EP1128023A1 - Turbinenlaufschaufel - Google Patents

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Publication number
EP1128023A1
EP1128023A1 EP00104002A EP00104002A EP1128023A1 EP 1128023 A1 EP1128023 A1 EP 1128023A1 EP 00104002 A EP00104002 A EP 00104002A EP 00104002 A EP00104002 A EP 00104002A EP 1128023 A1 EP1128023 A1 EP 1128023A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
platform
blade
cavity
turbine rotor
rotor blade
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.)
Withdrawn
Application number
EP00104002A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Dipl.-Ing. Tiemann
Michael Dr. Ing. Strassberger
Dirk Dr. Ing. Anding
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP00104002A priority Critical patent/EP1128023A1/de
Priority to US10/204,693 priority patent/US6755986B2/en
Priority to EP01913779A priority patent/EP1257732B1/de
Priority to PCT/EP2001/001063 priority patent/WO2001063098A1/de
Priority to CNB018056237A priority patent/CN1313705C/zh
Priority to JP2001561893A priority patent/JP4698917B2/ja
Priority to DE50103981T priority patent/DE50103981D1/de
Publication of EP1128023A1 publication Critical patent/EP1128023A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
    • 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
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • 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
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade, with a internally uncooled blade profile that extends from a blade platform extends from which extends into a turbine disc engaging blade root adjoins its radial Cross section to the blade platform an area increasing Width.
  • the object of the present invention is therefore a turbine blade to create an extension of the blade profiles allows without or with only a minor Increase local loads on the turbine disc or from blade feet.
  • the blade root is a has open cavity facing away from the platform, the platform side ends blindly and in the area of increasing width of the Blade base is widened in cross section.
  • the blade root is usually used to ensure stability solidly trained and shows compared to the rest Dimensions of the turbine blade have a large cross section on. So its mass is high and it has a large proportion on the one that occurs when the turbine disc rotates Centrifugal load on the turbine disc and the holding devices for the shovel. Due to the hollowing out the mass of the foot and thus the centrifugal force considerably.
  • the special form of the excavation namely one cross-sectional widening on the longitudinal walls in the area increasing width of the blade root ensures a optimal use of the shape of the blade root in view on a decrease in mass. Because the hollowing out ends blindly on the platform side, are also the stability requirements, which in particular in the area between platform and Blade profile due to diverse strong forces and temperature attack are very high, met.
  • the invention enables thus at the same time to keep the mass of the shovel low and to maintain or even improve their stability.
  • the average tension level lowered in the foot area and tension peaks on holding teeth of the foot and the adjacent turbine disc resulting in an extension of the life of the turbine blade and especially to improve durability of the foot leads. It is therefore without endangering stability the turbine blade and while maintaining the shape of the foot possible to extend the blade profile to the outside and thus increase the efficiency of the turbine.
  • the hot working gases particularly stress that edge area the shovel that is the first to flow directly becomes.
  • the higher strength requirements on the hot gas inflow side is taken into account that the minimum wall thickness near a hot gas inflow side is larger than at the hot gas outflow side.
  • a material and mass-saving increase in the strength of the Foot is given in that the blade root from between its longitudinal walls trained cross struts is reinforced.
  • the forces acting on one longitudinal wall of the cavity are through the cross struts to the other longitudinal wall of the Excavation and passed through both walls into the turbine disc, without endangering the stability of the excavation. Due to the further reduction in mass also occurs due to the reduced centrifugal load further relief of the foot.
  • the particularly high attacking forces in the middle area are intercepted by the cross struts of the cavity have the greatest height in the middle and to one decrease the height of the sloping course of the excavation.
  • FIG. 1 shows a radial cross section through a foot 4 and a platform 2 and part of a blade profile 1 a turbine blade.
  • the foot 4 is in a holding recess 30 a turbine disk 3 and pushed by teeth 35 of the foot 4 and corresponding teeth 36 of the holding recess 30 held positively, as shown in Fig.2.
  • Foot 4, platform 2 and profile 1 are in one piece, connected shaped, preferably cast.
  • Juxtaposed Blade profiles 1 offer a hot gas flowing past Resistance and change its speed and direction, which causes the turbine disc 3 to rotate at a very high rate Speed is excited about a disk axis.
  • the one here Centrifugal forces must essentially come from the teeth 35 of the blade root 4 and the teeth 36 of the holding recess 30 can be caught.
  • Turbine blades are generally large parts of the turbine blade massively trained and therefore have a high Weight that puts a heavy load on the foot areas.
  • the foot 4 has a weight-reducing according to the invention Excavation 7 on. This is shaped like a vault and ends on Platform-side end 19 of the turbine blade blind below the top 21 of the platform 2. On a platform facing away from The end 7 of the foot 4, the cavity 7 is open.
