EP0520260A1 - Drum rotor for an axial turbine - Google Patents

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EP0520260A1
EP0520260A1 EP92109960A EP92109960A EP0520260A1 EP 0520260 A1 EP0520260 A1 EP 0520260A1 EP 92109960 A EP92109960 A EP 92109960A EP 92109960 A EP92109960 A EP 92109960A EP 0520260 A1 EP0520260 A1 EP 0520260A1
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blade
blades
drum rotor
preliminary
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Hermann Baer
Hans Meyer
Ui-Liem Dr. Nguyen
Peter Novacek
Paul Slepcevic
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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    • 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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
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Abstract

Bei einem Trommelrotor für eine axial durchströmte Turbomaschine sind die Schaufeln mit ihren Füssen (22) in umlaufenden Schaufelnuten (1-13) mit seitlichen Tragzacken befestigt. Stromaufwärts der ersten Schaufelnut (1) ist eine nicht mit Schaufeln bestückte umlaufende Vornut (0) angeordnet. Diese Vornut (0) ist mit axial geteilten Verschlusssegmenten (24) bestückt. <IMAGE>In the case of a drum rotor for an axially flow-through turbomachine, the blades are fastened with their feet (22) in circumferential blade grooves (1-13) with lateral support teeth. Upstream of the first blade groove (1) there is a circumferential preliminary groove (0) which is not equipped with blades. This preliminary groove (0) is equipped with axially divided locking segments (24). <IMAGE>

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft einen Trommelrotor für eine axial durchströmte Turbomaschine, in welchem die Schaufeln mit ihren Füssen reihenweise in umlaufenden Schaufelnuten mit seitlichen Tragzacken befestigt sind.The invention relates to a drum rotor for an axially flow-through turbomachine, in which the blades are fastened in rows with their feet in circumferential blade grooves with lateral support teeth.

Stand der TechnikState of the art

Derartige Schaufelbefestigungen finden sich in der Regel bei Verdichter- und Turbinenrotoren. Bei jeder Rotorumdrehung verändern die umlaufenden Schaufelnuten ihre axiale Dimension infolge der Rotordurchbiegung. Die Dimensionsänderung erfolgt mit einer Amplitude, welche von der jeweiligen Konstruktion abhängt. Überschreitet die Amplitude ein gewisses Mass, so können an den Schaufelfüssen oder an den Rotoreindrehungen Schäden durch Reibermüdung entstehen. Besonders gefährdet sind die entsprechenden Partien der ersten Turbomaschinenstufe bei mehrstufigen Maschinen, da hier die gegenseitige Entlastung durch benachbarte Schaufelnuten nicht gegeben ist. Demzufolge treten in dieser ersten Schaufelnut deutlich grössere relative Verschiebeamplituden auf als in den darauffolgenden Schaufelnuten. Dieser Sachverhalt ist in später zu beschreibenden Fig. 2 und 3 erläutert.Such blade attachments are usually found in compressor and turbine rotors. With every rotor revolution, the rotating blade grooves change their axial dimension due to the rotor deflection. The dimensional change takes place with an amplitude, which depends on the respective construction. If the amplitude exceeds a certain level, damage to the blade roots or rotor rotations can result from frictional fatigue. The corresponding parts of the first turbomachine stage in multi-stage machines are particularly at risk since the mutual relief provided by adjacent blade grooves is not given here. As a result, significantly greater relative displacement amplitudes occur in this first vane groove than in the subsequent vane grooves. This fact is explained in FIGS. 2 and 3 to be described later.

Daneben treten bei Temperaturänderungen, beim Anfahren, bei Laständerungen oder bei betrieblichen Schwankungen in der ersten Schaufelnut starke asymmetrische Verschiebungen auf, die zu lokal überhöhten Flächenpressungen in den Tragzacken der Schaufelfüsse der ersten Laufreihe führen.In addition, strong asymmetrical displacements occur when there are changes in temperature, when starting up, when there is a change in load or when there are operational fluctuations in the first vane groove, which lead to locally excessive surface pressures in the tines of the vane feet in the first row.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Erfindung versucht all diese Nachteile zu vermeiden. Es ihr die Aufgabe zugrunde, bei Rotoren der eingangs genannten Art eine Massnahme zu treffen, bei der die Axialverschiebung und die asymmetrische Deformation der ersten beschaufelten Nut zumindest anähernd auf das entsprechende Mass der zweiten Schaufelnut herabzumindern.The invention tries to avoid all these disadvantages. It is based on the task of taking a measure in the case of rotors of the type mentioned at the beginning in which the axial displacement and the asymmetrical deformation of the first bladed groove are reduced at least approximately to the corresponding dimension of the second blade groove.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass stromaufwärts der für die erste Schaufelreihe vorgesehenen Schaufelnut eine nicht mit Schaufeln bestückte umlaufende Vornut angeordnet ist.This is achieved according to the invention in that a circumferential preliminary groove which is not equipped with blades is arranged upstream of the blade groove provided for the first row of blades.

