DE3045224A1 - Schaufel fuer turbinenmotoren - Google Patents
Schaufel fuer turbinenmotorenInfo
- Publication number
- DE3045224A1 DE3045224A1 DE19803045224 DE3045224A DE3045224A1 DE 3045224 A1 DE3045224 A1 DE 3045224A1 DE 19803045224 DE19803045224 DE 19803045224 DE 3045224 A DE3045224 A DE 3045224A DE 3045224 A1 DE3045224 A1 DE 3045224A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- blade
- root
- section
- circular arc
- center line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
- F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
- F01D11/008—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor by spacer elements between the blades, e.g. independent interblade platforms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sheets, Magazines, And Separation Thereof (AREA)
- Paper (AREA)
Description
PATENTANWALT DR. RICHARD KNEISSL . -χ - ■', r-rj mn
Wid2™ayerstn46 * i
D-8000 MÜNCHEN Tel. 089/295125
Mappe DE 5/by
United Technologies Corporation Hartford, Ct./V.St.A.
Schaufel für Turbinenmotoren
130025/0632
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung bezieht sich auf Rotorschaufeln von Gasturbinen
und insbesondere auf die Befestigung von solchen Schaufeln an hochbelasteten Rotoren in solchen Turbinen.
Das erfindungsgemäße Konzept wurde auf dem Gebiet der Turbinenschaufeln
entwickelt, um die maximalen Spannungen an den Rotorschaufeln in dem Bereich des geometrischen Übergangs zwischen
dem Flügelabschnitt und dem Wurzelabschnitt der Schaufel zu verringern.
Dieses Konzept besitzt jedoch auch in anderen Gebieten Anwendung, wobei ähnlich geformte Teile verwendet werden.
Die Wurzelabschnittevon Turbinenschaufeln, wie sie gegenwärtig
rund um die Welt verwendet werden, besitzen eine gerade Wurzel, wobei die Mittellinien einer jeden Schaufelwurzel und die entsprechenden
Befestigungsschlitze sich diagonal über den Rand der Rotorscheibe erstrecken. Solche Konstruktionen haben sich
bisher bei der Befestigung der Schaufeln an der Rotorscheibe als erfolgreich erwiesen. Bei den zukünftigen Turbinenmotoren
werden die Schaufeln jedoch höheren Spitzengeschwindigkeiten ausgesetzt, was größere Zugspannungen an den Wurzelabschnitten
zur Folge hat. Bei solchen Motoren wurde viel Aufmerksamkeit
den konzentrierten Spannungen um den Umfang der Schaufeln geschenkt,
wie sie beispielsweise bei solchen Rotoren auftreten, die integrierte Plattformen an den Wurzelabschnitten aufweisen.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Verringerung von solchen konzentrierten Spannungen.
Obwohl die Erfindung eine neue Form betrifft, zeigen einige bekannte
Konstruktionen eine geometrische Ähnlichkeit mit den erfindungsgemäßen Schaufeln von Dampfturbinen und Gasturbinen.
Beispiele für solche Dampfturbinen finden sich in den US-PSen 1 041 269, 1 719 415, 1 793 468 und 3 986 793. Alle diese Patentschriften
beschreiben Turbinenschaufeln mit Wurzelabschnitten, die gebogene Geometrien besitzen, die der Form der entspre-
130025/0632
chenden Flügel nahekommen. Jedoch besitzen in jedem Fall die Wurzelabschnitte einen gleichförmigen Querschnitt.
Eine geometrisch ähnliche, aber technisch verschiedene Konstruktion
einer Gasturbine findet sich in der FR-PS 1 143 952. Dabei wird eine gebogene Wurzelgeometrie auf eine gekühlte Turbinenschaufel
angewendet, damit Kühlluft in eine Schaufel mit einer Anzahl von Passagen fließen kann. Bei einer Turbinenkonstruktion
der FR-PS erweitern sich die Wurzeln der Schaufeln, so daß, wie dort angegeben, die Schaufeln fest durch eine Keilwirkung
in der Turbine festgehalten werden. Es ist jedoch hervorzuheben, daß die zu erwartenden aerodynamischen Belastungen
auf der Schaufel in eine Richtung gehen, daß die gekeilte Wurzel die Neigung besitzt, sich aus dem Sitz herauszubewegen.
Weiterhin ist zu beachten, daß der Massenmittelpunkt der Schaufel über einem Bereich mit verhältnismäßig kleinen Wurzelquerschnitten
angeordnet ist.
Trotz der obigen Angaben über gekrümmte und sich verjüngende Wurzeln von Turbinenschaufeln blieb man bei Wurzelschaufeln
mit einer geraden Geometrie.
Gemäß der Erfindung wird nunmehr eine nahezu gleichförmige sehnenmäßige Verteilung lokaler Spannungen im Wurzelabschnitt
einer plattformlosen Turbinenschaufel dadurch erreicht, daß sich der Wurzelabschnitt vom stromabwärtigeη Ende zum stromaufwärtigen
Ende der Schaufel um eine gebogene Mittellinie verjüngt, die annähernd mit der projizierten Mittellinie des Flügelquerschnitts
entlang der inneren Wandung des Strömungswegs des Arbeitsmediums zusammenfällt.