  • the Foot 4 has one in the region of the end 31 facing away from the platform essentially constant length 32. The length 32 takes when approaching platform 2, first because of a molding 37 of the transition area 38 something to then to Take off platform 2 continuously.
  • the cavity 7 has lengths 13 of longitudinal walls 12 and depths 33.
  • the lengths 13 start from that facing away from the platform End 31 after a certain distance to the platform side End 19 of the foot 4 are in the transition area 38 in one arcuate shape shorter to the highest point with the Height 16 of the cavity 7, where the cavity 7 ends blindly. This end is preferably in the range or below Platform top 21 to ensure sufficient stability of the Ensure shovel.
  • the blade profile is in the platform area massive and possibly has a weight-saving Blade profile cavity in the upper, not shown Area of the blade profile at a distance from the platform. This avoids the strength of the blade in the Endanger the platform area.
  • the cavity 7 has none Connection to the blade profile cavity, since it is a internally uncooled turbine blade acts and therefore not Coolant transport through the foot is necessary.
  • the depth 33 decreases, as shown in Fig. 2, from the platform facing away End 31 of the foot 4 to the platform end 19 towards 5 in an area. Then the cavity 7 follows one Turning of the turbine blade in the transition area 38.
  • the depth 33 initially increases somewhat in the transition area 38 in order to then from approximately the middle of the transition region 38 to Platform 2 to decrease steadily. This is the greatest possible Area within foot 4 or respectively Transitional area 38 hollowed out for maximum weight reduction to achieve. It is particularly taken into account that the walls 8, 12 sufficient wall thicknesses 14 for Ensuring the stability of the foot 4 even with strong ones attacking centrifugal forces. Due to the domed training the hollow 7 voltage peaks are avoided, the lead to a reduction in strength.
  • the hollow 7 can be produced by a casting core with lost shape, that in the foot area of the shovel is used before casting and over the platform facing away End 31 of the foot 4 protrudes, whereby a platform faces away forms open cavity.
  • the casting core On the platform side End 19 of foot 4 is the casting core as the blind core ending there educated. After the casting, the core is destroyed and out the cavity 7 removed because it is due to the opening do not remove the narrowing width as a whole leaves.
  • Cross struts 28 are attached within the cavity 7, which run between the longitudinal walls 12. Through the cross struts 28 the cavity 7 becomes against attacking forces, which act on the walls 8, 12 supported.
  • the cross struts 28 are rounded, to avoid voltage peaks. They are essentially parallel to each other at intervals 34 in the direction a longitudinal axis 39 of the turbine blade. you take almost the entire area between the two opposite Longitudinal walls 12 a.
  • Fig.2 shows a radial cross section in an almost right Angle to the first longitudinal section of Figure 1 along the Section line II-II.
  • the foot 4 bulging teeth 35, the correspondingly shaped teeth 36 the holding recess 30 of the turbine disc 3, in which the foot 4 is used reach behind and so a safe Positive locking against slipping out of the turbine blade Ensure centrifugal load.
  • From the platform away End 31 to platform-side end 19 of the foot 4 takes one of the teeth 35 and intervening dents formed mean width 6 'of the foot 4 to.
  • This middle one Width 6 ' follows the depth 33 of the transverse region of the cavity 7 while maintaining minimum wall thicknesses that ensure stability of walls 12.
  • the one following foot 4 Transition area 38 is curved like a lens, as in cross section is clear from Fig.4. Accordingly, the excavation is 7 shifted relative to their training in the foot 4 so that sufficient wall thicknesses 14 on both sides of the cavity 7 are guaranteed.
  • FIG. 3 shows a cross section through the foot 4 along the Section line III-III from Fig. 1 and Fig. 2.
  • the width 6 the cross section through the foot is quite large since the cut by an upper tooth 35 of the foot 4, that is in the area the greatest width 6 of the foot 4, runs.
  • the excavation 7 consists in this section of several chambers 29, the Cross struts 28 partitions of the chambers 29 correspond.
  • the Chambers 29 point from the two transverse walls 8 of the foot 4 starting from an increasing depth 33 that has its greatest extent at the central cross strut 28 in order to then again with an approach to the other transverse wall 8 of the foot 4 decrease.
  • the boundaries of the chambers 29 are to be avoided rounded on all sides by voltage peaks.
  • the cavity 7 has only five chambers in this area 29 or four cross struts 28, since the Cut above the nearest hot gas upstream Cross strut is done. Thus is on the area of the hot gas inflow side 17 shows an enlarged chamber 29.
  • the wall thickness 14 of the wall 8 is in the region of the hot gas inflow side 17 larger than in the opposite area of the hot gas outflow side 18.
  • FIG. 5 shows a section through the narrowest Area of the foot 4 along the section line V-V of Fig.1 or according to Fig. 2.
  • the chambers 29 of the cavity 7 also have a cross wall 8 starting increasing cross-sectional depth 33, but the change in cross-section is not as great as in Fig. 3.
  • the maximum is again in the area of the central cross strut 28

