DE19705323A1 - Reduzierung von lokalen Spannungen in Schaufelfußnuten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufel mit Schau­ felfuß, der eine Tragflanke hat, für eine Turbomaschine. Die Schaufel ist in einer Nut schräg zur Rotationsachse eines Ro­ tors der Turbomaschine anbringbar. Weiterhin betrifft die Er­ findung einen Rotor einer Turbomaschine mit in Nuten anbring­ baren Schaufeln mit Schaufelfüßen.

An einer Schaufel einer Turbomaschine greifen in unterschied­ lichen Richtungen Schaufelkraftkomponenten an. Diese lassen sich im wesentlichen aus der Druckverteilung ermitteln, wobei insbesondere die folgenden Einflußgrößen von Bedeutung sind: Profilform, Gittergeometrie (Teilung, Staffelung), Anström­ richtung und Machzahlniveau. Die so an der Schaufel wirkenden Kräfte müssen über den Schaufelfuß weitergeleitet werden. Dieser stellt als Bindeglied zur Befestigung der Schaufel mit der Scheibe ein wichtiges Glied einer Turbomaschine dar.

Beispielsweise bei einem Gasturbinenverdichter werden Ver­ dichterschaufeln in schräg zur axialen Richtung verlaufenden Nuten im Läufer eingesetzt. Aufgrund der Belastung der rotie­ renden Schaufel, insbesondere aufgrund der Fliehkraft, ent­ stehen lokal sehr hohe Spannungen im Bereich des Schaufelfu­ ßes. Die Krafteinleitung von dem Rotor auf die Schaufel führt zu einer besonderen Belastung der Nut in den sogenannten "spitzen Ecken". Darunter sind diejenigen Ecken zu verstehen, die durch die Schräge der Nut einen kleineren Winkel von der senkrecht zur An- bzw. Abströmrichtung stehenden Scheiben­ querschnittsfläche bis zur Nut haben gegenüber den gegenüber­ liegenden, auf der anderen Schaufelseite befindlichen Ecken. Die in den "spitzen Ecken" sehr hohen Spannungen lassen sich dadurch erklären, daß durch das schräge Anschneiden an den Enden der Scheibe die Steifigkeit der Nut dort stark herabge­ setzt wird. Dieses begünstigt hohe Dehnungen und entsprechend hohe Spannungen. Je größer der Einbauwinkel und damit die Schräge der Nut zur Rotationsachse des Rotors ist, umso höher sind die lokalen Spannungen in den "spitzen Ecken". Bei Gasturbinenverdichtern sind nun große Einbauwinkel - Schrägen- erforderlich, wenn der Massenstrom im Verdichter reduziert werden soll.

Eine Möglichkeit, hohen Spannungen entgegenzuwirken, ist es, Schaufeln tiefer zu setzen, wodurch sich eine über die Höhe des Schaufelfußes geänderte Spannungsverteilung ergibt. Eine andere Möglichkeit ist, die Anzahl der Schaufeln über einen Rotorquerschnitt zu reduzieren. Dieses würde aber letztend­ lich mehr Stufen erforderlich machen. Beide Möglichkeiten sind außerdem in ihrer Wirkung begrenzt und reduzieren die Spannungen nur um maximal 10%. Dieses reicht jedoch nicht für neu projektierte Gasturbinentypen aus, die mit reduziertem Massenstrom und größeren Einbauwinkeln der Verdichterschau­ feln im Rotor ausgelegt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine konstruktive Maßnahme zu finden, durch die eine Belastung insbesondere in den "spitzen Ecken" einer Nut schräg zur Rotationsachse eines Rotors einer Turbomaschine besser verteilbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaufel mit Schaufelfuß, der eine Tragflanke hat, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge­ löst. Auch wird diese Aufgabe durch einen Rotor einer Turbo­ maschine mit in Nuten anbringbaren Schaufeln mit Schaufel­ füßen mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Merkmale sind in den ab­ hängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Schaufel mit Schaufelfuß, welcher eine Tragflanke hat, für eine Turbomaschine, wobei die Schaufel in einer Nut schräg zur Rotationsachse eines Rotors der Turboma­ schine anbringbar ist, weist einen Querschnitt der Tragflanke des Schaufelfußes auf, der sich über die Länge und/oder Höhe der Tragflanke ändert. Zum einen wird dadurch die Kraftein­ leitung beispielsweise bei einem Verdichter vom Fuß in die Scheibe an den kritischen Stellen reduziert und die lokalen Spannungsspitzen gesenkt. Zum anderen ermöglicht eine Ände­ rung des Querschnittes der Tragflanke eine derartige Ausge­ staltung des Schaufelfußes, daß zur Mitte der Tragflanke hin eine höhere Tragwirkung erzielt wird. Dadurch sind die Eckbe­ reiche und vor allem die "spitzen Ecken" von Spannungen ent­ lastbar. Die Form der Änderung des Querschnittes der Trag­ flanke ist somit in vielfältigen Formen und Ausführungen mög­ lich. Im folgenden werden diejenigen Ausgestaltungen be­ schrieben, die sich als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Je nach Belastung an der Schaufel, d. h. je nach auftretenden Kräften an der Druck- bzw. Saugseite des Schaufelblattes so­ wie den Rotationskräften, ist es unter Umständen ausreichend, daß der Querschnitt der Tragflanke sich nur auf einer Seite des Schaufelfußes verändert. Dieses kann schon für einen aus­ reichenden Spannungsabbau in den gefährdeten Bereichen des Schaufelfußes genügen.

