EP1254301A2 - Turbinenschaufelanordnung - Google Patents

Turbinenschaufelanordnung

Info

Publication number
EP1254301A2
EP1254301A2 EP01905702A EP01905702A EP1254301A2 EP 1254301 A2 EP1254301 A2 EP 1254301A2 EP 01905702 A EP01905702 A EP 01905702A EP 01905702 A EP01905702 A EP 01905702A EP 1254301 A2 EP1254301 A2 EP 1254301A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
holding
turbine
rail
platform
partner
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Withdrawn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
EP01905702A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Tiemann
Michael Strassberger
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 EP01905702A priority Critical patent/EP1254301A2/de
Publication of EP1254301A2 publication Critical patent/EP1254301A2/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • F01D11/008—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor by spacer elements between the blades, e.g. independent interblade platforms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—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 vane with blades arranged at predetermined distances over an outer periphery of a turbine disk, each having a blade root that is radially form-fitting in each groove of the outer periphery of the turbine disk, and each having a blade profile that is attached to a blade - the end area on the side has a platform.
  • the blade profiles of the Turbmenla ⁇ fscna ⁇ u.- are usually lengthened in order to achieve a better utilization of the pre-flowing hot working fluid or e, l v performance. This extension of the scraper prof is limited by several parameters.
  • the object is achieved in that at least a part of the platform is connected to the turbine disk by means of a holder which is independent of the blade root.
  • the load redistribution mg thus initiates the turbo screed evenly and the feet of the blades and the grooves into which the feet are inserted are relieved of excessive stresses which impair the strength of the areas, which is particularly important in the area of the foot section which is intended as a circle around the hub and runs through the lowest groove areas, since m
  • the narrow design also results in a further weight saving.
  • the profiles of the blades can thus be extended without or - depending on the strength of the request - with only a slight increase in the local loads on the disk grooves or blade feet. So the efficiency of the turbine, can be increased without adversely affecting the strength of the disc and blades.
  • the blades with the blade profiles and the separately attached platform parts are not so easily exposed to critical vibrations for the blade attachment or the vibrations are more easily vaporized than in the case of a one-piece design of the blade.
  • the shovel and the platform part can be produced separately with much less effort.
  • the manufacture of the casting mold and the exact casting execution are simplified, since the turbine blade has almost no cantilever component without the molded platform.
  • the isolated platform part has a simple geometric shape, generally plate-shaped and can therefore be produced with little effort.
  • different materials can be used for the bucket and the platform part become. This can save weight, material and processing costs if a lighter alloy is used.
  • a uniform distribution of the attacking centrifugal forces over the circumference of the turbine disk is achieved in that an integral platform part is used as the platform part of two adjacent rotor blades and the holder is arranged approximately in the middle between the two adjacent rotor blades.
  • the stress peaks which arise in particular below the lowest toothing of the groove ⁇ urcn d_e rche centrifugal force loading, are thereby reduced to a greater extent.
  • the largest possible proportion of the area of the platform part is achieved in that the platform part is inserted between the end regions of two adjacent blade profiles in such a way that it virtually completely replaces the platforms. Almost all of the platform masses are thus carried by the holder and do not strain the feet or the grooves in which the feet are inserted. An optimal mass distribution on the foot and holder is thus achieved.
  • a lot of material and thus weight is saved compared to a one-piece design, since it is no longer necessary to absorb the lever forces that occur due to the large platform part.
  • a large saving of material is also possible by the fact that the edges of the platform part adjacent to the scoop profiles are shaped to match the curvature of the scoop profiles.
  • the production is simplified since a slim shape of the blade is now also in the transition area between see foot and profile is present, which is much easier to cast.
  • a stable and flexible adaptation of the holder to the platform part and the turbine disk is provided in that the holder consists of at least a pair of mutually engaging holding partners, at least one connecting element having a holding partner being formed separately from the platform part and from the turbine disk.
  • the platform part can be attached to the turbine disc by the separate design of the holding partner with different methods and easily replaceable.
  • different material combinations are possible in this way between the parts.
  • the Mate can rial a separately formed member and the platform ⁇ sepa rat formed hold Partners, as well as the Turoinenscneibe and the blade may be different requirements and taking into account the respective Au and strains are selected cost-optimized.
  • the bracket can be easily removed and also removed in the event of a possible corrosion attack with little effort if the holding partner is connected to the platform part and the turbine disk with play.
  • the holder is better suited to react flexibly and to adjust the corresponding force more easily, thereby avoiding damage to the holder and the associated positive locking means as well as the platform part and the turbine disk.
  • a simple attachment is provided in that em holding partners em ⁇ clutch Long proceeds in a straight line and having ei ⁇ NEN rail-like cross-section and the other holding a partner of the pairing straight proceeds In parallel to the first holding partner and having a rail-like cross-section of the first holding Partners comprehensive under positive engagement cross-section ,
  • By the rail-like design of the holding part ⁇ ner over the entire clutch Long great support and contact surfaces are given and thus a good force distribution over the entire range of the coupling. Local stress peaks due to the attacking centrifugal forces are thus reduced.
  • the platform part is curved, the platform part sits very reliably on the turbine disk due to the rail-like holding partner.