Landscapes

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

Abstract

Um eine Turbinenlaufschaufel, mit einem innenungekühlten Schaufelprofil (1), das sich von einer Schaufelplattform (2) ausgehend erstreckt, an die sich ein in eine Turbinenscheibe (3) eingreifender Schaufelfuß (4) anschließt, dessen radialer Querschnitt zur Schaufelplattform (2) hin einen Bereich (5) zunehmender Breite (6') aufweist, so auszubilden, daß eine Verlängerung des Laufschaufelprofils ermöglicht ist, wird vorgeschlagen, daß der Schaufelfuß (4) eine plattformabgewandt offene Aushöhlung (7) aufweist, die plattformseitig blind endet und im Bereich (5) der zunehmenden Breite (6') des Schaufelfußes (4) querschnittsmäßig verbreitert ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenlaufschaufel, mit einem innenungekühlten Schaufelprofil, das sich von einer Schaufelplattform ausgehend erstreckt, an die sich ein in eine Turbinenscheibe eingreifender Schaufelfuß anschließt, dessen radialer Querschnitt zur Schaufelplattform hin einen Bereich zunehmender Breite aufweist.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrads beziehungsweise Wirkungsquerschnitts von Gasturbinen werden die Schaufelprofile der Turbinenlaufschaufeln möglichst verlängert, um hierdurch eine bessere Ausnutzung des vorbeiströmenden Heißgases zu erreichen. Diese Verlängerung des Schaufelprofils ist jedoch durch mehrere Parameter begrenzt.
Durch die verlängerten Schaufelprofile und die hierdurch vergrößerte bewegte Masse wird beispielsweise ein Nabenbereich der Turbinenscheibe durch die angreifende Fliehkraft stark belastet. Dem wird durch Erhöhung der tragenden Fläche im Nabenbereich mittels axialer Verlängerung der Scheibe zu begegnen versucht. Diese Verlängerungsmöglichkeit ist jedoch begrenzt. Durch vergrößerte Schaufelprofile wird nicht nur die Nabe stärker belastet, sondern auch der Bereich, in dem die Turbinenschaufeln mit ihren Füßen in Halteausnehmungen des Außenumfangs der Turbinenscheibe eingesetzt sind. Eine Verlängerung der Schaufelprofile könnte auch radial zur Scheibennabe erfolgen, hierdurch würden sich jedoch die Halteausnehmungen des Außenumfangs näherrücken, ihr Abstand würde geringer und somit würde der Scheibenbereich zwischen ihnen stärker belastet. Diese Belastung ist jedoch nur in einem geringen Maße erhöhbar, ohne eine Schädigung der Turbinenscheibe zu riskieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Turbinenlaufschaufel zu schaffen, die eine Verlängerung der Laufschaufelprofile ermöglicht, ohne oder mit einer lediglich geringfügigen Erhöhung lokaler Belastungen der Turbinenscheibe beziehungsweise von Laufschaufelfüßen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Schaufelfuß eine plattformabgewandt offene Aushöhlung aufweist, die plattformseitig blind endet und im Bereich der zunehmenden Breite des Schaufelfußes querschnittsmäßig verbreitert ist.
Der Schaufelfuß ist üblicherweise zur Sicherung der Stabilität massiv ausgebildet und weist im Vergleich zu den übrigen Abmessungen der Turbinenschaufel einen großen Querschnitt auf. Somit ist seine Masse hoch und er hat einen großen Anteil an der bei Drehung der Turbinenscheibe auftretenden Fliehkraftbelastung der Turbinenscheibe und der Haltevorrichtungen für die Schaufel. Durch die Aushöhlung erniedrigt sich die Masse des Fußes und somit die Fliehkraftbelastung beträchtlich. Die besondere Form der Aushöhlung, nämlich eine querschnittsmäßige Verbreiterung an den Längswänden im Bereich zunehmender Breite des Schaufelfußes, gewährleistet eine optimale Ausnutzung der Form des Schaufelfußes im Hinblick auf eine Erniedrigung der Masse. Dadurch, daß die Aushöhlung plattformseitig blind endet, sind zudem die Stabilitätsanforderungen, die insbesondere im Bereich zwischen Plattform und Schaufelprofil durch vielfältigen starken Kräfte- und Temperaturangriff sehr hoch sind, erfüllt. Die Erfindung ermöglicht somit zugleich, die Masse der Schaufel gering zu halten und ihre Stabilität zu erhalten oder sogar zu verbessern. Durch die Gewichtsreduzierung wird das mittlere Spannungsniveau im Fußbereich abgesenkt und Spannungsspitzen an Haltezähnen des Fußes und der angrenzenden Turbinenscheibe gemildert, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Turbinenschaufel und insbesondere zu einer Verbesserung der Haltbarkeit des Fußes führt. Somit ist es ohne Gefährdung der Stabilität der Turbinenschaufel und unter Beibehaltung der Form des Fußes möglich, das Laufschaufelprofil nach außen zu verlängern und somit den Wirkungsgrad der Turbine zu erhöhen.