Eine Querschnittsänderung, die sich als zweckmäßig in der Praxis herausgestellt hat, ist eine Verjüngung der Tragflanke zu einem Ende des Schaufelfußes hin. Unter Verjüngung ist zu verstehen, daß die Höhe oder auch Breite des Querschnitts über die Länge der Tragflanke abnimmt, wodurch in dem Bereich der Verjüngung auch eine kleinere Fläche zur Kraftübertragung im Zusammenspiel mit der Nut im Vergleich zu dem verbleiben­ den Rest der Tragflanke zur Verfügung steht. Eine Verjüngung erlaubt es, derartige Schaufelfüße auch nachträglich, bei­ spielsweise bei Ersatz von Schaufeln, in herkömmliche Nuten eines Rotors anzubringen. Auch gestattet die Verjüngung, den Querschnitt der Tragflanke speziell an die Geometrie der Nut eines Rotors einer Turbomaschine und umgekehrt anzupassen. Da, wie oben festgestellt, die größten Belastungen zwischen Schaufelfuß und Nut an den spitzen Ecken" auftreten, ver­ jüngt sich insbesondere derjenige Abschnitt einer Tragflanke, der benachbart zu einer derartigen "Ecke" in einer Nut auf­ grund der Anbringung zugeordnet ist.

Zur Unterbringung möglichst vieler Schaufeln in einer Stufe ist eine optimale Ausnutzung des nur begrenzt zur Verfügung stehenden Raumes einer Scheibe einer Stufe vonnöten. Dadurch ergibt sich eine gewisse Zwangsläufigkeit der Anordnung von Schaufelblattdruck- und Schaufelblattsaugseite zum Schaufel­ fuß bei zur Rotationsachse des Rotors schräger Nut für eine Schaufel. Ist die Schaufel nun eine Verdichterschaufel, ver­ jüngt sich vorteilhafterweise die Tragflanke an der Anström­ seite der Saugseite und/oder an der Abströmseite der Druck­ seite. Ist die Schaufel eine Turbinenschaufel, verjüngt sich die Tragflanke an der Abströmseite der Saugseite und/oder an der Anströmseite der Druckseite.

Eine etwas andere Ausführungsform der Änderung des Quer­ schnittes der Tragflanken des Schaufelfußes liegt bei einer ballig geformten Tragkante vor. Die ballige Gestaltung er­ reicht, daß in der Mitte der Tragflanke eine höhere Tragwir­ kung vorhanden ist. Dieses entlastet damit vor allem die "spitzen Ecken". Unter Balligkeit ist insbesondere eine Kur­ vigkeit über zumindest einen Verlauf des Querschnittes ent­ lang der Tragflanke des Schaufelfußes zu verstehen. Diese Kurvigkeit, beispielsweise eine Wölbung, erstreckt sich zweckmäßigerweise zumindest über einen Teil der Tragkante. Je nach auftretenden Belastungen ist aber auch die gesamte Trag­ kante ballig zu formen. Bei geeigneter Auslegung der Kraftübertragung Nut-Schaufelfuß-Schaufel hat es sich als ausreichend erwiesen, daß der Querschnitt der Tragflanke sich nur in einem Bereich von einem Ende der Tragflanke bis in etwa zu deren Hälfte, insbesondere etwa bis zu deren Drittel, ändert. Die Spannungen verteilen sich dann so, daß es zu kei­ nen Überbelastungen und auch zu keinen Materialermüdungen auf längere Sicht kommt.