  • a secure hold is given when a rail-like holding partner is connected to the platform part and a rail-like holding partner is connected to the turbine disk and both holding partners are connected by a connecting element to two holding partners, the connecting element having an H-shaped cross-section encompassing the rail-shaped cross sections ,
  • the holding partners are on a large area. positively connected.
  • the connection is simple to make and easy to loosen again. Due to the rail-like configurations of the holding partners, the connecting element with the H-shaped cross section can be easily inserted and pulled out between the platform part and the turbine disk. Since no holding partner has a complex shape, they can be produced with little effort and at low cost.
  • a very stable support is given when it is constructed so that the turbine wheel has a rail-like holding partner and the platform member comprises a scnienenumfas- send holding partner and the two are dung element connected by e Verbm ⁇ , which has a rail comprising holding partner and a rail-like holding partner.
  • exemplary embodiments of the invention are gege ⁇ ben. Show it:
  • FIG. 1 shows a perspective, schematic view of a turbine blade arrangement with a holder, FIG. 2 em connecting element,
  • FIG. 3 shows a side view of a holder
  • FIG. 4 shows a schematic distribution of forces, shown in a side view of the turbine blade arrangement.
  • Fig.l shows a perspective view of a turbo-blade arrangement.
  • a turbo scan or the like 3 With a hot working fluid flowing through the turbine, in particular hot gas in a gas turbine, which flows against a blade profile 5, a turbo scan or the like 3 with a rotary knob 4 is driven in order to rotate and a turbomachine 24.
  • the Laufscnaufein 4 are with fir tree-shaped feet 8 m grooves 9 with a distance 1 in the outer circumference? the Turbmenscneibe 3 inserted by side insertion.
  • the rotor blades 3 are loaded by an outwardly directed centrifugal force due to rotary movements of the turbine disk 3.
  • This centrifugal force is taken by the base 8 of the rotor blade 4 and the claws 25 of the turbine disk 3 by means of various teeth 17, 18, 19, 21, 22, 23, which are shaped like a fir tree on the base 8 and find their corresponding formations on the claw 25, on.
  • the bottom foot teeth 17 on both sides of the foot 8, which are held by the bottom jaw teeth 21 of the claws 25, and middle foot teeth 18 on both sides of the foot 8, which engage behind the corresponding middle jaw teeth 22, and the top foot tooth are shown as examples 19, which are closest to the surface of the turbine disk 3 and engage behind the uppermost claw teeth 23. Starting from the lower foot tooth 17 to the uppermost foot tooth 19 m, the foot 8 becomes increasingly thicker in diameter 26.
  • the centrifugal forces generated by the rotation of the disc 3 and the rotor blades 4 attached to it can be absorbed.
  • the lowermost teeth 17 receiving recesses 17 m of the claw 25, due to the strong local forces acting there, in particular in the area of a root cut 33 along the lowermost ends of the grooves 9, represent a limitation for an enlargement of the rotor blades 4 countered by em 10 part of the platform by a bracket 11 is connected to the turbine disk 3 to resist centrifugal stress.
  • a platform like the platform part 10 present here, is generally used to protect the foot area against emitting zen by flowing Aroeitsfluid, in particular hot gas.
  • the platform part 10 is inserted separately between each two blades 4.
  • the bracket 11 is in this
  • the rail-like holding partners 31 are each on the outer circumference 2 of the turbine disk 3, preferably in the middle between two grooves 9 for the scooping feet 8, almost halfway between 1 and on the platform part 10 on the Turbine disc 3 facing underside 28 attached. Both rail-like holding partners 31 are parallel to one another and aligned one above the other in the radial direction. They are connected by the connection element 32, which has an H-shaped cross section, with holding partners 30, which consist of rounded recesses 13, into which the holding partners 31 are inserted.
  • the elements mentioned can be made from different, coordinated materials, in particular from a different material than the turbomachine 3, for example in order to save costs.
  • the holding partners 30, 31 and the connecting element 32 are preferably formed in one piece, so that the strong attacking forces cannot find a starting point for damage.
  • the turbine disk is made of special, hardened alloys that are only cut to a limited extent. can be machined and machined.
  • an integral production of the linear, rail-like holding partner 31 with the turbine disk 3 is also possible. This improves the hold of the holding partner 31 on the turbine disk 3, thereby reducing points of attack for damage due to the centrifugal load.
  • the platform part 10 has a curvature 15 on its two longer edges 20.
  • the curvatures of the anterior 20 on both sides do not necessarily have to match. They can be selected according to the shape of the turbine blade profile cross section.
  • a corresponding curvature 15 is found on the radius-affecting longitudinal section edges 29 of a cross section of the blade profiles 5 in the end region 6 of the rotor blades 4. In this way, the curved profile of the edges 29 also becomes em with respect to the cross-sectional area of the blade profile 5 in End area 6 optimized area portion of the platform part 10 reached. This significantly relieves the groove area.
  • damping wires 16 are placed on the underside 28 of the platform part.
  • the damping wires 16 are held in a 50 m position by a plurality of fastening knobs, as shown in FIG. 4.
  • the damping wires 16 seal a space between the platform and the turbine disk against the penetration of hot gases through the gap.
  • the damping wires dampen 16 vibrations in the area of the blade.