Eine gute Stabilität des plattformseitigen Schaufelprofilbereichs ist dadurch gegeben, daß die Aushöhlung in einem Übergangsbereich zwischen dem Schaufelfuß und unterhalb einer Plattformoberseite der Plattform endet. Oberhalb der Plattformoberseite ist die Krafteinwirkung auf die Schaufel besonders hoch und die Schaufel ist schmaler als im Plattformbereich ausgebildet. Endet jedoch die Aushöhlung unterhalb der Plattformoberseite wird die Krafteinwirkung durch die stabile Plattform und die angrenzenden Bereiche in ausreichendem Maße abgefangen.
Zur Vermeidung von Spannungsspitzen und somit lokal übermäßig hohen Belastungen wird vorgeschlagen, daß die Aushöhlung von überwiegend abgerundeten Wänden begrenzt ist und in gewölbter Form unterhalb der Plattformoberseite endet.
Eine sehr große Massenreduktion ist dadurch gegeben, daß sich Längswände der Aushöhlung über nahezu die gesamte Länge des Schaufelfußes und Querwände über nahezu die gesamte Breite des Schaufelfußes erstrecken, wobei die Wände der Aushöhlung eine ausreichende Stabilität bei Fliehkraftangriff gewährleisten.
Die zum großen Teil zentral angreifenden Kräfte werden gut in massive Bereiche der Schaufel weitergeleitet ohne die Wände der Aushöhlung zu stark zu belasten, wenn die Aushöhlung im mittleren Bereich die größte Höhe aufweist und zu den Querund Längswänden hin abfällt.
Wenn sich die Längswände der Aushöhlung bei Annäherung an das plattformseitige Ende unter Einhaltung einer Mindestwanddicke an den Querwänden der Aushöhlung bereichsweise stetig verbreitern, wird die Gewichtsreduktion verbessert und zugleich eine abrupte Änderung der Krümmung, die zu lokalen Spannungsmaxima führt, beim Übergang in einen abgerundeten Endbereich vermieden.
Die heißen Arbeitsgase belasten insbesondere denjenigen Kantenbereich der Schaufel, der als erster direkt angeströmt wird. Den höheren Festigkeitsansprüchen der Heißgasanströmseite wird dadurch Rechnung getragen, daß die Mindestwanddicke in der Nähe einer Heißgasanströmseite größer ist als an der Heißgasabströmseite.
Eine material- und massesparende Erhöhung der Festigkeit des Fußes ist dadurch gegeben, daß der Schaufelfuß von zwischen seinen Längswänden ausgebildeten Querstreben verstärkt ist. Die Kräfte, die an der einen Längswand der Aushöhlung angreifen, werden durch die Querstreben an die andere Längswand der Aushöhlung und durch beide Wände in die Turbinenscheibe weitergeleitet, ohne die Stabilität der Aushöhlung zu gefährden. Durch die weitere Reduzierung der Masse erfolgt zudem aufgrund der verringerten Fliehkraftbelastung eine weitere Entlastung des Fußes.
Wenn die Querstreben plattformseitig von den Wänden der Aushöhlung und/oder von dem plattformabgewandten Ende des Schaufelfußes Abstand aufweisen, ist eine zusätzliche Gewichtsersparung unter Beibehaltung der Stabilität gegeben.
Eine optimale Weiterleitung der Kräfte erfolgt dadurch, daß Positionen und Formen der Querstreben einem Kraftlinienverlauf angepaßt sind, der durch an dem Schaufelprofil angreifende Fliehkräfte entsteht. Durch eine angepaßte Anzahl und Form der Querstreben ist es somit einerseits möglich, die Masse des Schaufelfußes stark zu reduzieren, indem die Wände der Aushöhlung aufgrund der unterstützenden Wirkung der Querstreben dünner ausgebildet sein können, und zugleich einen homogeneren Spannungsverlauf entlang der Längsseiten der Aushöhlung aufgrund der Abstützung durch die Querstreben zu erhalten.
Die im mittleren Bereich besonders hohen angreifenden Kräfte werden dadurch abgefangen, daß die Querstreben der Aushöhlung im mittleren Bereich die größte Höhe aufweisen und an einen abfallenden Verlauf der Aushöhlung angepaßt in der Höhe abnehmen.
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gegeben. Es zeigen:
  • Fig.1 einen radialen Querschnitt durch einen Fußbereich einer Turbinenschaufel,
  • Fig.2 einen Längsschnitt durch einen Fußbereich einer Turbinenschaufel nach Fig.1 entlang der Schnittlinie II-II,
  • Fig.3 einen Querschnitt durch einen Fußbereich einer Turbinenschaufel nach Fig.1 entlang der Schnittlinie III-III,
  • Fig.4 einen Querschnitt durch einen Fußbereich einer Turbinenschaufel nach Fig.1 entlang der Schnittlinie IV-IV und