Eine mit wenig Aufwand zu erzielende Reduzierung der Kraft­ einleitung vom Fuß in die Scheibe an einer kritischen Stelle ist durch eine Abschrägung eines Eckbereiches der Tragflanke erreichbar. Unter Umständen genügt dieses schon, um lokale Spannungsspitzen soweit abzubauen, daß insgesamt eine sehr viel vergleichsmäßigere Spannungsübertragung gewährleistet ist. Entsprechend der vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten der Konstruktion einer Schaufel mit Schaufelfuß sind auch verschiedenartige Änderungen des Querschnittes der Tragflanke des Schaufelfußes miteinander kombinierbar. Dieses betrifft die Balligkeit ebenso wie die Verjüngung, aber ebenso die Ab­ schrägung. Eine Weiterentwicklung einer Schaufel mit geringen Spannungsspitzen in einer schrägen Nut am Schaufelfuß weist eine Balligkeit an einer Tragflanke des Schaufelfußes auf, während eine andere Tragflanke des Schaufelfußes auf der ge­ genüberliegenden Schaufelseite eine Verjüngung oder auch eine Abschrägung aufweist. Je nach Belastung der Schaufelseiten, ob Saug- oder Druckseite, läßt sich auch auf diese Weise eine Vergleichmäßigung der Spannungsübertragung zwischen Schaufel und Nut durchführen.

Weiterhin stellt die Erfindung einen Rotor einer Turboma­ schine mit in Nuten anbringbaren Schaufeln mit Schaufelfüßen entsprechend einem der vorhergehenden Merkmale zur Verfügung, wobei die Nuten schräg zur Rotationsachse des Rotors verlau­ fen. Der Schaufelfluß und/oder die Nut im Rotor weisen zumin­ dest in einem Abschnitt so wenig Material auf, daß dieser Ab­ schnitt im Stillstand des Rotors zu dem Rotor bzw. dem Schau­ felfuß im eingebauten Zustand beabstandet ist. Bei Betriebs­ drehzahl des Rotors und somit bei Belastung der Turbomaschine dagegen ist dieser Abstand überwunden und eine Berührung fin­ det statt. Es erfolgt eine Übertragung eines Teiles der auf das Schaufelblatt wirkenden Kräfte über diesen Abschnitt. Die Beabstandung in einem Abschnitt führt dazu, daß zuerst dieje­ nigen Bereiche zwischen dem Schaufelfuß und der Nut zur Kraftübertragung dienen, die auch direkt anliegen. Durch ge­ eignete Anordnung des beabstandeten Abschnittes sowie der kraftübertragenden Bereiche am Schaufelfuß und/oder der Nut sind nun Spannungsspitzen vermeidbar. Eine Ausführungsform sieht vor, daß der Abschnitt zumindest benachbart zu einem Ende einer Tragflanke des Schaufelfußes liegt, insbesondere benachbart zu einer "spitzen Ecke". Dieses ermöglicht den über die Länge des Schaufelfußes betrachtet eher mittig lie­ genden Bereichen, zuerst Kräfte weiterleiten zu können. Erst bei weiter auftretender Belastung und damit verbundener Über­ windung der Beabstandung im Abschnitt trägt auch dieser zur Kraftübertragung bei, allerdings dann nicht mehr in der Höhe, in der dieses ohne die Beabstandung stattgefunden hätte.

Um in einer Scheibe eines Rotors den zur Verfügung stehenden Platz mit möglichst vielen Schaufeln in einer Stufe ausnutzen zu können, befindet sich der Abschnitt bei einer Verdichter­ schaufel zumindest benachbart zu der Tragflanke an der An­ strömseite der Saugseite und/oder an der Abströmseite der Druckseite. Bei einer Turbinenschaufel befindet sich der Ab­ schnitt zumindest benachbart zu der Tragflanke an der Ab­ strömseite der Saugseite und/oder an der Anströmseite der Druckseite. Die Ausgestaltung des Abschnittes erfolgt entwe­ der analog zu den oben beschriebenen Ausführungsformen von Querschnitten einer Tragflanke eines Schaufelfußes, bei­ spielsweise als Verjüngung oder als Balligkeit. Der Abschnitt ist am Schaufelfuß und/oder an der Nut im Rotor so ausgestal­ tet, daß auch eine bisher herkömmliche Nut oder Schaufelfuß­ geometrie zumindest im wesentlichen weiter nutzbar ist.

