DE102009029587A1

DE102009029587A1 - Rotor einer Turbomaschine

Info

Publication number: DE102009029587A1
Application number: DE102009029587A
Authority: DE
Inventors: Raible Tilmann
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-24
Also published as: JP2013505385A; EP2478186B1; WO2011032548A1; US9127562B2; CN102597426B; CN102597426A; JP5314194B2; EP2478186A1; US20120230826A1

Abstract

Rotor einer Turbomaschine, mit einem Rotorgrundkörper und mehreren Laufschaufeln, wobei jede Laufschaufel ein Schaufelblatt (11) und ein Koppelelementsegment (10) aufweist und wobei in Umfangsrichtung eine Breite des Koppelelementsegments durch sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckende Kanten definiert ist. Erfindungsgemäß ist in Blickrichtung von radial außen das jeweilige Koppelelementsegment an einer ersten Seite (16) derart konturiert, dass strömungseintrittsseitig benachbart zu ein die sich in Axialrichtung erstreckende radial äußere Kante (18) gegenüber der sich in Axialrichtung erstreckenden radial inneren Kante (20) in Umfangsrichtung vorsteht, wohingegen an dieser ersten Seite strömungsaustrittsseitig abgewandt von einer Strömungsaustrittskante (13) des Schaufelblatts die radial innere Kante (20) gegenüber der radial äußeren Kante (18) vorsteht, wobei das Koppelelementsegment an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite (17) derart konturiert ist, dass strömungsaustrittsseitig benachbart zu der Strömungsaustrittskante (13) die sich in Axialrichtung erstreckende radial äußere Kante (19) gegenüber der sich in Axialrichtung erstreckenden radial inneren Kante (21) in Umfangsrichtung vorsteht, wohingegen an dieser zweiten Seite strömungseintrittsseitig abgewandt von der Strömungseintrittskante (12) der jeweiligen Laufschaufel die radial innere Kante (21) gegenüber der radial äußeren Kante (19) ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Turbomaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Rotor einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine oder Dampfturbine, verfügt über einen Rotorgrundkörper sowie über mehrere Laufschaufeln, die am Rotorgrundkörper befestigt sind. Die Laufschaufeln eines solchen Turbomaschinenrotors verfügen über einen Schaufelfuß und ein Schaufelblatt, wobei jede Laufschaufel über ihren Schaufelfuß am Rotorgrundkörper befestigt ist, und wobei jede Laufschaufel im Bereich ihres Schaufelblatts mindestens ein Koppelelementsegment aufweist, welches dann, wenn dasselbe radial außen am Schaufelblatt positioniert ist, als Außendeckbandsegment ausgebildet ist. Die Koppelelementsegmente, insbesondere Außendeckbandsegmente, aller Laufschaufeln eines solchen Turbomaschinenrotors bilden zusammen mindestens ein in Umfangsrichtung geschlossenes Koppelelement, insbesondere ein Außendeckband, des Rotors.
In Umfangsrichtung eines Turbomaschinenrotors gesehen ist eine Breite eines Koppelelementsegments, insbesondere eines Außendeckbandsegments, einer jeden Laufschaufel durch sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckende Kanten definiert. Eine Tiefe in Axialrichtung des Koppelelementsegments, insbesondere des Außendeckbandsegments, einer jeden Laufschaufel ist durch sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckende Kanten definiert. Neben der Breite in Umfangsrichtung sowie der Tiefe in Axialrichtung ist ein Koppelelementsegment, insbesondere ein Außendeckbandsegment, einer jeden Laufschaufel auch durch eine Dicke in Radialrichtung gekennzeichnet.
Turbomaschinenrotoren, deren Laufschaufeln derartige Koppelelementsegmente zur Bildung mindestens eines Koppelelements aufweisen, können sowohl im Bereich eines Verdichters als auch im Bereich einer Turbine der Turbomaschine verbaut sein.
Turbomaschinenrotoren, an deren Rotorgrundkörper Laufschaufeln befestigt sind, die radial außen am Schaufelblatt ein als Außendeckbandsegment ausgebildetes Koppelelementsegment aufweisen, sind zum Beispiel aus DE 1 159 965 C , aus DE 40 15 206 C1 sowie aus US 4,400,915 A und aus GB 2 072 760 A bekannt.