  • Fig.5 einen Querschnitt durch einen Fußbereich einer Turbinenschaufel nach Fig.1 entlang der Schnittlinie V-V.
    • Fig.1 zeigt einen radialen Querschnitt durch einen Fuß 4 sowie eine Plattform 2 und einen Teil eines Schaufelprofils 1 einer Turbinenschaufel. Der Fuß 4 wird in eine Halteausnehmung 30 einer Turbinenscheibe 3 geschoben und mittels Zähnen 35 des Fußes 4 und korrespondierender Zähnen 36 der Halteausnehmung 30 formschlüssig gehalten, wie in Fig.2 dargestellt. Fuß 4, Plattform 2 und Profil 1 sind einstückig, zusammenhängend geformt, vorzugsweise gegossen. Nebeneinander angeordnete Schaufelprofile 1 bieten vorbeiströmendem Heißgas einen Widerstand und ändern dessen Geschwindigkeit und Richtung, wodurch die Turbinenscheibe 3 zu Drehungen mit sehr hoher Drehzahl um eine Scheibenachse angeregt wird. Die hierbei auftretenden Fliehkräfte müssen im wesentlichen von den Zähnen 35 des Schaufelfußes 4 und den Zähnen 36 der Halteausnehmung 30 aufgefangen werden. Insbesondere bei innenungekühlten Turbinenschaufeln sind im allgemeinen große Teile der Turbinenschaufel massiv ausgebildet und besitzen somit ein hohes Gewicht, das die Fußbereiche stark belastet.
    Der Fuß 4 weist eine erfindungsgemäße, gewichtsreduzierende Aushöhlung 7 auf. Diese ist gewölbeartig geformt und endet am plattformseitigen Ende 19 der Turbinenschaufel blind unterhalb der Oberseite 21 der Plattform 2. An einem plattformabgewandten Ende 31 des Fußes 4 ist die Aushöhlung 7 offen. Der Fuß 4 weist im Bereich des plattformabgewandten Endes 31 eine im wesentlichen konstante Länge 32 auf. Die Länge 32 nimmt bei Annäherung an die Plattform 2 zunächst wegen einer Anformung 37 des Übergangsbereichs 38 etwas zu, um danach bis zur Plattform 2 stetig abzunehmen. Die Aushöhlung 7 besitzt Längen 13 von Längswänden 12 sowie Tiefen 33.
    Die Längen 13 nehmen ausgehend von dem plattformabgewandten Ende 31 nach einer gewissen Distanz bis zum plattformseitigen Ende 19 des Fußes 4 zu, werden im Übergangsbereich 38 in einer bogenartigen Form kürzer bis zum höchsten Punkt mit der Höhe 16 der Aushöhlung 7, wo die Aushöhlung 7 blind endet. Dieses Ende liegt vorzugsweise im Bereich oder unterhalb der Plattformoberseite 21, um eine ausreichende Stabilität der Schaufel zu gewährleisten. Das Schaufelprofil ist im Plattformbereich massiv und weist eventuell eine gewichtseinsparende Schaufelprofilaushöhlung im oberen, nicht dargestellten Bereich des Schaufelprofils mit Abstand zur Plattform auf. Hierdurch wird vermieden, die Festigkeit der Schaufel im Plattformbereich zu gefährden. Die Aushöhlung 7 besitz keine Verbindung zu der Schaufelprofilaushöhlung, da es sich um eine innenungekühlte Turbinenschaufel handelt und somit kein Kühlmitteltransport durch den Fuß notwendig ist.
    Die Tiefe 33 nimmt, wie in Fig.2 gezeigt, vom plattformabgewandten Ende 31 des Fußes 4 bis zum plattformseitigen Ende 19 hin in einem Bereich 5 zu. Dann folgt die Aushöhlung 7 einer Wendung der Turbinenschaufel im Übergangbereich 38. Die Tiefe 33 nimmt im Übergangsbereich 38 zunächst noch etwas zu, um dann ab annähernd der Mitte des Übergangsbereichs 38 bis zur Plattform 2 hin stetig abzunehmen. Hierdurch ist ein größtmöglicher Bereich innerhalb des Fußes 4 beziehungsweise des Übergangsbereichs 38 ausgehöhlt, um eine maximale Gewichtsreduzierung zu erzielen. Es ist hierbei insbesondere berücksichtigt, daß die Wände 8,12 ausreichende Wanddicken 14 zur Gewährleistung der Stabilität des Fußes 4 auch bei starken angreifenden Fliehkräften haben. Durch die gewölbte Ausbildung der Aushöhlung 7 werden Spannungsspitzen vermieden, die zu einer Verringerung der Festigkeit führen.
    Die Herstellung der Aushöhlung 7 kann durch einen Gießkern mit verlorener Form erfolgen, der im Fußbereich der Schaufel vor dem Guß eingesetzt wird und über das plattformabgewandte Ende 31 des Fußes 4 hinausragt, wodurch sich eine plattformabgewandt offene Aushöhlung ausbildet. Am plattformseitigen Ende 19 des Fußes 4 ist der Gießkern als dort endender Blindkern ausgebildet. Nach dem Guß wird der Kern zerstört und aus der Aushöhlung 7 entfernt, da er sich aufgrund der zur Öffnung hin geringer werdenden Breite nicht als Ganzes entfernen läßt.
