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Die
US Regierung könnte
aufgrund des Auftrags mit der Nummer F33657-97-C-0016, erteilt von dem
US Ministerium der Luftwaffe, bestimmte Rechte an dieser Erfindung
haben.
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinentriebwerke und insbesondere
auf darin vorgesehene Gebläse-
und Kompressorrotorschaufeln.
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In
einem typischen Turbofan-Gasturbinentriebwerk setzt ein mehrstufiger
axialer Kompressor Luft unter Druck, die in einer Brennkammer mit
Treibstoff gemischt und gezündet
wird, um heiße
Verbrennungsgase zu erzeugen, die stromabwärts durch eine Hochdruckturbine
strömen,
die zum Antrieb des Kompressors aus ihnen Energie entnimmt. Ein
Gebläse
(Fan) ist vor dem Kompressor angeordnet und wird von einer Niederdruckturbine
angetrieben, die hinter der Hochdruckturbine platziert ist.
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Die
Gebläse-
und Kompressorstufen enthalten jeweils eine Reihe von um den Umfang
herum benachbarter Rotorschaufeln, die sich von einer Rotorstützscheibe
aus radial nach außen
erstrecken. Jede Schaufel enthält
ein Schaufelblatt, an dem die unter Druck gesetzte Luft vorbeiströmt, und
eine Plattform an dem Fuß des
Schaufelblattes, die die radial innere Begrenzung für die Luftströmung definiert.
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Die
Laufschaufeln sind typischerweise lösbar und enthalten deswegen
einen passenden Schwalbenschwanz, der konfiguriert ist, um mit einem
komplementären
Schwalbenschwanzschlitz in dem Umfang der Rotorscheibe in Eingriff
zu kommen. Die Schwalbenschwänze
können
entweder Schwalben schwänze
zur axialen Einführung
oder in Umfangsrichtung bzw. radial einführbare Schwalbenschwänze sein,
die mit entsprechenden Axial- oder Umfangsschlitzen in Eingriff
kommen. Ein typischer Schwalbenschwanz enthält einen Hals mit minimaler Querschnittsfläche, der
sich radial nach innen von der Unterseite der Schaufelplattform
aus integral erstreckt und der dann nach außen in ein Paar gegenüberliegender
Ausbuchtungen oder Absätze
auseinander läuft.
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Bei
axialen Schwalbenschwänzen,
enthält die
Rotorscheibe mehrere um den Umfang herum sich im Abstand zueinander
befindende, axial erstreckende Schwalbenschwanzschlitze, die um
den Umfang herum zwischen zugehörigen
Scheibenpfosten definiert sind. Die axialen Schlitze und Scheibenpfosten
erstrecken sich über
die gesamte axiale Dicke der Scheibe zwischen ihrer axial vorderen
und hinteren Fläche.
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Bei
einem in Umfangsrichtung verlaufenden Schwalbenschwanz erstreckt
sich ein einzelner Schwalbenschwanzschlitz in Umfangsrichtung um den
gesamten Umfang der Scheibe herum und axial zwischen einem vorderen
und einem hinteren fortlaufenden Pfosten. Der umlaufende Schlitz
ist lokal an einer Stelle vergrößert, um
den einzelnen umlaufenden Schwalbenschwänzen zu ermöglichen, zuerst radial in diesen
eingeführt
und dann in Umfangsrichtung entlang des Schwalbenschwanzschlitzes
neu positioniert zu werden, bis der gesamte Schlitz mit einer vollständigen Reihe
von Laufschaufeln gefüllt
ist.
