DE10340823A1

DE10340823A1 - Schaufel für einen Verdichter oder eine Turbinenscheibe einer Gasturbine

Info

Publication number: DE10340823A1
Application number: DE2003140823
Authority: DE
Inventors: Sacha Pichel
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2005-03-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufel für eine Verdichter- oder Turbinenscheibe 1 einer Gasturbine, mit einem Schaufelblatt 2, welches mit einem Schaufelfuß 3 verbunden ist. Dabei ist der Schaufelfuß 3, bezogen auf die Drehachse der Scheibe 1, radial verlängert und an seiner radial innen liegenden Seite mit einer Fügefläche 4 versehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufel für einen Verdichter oder eine Turbinenscheibe einer Gasturbine sowie auf eine Verdichter- oder Turbinenscheibe.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Verdichter- oder Turbinenscheiben die Schaufeln formschlüssig mit der sie jeweils tragenden Scheibe zu verbinden. Dabei bestehen die Schaufeln aus dem Schaufel-Profil, welches an einem Schaufelfuß befestigt ist. Der Schaufelfuß ist dabei häufig überhöht ausgebildet, um eine Befestigung der Schaufeln an der Verdichter- oder Turbinenscheibe zu ermöglichen. Andere Verdichter- oder Turbinenscheiben (Blisks) sind einstückig stoffschlüssig mit den Schaufeln verbunden. Dies führt zu einem geringeren Gewicht, zu einer Reduzierung der mechanischen Teile, zu einer höheren mechanischen Belastbarkeit, sowie zu einer besseren aerodynamischen Effizienz.

Bei der Herstellung von Blisks werden die Schaufeln üblicherweise mit der Scheibe verschweißt, beispielsweise mittels Linearreibschweißverfahren. Es sind jedoch auch andere Schweißverfahren, beispielsweise das Elektronenstrahlschweißen, das Induktionsschweißen oder das Hochfrequenzschweißen, möglich. Dabei werden die Schaufelprofile im unteren Bereich direkt mit der sie tragenden Scheibe verschweißt.

Aus herstellungstechnischen Gründen besitzen Schaufeln, welche mittels eines Linearreibschweißverfahrens befestigt werden sollen, einen Haltebereich oder eine "Krämpe", die zur Krafteinleitung bei dem Linearreibschweißverfahren dient und nachfolgend, beispielsweise mittels eines Fräsvorgangs, entfernt werden muss.

Der beschriebene Stand der Technik ist beispielsweise aus der DE 199 22 012 C1 , der US 5,755,031 oder der EP 0 887 143 A1 bekannt.

Bei den bekannten Verfahren erweist es sich als nachteilig, dass diese sehr aufwendig und damit mit hohen Kosten verbunden sind, da eine aufwendige Nacharbeit der Schaufelprofile im Bereich der Schweißnaht und ein Anpassen an die komplexe Profilgeometrie notwendig ist.

Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik besteht darin, dass die Profile zu Reparaturzwecken beim späteren Austausch der Schaufeln im unteren Bereich dicker als nötig ausgeführt werden müssen, um genügend Material für die Nacharbeit der Folgeschweißnaht zur Verfügung zu haben. Hieraus ergeben sich Wirkungsgradverluste der Verdichter- oder Turbinenscheibe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaufel sowie eine Verdichter- oder Turbinenscheibe der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeiden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Schaufel einen Schaufelfuß umfasst, welcher, bezogen auf die Drehachse der Scheibe, radial verlängert ist und an seiner radial innen liegenden Seite mit einer Fügefläche versehen ist.

Die erfindungsgemäße Schaufel zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaufel ist der Schaufelfuß (Haltekrämpe) als vollständige Plattform ausgebildet und an seiner radial innen liegenden Seite mit einer Fügefläche versehen. Der Schaufelfuß verbleibt somit nach dem Verschweißen mit der Scheibe an der fertigen Blisk und bildet einen inneren Ring der Blisk. Es sind somit keinerlei Nacharbeiten nötig, vielmehr wird der Schaufelfuß geometrisch und konstruktiv nach seinem Verschweißen zu einem Teil der Scheibe (Blisk). Hierdurch liegt die Schweißnaht zwischen dem Schaufelfuß und der Scheibe unterhalb der eigentlichen, aerodynamisch relevanten Schaufelkontur und radial innerhalb des durch die Schaufelfüße gebildeten Rings. Als Vorteil hieraus ergibt sich, dass die Aerodynamik der Schaufel nicht beeinträchtigt wird.

Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung die Möglichkeit, die Schweißnaht beliebig auszubilden, so dass sie fertigungstechnisch und hinsichtlich der geforderten Festigkeiten optimiert werden kann.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich insbesondere für Linearreibschweißverfahren, es sind jedoch auch andere Schweißverfahren möglich.

Erfindungsgemäß ist der Schaufelfuß in bevorzugter Weise in Umfangsrichtung, bezogen auf die Scheibe, als Kreissegment ausgebildet. Hierdurch kann sich ein geschlossener Ringkörper aus den einzelnen, verschweißten Schaufelfüßen ergeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist somit gewährleistet, dass die Schaufelfüße im gefügten Zustand (verschweißten Zustand) einen Kreisring bilden.

Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, die Schweißnaht, welche bevorzugter Weise gerade oder eben ausgebildet ist, nachträglich zu bearbeiten, beispielsweise durch Fräsen, Stoßen oder Ähnliches. Es ist auch möglich, die Schweißnaht unbearbeitet zu lassen, da ein Anpassen an eine komplexe Profilgeometrie nicht erforderlich ist.

Die einzelnen Räume zwischen den Schweißnähten können durch eine Nachbearbeitung angepasst werden, beispielsweise ist es möglich, zylindrische Zwischenräume mittels einfacher Bohr- oder Fräsbearbeitung zu erzeugen. Die hierbei entstehenden Kanäle, welche unterhalb der Schaufeln verlaufen, können entweder abgedichtet oder mit Material gefüllt werden, um Leckageverluste zu vermeiden oder das Schwingverhalten der Schaufeln zu beeinflussen. Durch die Kanäle können insbesondere auch Verbindungselemente, beispielsweise Schrauben, geführt werden, um andere Konstruktionselemente mit der Blisk zu verbinden oder die Blisk selber an anderen Verdichter- oder Turbinenstufen zu befestigen.

Erfindungsgemäß ergeben sich somit breitere und besser zugängliche Fügeflächen, welche optimierte und günstigere Schweißverfahren ermöglichen. Weiterhin ist es möglich, Blisks zu erzeugen, die bisher nicht mit derartigen Schweißverfahren herstellbar waren, da die Zugangsflächen zwischen den einzelnen Schaufelprofilen zu klein waren, um konventionelle Bearbeitungstechniken einzusetzen. Dazu können mehrere Schaufeln auf einer Plattform positioniert werden und durch eine gemeinsame Schweissnaht mit der Scheibe verbunden werden.

Da erfindungsgemäß die Schweißnaht zwischen dem Schaufelfuß und der Blisk getrennt von der Schaufel ist, sind die Anforderungen an eine spätere Bearbeitung wesentlich geringer. Hier durch vereinfachen sich sowohl die Herstellung der Blisks als auch deren Reparatur. Dies wiederum führt zu erheblichen Kosteneinsparungen.

Es ist insbesondere wichtig, dass die Schaufeln hinsichtlich ihrer Ausgestaltung nicht zusätzlich aufgedickt werden müssen, da bei Reparaturen der gesamte Schaufelfuß entfernt und ausgetauscht werden kann. Es sind somit keine aerodynamischen Kompromisse im Bereich der Schaufeln selbst erforderlich. Hierdurch erhöht sich erfindungsgemäß der Wirkungsgrad.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.
Dabei zeigt:
1 eine Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Blisk,
2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schaufel, und
3 eine weitere Ansicht der in 2 gezeigten Schaufel.
Die Figuren zeigen in vereinfachter Darstellung eine Scheibe 1, an der eine Vielzahl von Schaufelblättern 2 befestigt ist, um eine Blisk zu bilden. Die Schaufelblätter 2 sind jeweils mit einem Schaufelfuß 3 verbunden, welcher in der Art eines Kreissegments ausgebildet ist und radial innen liegend eine Fügefläche 4 umfasst, welche mit einer Fügefläche 6 der Scheibe 1 verschweißbar ist.
Wie insbesondere aus der Darstellung der 2 ersichtlich ist, verfügt der Schaufelfuß 3 über eine relativ große Oberfläche, welche beispielsweise bei einem Linearreibschweißverfahren als Krafteinleitungsfläche dienen kann.
Es ist auch möglich, das Schaufelblatt 2 und den Schaufelfuß 3, beispielsweise mittels eines Schweißverfahrens zu verbinden.
Die einzelnen Schaufelfüße 3 bilden einen Kreisring 5 (siehe 1). Zwischen den einzelnen Schweißnähten, welche durch die Fügeflächen 4, 6 definiert werden, ergeben sich Durchgangsausnehmungen 7, welche beispielsweise zylindrische Gestalt haben können.

1: Scheibe
2: Schaufelblatt
3: Schaufelfuß
4: Fügefläche
5: Kreisring
6: Fügefläche
7: Durchgangsausnehmung

Claims

Schaufel für eine Verdichter- oder Turbinenscheibe (1) einer Gasturbine, mit einem Schaufelblatt (2), welches mit einem Schaufelfuß (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelfuß (3), bezogen auf die Drehachse der Scheibe (1), radial verlängert ist und an seiner radial innen liegenden Seite mit einer Fügefläche (4) versehen ist.
Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelfuß (3) in Umfangsrichtung, bezogen auf die Scheibe (1), als Kreissegment ausgebildet ist.
Schaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelfüße (3) im gefügten Zustand einen Kreisring (5) bilden.
Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügefläche (4) gerade ausgebildet ist.
Verdichter- oder Turbinenscheibe (1) mit radial ausgerichteten Fügeflächen (6) zur Befestigung von Schaufeln nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Verdichter- oder Turbinenscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im gefügten Zustand der Schaufeln in Umfangsrichtung zwischen den Fügeflächen (4, 6) im Wesentlichen axial angeordnete Durchgangsausnehmungen (7) ausgebildet sind.
Verdichter- oder Turbinenscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsausnehmungen (7) zylindrisch ausgebildet sind.
Verdichter- oder Turbinenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schaufeln (2) auf einem Fuß (3) angeordnet sind.
Verdichter- oder Turbinenscheibe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Durchgangsausnehmungen (7) mit Dämpfungsmaterial und/oder Gummimaterial zur Schwingungsdämpfung ausgefüllt sind.