    Innerhalb der Aushöhlung 7 sind Querstreben 28 angebracht, die zwischen den Längswänden 12 verlaufen. Durch die Querstreben 28 wird die Aushöhlung 7 gegen angreifende Kräfte, die auf die Wände 8,12 wirken, abgestützt. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um fünf Querstreben 28, von denen die Querstrebe 28 im mittleren Bereich 15 der Aushöhlung 7 die größte Höhe 20 aufweist und im Bereich der größten Höhe 16 der Aushöhlung 7 angeordnet ist. Die Querstreben 28 sind abgerundet, um Spannungsspitzen zu vermeiden. Sie sind im wesentlichen parallel zueinander in Abständen 34 in Richtung einer Längsachse 39 der Turbinenschaufel angeordnet. Sie nehmen nahezu den gesamten Bereich zwischen den beiden gegenüberliegenden Längswänden 12 ein. Lediglich am plattformseitigen und plattformabgewandten Ende der Aushöhlung 7 gibt es abgerundete, querstrebenfreie Bereiche mit einem Abstand 40 zur oberen Begrenzung der Aushöhlung 7 und einem Abstand 41 zur unteren im plattformabgewandten Ende 31. Die querstrebenfreien Bereiche sind im wesentlichen herstellungsbedingt, da Finger eines Gußkerns, durch die die materialfreien Bereiche zwischen den Querstreben 28 hergestellt werden, an Enden miteinander verbunden sind, um korrekte Maße einhalten zu können. Zudem tragen sie auch noch zu einer weiteren Gewichtseinsparung bei.
    Fig.2 zeigt einen radialen Querschnitt in einem nahezu rechten Winkel zum ersten Längsschnitt der Fig.1 entlang der Schnittlinie II-II. In regelmäßigen Abständen weist der Fuß 4 ausgewölbte Zähne 35 auf, die entsprechend geformte Zähne 36 der Halteausnehmung 30 der Turbinenscheibe 3, in die der Fuß 4 eingesetzt ist, hintergreifen und so einen sicheren Formschluß gegen ein Herausrutschen der Turbinenschaufel bei Fliehkraftbelastung gewährleisten. Vom plattformabgewandten Ende 31 bis zum plattformseitigen Ende 19 des Fußes 4 nimmt eine von den Zähnen 35 und dazwischenliegenden Einwölbungen gebildete gemittelte Breite 6' des Fußes 4 zu. Dieser mittleren Breite 6' folgt die Tiefe 33 des Querbereichs der Aushöhlung 7 unter Einhaltung von stabilitätssichernden Mindestwanddicken der Wände 12. Der sich an den Fuß 4 anschließende Übergangsbereich 38 ist linsenartig gewölbt, wie im Querschnitt aus Fig.4 deutlich wird. Dementsprechend ist die Aushöhlung 7 relativ zu ihrer Ausbildung im Fuß 4 so verschoben, daß ausreichende Wanddicken 14 beidseitig der Aushöhlung 7 gewährleistet sind.
    Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch den Fuß 4 entlang der Schnittlinie III-III aus der Fig.1 bzw. Fig.2. Die Breite 6 des Querschnitts durch den Fuß ist recht groß, da der Schnitt durch einen oberen Zahn 35 des Fußes 4, das heißt im Bereich der größten Breite 6 des Fußes 4, verläuft. Die Aushöhlung 7 besteht in diesem Schnitt aus mehreren Kammern 29, wobei die Querstreben 28 Trennwänden der Kammern 29 entsprechen. Die Kammern 29 weisen von den beiden Querwänden 8 des Fußes 4 ausgehend zunächst eine sich vergrößernde Tiefe 33 auf, die ihre größte Ausdehnung an der mittleren Querstrebe 28 hat, um dann wieder mit Annäherung an die andere Querwand 8 des Fußes 4 abzunehmen. Die Begrenzungen der Kammern 29 sind zur Vermeidung von Spannungsspitzen allseitig abgerundet ausgebildet.
    Fig.4 zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Fig.1 beziehungsweise Fig.2 durch den Übergangsbereich 38. Die Aushöhlung 7 weist in diesem Bereich lediglich fünf Kammern 29 beziehungsweise vier Querstreben 28 auf, da der Schnitt oberhalb der heißgasanströmseitig nächstgelegenen Querstrebe erfolgt. Somit ist auf dem Bereich der Heißgasanströmseite 17 eine vergrößerte Kammer 29 zu sehen. Die Wanddicke 14 der Wand 8 ist im Bereich der Heißgasanströmseite 17 größer als im gegenüberliegenden Bereich der Heißgasabströmseite 18. Durch diese angepaßte, leicht unsymmetrische Ausbildung der Aushöhlung 7 können die individuell verstärkten Spannungen beziehungsweise angreifenden Kräfte unter optimaler Einsparung des Gewichts festigkeitserhaltend abgefangen werden.
    Fig.5 zeigt demgegenüber einen Schnitt durch den schmalsten Bereich des Fußes 4 entlang der Schnittlinie V-V der Fig.1 beziehungsweise entsprechend Fig.2. Die Kammern 29 der Aushöhlung 7 weisen ebenfalls wieder eine von der Querwand 8 ausgehend zunehmende Querschnittstiefe 33 auf, wobei jedoch die Querschnittsänderung nicht so groß ist, wie bei Fig.3. Das Maximum liegt wiederum im Bereich der mittleren Querstrebe 28.