Insbesondere die als Außendeckbänder ausgebildeten Koppelelemente solcher Turbomaschinenrotoren sind im Betrieb hohen Belastungen ausgesetzt, da dieselben bezogen auf eine Drehachse des Turbomaschinenrotors auf maximalem Radius rotieren und daher hohen Fliehkräften ausgesetzt sind. In Folge der Fliehkraftbelastung können sich Ecken bzw. Kanten der Koppelelementsegmente der Laufschaufeln nach außen biegen, wodurch einerseits im Koppelelement Spannungsspitzen verursacht werden und andererseits ein gewünschter Kontakt zwischen benachbarten Koppelelementsegmenten benachbarter Laufschaufeln auf einen punktförmigen Kontakt reduziert wird bzw. ganz verschwindet. Dadurch wird eine gewünschte Kopplung zwischen benachbarten Koppelelementsegmenten reduziert bzw. aufgehoben, wodurch sich letztendlich das Schwingungsverhalten des Turbomaschinenrotors verschlechtert.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, einen Rotor einer Turbomaschine zu schaffen, bei dem im Betrieb eine gute Kopplung der Koppelelementsegmente der Laufschaufeln gewährleistet ist. Dieses Problem wird durch einen Rotor gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist in Blickrichtung von radial außen das oder jedes Koppelelementsegment einer jeden Laufschaufel an einer ersten Seite, an der sich in Umfangsrichtung gesehen ein Koppelelementsegment einer ersten unmittelbar benachbarten Laufschaufel anschließt, derart konturiert, dass strömungseintrittsseitig benachbart zu einer Strömungseintrittskante des Schaufelblatts der jeweiligen Laufschaufel die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial äußere Kante des jeweiligen Koppelelementsegments gegenüber der sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden radial inneren Kante des jeweiligen Koppelelementsegments in Umfangsrichtung vorsteht, wohingegen an dieser ersten Seite strömungsaustrittsseitig abgewandt von einer Strömungsaustrittskante des Schaufelblatts der jeweiligen Laufschaufel die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial innere Kante gegenüber der sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden radial äußeren Kante vorsteht.
Weiterhin ist erfindungsgemäß das oder jedes Koppelelementsegment einer jeden Laufschaufel an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, an der sich in Umfangsrichtung gesehen ein Koppelelementsegment einer zweiten unmittelbar benachbarten Laufschaufel anschließt, derart konturiert, dass strömungsaustrittsseitig benachbart zu der Strömungsaustrittskante des Schaufelblatts der jeweiligen Laufschaufel die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial äußere Kante des jeweiligen Koppelelementsegments gegenüber der sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden radial inneren Kante des jeweiligen Koppelelements in Umfangsrichtung vorsteht, wohingegen an dieser zweiten Seite strömungseintrittsseitig abgewandt von der Strömungseintrittskante des Schaufelblatts der jeweiligen Laufschaufel die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial innere Kante gegenüber der sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden radial äußeren Kante vorsteht.
Beim erfindungsgemäßen Rotor einer Turbomaschine wird durch die Konturierung der Koppelelementsegmente der Laufschaufeln an den sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden Kanten im Betrieb einer optimale Abstützung und damit Kopplung der das oder jedes Koppelelement bildenden Koppelelementsegmente gewährleistet. Hierdurch können im Betrieb Spannungsspitzen in dem oder jedem Koppelelement des Rotors deutlich reduziert werden. Ferner kann hierdurch das Eigenfrequenzverhalten und damit Schwingungsverhalten des erfindungsgemäßen Rotors verbessert werden.
Vorzugsweise begrenzen an der ersten Seite und an der zweiten Seite die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial äußere Kante und die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial innere Kante des jeweiligen Koppelelementsegments jeweils zwei durch eine wendepunktfreie Trennlinie voneinander getrennte Flächen, nämlich jeweils eine in Blickrichtung von radial außen verdeckte Fläche und jeweils eine in Blickrichtung von radial außen sichtbare Fläche, wobei an der ersten Seite die von radial außen verdeckte Fläche strömungseintrittsseitig und die von radial außen sichtbare Fläche strömungsaustrittsseitig positioniert ist, und wobei an der zweiten Seite die von radial außen verdeckte Fläche strömungsaustrittsseitig und die von radial außen sichtbare Fläche strömungseintrittsseitig positioniert ist, und wobei an der ersten Seite und an der zweiten Seite des jeweiligen Koppelelementsegments in Blickrichtung entlang der jeweiligen wendepunktfreien Trennlinie gesehen die von radial außen verdeckte Fläche gegenüber der Radialrichtung um einen ersten