotor main body (12), in the radial edge region of which discharge openings (28) extending in the axial direction are provided. In each relief opening (28), a sealing element (30) is provided, which seals the discharge opening (28) in the radial direction.
Description
Die Erfindung betrifft einen integral beschaufelten Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors.The The invention relates to an integrally bladed rotor for a turbomachine, especially for a gas turbine, and a method of making an integral bladed rotor.
Gasturbinenrotoren mit integraler Beschaufelung bezeichnet man abhängig davon, ob ein im Querschnitt scheibenförmiger oder ein im Querschnitt ringförmiger Rotor bzw. Rotorträger (im Folgenden Rotorgrundkörper genannt) vorhanden ist, als Blisk bzw. Bling. Blisk ist die Kurzform von Bladed Disk und Bling von Bladed Ring.Gas turbine rotors with integral blading one designates depending on whether one in the cross section disc-shaped or a cross-sectionally annular Rotor or rotor carrier (hereinafter rotor body) called) is present, as Blisk or Bling. Blisk is the short form from Bladed Disk and Bling from Bladed Ring.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Gasturbinenrotoren mit integraler Beschaufelung durch Fräsen aus dem Vollen herzustellen, was natürlich sehr aufwendig und teuer ist, weshalb dieses Verfahren nur für relativ kleine Gasturbinenrotoren Verwendung gefunden hat. Ein anderes, bei großen Rotoren Anwendung findendes Verfahren ist das Reibschweißen eines von separat hergestellten, insbesondere monokristallinen Schaufeln an einem insbesondere polykristallinen Rotorgrundkörper. Um hohe thermische Spannungen im Rotorgrundkörper zu vermeiden, werden im radialen Randbereich in axialer Richtung verlaufende Entlastungsöffnungen oder -schlitze eingebracht. Damit keine strömungstechnischen Nachteile aufgrund der Entlastungsöffnungen auftreten, sind Dichtringe oder Dichtscheiben vor oder hinter dem Rotor angeordnet, wodurch die Entlastungsöffnungen oder -schlitze abgedichtet werden. Solche Dichtringe oder -scheiben sind aufwendig zu fertigen und somit teuer und erhöhen das Gewicht des Rotors.Out In the prior art it is known gas turbine rotors with integral Blading through milling to produce from the full, which of course very expensive and expensive which is why this method is used only for relatively small gas turbine rotors has found. Another, used in large rotors application Method is friction welding one of separately prepared, in particular monocrystalline blades on a particular polycrystalline rotor main body. To high to avoid thermal stresses in the rotor body are in Radial edge region in the axial direction extending discharge openings or slots introduced. So no fluidic disadvantages due to the discharge openings occur, are sealing rings or sealing discs in front of or behind the Rotor arranged, whereby the relief openings or slots are sealed. Such seals or discs are expensive to manufacture and thus expensive and increase the weight of the rotor.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen integral beschaufelten Rotor zu schaffen, bei dem eine Abdichtung der Entlastungsöffnungen kostengünstig und mit geringem Gewicht realisiert wird, sowie ein einfaches Herstellungsverfahren eines solchen integral beschaufelten Rotors.task the invention is to provide an integrally bladed rotor, in which a seal of the discharge openings cost and is realized with low weight, as well as a simple manufacturing process such an integrally bladed rotor.
Die Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen integral beschaufelten Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, gelöst. Der Rotor umfasst einen Rotorgrundkörper, in dessen radialem Randbereich in axialer Richtung verlaufende Entlastungsöffnungen vorgesehen sind. In jeder Entlastungsöffnung ist ein Dichtelement vorgesehen, welches die Entlastungsöffnung in axialer Richtung abdichtet. Auf diese Weise werden keine separaten Dichtringe oder -scheiben benötigt, wodurch Gewicht eingespart wird. Da ein Dichtelement nur einer Entlastungsöffnung zugeordnet ist, vereinfacht sich die Bauweise der Dichtelemente, wodurch Kosten eingespart werden.The Task is bladed integrally by an inventive Rotor for a turbomachine, especially for a gas turbine, solved. The rotor comprises a rotor main body, in its radial edge region are provided in the axial direction extending discharge openings. In every discharge opening a sealing element is provided which the relief opening in seals in the axial direction. This way will not be separate Sealing rings or discs needed, which saves weight. Since a sealing element associated with only one discharge opening simplifies the construction of the sealing elements, thereby reducing costs be saved.