Gemäß einer bestimmten Ausführungsform ist die Querschnittsmittellinie des Flügels ein nicht-kreisförmiger Bogen und ist
die Mittellinie des Wurzelabschnitte ein kreisförmiger Bogen,
der im Bereich der hinteren Kante der Schaufel mit der Flügelquerschnittsmittellinie
zusammenfällt und
130025/0632
der im Bereich der vorderen Kante der Schaufel zur Saugseite leicht versetzt ist.
Ein erstes Merkmal der Erfindung ist die Geometrie des Wurzelabschnitts
der Schaufel. Der Wurzelabschnitt besitzt eine bogenförmige Krümmung, die annähernd der Krümmung des Flügelab-Schnitts
an der inneren Wandung des Strömungswegs des Arbeitsmödiums
entspricht. Weiterhin ist der Wurzelabschnitt vom stromabwärtigen Ende zum stromaufwartigen Ende der Schaufel konvergent
verjüngt, um eine zunehmende Querschnittsfläche in Bereichen hoher Zentrifugalbelastungen zu schaffen, ohne daß die Dichte
des Wurzelabschnitts der Schaufel am stromaufwartigen Ende der
Scheibe, in welcher die Rotorschaufeln angeordnet sind, zunimmt. Bei einer bestimmten Ausführungsform ist der Wurzelabschnitt
um eine mittlere Kreisbogenlinie gebildet. Ausbuchtungen des Wurzelabschnitts erstrecken sich seitlich von der Mittellinie
bis zu entsprechenden Kreisbögen, die von Punkten geschlagen sind, die vom Punkt, von dem aus die Mittellinie geschlagen
ist, einen gleichen Abstand aufweisen. Es können einzelne Ausbuchtungen, wie z.B. im Falle einer Schwalbenschwanzbefestigung,
oder mehrere Ausbuchtungen, wie beispielsweise bei einer Tannenbaumbefestigung, verwendet werden.
Ein prinzipieller Vorteil der Erfindung liegt in der Vermeidung von lokalen hohen Spannungen im Ubergangsbereich zwischen
der Wurzel der Schaufel und dem Flügelabschnitt der Schaufel. Maximale Spannungen, wie sie typischerweise im vorderen Teil
der Saugseite der Wurzel und im hinteren Teil der Druckseite der Wurzel auftreten, werden durch die Verwendung einer gebogenen
Wurzelgeometrie verringert. Spannungskonzentrationsfaktoren entlang dem Umfang der Schaufel werden dadurch vermieden, daß
die Strömung beeinflussende Mittel direkt an der Rotorscheibe angeordnet und nicht integral mit den Schaufeln ausgebildet
werden. Eine wirksame Verwendung einer gebogenen Wurzelgeometrie wird dadurch ermöglicht, daß die Wurzel im vorderen Randbereich
verjüngt ist. Die maximale Membranspannung, die auf-
130025/0632
"T'
grund der Zentrifugalkraft auftritt und die typischerweise annähernd
75 % entlang der Länge der Sehne auftritt, wird durch eine Verjüngung verringert, indem ein zusätzlicher Wurzelquerschnitt
in diesem Bereich geschaffen wird. Außerdem ermöglicht die Wurzelgeometrie gemäß der Erfindung die Konstruktion von
ausgeklügelten Flugelformen, ohne daß übermäßige Spannungen
auftreten, die herkömmlichen Wurzelkonstruktionen eigen sind.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines Teils eines Turbinenmotors,
wobei erfindungsgemäße Rotorschaufeln eingebaut
sind;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Schaufel;
Figur 3 eine Unteransicht des Wurzelabschnitts einer Schaufel
gemäß Figur 1, wobei die Krümmung und die Verjüngung der Schaufel zu sehen ist;
Figur 4 eine Ansicht der Schaufel von Figur 1 an der Saugseite;
Figur 5 eine Stirnansicht des Wurzelabschnitts am vorderen Ende der Schaufel von Figur 1;
Figur 6 eine Aufsicht auf die Schaufel mit Projektionen der Schnitte A-A und B-B von Figur 4 auf die Schaufelwurzel;
Figur 6A eine grafische Darstellung der sehnenmäßigen Verteilung der Spannungen im Abschnitt maximaler Spannungen in der
Wurzel der Schaufel von Figur 6;
Figur 7 (Stand der Technik) eine entsprechende Ansicht wie Figur 6, wobei die theoretischen Projektionen an den Schnitten
A-A und B-B auf eine gerade Schaufelwurzel zu sehen sind; und
T 30025/0632
Figur 7A (Stand der Technik) eine grafische Darstellung der sehnenmäßigen Verteilung der Spannungen im Abschnitt maximaler
Spannungen in der Wurzel der Schaufel von Figur 7.