Für das Zusammenspiel von Schaufelfuß und Nut einer Turboma­ schine hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß der Ab­ schnitt sich nur in einem Bereich ändert, der zumindest be­ nachbart ist von einem Ende der Tragflanke bis in etwa zu de­ ren Hälfte, insbesondere etwa bis zu deren Drittel. Dadurch werden Spannungsspitzen in diesem Bereich vermieden und die bezüglich der Scheibenmaterialdicke eher mittigen Bereiche belastet, ohne daß nun diese Bereiche überbeansprucht werden. Zur Vermeidung der Spannungsspitzen ist es daher zweckmäßig, daß der Abschnitt benachbart zu einem Eckbereich der Trag­ flanke ist und eine Abschrägung aufweist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der Erfin­ dung werden anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläu­ tert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch zusätzliche Kombinationen der offenbarten Merkmale möglich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Stufe eines Verdich­ ters mit zwei dargestellten Schaufeln und Schau­ felfüßen in Nuten einer Verdichterscheibe,

Fig. 2 eine Ansicht von oben der Fig. 1,

Fig. 3 eine Schaufel mit Schaufelfuß, der eine Tragflanke hat, welche eine Querschnittsänderung aufweist,

Fig. 4 eine Aufsicht auf eine Turbinenstufe im Aus­ schnitt,

Fig. 5 einen Ausschnitt eines Turbinenschaufelfußes in einem Turbinenrotor,

Fig. 6 eine Schaufel mit Schaufelfuß, wobei eine Trag­ flanke des Schaufelfußes abgeschrägt ist,

Fig. 7 eine weitere Schaufel mit einer Querschnittsände­ rung der Tragflanke,

Fig. 8 eine Schaufel im Ausschnitt mit Schaufelfuß, des­ sen Tragflanken ballig geformt sind,

Fig. 9 eine erste Balligkeit einer Tragflanke eines Schaufelfußes und

Fig. 10 eine zweite Balligkeit an einem Ende einer Trag­ flanke einer Schaufel.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Scheibe 1 eines Rotors 2. In der Scheibe 1 sind zwei Schaufeln 3 mit jeweils einem Schaufelfuß 4 in jeweils einer Nut 5 angebracht. Die Nuten 5 verlaufen dabei schräg zur Rotationsachse 6 des Rotors 2. Zwischen dem Schaufelfuß 4 und der Nut 5 befindet sich in ei­ nem Abschnitt 7 im Stillstand des Rotors 2 so wenig Material, daß der Schaufelfuß 4 bzw. der Rotor 2 in diesem Abschnitt 7 voneinander beabstandet sind. Bei Betriebsdrehzahl des Rotors wird dieser Abstand 8 im Abschnitt 7 überwunden. In der Fig. 1 ist der Abstand 8 als Raum zwischen der Nut 5 und dem Schaufelfuß 4 angedeutet. Die Anordnung des Abschnittes 7 ist davon abhängig, wo über die Länge und Höhe des Querschnittes des Schaufelfußes 4 bzw. der Nut 5 gesehen, die höchsten lo­ kalen Spannungen auftreten. Für einen Verdichter befinden sich besonders bevorzugte Bereiche für einen Abschnitt 7 auf der Saugseite an der Zuströmseite und auf der Druckseite an der Abströmseite, für eine Turbine genau umgekehrt.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht der Scheibe 1 aus Fig. 1, hier mit einem Verdichterprofil der Schaufel 3. Die Scheibe 1, die eine Breite B hat, weist schräg angeordnete Nuten 5 auf. In den schrägen Nuten 5 befinden sich Schaufeln 3. Die nicht sichtbaren Schaufelfüße 4 sind in den gestrichelt angedeute­ ten Nuterweiterungen 9 angebracht. Aus der Fig. 2 wird noch­ mals die schon oben gegebene Definition einer "spitzen Ecke" 10 deutlich. Dort, wo ein Winkel α beginnend an der An- oder Abströmseite der Scheibe bis zur Nut im Vergleich zu gegen­ überliegenden Winkeln γ geringere Werte annimmt, liegt eine "spitze Ecke" 10 vor. Um die in diesen Ecken 10 auftretenden hohen Spannungswerte zu vermeiden, weisen die Tragflanken 11 der Schaufeln 3 Querschnittsänderungen 12 auf, die gestri­ chelt benachbart zu den "spitzen Ecken" angedeutet sind. Eine jeweilige Querschnittsänderung 12 stellt eine Verminderung der Höhe wie möglicherweise auch der Breite der Tragflanke über deren Länge dar. Dadurch wird die Krafteinleitung vom Schaufelfuß in die Scheibe 1 im Bereich der "spitzen Ecke" 10 reduziert, wodurch Spannungsspitzen abgesenkt werden.