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Bei
beiden Schwalbenschwanztypen enthalten die zugehörigen Scheibenpfosten komplementäre Ausbuchtungen
oder Absätze,
die mit den Schwalbenschwanzausbuchtungen zusammen arbeiten, um während des
Betriebs die einzelnen Schaufeln entgegen der Zentrifugalkraft radial
zurückzuhalten. Jede
Schwalbenschwanzausbuchtung enthält
eine radial nach außen
gerichtete äußere Druckfläche oder
Stirnseite, die mit einer entsprechenden radial nach innen gerichteten
Druckfläche
oder Stirnseite der Scheibenpfosten in Eingriff steht. Wenn während der
Rotation durch die Schaufel eine zentrifugale Belastung erzeugt
wird, wird sie radial nach außen
von den Schwalbenschwanzausbuchtungen in die zugehörigen Scheibenpfosten
an ihren in Eingriff stehenden äußeren und
inneren Druckseiten und dann radial nach innen durch die Scheibe übertragen.
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Da
die Schwalbenschwanzhälse
eine minimale Querschnittsfläche
zwischen den Schaufelplattformen und den Schwalbenschwänzen selbst
aufweisen, erfahren die Hälse
eine maximale zentrifugale Belastung, die zur Sicherstellung einer
adäquaten Schaufellebensdauer
begrenzt sein muss. Eine typische Verdichterschaufel ist für eine unbegrenzte
Lebensdauer entworfen, was entsprechend passend große Schwalbenschwänze und
Hälse an
dieser erforderlich macht, um eine zentrifugale Belastung aufzunehmen,
die in geeigneter Weise unter den Festigkeitsgrenzen des Schaufelmaterials
liegt.
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Im
Gegensatz hierzu haben die Rotorscheiben eine begrenzte Nutzungsdauer,
da sie stärkeren Spannungen
unterworfen sind als die Schaufeln, die sie halten. Da sich axial
erstreckende Schwalbenschwanzschlitze in einer äußeren Scheibenbegrenzung diese
Begrenzung entlang ihres Umfangs unterbrechen, reagiert eine Rotorscheibe
zur axialen Einführung
auf zentrifugale Lasten auf eine andere Art und Weise als diejenige
von Rotorscheiben zur umfangsseitigen bzw. radialen Einführung, in
denen die zwei zugehörigen Scheibenpfosten
vollständige umlaufende
Ringe oder Bänder
bilden, die eine entsprechend hohe Ringstärke aufweisen.
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Bei
einer Art von Turbofan-Flugzeuggasturbinentriebwerken, die in dem
vorherigen Jahrzehnt in kommerziellen Dienst eintrat, hat erst die
Erfahrung aus deren halber Lebensdauer Risse aufgrund von Belastung
bei hoher Lastspielzeit in einer statistisch kleinen, dennoch signifikanten
Anzahl von axialen Schwalbenschwänzen
und deren Rotorscheiben zu Tage gefördert. Dies ist unerwünscht, da
ein bei einer periodischen Wartungsinspektion festgestellter Riss in
einem einzigen Schwalbenschwanz den Ersatz eines vollen Satzes von
oder Laufschaufeln oder, falls der Riss stattdessen in der Rotorscheibe
gefunden wird, ihren Ersatz erforderlich macht.
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Um
die Lebensdauer von Rotorscheiben für axiale Schwalbenschwänze bei
einer Belastung mit hoher Lastspielzahl zu verbessern, wurde für den vorliegenden
Anmelder in dem US-Patent 5,141,401 – Juenger et al. eine Verbesserung
in den axialen Schwalbenschwanzschlitzen patentiert.
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Obwohl
dieselbe Art eines Triebwerks sowohl axial einführbare als auch radial einführbare Schwalbenschwänze enthält, wurden
bei Inspektionen nach der halben Lebensdauer in den zuletzt genannten
aufgrund der unterschiedlichen und stärkeren Bauweise der radial
einführbaren
Schwalbenschwänze
und der für
diese bereitgestellten Schlitze keine Risse beobachtet. Die weitere
Nutzung derselben Triebwerke bis in das derzeitige Jahrzehnt hinein hat
nun ein erneut statistisch kleines Aufkommen von Rissbildungen bei
sehr hohen Lastspielzahlen oder Lebensdauern in radial einführbaren
Schwalbenschwänzen
aufgedeckt.