  • the damping wires 16 follow the curvature 15 of the platform part 10 and the moving blade 4. To make it easier to insert the damping wires 16, these are pre-bent.
  • the edges 20, 29 preferably have one Corresponding, constant curvature 15 so that the damping wires 16 previously provided with a bending radius corresponding to the curvature 15 can be easily inserted.
  • axial sealing plates 27 are placed on the end faces of the turbine disk 3, which preferably cover almost the largest part of the end disk area from the top edge to the bottom edge of the platform. This prevents working fluid, especially hot gas, from penetrating under the platforms and / or. prevents the platform parts 10 or to the feet, which would otherwise sparkle to stronglogies.
  • Fig.2 shows em connection element 32 with an H-shaped cross section.
  • the holding partners 30 forming the two yards of the H, FIG. 1, preferably run in a straight line and in the form of rounded recesses 13 in the coupling area 14, which simplifies the manufacture of the elements.
  • the connection element 32 has the same shape and dimensions over its entire cross-section. In this way it can be used from both sides of the turbo disk.
  • the platform part 10 has a holding partner 30 encompassing the rail shape
  • the turbine disk 3 as in the first example, has a rail-like holding partner 31.
  • the connecting element 32 now has in each case a rail-like holding partner 31 and a holding partner 30 encompassing the rail. The connecting element 32 can easily be inserted between the platform part 10 and the turbine disk 3.
  • FIG. 4 shows a force distribution that arises due to the internal force load within a turbine disk 3 and the louvre 4 used, in which the mounting technology according to the invention is used.
  • the maximum notch stresses can be seen in the claw area, in particular below the claw tooth 21 in the area of the recesses 17 ' . he Fig.l.
  • a substantial part of the centrifugal force load is passed directly into the turbine disk 3 via the holder 11 and does not load the claw recesses 17 ' .
  • mean tensions and the tension peaks in the narrowest cross-sections or radii of the teeth in the claw area show tension values which are far below the values that were previously achievable.
  • the force distribution is thus smoothed by the load-optimized division of functional areas of the turbine blade arrangement. This allows an overall higher centrifugal force load, which is caused, for example, by lengthening the vane profile to improve the efficiency.
  • This extension can be carried out both outwards together with an enlargement of an outer turbine outlet cross section, and also inwards in the direction of the hub region of the turbine disk.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Um eine Turbinenschaufelanordnung, mit Laufschaufeln (4), die jeweils einen Schaufelfuss (8) aufweisen, der radial formschlüssig in jeweils eine Nut (9) des Aussenumfangs (2) der Turbinenscheibe (3) einsetzbar ist, und die jeweils ein Schaufelprofil (5) haben, das an einem scheibenseitigen Endbereich (6) seitlich eine Plattform hat, so auszubilden, dass sie eine Verlängerung der Laufschaufelprofile ermöglicht, ist zumindest ein Teil (10) der Plattform mittels einer von dem Schaufelfuss (8) unabhängigen Halterung (11) mit der Turbinenscheibe (3) verbunden.

Description

Turbmenschaufelanordnung
Die Erfindung betrifft eine Turbmenschaufelancrαnung mit in vorbestimmten Abstanden über einen Außenumfang einer Turbinenscheibe angeordneten Lau schaufein, die jeweils einen Schaufelfuß aufweisen, der radial formschlussig in jeweils eine Nut des Außenumfangs der Turbinenscheibe emset oar ist, und die jeweils ein Schaufelprofll haben, das an einem schei- benseitigen Endbereich seitlich eine Plattform hat.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrads beziehungsweise der T rbmen- leistung und damit des Wirkungsquerschnitts von Turbinen werden üblicherweise die Schaufelprofile der Turbmenlaαfscnaιu.- fein verlängert, um hierdurch eine bessere Ausnutzung deϊ:S voroeistromenden heißen Arbemsfluids beziehungsweise e ,l v- Leistung zu erreichen. Diese Verlängerung αes Scnaufelprof is ist jedoch durch mehrere Parameter begrenzt.
Durch die verlängerten Schaufelprofile und die hierdurch ver- großerte bewegte Masse wird insbesondere ein Naoenbereicn αεr Turbinenscheibe durch die angreifenαe Fliehkraft stark belastet. Dem wird durch Erhöhung der tragenden Flache im N - benbereich mittels axialer Verlängerung der Scheibe zu begegnen versucht. Diese Verlangerungs oglichkeit ist jedoch be- grenzt. Durch vergrößerte Schaufelprofile wird nicht nur die Nabe starker belastet, sondern auch der Bereich, m dem αie Turbinenschaufeln mit ihren Fußen m Nuten des Außenumfangs der Turbinenscheibe eingesetzt sind. Eine Verlängerung αer Schaufelprofile konnte auch m Richtung der Scheibennabe er- folgen. Hierdurch wurde jedoch der Abstand der Nuten des Außenumfangs geringer und somit wurde der Scheibenoereich zwischen ihnen und insbesondere die nabennachsten Nutenberei- che, als Fußschnitt bezeichnet, noch starker belastet. Diese Belastung ist jedoch zur Zeit nahezu ausgereizt und fast nicht mehr erhohbar, ohne eine Schädigung der Turbinenscheibe zu riskieren. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Turbi- nenschaufelanordnung zu schaffen, die eine Verlängerung der Laufschaufelprofile ermöglicht, ohne oder mit einer lediglich geringfügigen Erhöhung αer lokalen Belastungen von Nuten der Turbinenscheibe beziehungsweise von Laufscnaufelfußen.
