EP0707136A1 - Trommelrotor für eine axial durchströmte Turbomaschine - Google Patents

Trommelrotor für eine axial durchströmte Turbomaschine Download PDF

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EP0707136A1
EP0707136A1 EP95810615A EP95810615A EP0707136A1 EP 0707136 A1 EP0707136 A1 EP 0707136A1 EP 95810615 A EP95810615 A EP 95810615A EP 95810615 A EP95810615 A EP 95810615A EP 0707136 A1 EP0707136 A1 EP 0707136A1
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EP
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radii
blade
groove
points
blade groove
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EP95810615A
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Flemming Christensen
Uy-Liem Dr. Nguyen
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ABB AG Germany
Original Assignee
ABB Management AG
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Publication date
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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
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3023—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses
    • F01D5/303—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot
    • F01D5/3038—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot the slot having inwardly directed abutment faces on both sides

Definitions

  • the invention relates to a drum rotor for an axially flowed through turbomachine, in which the blades are fastened in rows with their feet in circumferential blade grooves with lateral support teeth.
  • Such drum rotors are known from EP 0 520 260 B1.
  • the rotating blade grooves change their axial dimension with each rotor revolution.
  • the resulting alternating voltages can damage the rotor rotations.
  • strong asymmetrical displacements can occur with temperature changes, for example with operational fluctuations in the first blade groove.
  • an unpopulated, circumferential pre-groove is usually arranged in front of the first blade groove.
  • this preliminary groove weakens the drum rotor and disrupts the flow of the working fluid.
  • the lead groove is therefore mostly with Lock segments equipped.
  • the pre-groove and the locking segments generate additional work in production and assembly, as well as additional material consumption.
  • the object of the invention is to avoid axial displacements and asymmetrical deformations of the first vane groove in a drum rotor of the type mentioned at the outset by means of a geometric shape of the vane groove calculated using the finite element method.
  • this is achieved in that at least the first blade groove on the working medium inlet side is formed axially asymmetrically by a plurality of radii, the preceding radius being larger than the following radius and the circular arcs formed by the radii having a common tangent at their points of contact.
  • the advantages of the invention can be seen, inter alia, in the fact that the rotor properties remain unchanged.
  • the flow of the work equipment is not affected.
  • the blade groove can be manufactured without significant additional effort and all conventional parts, such as moving blades, can be used without adjustments.
  • the further blade grooves are shaped asymmetrically in accordance with the first blade groove in order to avoid axial displacements and asymmetrical deformations in them as well.
  • FIG. 1 shows the first three rows of a high-pressure rotor 1.
  • the individual blades consisting of blade 2 and blade root 3, are inserted in peripheral blade grooves 10, 11 and 12.
  • the blade groove 10 is on the steam inlet side, the blade groove 12 on the steam outlet side.
  • the flow-limiting contour 4 of the cylinder, not shown, is indicated by dash-dotted lines.
  • Fig. 2 shows the hammer head shape of the blade root 3 in detail. The forces that occur during operation are introduced into the rotor 1 by way of carrying tines 5 of the blade groove 10.
  • the previous groove contour 6 is shown in dashed lines on the steam inlet side.
  • the previous groove contour is retained on the steam outlet side.
  • the asymmetrical shape of the blade groove 10 is described by a plurality of successive radii R1, R2, R3 and R4.
  • the radius R1 is larger than R2, R2 is larger than R3 and R3 is larger than R4.
  • Points A, B, C, D and E are defined on the contour of the part of the blade groove 10 which is described by the radii R1 to R4. These points divide the contour on the steam inlet side into circular arcs 21, 22, 23 and 24 described by the radii R1 to R4.
  • Circular arc 21 goes from point A to point B
  • circular arc 22 goes from point B to point C, and so on.
  • the points AE are locations of common tangents of the partial curves touching each other there.
  • a straight line T through the point C is a tangent to the circular arc 22 described by the radius R2
  • the straight line T is also a tangent to the circular arc 23 described by the radius R3.
  • the centers of the circular arcs 22 and 23 are perpendicular to the tangent T through point C. The same applies to the centers of the other arcs.
  • the groove is returned to the previous groove contour by an essentially arbitrarily shaped curve 25 at point F.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Bei einem Trommelrotor (1) für eine axial durchströmte Turbomaschine sind die Schaufeln mit ihren Füssen (3) reihenweise in umlaufenden Schaufelnuten (10) mit seitlichen Tragzacken befestigt. Mindestens die erste Schaufelnut (10) ist arbeitsmitteleintrittseitig, axial asymmetrisch durch mehrere Radien (R1-R4) ausgeformt. Der vorangehende Radius (R1) ist jeweils grösser als der nachfolgende Radius (R2) und die durch die Radien (R1-R4) gebildeten Kreisbögen (21-24) besitzen an ihren Berührungspunkten eine gemeinsame Tangente (T).