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Eine
Analyse hat ergeben, dass eine lokal hohe Spannung sowohl an dem
radial äußeren als auch
an dem radial inneren Kontaktrand zwischen dem Schwalbenschwanz
und Pfostendruckseiten, durch die die Schaufellasten abgeführt werden,
auftritt. Ferner wird das Belastungsfeld durch sehr kleine Radien
aufweisende Kehlen in dieser Region auf die Nähe der Kontaktränder konzentriert.
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Bekannte
Anordnungen zum Abbau von Spannungen in in Kontakt stehenden Turbinenteilen sind
in DE-A-19728085 und GB-A-280,221 beschrieben.
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Folglich
ist es erwünscht,
eine verbesserte Rotorlaufschaufel und mit dieser zusammenwirkende Rotorscheibe
zur Reduktion der Belastung des Kontaktrandes zu schaffen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind in Übereinstimmung
mit den beigefügten
Ansprüchen eine
Rotorlaufschaufel, eine Rotorscheibe und eine Kombination von Laufschaufel
und Scheibe geschaffen. In einer Ausführungsform ist eine Rotorlaufschaufel
mit einem Schwalbenschwanz in einem komplementären Schlitz in einer Rotorscheibe
mit entsprechenden radial in Eingriff befindlichen äußeren und
inneren Druckseiten montiert. Zur Reduktion der Steifigkeit an Kontakträndern zwischen
den Druckseiten, um somit eine dort auftretende Spitzenspannung
zu reduzieren, sind Entspannungsnuten vorgesehen.
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Die
Erfindung gemäß bevorzugter
und beispielhafter Ausführungsformen,
zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen von dieser, ist genauer anhand
der folgenden de taillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
beschrieben:
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1 zeigt
eine isometrische Aussicht eines Abschnitts einer Gasturbinentriebwerksgebläse- oder
-kompressorrotorscheibe, die gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Aufnahme von axial einführbaren
Rotorlaufschaufeln mehrere axiale Schwalbenschwanzschlitze aufweist.
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2 zeigt
eine vergrößerte perspektivische Aussicht
durch einen der Schwalbenschwänze
in der in 1 dargestellten Lagerscheibe.
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3 zeigt
eine stärker
vergrößerte Aussicht
einer der Schwalbenschwanzausbuchtungen und benachbarter Scheibenpfostenausbuchtung
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist
ein Teil eines Gebläses
oder Kompressors 10 eines Gasturbinentriebwerks, wie z.B.
eines Turbofan-Triebwerks
zum Antreiben eines Flugzeugs im Flug dargestellt. Der Kompressor
weist eine Rotorscheibe 12 mit mehreren in Umfangsrichtung
umlaufend voneinander im Abstand angeordneten Schwalbenschwanzschlitzen 14 auf,
die in deren Umfang vorgesehen sind.
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Mehrere
in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Rotorlaufschaufeln 16 sind
in den entsprechenden Scheibenschlitzen lösbar montiert 14. Jede
Laufschaufel 16 weist ein Schaufelblatt 18 auf, über dem
während
des Betriebs Luft 20 geleitet wird, um unter Druck gesetzt
zu werden. Eine zugehörige Plattform 22,
die die radial innere Begrenzung des Strömungspfads für die zu
komprimierende Luft 20 bildet, ist integral, in einem Stück mit dem
Fuß des Schaufelblattes
verbunden.
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Jede
Laufschaufel 16 weist ferner einen axial einführbaren
Schwalbenschwanz 24 auf, der integral, in einem Stück mit der
Plattform 22 verbunden ist und der sich von dieser aus
radial nach innen erstreckt. Jeder Schwalbenschwanz 24 weist
einen Hals 26 mit minimalem radialen Querschnittsbereich
auf, der sich in Umfangsrichtung zwischen einem Paar von Schwalbenschwanzabsätzen oder
-ausbuchtungen 28, 30 erstreckt und der eingerichtet
ist, um zur radialen Halterung der einzelnen Laufschaufeln 18 an dem
Scheibenumfang mit dem Scheibenschlitz 14 in Eingriff zu
stehen.