Winkel und die von radial außen sichtbare Fläche gegenüber der Radialrichtung um einen zweiten Winkel geneigt ist. Hierdurch ist es möglich den erfindungsgemäßen Turbinenrotor, nämlich die Laufschaufeln desselben, unter Gewährleistung einer optimalen Kopplung der Koppelelementsegmente mit geringem Aufwand zu fertigen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an der ersten Seite und an der zweiten Seite des jeweiligen Koppelelementsegments in Blickrichtung von radial außen die sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial äußere Kante und die sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial innere Kante an ausschließlich einer Axialposition deckungsgleich. Auch durch dieses Merkmal kann unter Gewährleistung einer optimalen Kopplung der Koppelelementsegmente eine einfache Herstellbarkeit der Laufschaufeln des erfindungsgemäßen Rotors gewährleistet werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine vereinfachte Draufsicht auf eine Laufschaufel mit einem als Außendeckbandsegment ausgebildeten Koppelelementsegment eines erfindungsgemäßen Rotors einer Turbomaschine in Blickrichtung von radial außen nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2: eine vereinfachte Seitenansicht des Außendeckbandsegments der Laufschaufel der 1 in Umfangsblickrichtung II der 1 gesehen;
3: eine weitere vereinfachte Seitenansicht des Außendeckbandsegments der Laufschaufel der 1 in Umfangsblickrichtung III der 1 gesehen;
4: eine perspektivische Ansicht der Laufschaufel der 1;
5: einen Ausschnitt aus der perspektivischen Ansicht der 2 in Umfangsblickrichtung II der 1 gesehen;
6: einen weiteren Ausschnitt aus der perspektivischen Ansicht der 2 in Umfangsblickrichtung III der 1 gesehen;
7: eine vereinfachte Draufsicht auf eine Laufschaufel mit einem als Außendeckbandsegment ausgebildeten Koppelelementsegment eines erfindungsgemäßen Rotors einer Turbomaschine in Blickrichtung von radial außen nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8: einen Ausschnitt aus dem zweiten Ausführungsbeispiel der 7 analog zum Ausschnitt der 5;
9: einen Ausschnitt aus dem zweiten Ausführungsbeispiel der 7 analog zum Ausschnitt der 6;
10: eine vereinfachte Draufsicht auf eine Laufschaufel mit einem als Außendeckbandsegment ausgebildeten Koppelelementsegment eines erfindungsgemäßen Rotors einer Turbomaschine in Blickrichtung von radial außen nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
11: einen Ausschnitt aus dem dritten Ausführungsbeispiel der 10 analog zum Ausschnitt der 5 bzw. 8;
12: einen Ausschnitt aus dem dritten Ausführungsbeispiel der 10 analog zum Ausschnitt der 5 bzw. 9;
13: eine perspektivische Ansicht einer Laufschaufel mit einem als Außendeckbandsegment ausgebildeten Koppelelementsegment und einem weiteren als Innenkoppelelement ausgebildeten Koppelelementsegment eines erfindungsgemäßen Rotors einer Turbomaschine in Blickrichtung von radial außen nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
14: eine vereinfachte Draufsicht auf eine Laufschaufel mit einem als Außendeckbandsegment ausgebildeten Koppelelementsegment eines erfindungsgemäßen Rotors einer Turbomaschine in Blickrichtung von radial außen nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
15: eine Ansicht des Ausführungsbeispiels der 14 analog zu 2;
16: eine Ansicht des Ausführungsbeispiels der 14 analog zu 3; und
17: eine Ansicht des Ausführungsbeispiels der 14 analog zu 4.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer Turbomaschine, insbesondere einen Rotor eines Verdichters oder einer Turbine einer als Gasturbine oder Dampfturbine ausgebildeten Turbomaschine.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendungsfälle beschränkt, vielmehr kann die Erfindung bei allen Turbomaschinenrotoren zum Einsatz kommen.
Ein Rotor einer Turbomaschine verfügt grundsätzlich über einen Rotorgrundkörper und mehrere Laufschaufeln, die über Schaufelfüße am Rotorgrundkörper befestigt sind. In 1 bis 8 sind der Rotorgrundkörper sowie die Schaufelfüße von Laufschaufeln nicht gezeigt, da diese Details dem hier angesprochenen Fachmann geläufig sind.
1 bis 6 zeigen unterschiedliche Ansichten eines Details eines erfindungsgemäßen Rotors einer Turbomaschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei in 1 bis 6 jeweils unterschiedliche Ansichten eines als Außendeckbandsegment ausgebildeten Koppelelementsegments 10 gezeigt sind. Das Außendeckbandsegment 10 ist, wie am besten 4 bis 6 entnommen werden kann, einem radial äußeren Ende eines Schaufelblatts 11 einer Laufschaufel zugeordnet ist. Das Schaufelblatt 11 verfügt über eine Strömungseintrittskante 12, eine Strömungsaustrittskante 13 sowie über eine zwischen der Strömungseintrittskante 12 und der Strömungsaustrittskante 13 verlaufende Saugseite 14 und Druckseite 15.