Die Aufgabe wird dadurch gelost, daß zumindest ein Teil αer Plattform mittels einer von dem Schaufelfuß unabhängiger Halterung mit der Turbinenscheibe verbunden ist. Durch die Verbindung der Plattform mit der Turbinenscheibe wird zumindest ein Teil der Fliehkraftbelastung durch die sich mit der Tαr- bmenscneibe drehenden Laufschaufein von der Halterung an die Turbmenscheioe an zwischen den Fußbereicnen liegende Be¬ reiche weitergeleitet . Zumindest ein Teil αer Fliehkraftoe- lastung muß somit mcnt von dem Schaufelfα bzw. der Nut, m die der Fuß eingesetzt ist, aufgenommen und an die Turb_"er- scheibe weitergegeben werden. Durch die Lastumverteilung wird die Beiast mg somit gleichmäßiger die Turbmenscneioe eingeleitet und die Fuße der Laufschaufein und die Nuten, in die die Fuße eingeschoben sind, werden von Spannungsuberhohungen entlastet, die die Festigkeit der Bereiche beeinträchtigen. Dies ist insbesondere im Bereich des als Kreis um die Nabe gedachten, durch die untersten Nutenbereicne verlaufenden Fußschnitts wichtig, da m den untersten Nutenbereichen die größten Spannungsuberhohungen auftreten. Zudem ist es möglich, Übergangsbereiche zwischen Plattform und Schaufel wesentlich weniger dick und massiv auszubilden, da die bei einer üblichen Schaufel durch eine ausladende, an der Schaufel befestigte Plattform in diesem Bereich auftretenden Hebel- krafte durch den Einsatz der Halterung vollständig abgefangen werden. Durch die schmale Ausbildung ergibt sich zusätzlich eine weitere Gewichtseinsparung. Die Profile der Laufschaufeln können somit ohne oder - je nach Starke der Verlangung - mit einer lediglich geringfügigen Erhöhung der lokalen Belas- tungen von Scheibennuten beziehungsweise Laufschaufelfußen verlängert werden. Somit kann der Wirkungsgrad der Turbine, ohne einen nachteiligen Einfluß auf die Festigkeit der Scheibe und der Schaufeln erhöht werden.
Wenn das durch die Halterung mit der Turbmenscneibe vero^r- dene Plattformteil separat von der Laufschaufel ausgebildet ist, bernimmt die Halterung die gesamte Fliehkraftbelastmg durcn das Plattformteil. Die Nut wird damit nicht mer.r belastet. Durch die vollständige Trennung der Massen des Plattformteils und der Laufschaufein mit Schaufelprofll und Scr.au- feifuß werden die angreifenden Fliehkräfte getrennt durcn die jeweilige Verbindung mit der Turbinenscheibe aufgenommen. Halterung und Fuß müssen somit jeweils nur einen kleinerer. Teil der Gesamtfliehkraftbelastung weiterleiten. In dem Be- reicn, in dem das Plattformteil von der Schaufel abgetrennt ist, also an Kanten, ist eine weniger massive Ausbildung cer Schaufel und des Plattformteils möglich, als bei einer einteiligen, nicht zusatzlich mit αer Turbinenscheibe verbundenen Schaufel, da nicht zusätzlich noch das Gewicht der Plattform mitgetragen werden muß. Auf diese Weise wird somit das Gesamtgewicht der Schaufel einmal durch das Abtrennen der
Plattform und zudem durch die weniger massive Ausbildung an den Kanten verringert. Der Fuß und die Nut müssen somit nocn weniger Gewicht tragen. Zudem geraten die Schaufeln mit den Schaufeiprofilen und die separat befestigten Plattformteile nicht so leicht für die Schaufelbefestigung kritische Schwingungen beziehungsweise die Schwingungen lassen sich leichter dampfen, als im Fall einer einteiligen Ausbildung der Schaufel. Zudem sind die Schaufel und das Plattformteil getrennt mit einem wesentlich geringeren Aufwand herzustel- len. Insbesondere beim Gießen der Schaufel ist das Herstellen der Gießform und die exakte Gießausfuhrung vereinfacht, da die Turb enschaufel ohne die angeformte Plattform nahezu keinen auskragenden Bestandteil mehr aufweist. Das isolierte Plattformteil besitzt eine einfache geometrische Form, im allgemeinen plattenformig und ist somit mit einem geringen Aufwand herstellbar. Darüber hinaus können für die Schaufel und das Plattformteil unterschiedliche Materialien eingesetzt werden. Hierdurch können, bei Verwendung einer leichteren Legierung, Gewicht sowie gegebenenfalls Material- und Bearbeitungskosten eingespart werden.