Vorzugsweise weisen die Dichtelemente einen Anschlag auf, mit dem sie an einer Stirnseite des Rotors anliegen. Auf diese Weise werden eine einfache Positionierung der Dichtelemente sowie eine einfache Befestigung am Rotor ermöglicht.Preferably have the sealing elements on a stop, with which they on a Abut the end face of the rotor. This way, a simple Positioning of the sealing elements and a simple attachment on the rotor allows.
Die Dichtelemente können mindestens einen Biegefortsatz aufweisen, der an einer Stirnseite des Rotors anliegt. Somit werden die Dichtelemente durch Umbiegen des Biegefortsatzes am Rotor befestigt.The Sealing elements can have at least one bending extension on one end face of the rotor is applied. Thus, the sealing elements by bending attached to the bending extension of the rotor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Dichtelemente als Dämpfer zwischen benachbarten Schaufelhälsen. Dies ermöglicht eine verbesserte Dämpfung von Schwingungen des Rotors.According to one preferred embodiment lie the sealing elements as dampers between adjacent blade necks. this makes possible an improved damping of vibrations of the rotor.
Vorzugsweise weisen die Dichtelemente jeweils eine Dichtplatte auf, die an den Querschnitt der Entlastungsöffnung angepasst ist. Die Dichtplatte ermöglicht eine optimale Abdichtung der Entlastungsöffnung.Preferably each of the sealing elements has a sealing plate which is connected to the Cross section of the discharge opening is adjusted. The sealing plate allows for optimal sealing the discharge opening.
Die Dichtplatte lässt sich so ausführen, dass die Dicke der Dichtplatte um mindestens den Faktor 5 geringer ist als die Länge der Entlastungsöffnung. Dies ermöglicht eine weitere Einsparung von Gewicht im radialen Randbereich des Rotorgrundkörpers.The Sealing plate leaves to act like this that the thickness of the sealing plate by at least a factor of 5 less is as the length the discharge opening. This allows a further saving of weight in the radial edge area of the Rotor base.
Vorzugsweise liegt die Dichtplatte in der Entlastungsöffnung. Auf diese Weise nimmt die Dichtplatte keinen zusätzlichen Bauraum in Anspruch.Preferably the sealing plate lies in the relief opening. In this way takes the sealing plate no additional Space available.
Die Dichtplatte ist beispielsweise in axialer Richtung im Wesentlichen in der Mitte der Entlastungsöffnung vorgesehen. So bleibt die Abdichtung der Entlastungsöffnung auch bei kleinen Verschiebungen der Dichtplatte in axialer Richtung erhalten.The Sealing plate is, for example, in the axial direction substantially in the middle of the discharge opening intended. So the seal of the discharge opening remains obtained in small displacements of the sealing plate in the axial direction.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Dichtelemente jeweils zwei Dichtplatten auf. Dies ermöglicht eine verbesserte Abdichtung der Entlastungsöffnung.According to one another embodiment each of the sealing elements has two sealing plates. This allows a improved sealing of the discharge opening.
Vorzugsweise sind die beiden Dichtplatten der Dichtelemente so angeordnet, dass sie an den beiden Enden der Entlastungsöffnung mit den Stirnseiten des Rotors im Bereich der Entlastungsöffnungen eine Ebene bilden, d. h. bündig abschließen. Auf diese Weise ergeben sich bei Rotation des Rotors nur geringe Ventilationsverluste im Bereich der Entlastungsöffnungen.Preferably the two sealing plates of the sealing elements are arranged so that they at the two ends of the discharge opening with the front sides of the rotor form a plane in the area of the discharge openings, d. H. flush to lock. In this way, only slight results in rotation of the rotor Ventilation losses in the area of the discharge openings.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Dichtelemente mit verschiedenen Massen vorgesehen. Dies ermöglicht ein Wuchten des Rotors mittels der Dichtelemente.According to one another embodiment are sealing elements provided with different masses. This allows a Balancing the rotor by means of the sealing elements.