In 1, 2, 3 und 4 sind mit Pfeilen eine Radialrichtung R, eine Umfangsrichtung U und eine Axialrichtung A des Außendeckbandsegments 10 sowie des Schaufelblatts 11 und damit einer Laufschaufel sowie eines erfindungsgemäßen Rotors einer Turbomaschine angedeutet.
Das dem Schaufelblatt 11 radial außen zugeordnete Außendeckbandsegment 10 verfügt in Umfangsrichtung U über eine Breite, die durch sich im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckende Kanten definiert ist. So verlaufen an zwei sich gegenüberliegenden Seiten 16 und 17 des Außendeckbandsegments 10 jeweils eine sich im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckende, radial äußere Kante 18 bzw. 19 sowie jeweils eine sich ebenfalls im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckende, radial innere Kante 20 bzw. 21. Der Abstand zwischen dieser radial äußeren Kante 18 bzw. 19 und dieser radial inneren Kante 20 bzw. 21 bestimmt an den Seiten 16 und 17 in Radialrichtung R die Dicke des Außendeckbandsegments 10.
Eine Tiefe in Axialrichtung A des Außendeckbandsegments 10 wird durch sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung U erstreckende Kanten definiert, nämlich wiederum durch radial äußere Kanten 22 bzw. 23 und radial innere Kanten 24 bzw. 25, wobei es sich bei den Kanten 22 und 24 um strömungseintrittsseitige Kanten und bei den Kanten 23 und 25 strömungsaustrittsseitige Kanten handelt. Auch der Abstand zwischen diesen Kanten bestimmt in Radialrichtung R die Dicke des Außendeckbandsegments 10, nämlich strömungseintrittsseitig und strömungsaustrittsseitig.
In Blickrichtung von radial außen gesehen ist das Außendeckbandsegment 10 einer jeden Laufschaufel im Bereich einer ersten Seite 16, an der sich in Umfangsrichtung U ein Außendeckbandsegment einer ersten unmittelbar benachbarten Laufschaufel mit einer zweiten Seite derselben anschließt, derart konturiert, dass strömungseintrittsseitig benachbart zu der Strömungseintrittskante 12 des Schaufelblatts 11 der jeweiligen Laufschaufel die sich im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckende, radial äußere Kante 18 des Außendeckbandsegments 10 gegenüber der sich im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckenden, radial inneren Kante 20 des Außendeckbandsegments 10 in Umfangsrichtung U vorsteht, wohingegen an dieser ersten Seite 16 strömungsaustrittsseitig gewandt von der Strömungsaustrittskante 13 die sich im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckende, radial innere Kante 20 des Außendeckbandsegments 10 gegenüber der sich ebenfalls im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckenden, radial äußeren Kante 18 in Umfangsrichtung U vorsteht.
An der gegenüberliegenden, zweiten Seite 17 des Außendeckbandsegments 10, an der sich eine unmittelbar benachbarte, zweite Laufschaufel mit ihrem Außendeckbandsegment, nämlich mit einer ersten Seite desselben, anschließt, ist dasselbe derart konturiert, dass strömungsaustrittsseitig benachbart zu der Strömungsaustrittskante 13 des Schaufelblatts 11 die sich im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckende, radial äußere Kante 19 des Außendeckbandsegments 10 gegenüber der sich ebenfalls im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckenden, radial inneren Kante 21 in Umfangsrichtung U vorsteht, wohingegen in dieser zweiten Seite 17 strömungseintrittsseitig abgewandt von der Strömungseintrittskante 12 die sich im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckende, radial innere Kante 21 gegenüber der sich ebenfalls im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckenden, radial äußeren Kante 19 in Umfangsrichtung U vorsteht.
Durch diese Konturierung der Außendeckbänder 10 einer jeden Laufschaufel des erfindungsgemäßen Turbomaschinenrotors kann im Betrieb eine optimale Kopplung benachbarter Außendeckbandsegmente 10 gewährleistet werden, wodurch die Eigenfrequenzen und damit das Schwingungsverhalten des Rotors insbesondere im Bereich des durch einzelne Außendeckbandsegmente 10 zusammengesetzten Außendeckbands positiv beeinflusst werden.