Figur 1 zeigt den Aufbau eines Rotors 10 einer Gasturbine. Eine Anzahl Schaufeln 12 erstreckt sich von einer Rotorscheibe 14
nach außen. Jede Schaufel besitzt einen Flügelabschnitt 16 und einen Wurzelabschnitt 18. Der Wurzelabschnitt hat einen schwalbenschwanzförmigen
Querschnitt und sitzt in einem entsprechend geformten Schlitz 20 in der Rotorscheibe 14. Jede Schaufel besitzt
weiterhin eine stromaufwartige Kante oder eine Vorderkante
22 am stromaufwärtigen Ende 24 der Rotorscheibe 14 und
eine stromabwärtige Kante oder eine Hinterkante 26 am stromabwärtigen
Ende 28 der Rotorscheibe 14. Jede Schaufel besitzt eine Saugseite 30 von konvexer Form und eine Druckseite 32 von
konkaver Form. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt
sich eine Plattform zwischen jeweils zwei Schaufeln von der Saugseite bis zur Druckseite. Alle Plattformen zwischen den
Schaufeln bilden die innere Wandung des Strömungswegs durch die Schaufeln. Wie gezeigt, ist jede Plattform 34 an der Rotorscheibe
angelenkt. Bei anderen Ausführungsformen bildet die äußere Oberfläche der Rotorscheibe 14 die innere Wandung des
Strömungswegs für das Medium.
Eine gemäß der Erfindung konstruierte Schaufel 12 ist in Figur 2 in perspektivischer Ansicht und in Figur 3 in Stirnansicht
gezeigt. Die Anlagelinie der benachbarten Plattform ist mit L eingezeichnet. Dies ist also der innerste Teil des Strömungswegs des Mediums. Ein Übergangsbereich 36 erstreckt sich zwischen
dem Flügelabschnitt 16 und dem Wurzelabschnitt 18. Der Wurzelabschnitt
besitzt eine gebogene Form und umfaßt ein Paar ähnlich geformter Ausbuchtungen 38, die sich im Wurzelabschnitt
zur Seite erstrecken.
Die gebogene Form des Wurzelabschnitts ist leicht aus der Stirnansicht
von Figur 3 ersichtlich. Die Ausbuchtungen 38A und 38B
130025/0632
J·
liegen entlang einer kreisförmigen Mittellinie LR mit einem
Radius R_. Der Radius geht von einem Punkt P_. aus, der seit-
K K
lieh des Wurzelabschnitts zwischen der Vorderkante und der
Hinterkante liegt. Der Wurzelabschnitt verjüngt sich entlang der Mittellinie L_ von der Hinterkante 26 oder dem stromabwärtigen
Ende der Schaufel zur Vorderkante 22 oder dem stromaufwärtigen Ende der Schaufel. Die konvexe Krümmung der Ausbuchtung
38A und die konkave Krümmung der Ausbuchtung 38B besitzen im wesentlichen gleiche Radien R, bzw. Rß. Die Zentren der
Krümmung P. bzw. P„ liegen auf einer Linie, die durch den Punkt
P„ und den Schnittpunkt der Mittellinie L_ des Wurzelabschnitts
κ κ
mit der stromabwärtigen Kante oder der hinteren Kante 26 des
Wurzelabschnitts hindurchgeht. Die Punkte P, und Pß besitzen
vom Punkt PR eineti/Abstand, so daß am Wurzelabschnitt entlang
der Mittellinie L„ eine gleichförmige Verjüngung stattfindet.
Figur 4 ist eine Ansicht der Saugseite der Schaufel von Figur 2,und Figur 5 zeigt eine Vorderkante oder Vorderansicht der
gleichen Schaufel. Die maximalen Membranspannungen, die durch die Zentrifugalkraft hervorgerufen werden, entstehen bei einer
Schaufel in der Nähe des Sehnenmassenmittelpunkts, der typischerweise/ annähernd 75 % der Länge der Sehne im Bereich S
liegt. Lokal höhere Spannungen an der Oberfläche der Schaufel treten deshalb auf, weil der Flügelabschnitt die Neigung besitzt,
sich aufzudrehen, und zwar auf der konkaven Seite des Flügels etwa entlang 25 % der Sehne im Bereich S- und auf der
konvexen Seite des Flügels annähernd 75 % entlang der Sehne im Bereich S2. Diese Spannungen wirken typischerweise über Spannungskonzentrationsfaktoren
in der Größenordnung 2,5-3,5 an den Rundungsradien 40 über den Ausbuchtungen der Schwalbenschwanzbefestigung
.
Es ist sehr wesentlich, daß die Schaufeln gemäß der Erfindung keine integralen Plattformen für die Definierung der inneren
Wandung des Strömungswegs des Mediums aufweisen. Solche Plattformen werden nämlich direkt an der Rotorscheibe durch eine ge-
130025/0632
- Ji -
eignete Technik befestigt, wie z.B. durch die in Figur' 1 gezeigte
Anlenkung. Dadurch, daß die Plattformen von den Wandungen an der Saugseite und an der Druckseite der Schaufel weggelassen
werden, fallen Spannungskonzentrationen in Bereichen hoher Biegespannungen an der Zusammentreffstelle zwischen den
Wandungen und dem Wurzelabschnitt der Schaufel fort. Spannungskonzentrationsfaktoren
in der Größenordnung von 1,2-1,4 an der Zusammentreffstelle zwischen Plattform und Flügelabschnitten
schwächen typische bekannte Schaufeln in diesem Bereich. Solche die Lebensdauer begrenzende Spannungen werden gemäß der Erfindung
vermieden.