Eine gleichmäßige Verteilung der angreifenden Fliehkräfte u- ber den Umfang der Turbinenscheibe wird dadurch erreicht, daß ein emstuckiges Plattformteil als Plattformteil zweier benachbarter Laufschaufeln eingesetzt ist und die Halterung annähernd in der Mitte zwischen den zwei benachbarten Lauf- schaufeln angeordnet ist. Die Spannungsspitzen, die insbesondere unterhalb der untersten Verzahnung der Nut αurcn d_e r.c- he Fliehkraftbelastung entstehen, werden hierdurch s:ar reduziert. Dadurch, daß zwischen zwei Laufschaufein eir einstö¬ ckiges Plattformteil mit der Turbinenscheibe verbunden ist, wird die Anzahl der benotigten Plattformteile und Ha-ter nger. für die Plattformteile auf jeweils e Plattformteil und eine Halterung zwischen jeweils zwei benachbarten Laufscnaufeln gesenkt .
Em größtmöglicher Flachenanteil des Plattformteils wird dadurch erreicht, daß das Plattformteil zwischen den Endbereichen zweier benachbarter Schaufelprofile so eingesetzt ist, daß es die Plattformen praktisch vollständig ersetzt. Nahezu die gesamten Plattformmassen werden somit durch die Halterung getragen und belasten weder die Fuße noch die Nuten, m die die Fuße eingeschoben sind. Es wird somit eine optimale Mas- senverteilung auf Fuß und Halterung erreicht. In den Trennbereichen, in denen Plattformteil und Schaufel benachbart sind, wird gegenüber einer einteiligen Ausbildung viel Material und somit Gewicht eingespart, da es nicht mehr notwendig ist, die durch das großen Plattformteil auftretenden Hebelkrafte abzufangen. Eine große Materialeinsparung ist auch dadurcn möglich, daß die den Schaufeiprofilen benachbarten Kanten des Plattformteils an die Krümmung der Schaufelprofile angepaßt geformt sind. Zudem ist die Herstellung vereinfacht, da jetzt eine schlanke Form der Schaufel auch im Ubergangsbereich zwi- sehen Fuß und Profil vorliegt, die wesentlich einfacher zu gießen ist.
Eine stabile und zugleicn flexible Anpassung der Halterung an das Plattformteil und die Turbinenscheibe ist dadurch gegeben, daß die Halterung aus zumindest einer Paarung von ineinander eingreifenden Haltepartnern besteht, wobei zumindest em einen Haltepartner aufweisendes Verbindungselement separat vom Plattformteil und von der Turbinenscheibe ausgebildet ist. Das Plattformteil kann durch die separate Ausbildung des Haltepartners mit verschiedenen Metnoden und leicht austauschbar an die Turbinenscheibe angebracht werden. Darüber hinaus sind auf diese Weise verschiedene Materialkombmat o- nen zwischen den Teilen möglich. Insbesondere kann das Mate- rial eines separat ausgebildeten Plattformteils und des sepa¬ rat ausgebildeten Haltepartners, wie auch der Turoinenscneibe und der Schaufel unterschiedlich sein und unter Berücksichtigung der jeweiligen Au forderungen und Belastungen kostenoptimiert ausgewählt werden.
Wenn der Haltepartner mittels Fliehkraftbelastungen widerstehender Formschlußmittel mit der Turbinenscheibe und dem Plattformteil verbunden ist, laßt sich eine derartige Halterung beispielsweise für Reparaturzwecke leicht losen und kann nachher ohne Funktionsemschrankung wiederverwendet werden.
Die Halterung laßt sich leicht em- und auch bei einem eventuellen Korrosionsangriff mit geringem Aufwand wieder ausbauen, wenn der Haltepartner mit dem Plattformteil und mit der Turbinenscheibe mit einem Spiel verbunden ist. Zugleicn ist die Halterung bei einem Krafteangriff aus unterschiedlicnen Richtungen beziehungsweise einer wechselstarken Kraft besser dazu geeignet, flexibel zu reagieren und sich m die entsprechende Kraftnchtunσ leichter einzustellen, wodurch Bescnadi- gungen der Halterung und der damit verbundenen Formschlußmittel sowie des Plattformteils und der Turbinenscheibe vermieden werden. Eine einfache Anbringung ist dadurch gegeben, daß em Haltepartner über emα Kupplungslange geradlinig verlauft und ei¬ nen schienenartigen Querschnitt aufweist und der andere Haltepartner der Paarung zum ersten Haltepartner geradlinig pa- rallel verlauft und einen den schienenartigen Querschnitt des ersten Haltepartners unter Formschluß umfassenden Querschnitt aufweist. Durch die schienenartige Ausbildung der Haltepart¬ ner über die gesamte Kupplungslange sind große Auflage- und Kontaktflachen gegeben und somit eine gute Kraftverteilung über den gesamten Bereich der Kupplung. Lokale Spannungsspitzen aufgrund der angreifenden Fliehkräfte werden somit vermindert. Insbesondere bei einer gekrümmten Ausbildung des Plattformteils sitzt das Plattformteil durcn den schienenartigen Haltepartner sehr zuverlässig auf der Turbinenscheibe.