An der ersten Seite 16 des Außendeckbandsegments 10, die der Strömungseintrittskante 12 des Schaufelblatts 11 zugewandt und von der Strömungsaustrittskante 13 desselben abgewandt ist, sowie an der zweite Seite 17 des Außendeckbandsegments 10, die der Strömungseintrittskante 13 des Schaufelblatts 11 zugewandt und von der Strömungseintrittskante 12 abgewandt ist, begrenzen die sich im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckenden, radial äußeren Kanten 18 bzw. 19 zusammen mit den jeweiligen sich ebenfalls im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckenden, radial inneren Kanten 20 bzw. 21 jeweils zwei durch eine Trennlinie 26 bzw. 27 voneinander getrennte Flächen, nämlich jeweils eine in Blickrichtung von radial außen verdeckte Fläche 28 bzw. 29 sowie jeweils eine in Blickrichtung von radial außen gesehen sichtbare Fläche 30 bzw. 31.
An der ersten Seite 16 des Außendeckbandsegments 10 ist die von radial außen verdeckte Fläche 28 strömungseintrittsseitig und die von radial außen sichtbare Fläche 30 strömungsaustrittsseitig positioniert. Im Bereich der gegenüberliegenden, zweiten Seite 17 des Außendeckbandsegments 10 hingegen ist die von radial außen verdeckte Fläche 29 strömungsaustrittsseitig und die von radial außen sichtbare Fläche 31 strömungseintrittsseitig positioniert.
Die Trennlinien 26 und 27, die an der ersten Seite 16 sowie an der zweiten Seite 17 die Flächen 28 und 30 bzw. die Flächen 29 und 31 voneinander trennen, sind nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wendepunktfrei ausgeführt, wobei dieselben im Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 geradlinig verlaufen. Dies erlaubt eine besonders einfache Fertigung. Ebenso sind die sich im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckenden Kanten 18, 19, 20 und 21 wendepunktfrei ausgeführt.
Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 ist die Trennlinie 26 der ersten Seite 16 von radial außen gesehen sichtbar, wohingegen die Trennlinie 27 der zweiten Seite 17 von radial außen gesehen verdeckt ist. Gemäß 2, 3 und 4 verlaufen die Trennlinien 26 und 27 der beiden Seiten 16, 17 ausgehend von strömungseintrittsseitigen Kanten zu strömungsaustrittsseitigen Kanten jeweils von radial außen nach radial innen.
Im Bereich der ersten Seite 16 des Außendeckbandsegments 10 sowie der gegenüberliegenden, zweiten Seite 17 des Außendeckbandsegments 10 sind in Blickrichtung entlang der jeweiligen Trennlinie 26 bzw. 27 gesehen die von radial außen verdeckten Flächen 28 bzw. 29 sowie die von radial außen gesehen sichtbaren Flächen 30 bzw. 31 gegenüber der Radialrichtung R jeweils um einen Winkel geneigt. Dabei sind die von radial außen verdeckten Flächen 28 bzw. 29 gegenüber der Radialrichtung R um einen ersten Winkel und die von radial außen sichtbaren Flächen 30 bzw. 31 gegenüber der Radialrichtung R um einen zweiten Winkel geneigt.
An der ersten Seite 16 und an der zweiten Seite 17 sind vorzugsweise der erste Winkel und der zweite Winkel betragsmäßig gleich groß, jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen behaftet. Dies ist fertigungstechnisch besonders vorteilhaft. Im Unterschied hierzu ist es jedoch auch möglich, dass an der ersten Seite 16 und an der zweiten Seite 17 der erste Winkel und der zweite Winkel betragsmäßig unterschiedlich groß sind, jedoch wiederum unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen sowohl an der ersten Seite 16 des Außendeckbandsegments 10 als auch an der zweiten Seite 17 des Außendeckbandsegments 10 die von radial außen verdeckte Fläche 28 bzw. 29 und die von radial außen sichtbare Fläche 30 bzw. 31 ein Flächenverhältnis von 1:1 auf, was bedeutet, dass an beiden Seiten 16 und 17 die von radial außen verdeckte Fläche 28 bzw. 29 und die von radial außen sichtbare Fläche 30 bzw. 31 gleich groß sind. Es sei darauf hingewiesen, dass an der ersten Seite 16 und an der zweiten Seite 17 diese Flächen auch unterschiedlich groß sein können. So ist es möglich, dass an der ersten Seite 16 und/oder an der zweiten Seite 17 die von radial außen verdeckte Fläche 28 bzw. 29 und die von radial außen sichtbare Fläche 30 bzw. 31 ein Flachenverhältnis von bis zu 1:5 oder von bis zu 5:1, insbesondere ein Flächenverhältnis von bis zu 1:3 oder von bis zu 3:1, aufweisen.
Mit dem gezielten Vergrößern oder Verkleinern des Flächenverhältnisses zwischen der von radial außen verdeckten Fläche 28 bzw. 29 und der von radial außen sichtbaren Fläche 30 bzw. 31 an den Seiten 16 und 17 ist es möglich, die gewünschte Kopplung zwischen benachbarten Außendeckbandsegmenten 10 benachbarter Laufschaufeln optimal anzupassen. Dies kann auch über die bereits oben erwähnten Winkel, welche diese Flächen mit der jeweiligen Trennlinie 26 bzw. 27 einschließen, erfolgen.