Description

    Technisches Gebiet
  • 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.
    • Stand der Technik
  • Derartige Trommelrotoren sind bekannt aus EP 0 520 260 B1. Infolge der Rotordurchbiegung verändern die umlaufenden Schaufelnuten bei jeder Rotorumdrehung ihre axiale Dimension. Durch die dabei entstehenden wechselnden Spannungen können an den Rotoreindrehungen Schäden entstehen. Daneben können bei Temperaturänderungen, beispielsweise bei betrieblichen Schwankungen in der ersten Schaufelnut starke asymmetrische Verschiebungen auftreten. Um Beschädigungen zu vermeiden, wird üblicherweise vor der ersten Schaufelnut eine unbestückte, umlaufende Vornut angeordnet. Diese Vornut schwächt jedoch den Trommelrotor und stört den Fluss des Arbeitsmittels. Die Vornut wird deshalb meistens mit Verschlusssegmenten bestückt. Die Vornut und die Verschlusssegmente erzeugen einen Mehraufwand an Arbeit bei der Produktion und der Montage, sowie einen zusätzlichen Materialverbrauch.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Trommelrotor der eingangs genannten Art Axialverschiebungen und asymmetrische Deformationen der ersten Schaufelnut durch eine mit Hilfe der Methode der finiten Elemente berechnete geometrische Ausformung der Schaufelnut zu vermeiden.
  • Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass mindestens die erste Schaufelnut arbeitsmitteleintrittseitig, axial asymmetrisch durch mehrere Radien ausgeformt ist, wobei der vorangehende Radius jeweils grösser als der nachfolgende Radius ist und die durch die Radien gebildeten Kreisbögen an ihren Berührungspunkten eine gemeinsame Tangente besitzen.
  • Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass die Rotoreigenschaften unverändert bleiben. Die Strömung des Arbeitsmittels wird nicht beeinflusst. Die Schaufelnut kann ohne wesentlichen Mehraufwand gefertigt und alle herkömmlichen Teile, wie Laufschaufeln können ohne Anpassungen verwendet werden.
  • Es ist besonders zweckmässig, wenn die weiteren Schaufelnuten entsprechend der ersten Schaufelnut asymmetrisch ausgeformt werden, um auch in ihnen Axialverschiebungen und asymmetrische Deformationen zu vermeiden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer axial durchströmten Dampfturbine schematisch dargestellt.
    Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Teillängsschnitt eines beschaufelten Trommelrotors;
    • Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt des Details II aus Fig.1.
  • Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise sämtliche nichtrotierenden Teile. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ist mit einem Pfeil bezeichnet.
    • Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt die ersten drei Laufreihen eines Hochdruckrotors 1. Die einzelnen Schaufeln, bestehend aus Schaufelblatt 2 und Schaufelfuss 3, sind in umlaufenden Schaufelnuten 10, 11 und 12 eingesetzt. Die Schaufelnut 10 liegt dabei dampfeintrittseitig, die Schaufelnut 12 dampfaustrittseitig. Die strömungsbegrenzende Kontur 4 des nicht dargestellten Zylinders ist strichpunktiert angegeben.
  • Fig. 2 zeigt die Hammerkopfform des Schaufelfusses 3 im Detail. Die beim Betrieb auftretenden Kräfte werden über Tragezacken 5 der Schaufelnut 10 in den Rotor 1 eingeleitet.
  • Dampfeintrittseitig ist die bisherige Nutkontur 6 gestrichelt dargestellt. Dampfaustrittseitig wird die bisherige Nutkontur beibehalten.
    Die asymmetrische Form der Schaufelnut 10 wird durch mehrere, aufeinanderfolgende Radien R1, R2, R3 und R4 beschrieben. Der Radius R1 ist grösser als R2, R2 ist grösser als R3 und R3 ist grösser als R4. Auf der Kontur des Teiles der Schaufelnut 10, der durch die Radien R1 bis R4 beschrieben wird, sind Punkte A, B, C, D und E definiert. Diese Punkte unterteilen die dampfeintrittseitige Kontur in durch die Radien R1 bis R4 beschriebene Kreisbögen 21, 22, 23 und 24. Kreisbogen 21 geht dabei von Punkt A zu Punkt B, Kreisbogen 22 geht von Punkt B zu Punkt C, und so weiter. Die Punkte A-E sind jeweils Orte von gemeinsamen Tangenten der sich dort berührenden Teilkurven. So sei eine Gerade T durch den Punkt C eine Tangente des durch den Radius R2 beschriebenen Kreisbogens 22, dann ist die Gerade T auch Tangente des durch den Radius R3 beschriebenen Kreisbogens 23. Daraus folgt, dass die Mittelpunkte der Kreisbögen 22 und 23 auf einer senkrechten zur Tangenten T durch den Punkt C liegen. Entsprechendes gilt für die Mittelpunkte der weiteren Kreisbögen. Vom Punkt E aus wird die Nut durch eine im wesentlichen beliebig geformte Kurve 25 im Punkt F in die bisherige Nutkontur zurückgeführt.
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Anzahl und Grösse der zur Beschreibung der asymmetrischen Nut verwendeten Radien muss den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rotor
    2
    Schaufelblatt
    3
    Schaufelfuss
    4
    Zylinderkontur
    5
    Trage zacken
    6
    bisherige Nutkontur
    10
    erste Schaufelnut
    11
    zweite Schaufelnut
    12
    dritte Schaufelnut
    21
    Kreisbogen A-B
    22
    Kreisbogen B-C
    23
    Kreisbogen C-D
    24
    Kreisbogen D-E
    25
    Teilkurve E-F
    R1, R2, R3, R4
    Radien der Kreisbögen
    A-F
    Punkte auf der Nutkontur