Es ist zweckmässig, wenn die Vornut mit axial geteilten Verschlusssegmenten bestückt ist. Durch das eigentliche Verschliessen der Vornut wird die Wärmezufuhr, welche zu asymmetrischen Deformationen führen würde, verhindert. Die axiale Teilung der Verschlusssegmente hat den Vorteil, dass ihre beiden Hälften den Relativbewegungen der Tragschultern unbehindert folgen können.It is expedient if the preliminary groove is equipped with axially divided locking segments. The actual closing of the preliminary groove prevents the supply of heat, which would lead to asymmetrical deformations. The axial division of the closure segments has the advantage that their two halves can freely follow the relative movements of the support shoulders.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand des Hochdruckrotors einer axialdurchströmten Dampfturbine schematisch dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically using the high-pressure rotor of an axially flow-through steam turbine.

Es zeigen:

Fig.1
eine teilweise geschnittene Teilansicht eines beschaufelten Trommelrotors;
Fig.2
die eingangs erwähnte, zur Verdeutlichung stark übertriebene Dimensionsänderung einer umlaufenden Nut anlässlich der Rotordurchbiegung;
Fig.3
Ein Schaubild, welches das Mass der resultierenden Durchbiegungs-Amplitude in der jeweiligen Schaufelnut zeigt;
Fig.4
einen Teillängschnitt der bestückten Vornut.
Show it:
Fig. 1
a partial sectional view of a bladed drum rotor;
Fig. 2
the above-mentioned, greatly exaggerated dimensional change of a circumferential groove on the occasion of the rotor deflection;
Fig. 3
A diagram which shows the measure of the resulting deflection amplitude in the respective blade groove;
Fig. 4
a partial longitudinal section of the pre-groove.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise sämtliche nichtrotierenden Teile sowie die Wellenenden mitsamt der Lagerung. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ist mit einem Pfeil bezeichnet.Only the elements essential for understanding the invention are shown. The system does not show, for example, all non-rotating parts and the shaft ends together with the bearing. The direction of flow of the working fluid is indicated by an arrow.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

Gemäss Fig.1 ist der Hochdruckrotor 20 mit dreizehn Laufreihen versehen. Die einzelnen Schaufeln, bestehend aus Schaufelblatt 21 und Schaufelfuss 22, sind in umlaufenden Schaufelnuten eingesetzt, welche dampfeintrittseitig bis dampfaustrittseitig von 1 bis 13 durchnumeriert sind. Strichpunktiert ist die strömungsbegrenzende Kontur 23 des nichtdargestellten Zylinders, welcher die ebenfalls 13 Reihen Leitschaufeln trägt. Die Schaufelfüsse 22 weisen Hammerkopfform auf. Die während des Betriebes auf die Schaufel wirkenden Fliehkräfte und Biegemomente werden mittels Schultern über entsprechend konfigurierte Tragzacken der Schaufelnut in den Rotor geleitet.1, the high-pressure rotor 20 is provided with thirteen rows of runners. The individual blades, consisting of blade 21 and blade root 22, are inserted in circumferential blade grooves, which are numbered from 1 to 13 on the steam inlet side and on the steam outlet side. Dash-dotted is the flow-limiting contour 23 of the cylinder, not shown, which also carries the 13 rows of guide vanes. The blade feet 22 have a hammer head shape. The centrifugal forces and bending moments acting on the blade during operation are guided into the rotor by means of shoulders via appropriately configured support teeth of the blade groove.