Wie am besten 1 entnommen werden kann, sind in Blickrichtung von radial außen gesehen sowohl an der ersten Seite 16 als auch an der zweiten Seite 17 des Außendeckbandsegments 10 die sich im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckende, radial äußere Kante 18 bzw. 19 und die sich im Wesentlichen in Axialrichtung A erstreckende, radial innere Kante 20 bzw. 21 ausschließlich an einer Axialposition deckungsgleich. Dabei ist im Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 diese Axialposition in etwa in der Mitte zwischen den strömungseintrittseitigen Kanten 22 bzw. 24 und strömungsaustrittsseitigen Kanten 23 bzw. 25 des Außendeckbandsegments 10 positioniert.
Wie dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 9 entnommen werden kann, kann durch entsprechende Schrägstellung der Kanten 18, 20 sowie 19, 21 im Bereich der Seiten 16 und 17 gegenüber der Axialrichtung A diese Axialposition, an welcher die Kanten 18 und 20 sowie die Kanten 19 und 21 deckungsgleich sind, auch gegenüber der Mitte zwischen den strömungseintrittsseitigen Kanten 22, 24 und strömungsaustrittsseitigen Kanten 23, 25 des Außendeckbandsegments 10 verschoben werden, wobei in 7 diese Axialposition näher an den strömungsaustrittsseitigen Kanten 23, 25 positioniert ist. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass diese Axialposition näher an den strömungseintrittsseitigen Kanten 22, 24 positioniert ist.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 sind die im Bereich der ersten Seite 16 und der zweiten Seite 17 des Außendeckbandsegments 10 ausgebildeten, von radial außen verdeckten Flächen 28 bzw. 29 und von radial außen sichtbaren Flächen 30 bzw. 31 jeweils als zweidimensional konturierte, ebene Flächen ausgebildet. Demgegenüber zeigt 7 bis 9 eine Ausgestaltung der hier vorliegenden Erfindung, in welcher diese Flächen 28, 29, 30 und 31 als dreidimensional konturierte, räumlich radial gekrümmte Flächen ausgeführt sind.
So kann 7 bis 9 entnommen werden, dass sich im Wesentlichen in Radialrichtung erstreckende Kanten 32, die das Außendeckbandsegment 10 zusammen mit den Kanten 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 und 25 begrenzen, im Unterscheid zum Ausführungsbeispiel der der 1 bis 6 nicht geradlinig sondern radial gekrümmt konturiert sind.
Hinsichtlich der übrigen Details stimmt das Ausführungsbeispiel der 7 bis 9 mit dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 überein, sodass für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden und auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
10 bis 12 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem zusätzlich die radial äußeren Kanten 18 und 19 sowie die radial inneren Kanten 20 und 21, die sich im wesentlichen in Axialrichtung A erstrecken und die Breite des Außendeckbandsegments 10 in Umfangsrichtung U definieren, an beiden sich gegenüberliegenden Seiten 16 und 17 ebenso wie die Trennlinien 26, 27 jeweils eine gekrümmte Kontur bzw. einen gekrümmten, jedoch wendepunktfreien Verlauf aufweisen. Hinsichtlich der übrigen Details stimmt das Ausführungsbeispiel der 10 bis 12 mit dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 9 überein, sodass auch für dieses Ausführungsbeispiel für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden und auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt 13, in welcher dem Schaufelblatt 11 der gezeigten Laufschaufel des erfindungsgemäßen Rotors nicht nur ein als Außendeckbandsegment 10 ausgebildetes Koppelelementsegment sondern zusätzlich auch ein als Innenkoppelelementsegment 33 ausgebildetes Koppelelementsegment zugeordnet ist. Des Außendeckbandsegment 10 und das Innenkoppelelementsegment 33 des Ausführungsbeispiels der 13 sind analog zum Außendeckbandsegment 10 des Ausführungsbeispiels der 1 bis 6 ausgebildet. Dieselben können jedoch auch wir die Außendeckbandsegmente 10 der Ausführungsbeispiele der 7 bis 9 oder der 10 bis 12 ausgebildet sein. Ferner kann die gezeigte Laufschaufel mehrere in Radialrichtung voneinander beabstandete Innenkoppelelementsegmente 33 aufweisen.
Ferner ist es möglich, dass den Laufschaufel eines erfindungsgemäßen Rotors kein Außendeckbandsegment 10 sondern ausschließlich mindestens ein als Innenkoppelelementsegment 33 ausgebildetes Koppelelementsegment zugeordnet ist.