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Die
Scheibenschlitze 14 sind zwischen entsprechenden Scheibenpfosten 32 gebildet.
Jeder Scheibenpfosten weist einen ersten Scheibenabsatz oder eine
erste Scheibenausbuchtung 34 auf, die radial nach innen
gerichtet ist, um mit einer ersten Schwalbenschwanzausbuchtung 28 in
Eingriff zu stehen. In ähnlicher
Weise weist jeder Scheibenpfosten auch einen in Umfangsrichtung
gegenüberliegenden zweiten
Absatz oder eine zweite Ausbuchtung 36 auf, die mit der
zugehörigen
zweiten Schwalbenschwanzausbuchtung 30 in Eingriff steht.
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Wie
genauer in 2 dargestellt, weisen die Schwalbenschwanzausbuchtungen 28, 30 eine
radial äußere erste
und zweite Druckfläche 38, 40 auf, die
radial nach außen
gerichtet sind, um mit einer zugehörigen radial inneren ersten
und zweiten Druckfläche 42, 44,
in Eingriff zu stehen, die von den den Scheibenschlitz 14 definierenden
entspre chenden Scheibenausbuchtungen 34, 36 radial
nach innen gerichtet sind.
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Die äußeren und
inneren Druckflächen
sind im Wesentlichen gerade und erstrecken sich in Axialrichtung
entlang der vollen Breite des Schwalbenschwanzes 24 und
der Scheibenpfosten 32 und laufen radial nach außen gerichtet
an gegenüberliegenden
Seiten des Schwalbenschwanzes in einer herkömmlichen Weise zusammen, um
den Schwalbenschwanz in dem Scheibenschlitz radial zu haltern. Die
Kontaktfläche
zwischen den Druckflächen
ist konventionell gewählt,
um Zentrifugalkräfte
F, die während
des Drehbetriebs radial nach innen durch die einzelnen Schwalbenschwänze und
die benachbarten Scheibenpfosten 32 hindurch in die Scheibe 12 selbst
hinein führend
hervorgerufen werden, innerhalb geeigneter Spannungsgrenzen aufzunehmen,
um eine geeignete nutzbare Lebensdauer sowohl der Laufschaufeln
als auch der Scheibe sicherzustellen.
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Wie
in 3 detaillierter gezeigt, ist, wenn die Schaufeln
mit der Scheibe rotieren, die Zentrifugalkraft F radial nach außen gerichtet,
wobei ihr radial nach innen gerichtete gleiche und entgegengesetzte
Reaktionskräfte,
die ebenfalls mit F bezeichnet sind, entgegenwirken. Die gesamte
Schaufelkraft, einschließlich
der Zentrifugalkraft und der aerodynamischer Lasten, wird durch
die einzelnen Schaufelschwalbenschwänze 24 quer durch
die Druckflächen
in die Scheibenpfosten und radial nach innen übertragen.
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Da
der Schwalbenschwanzhals 26 eine minimale Querschnittsfläche aufweist,
wird er während des
Betriebs typischerweise stark beansprucht. Und in ähnlicher
Weise weist jeder der Scheibenpfosten einen zugehörigen Hals
mit mini maler Fläche
auf, der während
des Betriebs ebenfalls relativ hohen Spannungen ausgesetzt ist.
Diese hohen Spannungen sind durch Vorsehen entsprechender Kehlen
auf gegenüberliegenden
Seiten der Hälse
begrenzt, deren Radien in Anbetracht der begrenzten geometrischen Einhüllenden
für deren
Definition so groß wie
praktisch möglich
sind.