Zwar sind plattformfreie Schaufeln nicht neu, dieses Merkmal wird jedoch gemäß der Erfindung mit einer neuen Wurzelabschnittsgeometrie
verwendet. Da solche Spannungskonzentrationen, wie sie oben beschrieben wurden, nicht auftreten, besitzen
die erfindungsgemäßen plattformfreien Schaufeln an den Rundungsradien zwischen dem Flügelabschnitt und dem Wurzelabschnitt geringere
Spannungen. Demgemäß ergibt das erfindungsgemäße Konzept verringerte Spannungen entlang den Rundungsradien zwischen
dem Flügel abschnitt und dem Wurzelabschnitt. Zur weiteren Erörterung
des Konzepts der vorliegenden Ec findung wird die neue
Schaufel von Figur 6 mit einem gekrümmten, sich verjüngenden Wurzelabschnitt mit einer üblichen Schaufel verglichen, die
einen geraden Wurzelabschnitt aufweist. Die Schaufeln wurden
durch Computer
unter Konstruktionsbedxngungen/modellmäßig erfaßt, wobei das Druckverhältnis an der Wurzel der Schaufel 1,7 und das Druckverhältnis an der Spitze der Schaufel 1,9 war. Die Spitzengeschwindigkeit wurde auf 510 m/s festgesetzt.
unter Konstruktionsbedxngungen/modellmäßig erfaßt, wobei das Druckverhältnis an der Wurzel der Schaufel 1,7 und das Druckverhältnis an der Spitze der Schaufel 1,9 war. Die Spitzengeschwindigkeit wurde auf 510 m/s festgesetzt.
Geometrisch besaß jede Schaufel eine Sehne an der Wurzel von 12,32 cm und einen Umfang von 44,45 cm, was ein Schlankheitsverhältnis (durchschnittliche Schaufelumfangslänge dividiert
durch durchschnittliche Schaufelwurzellänge) von 3,6 ergibt. Jede Schaufel bestand aus hochfester Titanlegierung. Das Material
hatte die Eigenschaften von AMS 4928 Titanlegierung. Das
130025/0632
Konzept der erfindungsgemäßen Erfindung ist auch auf andere Materialsysteme, und zwar sowohl metallische als auch nichtmetallische,
anwendbar. Das Konzept kann besonders bei hochzugfesten, mit Fasern verstärkten Strukturen attraktiv sein.
Die Figuren 6 und 7 (Stand der Technik) entsprechen einer Stirnansicht
der Schaufel von Figur 4 mit den Schnitten A-A und B-B, projiziert auf die Wurzelgeometrie. Der Schnitt A-A ist durch
die Schaufel an der inneren Wandung des Strömungswegs des Mediums genommen, und der Schnitt B-B ist im Spitzenbereich der
Schaufel genommen. Unter aerodynamischen Belastungen hat der Flügelabschnitt die Neigung - gesehen in Figur 6 und in Figur
7 (Stand der Technik) -, sich im Uhrzeigersinn aufzudrehen.
Bei der erfindungsgemäßen Schaufel von Figur 6 liegt der Schnitt A-A an der inneren Wandung des Strömungswegs des Arbeitsmediums
und ist um eine nicht-kreisförmige mittlere Bogenlinie
L, gelegt. Die Mittellinie LR des Wurzelabschnitts ist
ein kreisförmiger Bogen und besitzt einen Krümmungsradius RR,
der eine mittlere Linie mit annähernd der gleichen Krümmung wie die nicht-kreisförmige mittlere Bogenlinie L- erzeugt.
Bei der Optimierung der Struktur wurde festgestellt, daß die geringsten Spannungen bei solchen Formen entstehen, bei denen
der Vorderkantenbereich der Mittellinie L„ zur konvexen oder
Saugseite der Mittllinie L, versetzt ist, und wenn der hintere Kantenbereich der Mittellinie LR mit der Mittellinie LA zusammenfällt.
Wie es besser aus Figur 3 ersichtlich ist, wird bei der Konstruktion der sich verjüngenden Geometrie des Wurzelabschnitts
eine gerade Bezugslinie X gezeichnet, die durch den Punkt PR und durch den Schnittpunkt der mittleren Wurzellinie
LR mit der stromabwärtigen Kante dder der Hinterkante 26 hindurchgeht.