Das oder jedes Innenkoppelelementsegment 33 ist vorzugsweise an einer Radialposition entlang der radialen Blattlänge des jeweiligen Schaufelblatts 11 positioniert, die zwischen 40% und 90%, insbesondere zwischen 60% und 90%, der radialen Blattlänge entspricht. Außendeckbandsegmente 10 liegen hingegen an einer Radialposition entlang der radialen Blattlänge des jeweiligen Schaufelblatts 11, die 100% der radialen Blattlänge entspricht.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen 14 bis 17. Das Ausführungsbeispiel der 14 bis 17 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 6, weshalb auch hier zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden und nachfolgend nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich das Ausführungsbeispiel der Erfindung 14 bis 17 vom der 1 bis 6 unterscheidet. So ist im Ausführungsbeispiel der 14 bis 17 die Trennlinie 26 der ersten Seite 16 von radial außen gesehen verdeckt, wohingegen die Trennlinie 27 der zweiten Seite 17 von radial außen gesehen sichtbar ist. Gemäß 15, 16 und 17 verlaufen die Trennlinien 26 und 27 der beiden Seiten 16, 17 ausgehend von strömungseintrittsseitigen Kanten zu strömungsaustrittsseitigen Kanten jeweils von radial innen nach radial außen. Hinsichtlich der übrigen Details stimmt das Ausführungsbeispiel der 14 bis 17 mit dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 überein, sodass auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Die Erfindung erlaubt im Betrieb des Rotors eine optimale Kopplung von Koppelelementsegmenten 10, 33 benachbarter Laufschaufeln. Hierdurch wird das Eigenfrequenzverhalten und damit Schwingungsverhalten des Rotors insbesondere im Bereich eines Außendeckbands positiv beeinflusst.
Bezugszeichenliste

10: Koppelelementsegment/Außendeckbandsegment
11: Schaufelblatt
12: Strömungseinrittskante
13: Strömungsausrittskante
14: Saugseite
15: Druckseite
16: erste Seite
17: zweite Seite
18: radial äußere Kante
19: radial äußere Kante
20: radial innere Kante
21: radial innere Kante
22: strömungseintrittsseitig radial äußere Kante
23: strömungsaustrittsseitig radial äußere Kante
24: strömungseintrittsseitig radial innere Kante
25: strömungsaustrittsseitig radial innere Kante
26: Tennlinie
27: Tennlinie
28: von radial außen verdeckte Fläche
29: von radial außen verdeckte Fläche
30: von radial außen sichtbare Fläche
31: von radial außen sichtbare Fläche
32: Kante
33: Koppelelementsegment/Innenkoppelelementsegment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1159965 C [0005]
DE 4015206 C1 [0005]
US 4400915 A [0005]
GB 2072760 A [0005]

Claims

Rotor einer Turbomaschine, mit einem Rotorgrundkörper und mit mehreren Laufschaufeln, wobei jede Laufschaufel einen Schaufelfuß und ein Schaufelblatt aufweist, wobei jede Laufschaufel über ihren Schaufelfuß am Rotorgrundkörper befestigt ist, wobei jede Laufschaufel im Bereich ihres Schaufelblatts mindestens ein Koppelelementsegment aufweist, und wobei in Umfangsrichtung eine Breite des oder jedes Koppelelementsegments einer jeden Laufschaufel durch sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende Kanten definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Blickrichtung von radial außen das oder jedes Koppelelementsegment (10, 33) einer jeden Laufschaufel an einer ersten Seite (16), an der sich in Umfangsrichtung gesehen ein Koppelelementsegment einer ersten unmittelbar benachbarten Laufschaufel anschließt, derart konturiert ist, dass strömungseintrittsseitig benachbart zu einer Strömungseintrittskante (12) des Schaufelblatts der jeweiligen Laufschaufel die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial äußere Kante (18) des jeweiligen Koppelelementsegments gegenüber der sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden radial inneren Kante (20) des jeweiligen Koppelelementsegments in Umfangsrichtung vorsteht, wohingegen an dieser ersten Seite (16) strömungsaustrittsseitig abgewandt von einer Strömungsaustrittskante (13) des Schaufelblatts der jeweiligen Laufschaufel die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial innere Kante (20) gegenüber der sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden radial äußeren Kante (18) in Umfangsrichtung vorsteht, und dass das oder jedes Koppelelementsegment (10, 33) einer jeden Laufschaufel an einer der ersten Seite (16) gegenüberliegenden zweiten Seite (17), an der sich in Umfangsrichtung gesehen ein Koppelelementsegment einer zweiten unmittelbar benachbarten Laufschaufel anschließt, derart konturiert ist, dass strömungsaustrittsseitig benachbart zu der Strömungsaustrittskante (13) des Schaufelblatts der jeweiligen Laufschaufel die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial äußere Kante (19) des jeweiligen Koppelelementsegments gegenüber der sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden radial inneren Kante (21) des jeweiligen Koppelelementsegments in Umfangsrichtung vorsteht, wohingegen an dieser zweiten Seite (17) strömungseintrittsseitig abgewandt von der Strömungseintrittskante (12) des Schaufelblatts der jeweiligen Laufschaufel die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial innere Kante (21) gegenüber der sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden radial äußeren Kante (19) in Umfangsrichtung vorsteht.