Fig. 3 zeigt eine Schaufel 3 entsprechend einer Ausgestal­ tung nach Fig. 2. Die Schaufel 3 mit Schaufelblatt 13, Schaufelfuß 4 und zwei Tragflanken 11 weist über die Länge L eine Querschnittsänderung 12 auf. Die Querschnittsänderung 12 geht in die gegenüber herkömmlichen Tragflanken ansonsten un­ verändert gebliebene Tragflanke 11 über. Die dargestellte Querschnittsänderung 12 ist eine Quasiabschrägung einer Ecke der Tragflanke 11, die benachbart ist zu der Saugseite des Schaufelblattes 13. Das Schaufelblatt 13 soll hierbei ein Verdichterprofil aufweisen. Damit befindet sich die Quer­ schnittsänderung 12 auf derjenigen Seite und in demjenigen Bereich, der bezüglich Spannungsspitzen bei schrägen Nuten im Rotor einer Turbomaschine besonders anfällig ist.

Fig. 4 zeigt Schaufeln 3 mit einem Turbinenschaufelprofil. Die Schaufeln 3 sind ebenfalls in schrägen Nuten 5 in einer Scheibe 1 angebracht. Die Nuterweiterungen 9, wiederum ge­ strichelt angedeutet, befindet sich jedoch nun näher zum Schaufelblatt 13, da beide Schaufeln 3 Tannenbaumfüße 14 ha­ ben. Querschnittsänderungen 12, ebenfalls gestrichelt ange­ deutet, befinden sich nun an den jeweiligen Tragflanken 11 der Tannenbaumfüße 14, wie es aus der nachfolgenden Fig. 5 deutlicher hervorgeht.

Fig. 5 zeigt einen Tannenbaumfuß 14 aus der Fig. 4. Dieser hat je Schaufelseite vier Tragflanken 11, wobei Querschnitts­ änderungen 12 in diesem Ausschnitt jeweils an einer Trag­ flanke 11 auf einer Seite des Tannenbaumfußes 14 vorhanden sind. Eine Änderung des Querschnittes einer Tragflanke 11 ist nicht nur beispielsweise bei Lavall-Füßen oder Hammerkopf- Füßen anwendbar, sondern ebenfalls bei Schaufelfußgeometrien, die so wie beim Tannenbaumfuß 14 mehrere Tragflanken 11 auf­ weisen. Die Art der Querschnittsänderung 12 bei jeder einzel­ nen Tragflanke 11 eines Tannenbaumfußes 14 kann entsprechend den auftretenden Spannungen angepaßt sein und braucht daher nicht zwangsläufig mit den Querschnittsänderungen an anderen Tragflanken des Tannenbaumfußes 14 übereinstimmen. Gleiches gilt auch für den Ort der Querschnittsänderung bzw. für einen Abschnitt 7, wie er zur Fig. 1 beschrieben worden ist.

Fig. 6 zeigt eine weitere Schaufel 3 mit Schaufelfuß 4, wo­ bei sich eine Querschnittsänderung 12 über die Länge L und die Höhe H der Tragflanke 11 vollzieht. Diese quasi Abschrä­ gung des Tragflankenprofiles zu einem Ende der Tragflanke 11 hin kann man auch als Verjüngung bezeichnen. Diese Verjüngung hat den Vorteil, daß die in und benachbart zu der Quer­ schnittsänderung auftretenden Spannungen im Schaufelfuß wie­ derum ohne Auslösen von zu hohen Spannungsspitzen bei der Kraftübertragung zwischen Nut und Schaufel eingesetzt werden können.