In Fig.2 ist anhand eines Rotorauschnitts die Deformation der Schaufelnut gezeigt. Die Masse Ao und Au sind am Übergang zwischen senkrechter und horizontaler Seitenwand der Eindrehung genommen. Dieser Übergang liegt der spannungsmässig am meisten belasteten Stelle des Hammerkopfes gegenüber, weshalb in der Regel der senkrechte und der horizontale Balken des Schaufelfusses mit einer Ausrundung versehen sind.The deformation of the blade groove is shown in FIG. 2 using a rotor cutout. The masses Ao and Au are taken at the transition between the vertical and horizontal side wall of the recess. This transition lies opposite the most stressed point of the hammer head, which is why As a rule, the vertical and horizontal bars of the blade root are rounded.

In Fig.3 ist die Amplitude A als arithmetischer Mittelwert der beiden Distanzen Ao und Au für jede der 13 Schaufelnuten angegeben. Ohne Gegenmassnahme liegt der Wert A1 der Axialverschiebung der ersten Schaufelnut beträchtlich höher als jene der benachbarten Schaufelnuten.3 shows the amplitude A as the arithmetic mean of the two distances Ao and Au for each of the 13 blade grooves. Without countermeasures, the value A1 of the axial displacement of the first blade groove is considerably higher than that of the adjacent blade grooves.

Hier setzt nun die Erfindung ein, welche darin besteht,dass stromaufwärts der ersten Schaufelnut 1 eine nicht mit Schaufeln bestückte, umlaufende Vornut 0 angeordnet ist.This is where the invention comes in, which consists in the fact that an upstream circumferential groove 0, which is not equipped with blades, is arranged upstream of the first blade groove 1.

Die Vornut 0 weist zur ersten Schaufelnut 1 im wesentlichen den gleichen axialen Abstand auf als jener zwischen den beiden ersten Schaufelnuten 1 und 2. Überdies hat sie die gleiche radiale Tiefe als die unmittelbar benachbarte Schaufelnut 1. Durch diese beiden Massnahmen wird erreicht, dass die zwischen der Vornut 1 und der Schaufelnut 1 liegende rotorseitige Materialanhäufung jenem Materialvolumen entspricht, das im Bereich der Rotoroberfläche zwischen erster und zweiter Schaufelnut vorhanden ist und das massgeblichen Einfluss auf die Flankenbewegungen der Schaufelnuten ausübt. Obschon für die Wirkung der Erfindung nicht zwingend, sind gleiche Nuttiefe und gleicher Nutabstand somit die optimalen Werte zum Erzielen einer tiefstmöglichen Axialverschiebung bei einer gegebenen Konstruktion, wie sie durch die Schaufelnuten 1-13 grundsätzlich festgelegt ist.The preliminary groove 0 has essentially the same axial distance from the first vane groove 1 as that between the two first vane grooves 1 and 2. Moreover, it has the same radial depth as the immediately adjacent vane groove 1. These two measures ensure that the between the pre-groove 1 and the blade groove 1 lying on the rotor-side material accumulation corresponds to the material volume that is present in the area of the rotor surface between the first and second blade groove and exerts a significant influence on the flank movements of the blade grooves. Although not essential for the effect of the invention, the same groove depth and the same groove spacing are thus the optimal values for achieving the lowest possible axial displacement for a given construction, as is basically determined by the blade grooves 1-13.

Die Vornut 0 weist schliesslich auch die gleiche Geometrie auf wie die unmittelbar benachbarte Schaufelnut 1, was sich günstig auf die Herstellungskosten auswirkt.Finally, the preliminary groove 0 also has the same geometry as the immediately adjacent blade groove 1, which has a favorable effect on the production costs.

Die Vornut 0 ist gemäss Fig.4 ausgefüllt mit axial geteilten Verschlusssegmenten 24. Diese sogenannten Blindsegmente sind bündig mit der Rotoroberfläche. Die beiden Hälften können anlässlich der nicht zu vermeidenden Axialbewegungen ohne weiteres diesen Relativbewegungen der Tragschultern folgen.The preliminary groove 0 is filled according to FIG. 4 with axially divided closure segments 24. These so-called blind segments are flush with the rotor surface. The two halves can follow these relative movements of the support shoulders on the occasion of the unavoidable axial movements.