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Die
Scheibenausbuchtungen 34, 36 stehen mit den Schwalbenschwanzausbuchtungen 38, 40 über die
zugehörigen
Druckflächen
in Eingriff, die an radial äußeren und
inneren Kontakträndern 46, 45 enden,
die sich axial über
die gesamte Breite der Schwalbenschwänze erstrecken. Der in 3 dargestellte äußere Kontaktrand 46 ist
geringfügig
weiter innen in Bezug auf den Schwalbenschwanzhals 26 angeordnet,
während
der innere Kontaktrand 45 von den entsprechenden Hälsen 45 der
Scheibenpfosten etwas nach außen
versetzt angeordnet ist. Zur Maximierung der verfügbaren Fläche zum
Zwecke der Aufnahme der Lasten bei gleichzeitiger Reduktion von
Spannungskonzentration an diesen laufen an den äußeren und inneren Kontakträndern die
entsprechenden Schwalbenschwanz- und Pfostenausbuchtungen seicht
auseinander.
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Wie
jedoch oben angedeutet, hat eine Analyse ergeben, dass bei herkömmlichen
Schwalbenschwanz- und Scheibenpfostenbauarten eine lokal hohe Kontaktspannung
sowohl an dem äußeren als auch
an dem inneren Kontaktrand auftritt. Die Kontaktspannungsverteilung
vermindert sich von lokalen Spitzenwerten an den Kontakträndern zu
einem wesentlich reduzierten Wert über dem Großteil der Druckflächen, die
sich in Radialrichtung zwischen den zugehörigen Kontakträndern befinden.
Die Spannungsverteilung entspricht unmittelbar dem Paradefall eines
Klotzes auf einer flachen Oberfläche. Die
unteren Ecken des Klotzes bewirken eine lokal hohe Kon taktspannung
in der flachen Oberfläche,
die wesentlich größer ist
als die nominale Spannung über
dieser Oberfläche.
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Es
sind Mittel vorgesehen, um die Steifigkeit an den Kontakträndern 45, 46 zu
reduzieren, um somit die an ihnen auftretende Spitzenspannung zu
reduzieren. In der in den 1–3 dargestellten
bevorzugten Ausführungsform
sind die die Steifigkeit reduzierenden Mittel in Form von Entspannungsnuten 48, 50 vorgesehen,
die von den entsprechenden Kontakträndern 46 beabstandet
in zumindest entweder den Schwalbenschwänzen 24 und/oder der Scheibe 12 angeordnet
ist.
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Wie
zuerst in 2 gezeigt, weist jeder der Schwalbenschwänze 24 ein
entsprechendes Paar von radial inneren oder innen befindlichen Entspannungsnuten 48 auf,
die innerhalb der entsprechenden inneren Kontaktränder 45 in
entsprechenden ersten bzw. zweiten Ausbuchtungen 28, 30 angeordnet
sind. Die inneren Entspannungsnuten 48 in den Schwalbenschwänzen erstrecken
sich über
deren gesamte axiale Breite hinweg.
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In ähnlicher
Weise kann jeder der Scheibenpfosten 32 ein Paar von radial äußeren Entspannungsnuten 50 aufweisen,
die in den Pfostenausbuchtungen 34, 36 radial
nach außen
versetzt oder außerhalb
von den äußeren Kontakträndern 46 angeordnet
sind. Die äußeren Entspannungsnuten 50 erstrecken
sich in ähnlicher
Weise über
die gesamte axiale Weite der Scheibenpfosten auf gegenüberliegenden
Seiten jedes Schwalbenschwanzes 24, der in dem Scheibenschlitz
gehalten ist.
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Wie
in 3 gezeigt, sind die inneren Nuten 48 radial
unterhalb der inneren Kontaktränder 45 oder
unter ihnen liegend angeordnet, um die Steifigkeit unter ihnen zu
reduzieren und die Elastizität
zu erhöhen.
In ähnlicher
Weise sind die äußeren Nuten 50 radial
oberhalb der äußeren Kontaktränder 46 oder
darüber
angeordnet, um die Steifigkeit über
ihnen zu reduzieren und die Nachgiebigkeit zu erhöhen.