Die konkave Ausbuchtung 38A und die konvexe Ausbuchtung 38B erstrecken sich auf Bögen mit entsprechenden gleichen
RadiepR. und Rn von Zentren P7, und P_ aus, die auf der Linie
qleicheft B AB
X in/Abständen vom Punkt Pn liegen,
130025/0632
Eine Krümmung des Wurzelabschnitts auf eine gebogene Geometrie,
wie sie dargestellt ist, besitzt den Vorteil, daß lokale Biegespannungen im Bereich des Übergangs zwischen dem Wurzelabschnitt
und dem Flügelabschnitt der Schaufel verringert werden. Lokale Biegebeanspruchungen ergeben die. Neigung, daß
die Schaufel sich unter Zentrifugalbelastungen und aerodynamischen Belastungen aufdreht. Eine Verringerung der Biegespannungen
verringert gleichzeitig die Spitzenspannungen, was eine niedrigere Neigung zur Rißbildung und Rißfortpflanzung mit sich
bringt. Risse, die sich auf der Oberfläche bilden, sind ein Ergebnis von höheren Spannungen in diesem Bereich. Sie besitzen
die Neigung, sich in Richtung auf das Zentrum der Schaufel mit steigender Häufigkeit fortzupflanzen. Wenn eine ausreichende
Fortpflanzung stattgefunden hat, dann bricht die Schaufel. Die Vermeidung von Rißbildung und die verringerte Neigung zur
Rißfortpflanzung von der Oberfläche des Metallteils wird dadurch erreicht, daß die Maximalspannung in diesem Bereich verringert
wird.
Berechnete Oberflächenspannungen entlang den Übergangsradien
auf der konkaven und der konvexen Seite der Schaufel sind in den entsprechenden Figuren 6A und 7A (Stand der Technik) grafisch
dargestellt, um die sehnenmäßige Verteilung von Spannungen zu zeigen. Insbesondere sei bei Figur 7A (Stand der Technik>
welche eine herkömmliche Schaufel mit gerader Wurdarauf
verwiesen,
zel betrifft,/daß die Spannungen auf der konkaven Seite der
Schaufel bei annähernd 25 %■ der Sehnenlänge ein Maximum erreichen (85 000 Psi) und daß auf der konvexen Seite der Schaufel
die maximalen Spannungen annähernd bei 75 % der Länge (60 000 Psi) auftreten. Entsprechende Daten bei der erfindungsgemäßen
Wurzelgeometrie wurden ebenfalls errechnet und sind in Figur 6A gezeigt. Die maximalen Spannungen, die bei 25 % der
Sehnenlänge bei einer Schaufel mit gerader Wurzel und bei 75 % der Sehnenlänge bei einer Schaufel mit gerader Wurzel auftreten,
sind wesentlich verringert. Auf der konkaven Seite der Schaufel sind die Spannungen praktisch gleichmäßig und errei-
130025/0632
chen ein Maximum bei 50 % der Sehnenlänge (45 000 Psi). Entsprechend
sind auch die Spannungen auf der konvexen Seite der Schaufel auf einen annähernd gleichmäßigen Wert verringert
(35 000 Psi).
Ein Spannungskonzentrationsfaktor der Zugbelastung von 2,8 und
ein Spannungskonzentrationsfaktor der Biegung von 1,6 wurden auf die Daten von Figur 7A (Stand der Technik) angewendet,
wobei eine gesamte konzentrierte Spannung von 177 000 Psi herauskam. Eine Anwendung der gleichen Spannungskonzentrationsfaktoren
auf die Daten von Figur 6A ergibt eine gesamte konzentrierte Spannung von 118 000 Psi.
Die Größe der Spannungsverringerung, die gemäß der Erfindung
erreicht wird ,ist erheb Ii eh.Sie läßt sich aber noch bedeutender
anhand von Ermüdung darstellen. Es ist beispielsweise bekannt, daß eine Verringerung von 10 % der Spannungen grob gesehen eine
100%ige Verbesserung hinsichtlich der Ermüdung ergibt.
30025/0632
Claims (4)
1.J Schaufel, die im ringförmigen Strömungsweg des Arbeitsga-
\S ses eines Turbinenmotors angeordnet ist, gekennzeichnet
durch einen Flügelabschnitt mit einem bogenförmigen Querschnitt an der Innenwandung des Strömungswegs des Arbeitsmediums und mit einem Wurzelabschnitt mit einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende, wobei der
Wurzelabschnitt eine gebogene Form aufweist, die ähnlich
der gebogenen Form des Flügelabschnitts an der inneren Wandung des Strömungswegs des Arbeitsmediums ist, projiziert auf den Wurzelabschnitt, und wobei der Wurzelabschnitt vom stromabwärtigen Ende zum stromaufwärtigen Ende konvergent zuläuft.
durch einen Flügelabschnitt mit einem bogenförmigen Querschnitt an der Innenwandung des Strömungswegs des Arbeitsmediums und mit einem Wurzelabschnitt mit einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende, wobei der
Wurzelabschnitt eine gebogene Form aufweist, die ähnlich
der gebogenen Form des Flügelabschnitts an der inneren Wandung des Strömungswegs des Arbeitsmediums ist, projiziert auf den Wurzelabschnitt, und wobei der Wurzelabschnitt vom stromabwärtigen Ende zum stromaufwärtigen Ende konvergent zuläuft.