Fig. 7 zeigt eine andere Querschnittsänderung 12 an einer Schaufel 3. Auch diese Querschnittsänderung 12 weist eine Verjüngung auf, wobei das Verjüngungsprofil 15 gegenüber dem vorherigen Verjüngungsprofil der Fig. 6 anstatt einer über­ wiegend geraden nun eine überwiegend gekrümmte Kontur auf­ weist. Auf diese Weise kann je nach gewünschter Geometrie des Schaufelfußes 4 im Zusammenspiel mit der Kraftübertragung am Schaufelblatt 13 die jeweils günstigste Höhen- und/oder Län­ genänderung der Tragflanke 11 gewählt werden.

Fig. 8 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung ei­ ner Schaufel 3. Der Schaufelfuß 4 mit einer ersten 16 und ei­ ner zweiten 17r Tragflanke ist so geformt, daß Spannungsspit­ zen lokal vermieden werden. Dazu weisen beide Tragflanken 16, 17 eine Balligkeit 18 auf. Dadurch wird in der Mitte der je­ weiligen Tragflanke 16, 17 eine höhere Tragwirkung erzielt und die Ecken entlastet. Insbesondere günstig ist es, wenn die Balligkeit 18 so ausgeführt ist, daß erst bei stärker auftretender Kraft zwischen Schaufel 3 und hier nicht darge­ stellter schräger Nut zumindest ein Abschnitt der Balligkeit 18 dann auch erst zum Anliegen kommt, d. h. bei der Übertra­ gung eines Teils der auf das Schaufelblatt wirkenden Kräfte mitwirkt. Die Balligkeit 18 ist auch so auszuführen, daß zum einen die Flächenpressung und zum anderen die lokale Kerb­ spannung im Schaufelfuß 4 so gering gehalten werden, daß auch Materialgrenzen nicht überschritten werden. Dazu ist es vor­ teilhaft, wenn der Übergang vom Schaufelfuß 4 auf das Schau­ felblatt 13 bei der Schaufel 3 so ausgestaltet wird, daß nur reduzierte Kerbzahlen auftreten.

Fig. 9 zeigt die erste Tragflanke 16 aus der Fig. 8 in ei­ ner Längsansicht. Angedeutet durch den Pfeil, weist die Bal­ ligkeit 18 ein Krümmungsprofil in Form eines Radius' R auf. Ein entsprechend groß gewählter Radius R über die gesamte Tragflanke 16 ergibt eine besonders gleichmäßige Spannungs­ verteilung, sofern auch eine besonders gleichmäßige Kraftver­ teilung zwischen Schaufelfuß und Nut vorliegt. Außerdem er­ leichtert eine derartige Geometrie die Herstellung.

Fig. 10 wiederum zeigt die zweite Tragflanke 17, deren Bal­ ligkeit 18 anders als die der ersten Tragflanke 16 ist. In dieser Figur ist der Querschnitt der Tragflanke 17 in etwa bis zu einem Drittel ihrer Länge, gemessen vom einen Ende der Tragflanke, geändert. Eine derartige Geometrie ist vor allem zweckmäßig bei Schaufeln, die bei schon im Betrieb befindli­ chen Rotoren mit herkömmlichen Schaufeln nun anstatt dieser dort eingesetzt werden sollen. Die Balligkeit 18 der zweiten Tragflanke 17 kann auch bis etwa zu der Hälfte der Länge L der Tragflanke im Querschnitt sich ändern, ohne daß beim Aus­ tausch herkömmlicher Schaufel/Schaufel mit Balligkeit Proble­ me auftreten würden. Der Abstand zwischen der Tragflanke 17 und der hier nicht dargestellten Nut kann insbesondere auch über einen längeren Bereich so gering sein, daß bei immer stärker werdender Belastung der Schaufel auch die an der Kraftübertragung teilnehmende Fläche zwischen Schaufelfuß und Nut immer mehr zunimmt. Dieses schließt auch ein, daß der Querschnitt der Tragflanke sich nur abschnittsweise ändert, d. h. gewisse Abstände mit stetigem Abstand vorhanden sind, bei denen keine Querschnittsänderung stattfindet.