Em sicherer Halt ist gegeben, wenn e scnienenartiger Haltepartner mit dem Plattformteil und e schienenartiger Haltepartner mit der Turbinenscheibe verbunden ist und beide Haltepartner durch em Verbindungselement mit zwei Haltepart- nern verbunden sind, wobei das Verbmdungselement einen die schienenformigen Querschnitte formschlussig umgreifenden H- formigen Querschnitt aufweist. Die Haltepartner sind auf einem großen Bereicn. formschlussig miteinander verbunden. Die Verbindung ist einfach herzustellen und leicht wieder losoar. Aufgrund der schienenartigen Ausbildungen der Haltepartner kann das Verbindungselement mit dem H-formigen Querschnitt leicht zwischen Plattformteil und Turbinenscheibe eingeschoben und herausgezogen werden. Da kein Haltepartner eine komplexe Form aufweist, sind sie mit geringem Aufwand und kos- tengunstig herstellbar.
Eine sehr stabile Halterung ist gegeben, wenn sie so aufgebaut ist, daß die Turbinenscheibe einen schienenartigen Haltepartner aufweist und das Plattformteil einen scnienenumfas- senden Haltepartner aufweist und die beiden durch e Verbm¬ dungselement verbunden sind, das einen schienenumfassenden Haltepartner und einen schienenartigen Haltepartner hat. In den Figuren sind Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung gege¬ ben. Es zeigen:
Fig.l eine perspektivische, schematiscne Ansicht einer Turbi- nenscnaufelanordnung mit einer Halterung, F g.2 em Verbmdungselement,
Fig.3 eine Seitenansicht einer Halterung und
Fig.4 eine schematische Kräfteverteilung, dargestellt m einer Seitenansicht der Turbmenschaufelanordnung .
Fig.l zeigt eine perspektivische Ansicht einer Turbmenscnau- felanordnung . Mit einem die Turbine durchströmenden, heißen Arbeitsfluid, insbesondere Heißgas bei einer Gasturbine, aas gegen em Schaufelprofll 5 strömt, wird eine Turbmenscne oe 3 mit Laufscnaufein 4 angetrieben, sich un eine Turbmenacnse 24 zu drehen. Die Laufscnaufein 4 sind mit tannenbaumartig ausgebildeten Fußen 8 m Nuten 9 mit einer Abstand 1 im Außenumfang ? der Turbmenscneibe 3 durch seitlicnes Einschieben eingesetzt. Durch Drehbewegungen der Turbinenscheibe 3 werden die Laufschaufein 4 von einer nach außen gericntete Fliehkraft belastet. Diese Fliehkraft nehmen der Fuß 8 der Laufschaufel 4 sowie die Klauen 25 der Turbinenscheibe 3 durch verschiedene Zahne 17, 18, 19, 21, 22, 23, die am Fuß 8 tannenbaumartig geformt sind und ihre korrespondierenden An- formungen m der Klaue 25 finden, auf. Beispielhaft sind die untersten Fußzahne 17 auf beiden Seiten des Fußes 8 dargestellt, die durch die untersten Klauenzahne 21 der Klauen 25 gehalten werden, sowie mittlere Fußzahne 18 wiederum auf beiden Seiten des Fußes 8, die korrespondierende mittlere Klau- enzahne 22 hintergreifen, sowie oberste Fußzahne 19, die sich am nächsten an der Oberflache der Turbinenscheibe 3 befinden und oberste Klauenzahne 23 hintergreifen. Der Fuß 8 wird ausgehend vom unteren Fußzahn 17 bis zum obersten Fußzahn 19 m seinem Durchmesser 26 immer starker. Auf diese Weise können die durch die Drehung der Scheibe 3 und der daran angebrachten Laufschaufein 4 entstehenden Fliehkräfte abgefangen werden . Bei sehr langen Laufschaufein 4 stellen jedoch die untersten Fußzahne 17 aufnehmende Ausnehmungen 17 m der Klaue 25 aufgrund der starken dort angreifenden lokalen Krafte insbesondere im Bereich eines Fußschnitts 33 entlang der untersten Enden der Nuten 9 eine Begrenzung für eine Vergrößerung der Laufschaufeln 4 dar. Dem wird begegnet, indem em Teil 10 der Plattform durcn eine Halterung 11 mit der Turb enscneibe 3 einer Fliehkraftbeanspruchung widerstehend verbunden ist. Eine Plattform, wie auch das nier vorliegende Plattformteil 10, dient allgemein dazu, den Fußoereich gegen em Aufne zen durcn vorbeistromendes Aroeitsfluid, insbesondere Heißgas zu schützen.
Das Plattformteil 10 ist separat zwischen jeweils zwei Lauf- schaufeln 4 eingesetzt. Die Halterung 11 besteht in diesem
Fall aus zwei schienenartigen Haltepartnern 31 und einem Verbmdungselement 32. Die schienenartigen Haltepartner 31 sind jeweils am Außenumfang 2 der Turbinenscheibe 3 vorzugsweise m der Mitte zwischen zwei Nuten 9 für die Scnaufelfαße 8 na- hezu auf halbem Abstand 1 sowie an dem Plattformteil 10 auf der der Turbinenscheibe 3 zugewandten Unterseite 28 angebracht. Beide schienenartigen Haltepartner 31 liegen parallel zueinander und in radialer Richtung fluchtend übereinander. Verbunden sind sie durch das einen H-formigen Querscnnitt aufweisende Verbmdungselement 32 mit Haltepartnern 30, die aus abgerundeten Ausnehmungen 13 bestehen, m die die Haltepartner 31 eingeschoben werden.