Dadurch kann trotz grosser Flankenbewegungen in der Vornut 0 ein schädlicher Reibeffekt vermieden werden.In this way, despite large flank movements in the preliminary groove 0, a harmful friction effect can be avoided.

Die Wirkung der neuen Massnahme ist im Schaubild der Fig.3 ersichtlich. Die relativ grossen Flankenbewegungen mit der Amplitude A0 zeigen sich nunmehr in der Vornut 0 und zwar in der gleichen Grössenordnung, wie sie ohne die Massnahme bisher in der Schaufelnut 1 auftraten. Dort hingegen reduziert sich die Amplitude A1' auf das bei den benachbarten Schaufelnuten übliche Mass.The effect of the new measure can be seen in the diagram in Fig. 3. The relatively large flank movements with the amplitude A0 can now be seen in the preliminary groove 0 and in the same order of magnitude as previously occurred in the blade groove 1 without the measure. There, however, the amplitude A1 'is reduced to the usual size for the adjacent blade grooves.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Grundsätzlich ist von der Geometrie her jede Nutform geeignet, sofern das für die grösstmögliche Wirkung massgebliche optimale Tiefenmass gebührend eingehalten wird. Auch das Ausfüllen respektiv Verschliessen der Nut kann beliebig erfolgen, sofern hierbei das Isolationskriterium berücksichtigt bleibt.Of course, the invention is not limited to the exemplary embodiment shown and described. In principle, any groove shape is suitable in terms of geometry, provided that the optimum depth dimension that is decisive for the greatest possible effect is duly observed. Filling or closing of the groove can also take place as long as the insulation criterion is taken into account.

BezugszeichenlisteReference symbol list

00
VornutVornut
1- 131- 13
SchaufelnutBucket groove
2020th
Rotorrotor
2121
SchaufelblattAirfoil
2222
SchaufelfussBlade root
2323
ZylinderkonturCylinder contour
2424th
VerschlusssegmentLocking segment

Claims (5)

Trommelrotor für eine axial durchströmte Turbomaschine, in welchem die Schaufeln mit ihren Füssen (22) reihenweise in umlaufenden Schaufelnuten (1-13) mit seitlichen Tragzacken befestigt sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass stromaufwärts der für die erste Schaufelreihe vorgesehenen Schaufelnut (1) eine nicht mit Schaufeln bestückte umlaufende Vornut (0) angeordnet ist.Drum rotor for an axially flow-through turbomachine, in which the blades are fastened in rows with their feet (22) in circumferential blade grooves (1-13) with lateral support teeth,
characterized,
that upstream of the blade groove (1) provided for the first row of blades, a circumferential pre-groove (0) which is not equipped with blades is arranged. Trommelrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vornut (0) im wesentlichen die gleiche radiale Tiefe aufweist wie die für die erste Schaufelreihe vorgesehene Schaufelnut (1).Drum rotor according to claim 1, characterized in that
that the preliminary groove (0) has essentially the same radial depth as the blade groove (1) provided for the first row of blades. Trommelrotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vornut (0) im wesentlichen die gleiche Geometrie aufweist wie die für die erste Schaufelreihe vorgesehene Schaufelnut (1).Drum rotor according to claim 2, characterized in
that the preliminary groove (0) has essentially the same geometry as the blade groove (1) provided for the first row of blades. Trommelrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der axiale Abstand der Vornut (0) zur ersten beschaufelten Schaufelnut (1) im wesentlichen der gleiche ist wie der axiale Abstand von der ersten Schaufelnut (1) zur zweiten Schaufelnut (2).Drum rotor according to claim 1, characterized in that
that the axial distance of the preliminary groove (0) to the first bladed blade groove (1) is essentially the same as the axial distance from the first blade groove (1) to the second blade groove (2). Trommelrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vornut (0) mit axial geteilten Verschlusssegmenten (24) bestückt ist.Drum rotor according to claim 1, characterized in that
that the preliminary groove (0) is equipped with axially divided locking segments (24).
EP92109960A 1991-06-28 1992-06-13 Drum rotor for an axial turbine Expired - Lifetime EP0520260B1 (en)

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CH1923/91 1991-06-28

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EP0520260B1 EP0520260B1 (en) 1994-04-13

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DE59200115D1 (en) 1994-05-19
US5232336A (en) 1993-08-03
JPH05187201A (en) 1993-07-27

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