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Die
Entspannungsnuten könnten
irgendeine geeignete Tiefe aufweisen und sind bevorzugt unterhalb
der äußeren Druckflächen 38, 40 in
einem Abstand zu diesen angeordnet, um entsprechende innere Lippen 52 zu
definieren, die unterhalb der inneren Kontaktränder 45 freitragend
angeordnet sind. In ähnlicher
Weise sind die äußeren Nuten 50 oberhalb der
inneren Druckseiten 42, 44 im Abstand zu diesen vorgesehen,
um entsprechende äußere Lippen 54 zu bilden,
die oberhalb der äußeren Kontaktränder 46 freitragend
angeordnet sind.
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Auf
diese Weise haben die Nuten 48, 50 eine ausreichende
Tiefe in dem Schwalbenschwanz und den Scheibenpfosten, um die Steifigkeit
an den definierten Lippen 52, 54 zu reduzieren
und ermöglichen somit
ein nachgiebiges Durchbiegen von diesen, wenn die Zentrifugalkräfte von
den Schwalbenschwänzen
zu den Scheibenpfosten übertragen
werden. Entsprechend vermindern die nachgiebigen Lippen 52, 54 im
Vergleich zu den herkömmlichen
Bauarten ohne die Entspannungsnuten in wesentlichem Maße die lokale
Spannungsspitze an den äußeren und
inneren Kontakträndern 46.
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Die
Entspannungsnuten 48, 50 selbst bedingen Spannungskonzentrationen
an diesen, da sie lokale Unstetigkeiten in dem Metallausgangsmaterial einführen. Spannungskon zentrationen
sind konventionell durch ihre Krümmungsradien
definiert, wobei kleine Radien eine höhere Spannungskonzentration haben
als größere Radien.
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Angesichts
des begrenzten geometrischen Materials, das durch die Schwalbenschwänze und die
Scheibenpfosten bedingt ist, sind die Größen der die entsprechenden
Nuten 48, 50 definierenden Radien begrenzt. Die
Spannungsspitzenreduktion an den Kontakträndern 45, 46 geht
notwendigerweise mit einer Spannungserhöhung an anderen Stellen einher.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung reduzieren die Entspannungsnuten 48, 50 die
Spannungsspitze in der engen oder lokalen Region um jeden der Kontaktränder 45, 46 signifikant,
indem sie entsprechend die Spannung über dem Rest der Druckflächen 38, 42 erhöhen. Da
diese Druckflächen
im Vergleich zu den Kontaktlinien oder -rändern 45, 46 eine
wesentlich größere Fläche aufweisen,
ist die an ihnen auftretende Spannungserhöhung wesentlich geringer als
die große
Reduktion der Spitzenspannung an den Kontakträndern selbst.
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Da
die Entspannungsnuten 48, 50 selbst Spannungskonzentrationen
bedingen, sind sie vorzugsweise von dem primären oder direkten Lastpfad oder
der Belastungsübertragung
der Zentrifugalkraft von der Laufschaufel durch die Scheibe getrennt.
Da die Zentrifugalkraft radial nach innen durch den Schwalbenschwanzhals 26 und
die zugehörigen Schwalbenschwanzausbuchtungen 28, 30 in
die Schwalbenschwanzausbuchtungen 34, 36 und durch den
Pfostenhals hindurch übertragen
wird, sind die Entspannungsnuten positioniert, um den direkten Belastungsweg
zu vermeiden.
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Wie
in 2 veranschaulicht, liegen die Schwalbenschwanznuten 48 vorzugsweise
lediglich unter den inneren Kontakträndern 45, wobei die äußeren Kontaktränder 46 in
dem Schwalbenschwanz ohne jegliche Entspannungsnuten oder eine Unstetigkeit
in der sanft bogenförmigen Übergangskehle des
Schwalbenschwanzhalses 26 versehen sind.
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In ähnlicher
Weise liegen die Entspannungsnuten 50 ausschließlich über den äußeren Kontakträndern 46 in
den Schwalbenschwanzpfosten, wobei die neben den inneren Kontakträndern 45 liegenden Schwalbenschwanzpfosten
zur Beibehaltung der seichten und ununterbrochenen Übergangskehle
an den Scheibenpfostenhälsen
ohne Entspannungsnuten ausgebildet sind.