2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch.gekennzeichnet, daß sie
eine Saugseite und eine Druckseite aufweist und daß der projizierte Flügelquerschnitt eine nicht-kreisförmige Bogenmittellinie
L. aufweist und der Wurzelabschnitt eine kreisförmige Bogenmittellinie LR aufweist, wobei die nicht-kreisförmige
Bogenmittellinie L, des projezierten Flügelquerschnitts
am stromaufwärtigen Ende der Schaufel zur Saugseite der Schaufel von der kreisförmigen Bogenmittellinie LR versetzt
ist und am stromabwärtigen Ende der Schaufel im wesentlichen mit der kreisförmigen Bogenmittellinie LR zusammenfällt.
3. Schaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Bogenmittellinie LD einen Radius RD aufweist,
der von einem Punkt P_, ausgeht, welcher seitlich der Schaufei
zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Ende der Schaufel liegt.
4. Schaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine gebogene Ausbuchtung auf der Saugseite der
Schaufel und mindestens eine gebogene Ausbuchtung auf der
130025/0632
Druckseite der Schaufel aufweist, wobei diese Ausbuchtungen
sich mit im wesentlichen den gleichen Radien RÄ und R_ von
Punkten E, bzw. Pß erstrecken, die auf einer Linie X im
gleichen Abstand vom Punkt P_ liegen, wobei die Linie X
sich durch den Punkt PD und den Schnittpunkt der Wurzelet
mittellinie LR mit der stromabwärtigen Kante der Schaufel
erstreckt.
13ÖÖ25/0632
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/099,058 US4621979A (en) | 1979-11-30 | 1979-11-30 | Fan rotor blades of turbofan engines |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3045224A1 true DE3045224A1 (de) | 1981-06-19 |
DE3045224C2 DE3045224C2 (de) | 1992-07-09 |
Family
ID=22272381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803045224 Granted DE3045224A1 (de) | 1979-11-30 | 1980-12-01 | Schaufel fuer turbinenmotoren |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4621979A (de) |
JP (1) | JPS57400A (de) |
BE (1) | BE886426A (de) |
DE (1) | DE3045224A1 (de) |
FR (1) | FR2471502B1 (de) |
GB (1) | GB2064667B (de) |
IL (1) | IL61521A (de) |
NO (1) | NO156502C (de) |
SE (1) | SE444028B (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4108930A1 (de) * | 1990-03-29 | 1991-10-02 | Gen Electric | Laufschaufel und beschaufelte scheibenvorrichtung fuer ein gasturbinentriebwerk |
US6361274B1 (en) | 1999-08-09 | 2002-03-26 | Alstom (Switzerland) Ltd | Fastening devices for heat-protection shields |
Families Citing this family (43)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6042267A (ja) * | 1983-08-16 | 1985-03-06 | 太平洋セメント株式会社 | 不燃性石こうボ−ドの製造方法 |
US4585395A (en) * | 1983-12-12 | 1986-04-29 | General Electric Company | Gas turbine engine blade |
FR2556409B1 (fr) * | 1983-12-12 | 1991-07-12 | Gen Electric | Aube perfectionnee pour moteur a turbine a gaz et procede de fabrication |
US4682935A (en) * | 1983-12-12 | 1987-07-28 | General Electric Company | Bowed turbine blade |
FR2615254A1 (fr) * | 1987-05-13 | 1988-11-18 | Snecma | Aube mobile de soufflante comportant une depouille en extremite |
FR2654773B1 (fr) * | 1989-11-22 | 1992-02-14 | Snecma | Rotor de turbomachine a flux axial. |
US5030063A (en) * | 1990-02-08 | 1991-07-09 | General Motors Corporation | Turbomachine rotor |
US5017091A (en) * | 1990-02-26 | 1991-05-21 | Westinghouse Electric Corp. | Free standing blade for use in low pressure steam turbine |
US5222865A (en) * | 1991-03-04 | 1993-06-29 | General Electric Company | Platform assembly for attaching rotor blades to a rotor disk |
US5310318A (en) * | 1993-07-21 | 1994-05-10 | General Electric Company | Asymmetric axial dovetail and rotor disk |
JPH07317699A (ja) * | 1994-05-23 | 1995-12-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 円筒形多翼ファンのケーシング |
FR2725239B1 (fr) * | 1994-09-30 | 1996-11-22 | Gec Alsthom Electromec | Disposition pour l'ecretement des pointes de contrainte dans l'ancrage d'une ailette de turbine, comportant une racine dite en "pied-sapin" |
US6375419B1 (en) | 1995-06-02 | 2002-04-23 | United Technologies Corporation | Flow directing element for a turbine engine |
FR2743845B1 (fr) * | 1996-01-23 | 1998-02-20 | Snecma | Aube mobile de soufflante a profil de securite |