Die vorliegende Erfindung schafft einen neuen Lösungsweg, die bekannten, erhöhten lokalen Spannungen in Schaufelnuten bzw. Schaufelfüßen insbesondere in Eckbereichen zu verringern, ohne daß Einbußen gegenüber der Lebensdauer oder Sicherheit dieser Schaufeln bzw. der Rotorgestaltung gemacht werden müs­ sen. Auch läßt sich die Erfindung bei nachträglich einzuset­ zenden Austauschschaufeln in herkömmlichen Rotoren anwenden.

Claims (17)

1. Schaufel (3) mit Schaufelfuß (4), der eine Tragflanke (11) hat, für eine Turbomaschine, wobei die Schaufel (3) in einer zur Rotationsachse (6) eines Rotors (2) schrägen Nut (5) der Turbomaschine anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Quer­ schnitt der Tragflanke (11) des Schaufelfußes (4) sich über die Länge (L) und/oder Höhe (H) der Tragflanke (11) ändert.

2. Schaufel (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quer­ schnitt der Tragflanke (11) sich nur auf einer Seite des Schaufelfußes (4) verändert.

3. Schaufel (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflanke (11) sich zu einem Ende des Schaufelfußes (4) hin verjüngt.

4. Schaufel (3) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trag­ flanke (11) sich benachbart zu einer "spitzen Ecke" (10) der Nut (5) ändert.

5. Schaufel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schau­ fel (3) eine Verdichterschaufel ist und die Tragflanke (11) sich an der Anströmseite der Saugseite und/oder an der Ab­ strömseite der Druckseite verjüngt.

6. Schaufel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schau­ fel (3) eine Turbinenschaufel ist und die Tragflanke (11) sich an der Abströmseite der Saugseite und/oder an der An­ strömseite der Druckseite verjüngt.

7. Schaufel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trag­ flanke (11) ballig geformt ist.

8. Schaufel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Quer­ schnitt der Tragflanke (11) sich nur in einem Bereich von ei­ nem Ende der Tragflanke (11) bis in etwa zu deren Hälfte, insbesondere etwa bis zu deren Drittel, ändert.

9. Schaufel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eckbe­ reich der Tragflanke (11) abgeschrägt ist.

10. Schaufel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schau­ felfuß (4) eine erste (16) und eine zweite (17) Tragflanke (11) mit jeweils unterschiedlichem Querschnitt hat, wobei ins­ besondere die erste Tragflanke (16) eine Balligkeit (18) und die zweite Tragflanke (17) eine Verjüngung (15) und/oder Ab­ schrägung aufweist.

11. Rotor (2) einer Turbomaschine mit in Nuten (5) anbringba­ ren Schaufeln (3) mit Schaufelfüßen (4) nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, wobei die Nuten (5) schräg zur Rotati­ onsachse des Rotors (2) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schau­ felfuß (4) und/oder die Nut (5) im Rotor (2) zumindest in ei­ nem Abschnitt (7) so wenig Material aufweisen, daß dieser Ab­ schnitt (7) im Stillstand des Rotors (2) zu dem Rotor (2) bzw. dem Schaufelfuß (4) im eingebauten Zustand beabstandet ist, dagegen jedoch bei Betriebsdrehzahl des Rotors (2) und somit bei Belastung der Turbomaschine dieser Abstand (8) überwunden ist und eine Berührung stattfindet sowie eine Übertragung eines Teiles der auf das Schaufelblatt (13) wir­ kenden Kräfte über diesen Abschnitt (7) erfolgt.

12. Rotor (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ schnitt (7) zumindest benachbart zu einem Ende einer Trag­ flanke (11) des Schaufelfußes (4) liegt, insbesondere benach­ bart zu einer "spitzen Ecke".

13. Rotor (2) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ schnitt (7) sich bei einer Verdichterschaufel zumindest be­ nachbart zu der Tragflanke (11) an der Anströmseite der Saug­ seite und/oder an der Abströmseite der Druckseite befindet.

14. Rotor (2) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ schnitt (7) sich bei einer Turbinenschaufel zumindest benach­ bart zu der Tragflanke (11) an der Abströmseite der Saugseite und/oder an der Anströmseite der Druckseite befindet.

15. Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ schnitt (7) ballig geformt ist.

16. Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ schnitt (7) sich nur in einem Bereich ändert, der zumindest benachbart ist von einem Ende der Tragflanke (11) bis in etwa zu deren Hälfte, insbesondere etwa bis zu deren Drittel.

17. Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ schnitt (7) benachbart zu einem Eckbereich der Tragflanke (11) ist und eine Abschrägung aufweist.