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In
der in 3 dargestellten beispielhaften Ausführungsform
erstrecken sich die inneren Nuten 48 im Wesentlichen parallel
zu den entsprechenden Nuten in den äußeren Druckflächen 38 mit
einer ausreichenden Tiefe, um die Steifigkeit an den entsprechenden
inneren Lippen 52 zu reduzieren. Ähnlich erstrecken sich die äußeren Nuten 50 im
Wesentlichen parallel zu den entsprechenden Nuten in den inneren
Druckflächen 42,
um zur Reduktion der Kontaktrandspannungen genügend Elastizität in den äußeren Lippen 54 zu ergeben.
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Auf
diese Weise sind die Nuten 48 von den äußeren Druckflächen 38, 40 des
Schwalbenschwanzes 24 radial weiter innen angeordnet und sind
durch die Druckflächen
von dem direkten Lastpfad entfernt oder getrennt. Ferner ist, da
das untere Ende des Schwalbenschwanzes 24 von den durch den
Schwalbenschwanz übertragenen
zentrifugalen Belastungen der Schaufel entlastet ist, dieses lediglich
der eigenen durch die Zentrifugalwirkung erzeugten Kraft ausgesetzt.
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Entsprechend
unterwirft die während
des Betriebs erzeugte Zentrifugalkraft an der Unterseite des Schwalbenschwanzes,
unterhalb der inneren Nuten 48, diese innere Nuten einer
Druckbelastung. Zur Erhöhung
der Schaufellebensdauer wird das Unterwerfen einer Spannungskonzentration,
z.B. der inneren Nuten 48, einer Druckbelastung gegenüber einem
Aussetzen derselben Nuten einer Zugbelastung bevorzugt.
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In ähnlicher
Weise ist der äußere Teil
der Scheibenpfosten radial oberhalb der entsprechenden Flächen 42, 44 von
dem direkten Lastpfad der Zentrifugalkräfte durch die Druckflächen getrennt.
Die äußeren Nuten 50 sind
deshalb von dem primären
Belastungsweg getrennt und sind Druckbelastungen ausgesetzt, die
auf die in den Scheibenpfosten wirkende Zentrifugalkraft zurückzuführen sind,
die den nachteiligen Effekt der an ihnen erzeugten Spannungskonzentrationen
minimiert, was gegenüber dem
Aussetzen der inneren Nuten 50 den Zugzentrifugalkräften bevorzugt
wird.
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Die
vorstehend beschriebenen Entspannungsnuten in den bevorzugten Ausführungsformen können ausschließlich in
den Schwalbenschwänzen 24,
ausschließlich
in den Scheibenpfosten 32 oder, wenn erwünscht, in
beiden verwendet werden. Die spezielle Größe und Ausgestaltung der Entspannungsnuten 48, 50 kann
für jede
besondere Bauartanwendung zur geeigneten Reduktion der lokalen Spannungsspitzen
an den Kontakträndern
bestimmt werden, ohne die Spannung an anderen Stellen übermäßig zu erhöhen.
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3 veranschaulicht
in durchgezogener Linie und in gestrichelter Linie das ursprüngliche,
unveränderte
Profil des Schwalbenschwanzes und des Scheibenpfostens, das durch
die Einführung
der Nuten 48, 50 in ihm entsprechend modifiziert
ist. Zur Übertragung
der Schaufelbelastungen in die Scheibe hinein, bleibt die Oberfläche der
in Eingriff stehenden Druckflächen
in beiden Bauarten gleich. Die Entspannungsnuten werden, nur soweit
notwendig, zur Reduktion der Kontaktrandspannungsspitzen eingeführt, mit
der Begleiterscheinung einer Erhöhung
der nominalen Spannung an einer davon entfernten Stelle. Für eine bestimmte
Schwalbenschwanz- und Scheibenpfostenbauart kann eine erhöhte Lebensdauer
für diese
durch die einfache Einführung
der Entspannungsnuten 48, 50 an den bevorzugten
Orten erzielt werden.