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial äußere Kante (18, 19) und die sich im wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial innere Kante (20, 21) des jeweiligen Koppelelementsegments jeweils zwei durch eine Trennlinie (26, 27) voneinander getrennte Flächen begrenzen, nämlich jeweils eine in Blickrichtung von radial außen verdeckte Fläche (28, 29) und jeweils eine in Blickrichtung von radial außen sichtbare Fläche (30, 31), wobei an der ersten Seite (16) die von radial außen verdeckte Fläche (28) strömungseintrittsseitig und die von radial außen sichtbare Fläche (30) strömungsaustrittsseitig positioniert ist, und wobei an der zweiten Seite (17) die von radial außen verdeckte Fläche (29) strömungsaustrittsseitig und die von radial außen sichtbare Fläche (31) strömungseintrittsseitig positioniert ist.
Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) des jeweiligen Koppelelementsegments die Trennlinien (26, 27), welche an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) die von radial außen verdeckte Fläche (28, 29) und die von radial außen sichtbare Fläche (30, 31) voneinander trennen, wendepunktfrei ausgebildet ist.
Rotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) des jeweiligen Koppelelementsegments in Blickrichtung entlang der Trennlinien (26, 27) gesehen die von radial außen verdeckte Fläche (28, 29) gegenüber der Radialrichtung um einen ersten Winkel und die von radial außen sichtbare Fläche (30, 31) gegenüber der Radialrichtung um einen zweiten Winkel geneigt ist.
Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) des jeweiligen Koppelelementsegments der erste Winkel und der zweite Winkel betragsmäßig gleich groß sind und unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) des jeweiligen Koppelelementsegments der erste Winkel und der zweite Winkel betragsmäßig unterschiedlich groß sind und unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) des jeweiligen Koppelelementsegments die von radial außen verdeckte Fläche (28, 29) und die von radial außen sichtbare Fläche (30, 31) gleich groß sind und demnach ein Flächenverhältnis von 1:1 aufweisen.
Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) des jeweiligen Koppelelementsegments die von radial außen verdeckte Fläche (28, 29) und die von radial außen sichtbare Fläche (30, 31) unterschiedlich groß sind.
Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) die von radial außen verdeckte Fläche (28, 29) und die von radial außen sichtbare Fläche (30, 31) ein Flächenverhältnis von bis zu 1:5 oder von bis zu 5:1, insbesondere ein Flächenverhältnis von bis zu 1:3 oder von bis zu 3:1, aufweisen.
Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) des jeweiligen Koppelelementsegments die von radial außen verdeckte Fläche (28, 29) und die von radial außen sichtbare Fläche (30, 31) jeweils zweidimensional konturierte, ebene Flächen sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) die von radial außen verdeckte Fläche (28, 29) und die von radial außen sichtbare Fläche (30, 31) jeweils dreidimensional konturierte, räumlich gekrümmte Flächen sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und/oder an der zweiten Seite (17) des jeweiligen Koppelelementsegments in Blickrichtung von radial außen die sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial äußere Kante (18, 19) und die sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckende radial innere Kante (20, 21) an ausschließlich einer Axialposition deckungsgleich sind.
Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) diese Axialposition in der Mitte zwischen strömungseintrittsseitigen Kanten (22, 24) und strömungsaustrittsseitigen Kanten (23, 25) des Koppelelementsegments (10, 33) positioniert ist.
Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Seite (16) und an der zweiten Seite (17) diese Axialposition näher an strömungseintrittsseitigen Kanten (22, 24) oder näher an strömungsaustrittsseitigen Kanten (23, 25) des Koppelelementsegments (10, 33) positioniert ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jede Laufschaufel im Bereich ihres Schaufelblatts radial außen ein als Außendeckbandsegment ausgebildetes Koppelelementsegment (10) aufweist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass jede Laufschaufel im Bereich ihres Schaufelblatts mindestens ein als Innenkoppelelementsegment ausgebildetes Koppelelementsegment (33) aufweist.