Die genannten Elemente können aus unterschiedlichen, ab- gestimmen Materialien, insbesondere aus einem anderen Material als die Turbmenscheioe 3 hergestellt sein, beispielsweise um Kosten zu sparen. Vorzugsweise sind die Haltepartner 30, 31 sowie das Verbmdungselement 32 emstuckig ausgebildet, damit die starken angreifenden Krafte keinen Ansatzpunkt für Schädigungen finden. Die Turbinenscheibe besteht aus Gründen der Haltbarkeit und Festigkeit aus speziellen, geharteten Legierungen, die lediglich in eingeschränktem Umfang gescnlif- fen und spanabhebend bearbeitet werden können. Insbesondere ist jedoch auch eine emstuckige Herstellung des geradlinig verlaufenden, schienenartigen Haltepartners 31 mit der Turbinenscheibe 3, möglich. Dies verbessert den Halt des Halte- partners 31 an der Turbinenscheibe 3. Angriffsstellen für Scnadigungen aufgrund der Fliehkraftbelastungsmd dadurch verringert .
Das Plattformteil 10 weist an seinen beiden längeren Kanten 20 eine Krümmung 15 auf. Die Krümmungen der beidseitigen an- ten 20 müssen jedoch nicht notwendigerweise übereinstimmen. Sie können je nach Form des Turbmenschaufelprofilquer- schnitts angepaßt ausgewählt werden. Eine entsprechende Krümmung 15 findet sich an den radiusbehafteten Langsabscnnitts- kanten 29 eines Querschnitts der Schauf lprofile 5 im Ξndbe- reich 6 der Laufschaufein 4. A.uf diese Weise wird auch bei dem gekrümmten Verlauf der Kanten 29 em bezüglich der Querschnittsflache des Schaufelprofils 5 im Endbereich 6 optimierter Flachenanteil des Plattformteils 10 erreicht. Dies entlastet den Nutenbereich wesentlich.
Zwischen dem Plattformteil 10 und dem Rest der Laufschaufel 4 befinden sich zwischen der gekrümmten Kante 29 und einer entsprechenden Kante 20 des Plattformteil 10 em Spalt. Die un- teren, scheibenseitigen Enden der Spalte sind an beiden Kanten 20, 29 leicht angeschragt. Hierein werden an der Unterseite 28 des Plattformteils 10 Dampfungsdrahte 16 gelegt. Im Stillstand der Turbinenscheibe 3 werden die Dampfungsdrahte 16 durch mehrere Befestigungsnoppen 50 m Position gehalten, wie m Fig. 4 dargestellt. Bei Fliehkraftbelastung dichten die Dampfungsdrahte 16 einen Zwischenraum zwischen Plattform und Turbinenscheibe gegen Eindringen von Heißgasen durch den Spalt ab. Zugleich dampfen die Dampfungsdrahte 16 Schwingungen im Bereich der Schaufel. Die Dampfungsdrahte 16 folgen der Krümmung 15 des Plattformteils 10 und der Laufschaufel 4. Zum leichteren Einsetzen der Dampfungsdrahte 16 werden diese vorgebogen. Zudem weisen die Kanten 20, 29 vorzugsweise eine entsprechende, konstante Krümmung 15 auf, so daß die vorher mit einem der Krümmung 15 entsprechenden Biegeradius versehenen Dampfungsdrahte 16 leicht eingeschoben werden Können. Nach dem Einsetzen aller Elemente werden an Stirnseiten der Turbinenscheibe 3 axiale Dichtplatten 27 gesetzt, die vorzugsweise nahezu den größten Teil des stirnseitigen Scheibenbereichs von Fußoberkante bis Unterkante der Plattform überdecken. Dadurch wird e seitlicnes Eindringen von Ar- beitsfluid, insbesondere Heißgas, unter die Plattformen bz.v. die Plattformteile 10 oder an die Fuße verhindert, was dort sonst zu starken Scnaden funren wurde.
Fig.2 zeigt em Verbmdungselement 32 mit H-formigem Querschnitt. Die die beiden Hofe des H bildenden Haltepartner 30, Fig.l, verlaufen vorzugsweise geradlinig und in Form vo auf einfache Weise abgerundeten Ausneh ungeπ 13 im Kupplungsbereich 14, was die Herstellung der Elemente vereinfacht. Das Verbmdungselement 32 weist über seinen gesamten Querscnnitt dieselbe Form und Dimensionen auf. Auf diese Weise kann es von beiden Turbmenscheibenseiten aus eingesetzt werden.
Fig.3 zeigt eine weitere Halterung, aufgebaut aus zwei Paarungen von Haltepartnern 30, 31. In diesem Fall weist oas Plattformteil 10 einen schienenformumgreifenden Haltepartner 30 auf, wahrend die Turbinenscheibe 3 wie auch im ersten Beispiel einen schienenartigen Haltepartner 31 hat. Das Verbmdungselement 32 besitzt nun jeweils einen schienenartigen Haltepartner 31 und einen schienenumgreifenden Haltepartner 30. Das Verbmdungselement 32 kann leicht zwischen Plattform- teil 10 und Turbinenscheibe 3 eingeschoben werden.