Claims (1)

  1. Trommelrotor (1) für eine axial durchströmte Turbomaschine, in welchem die Schaufeln mit ihren Füssen (3) reihenweise in umlaufenden Schaufelnuten (10, 11, 12) mit seitlichen Tragzacken befestigt sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens die erste Schaufelnut (10) arbeitsmitteleintrittseitig, axial asymmetrisch durch mehrere Radien (R1-R4) ausgeformt ist, wobei der vorangehende Radius (R1) jeweils grösser als der nachfolgende Radius (R2) ist und die durch die Radien (R1-R4) gebildeten Kreisbögen (21-24) an ihren Berührungspunkten eine gemeinsame Tangente (T) besitzen.
EP95810615A 1994-10-14 1995-10-03 Trommelrotor für eine axial durchströmte Turbomaschine Expired - Lifetime EP0707136B1 (de)

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DE4436727 1994-10-14
DE4436727A DE4436727A1 (de) 1994-10-14 1994-10-14 Trommelrotor für eine axial durchströmte Turbomaschine

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EP0707136A1 true EP0707136A1 (de) 1996-04-17
EP0707136B1 EP0707136B1 (de) 1998-11-25

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EP95810615A Expired - Lifetime EP0707136B1 (de) 1994-10-14 1995-10-03 Trommelrotor für eine axial durchströmte Turbomaschine

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US (1) US5575623A (de)
EP (1) EP0707136B1 (de)
JP (1) JP3665394B2 (de)
DE (2) DE4436727A1 (de)

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