    Claims (11)

    1. Turbinenlaufschaufel, mit einem innenungekühlten Schaufelprofil (1), das sich von einer Schaufelplattform (2) ausgehend erstreckt, an die sich ein in eine Turbinenscheibe (3) eingreifender Schaufelfuß (4) anschließt, dessen radialer Querschnitt zur Schaufelplattform (2) hin einen Bereich (5) zunehmender Breite (6') aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelfuß (4) eine plattformabgewandt offene Aushöhlung (7) aufweist, die plattformseitig blind endet und im Bereich (5) der zunehmenden Breite (6') des Schaufelfußes (4) querschnittsmäßig verbreitert ist.
    2. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushöhlung (7) in einem Übergangsbereich (38) zwischen dem Schaufelfuß (4) und unterhalb einer Plattformoberseite (21) der Plattform (2) endet.
    3. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushöhlung (7) von überwiegend abgerundete Wänden (8,12) begrenzt ist und in gewölbter Form unterhalb der Plattformoberseite (21) endet.
    4. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich Längswände (12) der Aushöhlung (7) über nahezu die gesamte Länge (32) des Schaufelfußes (4) und Querwände (8) über nahezu die gesamte Breite (6) des Schaufelfußes (4) erstrecken, wobei die Wände (8,12) der Aushöhlung (7) eine ausreichende Stabilität bei Fliehkraftangriff gewährleisten.
    5. Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushöhlung (7) im mittleren Bereich (15) die größte Höhe (16) aufweist und zu den Quer- (8) und Längswänden (12) hin abfällt.
    6. Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Längswände (12) der Aushöhlung (7) bei Annäherung an das plattformseitige Ende (19) unter Einhaltung einer Mindestwanddicke (14) an den Querwänden (8) der Aushöhlung (7) bereichsweise stetig verbreitern.
    7. Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mindestwanddicke (14) in der Nähe einer Heißgasanströmseite (17) größer ist als an der Heißgasabströmseite (18).
    8. Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelfuß (4) von zwischen seinen Längswänden (12) ausgebildeten Querstreben (28) verstärkt ist.
    9. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstreben (28) plattformseitig von den Wänden (12) der Aushöhlung (7) und/oder von dem plattformabgewandten Ende (31) des Schaufelfußes (4) Abstand (40, 41) aufweisen.
    10. Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Positionen und Formen der Querstreben (28) einem Kraftlinienverlauf angepaßt sind, der durch an dem Schaufelprofil (1) angreifende Fliehkräfte entsteht.
    11. Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstreben (28) der Aushöhlung (7) im mittleren Bereich (15) die größte Höhe (20) aufweisen und an einen abfallenden Verlauf der Aushöhlung (7) angepaßt in der Höhe (20) abnehmen.
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    Cited By (3)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP1365108A2 (de) * 2002-05-23 2003-11-26 General Electric Company Schaufel für ein Gasturbinentriebwerk und Verfahren zur Herstellung einer solchen Schaufel
    CN101586475B (zh) * 2008-12-23 2011-04-27 张金山 航空发动机涡轮转子叶片的集束分流式热防护
    CN112177678A (zh) * 2020-09-25 2021-01-05 厦门大学 带双内环空腔的涡轮盘结构及其设计方法