Vorzugsweise weisen die Dichtelemente einen radial äußeren Steg auf, der wenigstens eine vom Steg abstehende Dichtplatte und an beiden Enden des Stegs Anschläge aufweist, wobei die Anschläge vorzugsweise an den Stirnseiten des Rotors angreifen. Auf diese Weise wird das Dichtelement über die beiden Anschläge an den Enden an den Stirnseiten des Rotors befestigt, wodurch ein Verrutschen der Dichtplatte verhindert wird. Diese Anschläge sind z. B. ein permanenter Fortsatz sowie ein Biegefortsatz.Preferably, the sealing elements ei NEN radially outer web, which has at least one protruding from the web sealing plate and at both ends of the web stops, wherein the stops preferably engage the end faces of the rotor. In this way, the sealing element is attached via the two stops at the ends on the end faces of the rotor, whereby slipping of the sealing plate is prevented. These attacks are z. B. a permanent extension and a bending extension.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors mit folgenden Verfahrensschritten. In einem ersten Schritt erfolgt die Befestigung von Schaufeln an einen Rotorgrundkörper, wobei im radialen Randbereich des Rotorgrundkörpers Entlastungsöffnungen vorgesehen sind, die im Bereich von Schlitzen benachbarter Schaufelhälse liegen. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Verschließen der Entlastungsöffnungen durch Dichtelemente. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des Rotors, wobei auf aufwendig herzustellende und schwere Dichtringe oder -scheiben verzichtet werden kann, wodurch Gewicht und Kosten eingespart werden.The Invention relates to this In addition, a method of manufacturing an integrally bladed rotor with the following process steps. In a first step the attachment of blades to a rotor body, wherein in the radial edge region of the rotor body discharge openings are provided, which lie in the region of slots of adjacent blade necks. In a second step, the discharge openings are closed by sealing elements. this makes possible a simple manufacture of the rotor, being expensive to produce and heavy sealing rings or discs can be dispensed with, thereby Weight and costs are saved.
Bei einer weiteren Variante des Verfahrens erfolgt das Wuchten des Rotors mittels unterschiedlich schwerer Dichtelemente. Dies ermöglicht, die Abdichtung der Entlastungsöffnungen und das Wuchten des Rotors in einem Verfahrensschritt durchzuführen.at In another variant of the method, the balancing of the rotor takes place by means of different heavy sealing elements. This makes possible, the sealing of the discharge openings and to perform the balancing of the rotor in one method step.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description and from the following drawings, to the reference is taken. In the drawings show:
Eine
erste Ausführungsform
der Erfindung wird anhand der
Der
integral beschaufelte Rotor
Am
Außenradius
des Rotorgrundkörpers
Eine
Schaufel
Die
Schaufeln
Um
das Gewicht des Rotors
Die
Schaufelhälse
Im
radial äußeren Randbereich
des Rotorgrundkörpers
Radial
außerhalb
der Entlastungsöffnungen
In
den Entlastungsöffnungen
In
den
Auf
dem rechten Ende des Steges
Eine
Dichtplatte
Die
Dicke der Dichtplatte
Im
montierten Zustand ist das Dichtelement
Der
radial äußere Steg
Die
verschiedenen Dichtelemente
Die
Die
Anordnung der Dichtelemente
Die
beiden Dichtplatten
Wie
in
Im
Folgenden wird ein erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines oben beschriebenen integral beschaufelten
Rotors
In
einem ersten Verfahrensschritt werden die Schaufeln
In
einem zweiten Verfahrensschritt werden die Entlastungsöffnungen
Es
ist auch möglich,
dass anstelle des ersten Anschlags
Ein
solches Dichtelement
Es
können
auch mehr als zwei Dichtplatten
- 1010
- Rotorrotor
- 1212
- RotorgrundkörperRotor body
- 1414
- Schaufelshovel
- 1616
- Zwischenstückconnecting piece
- 1818
- Schaufelhalsscoop-neck
- 2020
- Schaufelblattairfoil
- 2222
- äußeres Deckbandouter shroud
- 2424
- Ausnehmungrecess
- 2626
- inneres Deckbandinner shroud
- 2828
- Entlastungsöffnungrelief opening
- 2929
- Schlitzslot
- 3030
- Dichtelementsealing element
- 3232
- Stegweb
- 3434
- Anschlagattack
- 3636
- Stirnseitefront
- 3838
- BiegefortsatzBending extension
- 4040
- Dichtplattesealing plate
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