GB2345943B (en) * | 1998-12-04 | 2003-07-09 | Glenn Bruce Sinclair | Precision crowning of blade attachments in gas turbines |
EP1124038A1 (de) | 2000-02-09 | 2001-08-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbinenschaufelanordnung |
US6338611B1 (en) * | 2000-06-30 | 2002-01-15 | General Electric Company | Conforming platform fan blade |
FR2858370B1 (fr) * | 2003-07-31 | 2005-09-30 | Snecma Moteurs | Plate-forme inter-aubes allegee, pour un disque de support d'aubes de turboreacteur |
US7811053B2 (en) * | 2005-07-22 | 2010-10-12 | United Technologies Corporation | Fan rotor design for coincidence avoidance |
JP4807113B2 (ja) * | 2006-03-14 | 2011-11-02 | 株式会社Ihi | ファンのダブテール構造 |
JP4911286B2 (ja) * | 2006-03-14 | 2012-04-04 | 株式会社Ihi | ファンのダブテール構造 |
FR2903138B1 (fr) * | 2006-06-28 | 2017-10-06 | Snecma | Aube mobile et disque de rotor de turbomachine, et dispositif d'attache d'une telle aube sur un tel disque |
US7762781B1 (en) | 2007-03-06 | 2010-07-27 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Composite blade and platform assembly |
US20080273982A1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-11-06 | Honeywell International, Inc. | Blade attachment retention device |
FR2913735B1 (fr) | 2007-03-16 | 2013-04-19 | Snecma | Disque de rotor d'une turbomachine |
FR2913734B1 (fr) * | 2007-03-16 | 2009-05-01 | Snecma Sa | Soufflante de turbomachine |
WO2010071499A1 (en) * | 2008-12-19 | 2010-06-24 | Volvo Aero Corporation | Spoke for a stator component, stator component and method for manufacturing a stator component |
US8568102B2 (en) * | 2009-02-18 | 2013-10-29 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Fan blade anti-fretting insert |
US8616849B2 (en) * | 2009-02-18 | 2013-12-31 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Fan blade platform |
US9200593B2 (en) * | 2009-08-07 | 2015-12-01 | Hamilton Sundstrand Corporation | Energy absorbing fan blade spacer |
US20120034086A1 (en) * | 2010-08-04 | 2012-02-09 | General Electric Company | Swing axial entry dovetail for steam turbine buckets |
US8939727B2 (en) | 2011-09-08 | 2015-01-27 | Siemens Energy, Inc. | Turbine blade and non-integral platform with pin attachment |
JP5982837B2 (ja) * | 2012-01-30 | 2016-08-31 | 株式会社Ihi | 航空機用ジェットエンジンのファン動翼 |
CN102817639B (zh) * | 2012-06-18 | 2014-12-24 | 北京航空航天大学 | 一种低应力波浪型接触面直榫连接结构 |
US9267386B2 (en) | 2012-06-29 | 2016-02-23 | United Technologies Corporation | Fairing assembly |
EP2885506B8 (de) * | 2012-08-17 | 2021-03-31 | Raytheon Technologies Corporation | Profilierte durchflusswegfläche |
WO2015053848A2 (en) * | 2013-09-18 | 2015-04-16 | United Technologies Corporation | Fan platform with leading edge tab |
GB201504182D0 (en) * | 2015-03-12 | 2015-04-29 | Rolls Royce Plc | Chocking and retaining device |
US10584592B2 (en) * | 2015-11-23 | 2020-03-10 | United Technologies Corporation | Platform for an airfoil having bowed sidewalls |
US10895160B1 (en) | 2017-04-07 | 2021-01-19 | Glenn B. Sinclair | Stress relief via unblended edge radii in blade attachments in gas turbines |
US10584600B2 (en) | 2017-06-14 | 2020-03-10 | General Electric Company | Ceramic matrix composite (CMC) blade and method of making a CMC blade |
KR102176954B1 (ko) * | 2017-09-14 | 2020-11-10 | 두산중공업 주식회사 | 가스 터빈용 압축기 로터 디스크 |
FR3085992B1 (fr) | 2018-09-14 | 2020-12-11 | Safran Aircraft Engines | Aube de roue mobile de turbine comportant un pied de forme curviligne |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1719415A (en) * | 1927-09-14 | 1929-07-02 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Turbine-blade attachment |
DE587923C (de) * | 1931-04-05 | 1933-11-11 | Ljungstroms Angturbin Ab | Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufelfuessen |
GB778667A (en) * | 1954-03-29 | 1957-07-10 | Rolls Royce | Improvements in or relating to compressor blade root fixings |
FR1143952A (fr) * | 1955-03-17 | 1957-10-08 | Havilland Engine Co Ltd | Aubes et aubages de compresseurs ou de turbines |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1041269A (en) * | 1910-09-23 | 1912-10-15 | Hans Guyer | Blading for turbines. |
US1793468A (en) * | 1929-05-28 | 1931-02-24 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Turbine blade |