    Families Citing this family (11)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    WO2004076928A2 (en) * 2003-02-21 2004-09-10 Middleby Corporation Self-cleaning oven
    EP1614861A1 (de) * 2004-07-09 2006-01-11 Siemens Aktiengesellschaft Schaufelrad einer Turbine mit einer Schaufel und mindestens einem Kühlkanal
    GB0613441D0 (en) * 2006-07-06 2006-08-16 Rolls Royce Plc Blades
    US8157527B2 (en) * 2008-07-03 2012-04-17 United Technologies Corporation Airfoil with tapered radial cooling passage
    DE102010004854A1 (de) 2010-01-16 2011-07-21 MTU Aero Engines GmbH, 80995 Laufschaufel für eine Strömungsmaschine und Strömungsmaschine
    EP2369134A1 (de) * 2010-03-12 2011-09-28 Industria de Turbo Propulsores S.A. Turbinenschaufel mit Hohlraeumen zur Gewichts- und Vibrationsreduzierung
    EP2385215A1 (de) 2010-05-05 2011-11-09 Alstom Technology Ltd Leichte Deckband-Dichtrippe für eine Rotorschaufel
    US9109456B2 (en) * 2011-10-26 2015-08-18 General Electric Company System for coupling a segment to a rotor of a turbomachine
    EP2644834A1 (de) * 2012-03-29 2013-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenschaufel sowie zugehöriges Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel
    US10830065B2 (en) * 2015-06-02 2020-11-10 Siemens Aktiengesellschaft Attachment system for a turbine airfoil usable in a gas turbine engine
    CN107143381A (zh) * 2017-06-06 2017-09-08 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片

    Citations (4)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US3695778A (en) * 1970-09-18 1972-10-03 Trw Inc Turbine blade
    US4595340A (en) * 1984-07-30 1986-06-17 General Electric Company Gas turbine bladed disk assembly
    US5407326A (en) * 1992-09-02 1995-04-18 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "S.N.E.C.M.A." Hollow blade for a turbomachine
    EP0924381A2 (de) * 1997-12-22 1999-06-23 General Electric Company Schwingungsgedämpfte Turbomaschinenschaufel

    Family Cites Families (5)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US3936216A (en) * 1974-03-21 1976-02-03 United Technologies Corporation Blade sealing and retaining means
    CH580750A5 (de) * 1974-07-17 1976-10-15 Bbc Sulzer Turbomaschinen
    JPH03902A (ja) * 1989-02-13 1991-01-07 Toshiba Corp タービン動翼
    JPH0447101A (ja) * 1990-06-15 1992-02-17 Toshiba Corp ターボ機械の動翼
    JPH1122404A (ja) * 1997-07-03 1999-01-26 Hitachi Ltd ガスタービン及びその動翼

    Patent Citations (4)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US3695778A (en) * 1970-09-18 1972-10-03 Trw Inc Turbine blade
    US4595340A (en) * 1984-07-30 1986-06-17 General Electric Company Gas turbine bladed disk assembly
    US5407326A (en) * 1992-09-02 1995-04-18 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "S.N.E.C.M.A." Hollow blade for a turbomachine
    EP0924381A2 (de) * 1997-12-22 1999-06-23 General Electric Company Schwingungsgedämpfte Turbomaschinenschaufel

    Cited By (5)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP1365108A2 (de) * 2002-05-23 2003-11-26 General Electric Company Schaufel für ein Gasturbinentriebwerk und Verfahren zur Herstellung einer solchen Schaufel
    EP1365108A3 (de) * 2002-05-23 2004-10-06 General Electric Company Schaufel für ein Gasturbinentriebwerk und Verfahren zur Herstellung einer solchen Schaufel
    US6932570B2 (en) 2002-05-23 2005-08-23 General Electric Company Methods and apparatus for extending gas turbine engine airfoils useful life
    CN101586475B (zh) * 2008-12-23 2011-04-27 张金山 航空发动机涡轮转子叶片的集束分流式热防护
    CN112177678A (zh) * 2020-09-25 2021-01-05 厦门大学 带双内环空腔的涡轮盘结构及其设计方法

    Also Published As

    Publication number Publication date
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    US6755986B2 (en) 2004-06-29
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    CN1406312A (zh) 2003-03-26
    JP2003524104A (ja) 2003-08-12

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