Fig.4 zeigt eine Kräfteverteilung, die aufgrund der Flien- kraftbelastung innerhalb einer Turbinenscheibe 3 und der eingesetzten Lau schaufein 4 entsteht, bei denen die erfinαungs- gemäße Halterungstechnik eingesetzt ist. Die maximalen Kerbspannungen zeigen sich im Klauenbereich insbesondere unterhalb der Klauenzahne 21 im Bereich der Ausnehmungen 17', sie- he Fig.l. Ein wesentlicher Teil der Fliehkraftbelastung wird über die Halterung 11 direkt in die Turbinenscheibe 3 weiter- geleitet und belastet die Klauenausnehmungen 17' nicht. Durch den Einsatz der Halterung 11 zeigen mittlere Spannungen und die Spannungsspitzen in den engsten Querschnitten bzw. Radien der Zähne im Klauenbereich Spannungswerte, die sich weit unterhalb bisher erreichbarer Werte bewegen. Durch die belas- tungsoptimierte Aufteilung von Funktionsbereichen der Turbi- nenschaufelanordnung wird die Kraftverteilung somit geglat- tet. Dies erlaubt eine insgesamt höhere Fliehkraftbelastung, die beispielsweise durch eine Verlängerung der Schaufeiprcfi- le zur Verbesserung des Wirkungsgrads entsteht. Diese Verlängerung kann sowohl nach außen zusammen mit einer Vergrößerung eines äußeren Turbinenaustrittsquerschnitts vorgenommen wer- den, wie auch nach innen Richtung des Nabenbereichs der Turbinenscheibe .

Claims

Patentansprüche
1. Turbmenschaufelanordnung mit in vorbestimmtan Abstanden (1) über einen Außenumfang (2) einer Turbinenscheibe (3) angeordneten Laufscnaufein (4;, die jeweils einen Scnau- felfuß (8) aufweisen, der radial formschlussig in jeweils eine Nut (9) des Außenumfangs (2) der Turbinenscheibe (3) einsetzbar ist, und die jeweils em Schaufelprofll (5) haben, das an einem scheibenseitigen Endbereich (6) seit- lieh eine Plattform hat, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest em Teil (10) der Plattform mittels einer von dem Schaufelfuß (8) unabhängigen Halterung (11) mit der Turbinenscheibe (3) verbunden ist.
2. Turbmenschaufelanordnung naen Ansprucn 1, aaαurcn ge- kennzeicnnet, daß das durch die Halterung ^ 1 L mit αer Turbinenscheibe (3) verbundene Plattformteil (10; separa: von der Laufschaufel (4) ausgebildet ist.
3. Turbmenschaufelanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß em e stuckiges Plattformteil (10) als Plattformteil (10) zweier benachbarter Laufschaufein (4) eingesetzt ist und die Halterung (11) annähernd m der Mitte zwischen den zwei benachbarten Laufschaufein (4) angeordnet ist.
4. Turbmenschaufelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattformteil (10) zwischen den Endbereichen (6) der Schaufelprofile (5) zweier benachbarter Laufschaufein (4) so eingesetzt ist, daß es die Plattformen praktisch vollständig ersetzt.
5. Turbmenschaufelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (11) aus zu- mindest einer Paarung von ineinander eingreifenden Haltepartnern (30, 31) besteht, wobei zumindest em einen Hai- tepartner (30, 31) aufweisendes Verbmdungselement (32) separat vom Plattformteil (10) und von der Turbinenscheibe (3) ausgebildet ist.
6. Turbmenschaufelanordnung nach Anspruch 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Haltepartner (30) mittels Flien- kra tbelastungen widerstehender Formschlußmittel mit der Turbinenscheibe (3) und dem Platt ormteil (10) verbunden
7. Turbmenschaufelanordnung nach einem der Anspr che 5 oder
6, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltepartner (30) mit dem Plattformteil (10) und mit der Turbmenscneibe (, 3 ' mit einem Spiel verbunden ist.
8. Turbinenscnaufelanordnung nacn einem der Ansprucne 5 bis
7, dadurch gekennzeicnnet, daß em Haltepartner (31) über eine Kupplungslange (14) geradlinig verlauft unα einen schienenartigen Querschnitt aufweist und der andere Haltepartner (30) der Paarung zum ersten Haltepartner (31) geradlinig parallel verlauft und einen den schienenartigen Querschnitt des ersten Haltepartners (31) unter Formschluß umfassenden Querschnitt aufweist.
9. Turbmenschaufelanordnung nach Anspruch 8, αaαurcn ge- kennzeichnet, daß em schienenartiger Haltepartner (31) mit dem Plattformteil (10) und em schienenartiger Haltepartner (31) mit der Turbinenscheibe (3) verbunden ist und beide Haltepartner (31) durch e Verbmdungselement (32) mit zwei Haltepartnern (30) verbunden sind, wobei das Verbmdungselement (32) einen die schienenformigen
Querschnitte formschlussig umgreifenden H-formigen Querschnitt aufweist.
10. Turbmenschaufelanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Turbinenscheibe (3) einen schienenartigen Haltepartner (31) aufweist und das Plattformteil (10) einen schienenumfassenden Haltepartner (30) aufweist und die beiden durch em Verbmdungselement (32) verbunden sind, das einen schienenumfassenden Haltepartner (30) und einen schienenartigen Haltepartner (31) hat.
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