GB1419381A (en) * | 1972-03-09 | 1975-12-31 | Rolls Royce | Fan for gas turbine engines |
US3986793A (en) * | 1974-10-29 | 1976-10-19 | Westinghouse Electric Corporation | Turbine rotating blade |
-
1979
- 1979-11-30 US US06/099,058 patent/US4621979A/en not_active Expired - Lifetime
-
1980
- 1980-01-12 FR FR8025420A patent/FR2471502B1/fr not_active Expired
- 1980-11-13 GB GB8036532A patent/GB2064667B/en not_active Expired
- 1980-11-19 IL IL61521A patent/IL61521A/xx not_active IP Right Cessation
- 1980-11-25 NO NO803544A patent/NO156502C/no unknown
- 1980-11-27 SE SE8008320A patent/SE444028B/sv not_active IP Right Cessation
- 1980-12-01 DE DE19803045224 patent/DE3045224A1/de active Granted
- 1980-12-01 JP JP16944380A patent/JPS57400A/ja active Granted
- 1980-12-01 BE BE0/202994A patent/BE886426A/fr not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1719415A (en) * | 1927-09-14 | 1929-07-02 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Turbine-blade attachment |
DE532308C (de) * | 1927-09-14 | 1931-08-27 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Turbinenschaufelung |
DE587923C (de) * | 1931-04-05 | 1933-11-11 | Ljungstroms Angturbin Ab | Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufelfuessen |
GB778667A (en) * | 1954-03-29 | 1957-07-10 | Rolls Royce | Improvements in or relating to compressor blade root fixings |
FR1143952A (fr) * | 1955-03-17 | 1957-10-08 | Havilland Engine Co Ltd | Aubes et aubages de compresseurs ou de turbines |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4108930A1 (de) * | 1990-03-29 | 1991-10-02 | Gen Electric | Laufschaufel und beschaufelte scheibenvorrichtung fuer ein gasturbinentriebwerk |
US6361274B1 (en) | 1999-08-09 | 2002-03-26 | Alstom (Switzerland) Ltd | Fastening devices for heat-protection shields |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IL61521A0 (en) | 1980-12-31 |
GB2064667B (en) | 1983-09-21 |
BE886426A (fr) | 1981-04-01 |
NO156502C (no) | 1987-10-07 |
NO156502B (no) | 1987-06-22 |
NO803544L (no) | 1981-06-01 |
JPH0141839B2 (de) | 1989-09-07 |
FR2471502B1 (de) | 1986-06-06 |
SE444028B (sv) | 1986-03-17 |
JPS57400A (en) | 1982-01-05 |
SE8008320L (sv) | 1981-05-31 |
FR2471502A1 (de) | 1981-06-19 |
IL61521A (en) | 1984-07-31 |
US4621979A (en) | 1986-11-11 |
DE3045224C2 (de) | 1992-07-09 |
GB2064667A (en) | 1981-06-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3045224A1 (de) | Schaufel fuer turbinenmotoren | |
DE2756684C2 (de) | Verfahren zum Fertigen einer Turbomaschinenschaufel und Strömungsturbomaschine mit derartigen Schaufeln | |
EP2473743B1 (de) | Verdichterlaufschaufel für einen axialverdichter | |
DE69838081T2 (de) | Turbinenschaufel | |
DE69734560T2 (de) | Rotorschaufelpaar und Rotor mit einem solchen Schaufelpaar | |
EP1607573B2 (de) | Verdichterschaufel mit verminderter aerodynamischer Schaufelanregung | |
EP0916812B1 (de) | Endstufe für axialdurchströmte Turbine | |
DE3527122A1 (de) | Schaufel und beschaufelte scheibenbaugruppe fuer ein gasturbinentriebwerk | |
CH701290B1 (de) | Turbinenflügelspitzendeckplatte. | |
DE102008060424A1 (de) | Strömungsmaschine mit Seitenwand-Grenzschicht-Barriere | |
DE102017218886A1 (de) | Schaufel und Rotor für eine Strömungsmaschine sowie Strömungsmaschine | |
EP0825332B1 (de) | Kühlbare Schaufel | |
EP2696031B1 (de) | Schaufel für eine Strömungsmaschine und zugehörige Strömungsmaschine | |
WO2009129786A1 (de) | Nachgeformter strömungspfad einer axialströmungsmaschine zur verringerung von sekundärströmung | |
DE10014198A1 (de) | Beschaufelung mit Dämpfungselementen | |
DE2002348A1 (de) | Turbinenschaufeln von Axialstromturbinen | |
EP1413712A1 (de) | Turbinenschaufel mit Deckband und Dichtrippe | |
DE69728500T2 (de) | Turbomaschinenrotor | |
DE2944987C3 (de) | Laufschaufel für Dampfturbinen | |
CH707664A2 (de) | Turbinenschaufel und Turbinenlaufrad mit einer solchen. | |
EP3056677A1 (de) | Schaufel, Deckband und Strömungsmaschine | |
WO2001071166A1 (de) | Turbinenlaufschaufel | |
EP4239163A1 (de) | Blisk für eine gasturbine | |
EP1163426B1 (de) | Turbomaschinenschaufel | |
DE2601568B2 (de) | Vorrichtung zum Verbinden von Turbinenschaufeln |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition |