EP1584792A1 - Schaufelbefestigung für einen Verdichter oder eine Turbine - Google Patents

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EP1584792A1
EP1584792A1 EP04008598A EP04008598A EP1584792A1 EP 1584792 A1 EP1584792 A1 EP 1584792A1 EP 04008598 A EP04008598 A EP 04008598A EP 04008598 A EP04008598 A EP 04008598A EP 1584792 A1 EP1584792 A1 EP 1584792A1
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EP
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blade
contact surface
attachment according
compressor
holder
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EP04008598A
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English (en)
French (fr)
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Christoph Dr. Richter
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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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
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
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    • F05D2250/71—Shape curved
    • F05D2250/711—Shape curved convex
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved
    • F05D2250/712—Shape curved concave

Definitions

  • the invention relates to a blade attachment a Bucket for a compressor or a turbine, in which the Blade in operation of the compressor or turbine radial directed around a rotation axis, with a blade root, the on a blade holder opposite to the blade withholding forces.
  • the invention is based on the object an input to provide said blade attachment, in which the Shovels on a blade holder with low Surface pressures and especially low Stress concentrations are maintained.
  • the object is according to the invention with a generic Shovel attachment solved, at least one Contact area between the blade root and the Shovel holder is designed, which at standstill of the blade is at least partially subject to play and by a slight displacement of the blade root relative to Shovel holder during operation of the compressor or the Turbine due to the forces acting on the blade in transferred a play-free or reduced-play state is.
  • the blade root and the Blade holder of the blade attachment according to the invention Wings provided at standstill of the associated Turbomachine game, but in operation of the Turbomachine, for example, if this at rated speed rotates, reduced or play-free.
  • the invention based on the knowledge that the contact areas of blade and blade holder just then especially good solve the asked carrying task, if in its construction already the movement behavior of the associated blade due to acting on the blade centrifugal and Medium forces involved in the construction.
  • This Movement behavior is considered according to the invention by the displacement of the blade root relative to the blade holder during operation of the compressor or turbine is determined due to the forces acting on the blade forces.
  • Shovel foot and blade holder are then targeted to this Condition designed with play-free contact areas.
  • Blade attachment is the contact area with a Designed contact surface, where the blade foot during the Operating the compressor or turbine on the blade holder abuts and the at least one radially curved Area section, i. one in a radial section (ie a cut that has a radius in its cutting plane contains) curved surface portion having.
  • a such curved wing between the blade root and Shovel holder is particularly special tension-favorable power flow within the blade root implementable.
  • one at least partially curved contact surface particularly then makes sense if both of the above subproblems of the Asked carrying task, namely both the power transfer as Also, the power flow line be equally optimally solved should.
  • blade fasteners In known blade fasteners is the so-called force transfer area in which the on the blade acting forces from the blade root to the blade holder be transferred, and the so-called Power flow line area in which the on the blade acting forces from the longitudinal direction of the blade to Shovel holder to be deflected out, with two geometric addressed to separate functional elements.
  • a blade attachment according to the invention which also without the in the characterizing part of claim 1 mentioned features can be designed, however, is at least one Sectionally curved contact surface provided in the the force transfer area and the power flow line area each other in a functional area of the blade root are designed overlapping. The curved surface section then transfers forces from the blade root to the blade holder and at the same time directs those out of the shovel inflowing forces in the direction of the blade holder.
  • This dual function of sections of the contact surface can be used particularly meaningfully if the contact surface is aligned generally radially inclined and at least a radially curved surface portion at the axis of rotation facing edge region of the contact surface or on the of the Rotary axis weggewandten edge region of the contact surface is provided.
  • the curved surface sections can be particularly advantageous be combined to a solution in which at the Blade attachment in a radial section looks at the Contact surface overall designed essentially S-shaped is.
  • the contact surface can be in the center or its central area in a radial section considered a straight surface section or with a concave curved and immediately afterwards a convex curved Be provided surface section.
  • the immediate consecutive curved sections carry both both for force transfer and for force diversion, so that no area section is left, the only Power transmits, but not diverts.
  • the desired stress distribution in the material is such Solution particularly favorable.
  • the force deflection within This solution can be done very evenly optimized surfaces based on splines used become.
  • a particularly advantageous distribution of the voltages in the involved materials of blade root and blade holder, with nevertheless the required force deflection and the desired force transfer are possible, can be achieved by looking in a radial section of the radius of curvature the concave and / or convex curvature to the width of Contact area a ratio of about 5.0 to 4.0 to about 5.0 to 3.0, in particular from about 5.0 to 3.8.
  • Blade attachment to the blade root and / or the blade holder at least one edge of the contact surface a curved Surface area be provided, the contact surface seamlessly connects.
  • transitionless is here meant that between the contact surface and the arched area no edges or notches provided should be.
  • Fig. 1 is a blade attachment 10 for fastening a blade root 12 of a further not illustrated Shovel shown on a blade holder 14 which on a rotor of a compressor arranged and in whose Running at high speed.
  • the blade root 12 and the blade holder 14 are connected by a Groove-tooth connection or tongue and groove connection with each other in coupled to a contact area 18. From this groove-tooth connection is in Figs. 1 and 2 only one short Section with one groove and one tooth each illustrated. At the blade attachment 10 are between two and six such groove-tooth connections provided.
  • Fig. 1 which shows the situation at standstill of Compressor shows, it can be seen that the forms of the Blade foot 12 and the blade holder 14 in the contact area 18 are designed so that between them in this Standstill situation game exists.
  • This game is for Clarification of the solution according to the invention relatively shown big.
  • the contact region 18 is furthermore shaped in such a way that that then sets a play-free state, if the Rotor of the compressor is in operation and with a Speed is near its rated speed.
  • the shovel is due to the on her acting centrifugal forces as mentioned pulled radially outward and thereby also the blade root 12 relative to Blade holder 14 slightly shifted.
  • Fig. 2 After the displacement of the blade root 12 is located at the Blade holder 14 at one shown in Fig. 2 Contact surface 20 on, the total of curved Surface sections is constructed.
  • Fig. 2 shown Radial section show these curved surface sections on the blade root 12 and the blade holder 14 each as a convex surface portion 22 and immediately adjacent thereto arranged concave surface portion 24.
  • the curved Surface sections 22 and 24 steer the one hand on the Blade acting forces towards the blade holder 14 towards (power flow line) and also transmit this Forces on the blade holder 14 (force transfer).
  • the convex and concave surface portions 22 and 24 have each viewed in radial section constant and same Curvature radii 26 on. Between the surface portions 22 and 24 is a turning point 28, at which a tangent 30 to the contact surface 20 an angle of about 45 ° to Radial direction 16 takes up.
  • the contact surface 20 is adjoined without transition (ie, C 1 continuous) surface regions whose radii of curvature 32 in the convex adjoining surface regions correspond to the radius of curvature 26 and whose radii of curvature 34 in the concave adjoining surface regions are slightly larger, so that at these subsequent surface regions at rated rotational speed the compressor between the blade root 12 and the blade holder 14 gives a slight play.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Bei einer Schaufelbefestigung (10) einer Schaufel für einen Verdichter oder eine Turbine, bei der die Schaufel im Betrieb des Verdichters oder der Turbine radial gerichtet um eine Drehachse umläuft, mit einem Schaufelfuß (12), der an einem Schaufelhalter (14) entgegen der an der Schaufel wirkenden Kräfte zurückgehalten ist, ist ein Kontaktbereich (18) zwischen dem Schaufelfuß (12) und dem Schaufelhalter (14) gestaltet, der bei Stillstand der Schaufel spielbehaftet ist und durch ein geringfügiges Verschieben des Schaufelfußes (12) relativ zum Schaufelhalter (14) während des Betriebs des Verdichters oder der Turbine aufgrund der an der Schaufel wirkenden Kräfte in einen spielfreien oder spielreduzierten Zustand übergeführt ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaufelbefestigung einer Schaufel für einen Verdichter oder eine Turbine, bei der die Schaufel im Betrieb des Verdichters oder der Turbine radial gerichtet um eine Drehachse umläuft, mit einem Schaufelfuß, der an einem Schaufelhalter entgegen der an der Schaufel wirkenden Kräfte zurückgehalten ist.
Bei Verdichtern oder Turbinen sind Schaufelräder mit Schaufeln vorgesehen, die mit hoher Drehzahl umlaufen und dabei hohen Fliehkräften ausgesetzt sind. Diese sogenannten Laufschaufeln müssen mit Hilfe von Schaufelbefestigungen sicher an einem Rotor des zugehörigen Verdichters bzw. der zugehörigen Turbine gehalten sein.
Als Schaufelbefestigungen sind aus US 5,169,289 A ein sogenannter Tannenfuß oder aus DE 100 14 189 A1 ein sogenannter Hammerfuß bekannt. Als weitere bekannte Lösungen von Schaufelfüßen werden sogenannte Reiterfüße oder Hakenfüße verwendet. Die Formgebung bekannter Schaufelfüße und zugehöriger Schaufelhalter führt jedoch zu Spannungskonzentrationen in den beteiligten Bauteilen, die ihrerseits eine Materialermüdung nach sich ziehen. Diese stellt eine absolute Beschränkung hinsichtlich der Größe der verwendbaren Schaufeln dar.
Als Teilproblem der Formgebung und Gestaltung von Schaufelbefestigungen an Laufschaufeln ist der Krafttransfer über Kontaktflächen zwischen Rotor und Schaufel zu lösen. Ein weiteres Teilproblem ist die Kraftflussleitung, d.h. das Umleiten der an der Schaufel wirkenden Kräfte hinein in den zugehörigen Schaufelhalter am Rotor, mit möglichst niedrigen Spannungskonzentrationen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine eingangs genannte Schaufelbefestigung bereitzustellen, bei der die Schaufeln an einem Schaufelhalter mit niedrigen Flächenpressungen und besonders geringen Spannungskonzentrationen gehalten sind.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer gattungsgemäßen Schaufelbefestigung gelöst, bei der mindestens ein Kontaktbereich zwischen dem Schaufelfuß und dem Schaufelhalter gestaltet ist, der bei Stillstand der Schaufel mindestens teilweise spielbehaftet ist und durch ein geringfügiges Verschieben des Schaufelfußes relativ zum Schaufelhalter während des Betrieb des Verdichters oder der Turbine aufgrund der an der Schaufel wirkenden Kräfte in einen spielfreien oder spielreduzierten Zustand übergeführt ist.
Mit anderen Worten sind der Schaufelfuß und der Schaufelhalter der erfindungsgemäßen Schaufelbefestigung mit Tragflächen versehen, die bei Stillstand der zugehörigen Strömungsmaschine Spiel aufweisen, aber im Betrieb der Strömungsmaschine, beispielsweise wenn diese mit Nenndrehzahl umläuft, spielreduziert bzw. spielfrei sind. Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass die Kontaktbereiche von Schaufelfuß und Schaufelhalter gerade dann besonders gut die gestellte Tragaufgabe lösen, wenn bei ihrer Konstruktion bereits das Bewegungsverhalten der zugehörigen Schaufel aufgrund der an der Schaufel wirkenden Flieh- und Mediumskräfte mit in die Konstruktion einbezogen wird. Dieses Bewegungsverhalten wird erfindungsgemäß berücksichtigt, indem die Verschiebung des Schaufelfußes relativ zum Schaufelhalter während des Betriebs des Verdichters oder der Turbine aufgrund der an der Schaufel wirkenden Kräfte ermittelt wird. Schaufelfuß und Schaufelhalter werden dann gezielt auf diesen Zustand hin mit spielfreien Kontaktbereichen konstruiert. Bei Stillstand bzw. verringerter Drehzahl des zugehörigen Verdichters oder der zugehörigen Turbine ist erfindungsgemäß die Konstruktion hingegen derart gestaltet, dass der Kontaktbereich zwischen Schaufelfuß und Schaufelhalter spielbehaftet ist. Eine solche spielbehaftete Situation führt zwar grundsätzlich zu erhöhten Flächenpressungen und erhöhten Spannungskonzentrationen, weil aber zugleich an der zugehörigen Schaufel geringere Kräfte wirken, sind die Flächenpressungen und Spannungskonzentrationen im Vergleich zur maximalen Belastung der Schaufelbefestigung gering.
Insgesamt können mit der erfindungsgemäßen Schaufelbefestigung größere Tragaufgaben bewältigt oder vorhandene Tragaufgaben wirtschaftlicher gehandhabt werden.
Damit an der erfindungsgemäßen Schaufelbefestigung die Gefahr von Reibverschleiß bzw. Fretting während des An- und Abfahrens des zugehörigen Verdichters oder der zugehörigen Turbine unterbunden ist, kann an dem Schaufelfuß und/oder dem Schaufelhalter insbesondere im Bereich der Tragflächen eine Beschichtung aufgebracht sein. Diese Beschichtung kann als abnutzende Schicht ausgelegt sein, welche durch Umformung oder Abrieb der Beschichtung zu einer selbsttätigen Entlastung gefährdeter Bereiche führt. Ein solches Vorgehen ist insbesondere sinnvoll, wenn Schaufelfuß und Schaufelhalter mit einer Materialpaarung gestaltet sind, die empfindlich gegen Reibverschleiß bzw. Fretting ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaufelbefestigung ist der Kontaktbereich mit einer Kontaktfläche gestaltet, an der der Schaufelfuß während des Betriebs des Verdichters oder der Turbine am Schaufelhalter anliegt und die mindestens einen radial gekrümmten Flächenabschnitt, d.h. einen in einem Radialschnitt (also einem Schnitt, der einen Radius in seiner Schnittebene enthält) gekrümmten Flächenabschnitt, aufweist. Mit einer derart gekrümmten Tragfläche zwischen Schaufelfuß und Schaufelhalter ist insbesondere ein besonders spannungsgünstiger Kraftfluss innerhalb des Schaufelfußes implementierbar. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass eine zumindest abschnittsweise gekrümmte Kontaktfläche besonders dann sinnvoll ist, wenn beide oben genannten Teilprobleme der gestellten Tragaufgabe, nämlich sowohl der Krafttransfer als auch die Kraftflussleitung gleichermaßen optimal gelöst sein sollen. Bei bekannten Schaufelbefestigungen ist der sogenannte Krafttransferbereich, in dem die an der Schaufel wirkenden Kräfte vom Schaufelfuß an den Schaufelhalter übertragen werden, und der sogenannte Kraftflussleitungsbereich, in dem die an der Schaufel wirkenden Kräfte aus der Längsrichtung der Schaufel zum Schaufelhalter hin umgelenkt werden, mit zwei geometrisch getrennten Funktionalelementen adressiert. Bei einer erfindungsgemäßen Schaufelbefestigung, welche auch ohne die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen gestaltet sein kann, ist hingegen eine zumindest abschnittsweise gekrümmte Kontaktfläche vorgesehen, bei der der Krafttransferbereich und der Kraftflussleitungsbereich einander in einem Funktionsbereich des Schaufelfußes überlappend gestaltet sind. Der gekrümmte Flächenabschnitt überträgt dann Kräfte vom Schaufelfuß auf den Schaufelhalter und lenkt gleichzeitig bereits die aus der Schaufel einfließenden Kräfte in Richtung auf den Schaufelhalter um.
Diese Doppelfunktion von Abschnitten der Kontaktfläche kann besonders sinnvoll eingesetzt werden, wenn die Kontaktfläche insgesamt radial geneigt ausgerichtet ist und der mindestens eine radial gekrümmte Flächenabschnitt an dem zur Drehachse gewandten Randbereich der Kontaktfläche oder an dem von der Drehachse weggewandten Randbereich der Kontaktfläche vorgesehen ist.
Die gekrümmten Flächenabschnitte können besonders vorteilhaft zu einer Lösung kombiniert werden, bei der an der Schaufelbefestigung in einem Radialschnitt betrachtet die Kontaktfläche insgesamt im Wesentlichen S-förmig gestaltet ist.
Die Kontaktfläche kann im Zentrum bzw. ihrem Mittelbereich in einem Radialschnitt betrachtet einen geraden Flächenabschnitt aufweisen oder aber mit einem konkav gekrümmten und unmittelbar anschließend einem konvex gekrümmten Flächenabschnitt versehen sein. Die unmittelbar aufeinanderfolgenden gekrümmten Abschnitte tragen beide sowohl zum Krafttransfer als auch zur Kraftumlenkung bei, sodass kein Flächenabschnitt mehr vorhanden ist, der nur Kraft überträgt, nicht aber umlenkt. Hinsichtlich der angestrebten Spannungsverteilung im Material ist eine solche Lösung besonders günstig. Damit die Kraftumlenkung innerhalb dieser Lösung besonders gleichmäßig erfolgt, können optimierte Flächen auf der Basis von Splines verwendet werden.
Eine besonders vorteilhafte Verteilung der Spannungen in dem beteiligten Materialien von Schaufelfuß und Schaufelhalter, mit der dennoch die geforderte Kraftumlenkung und der gewünschte Krafttransfer möglich sind, kann erzielt werden, indem in einem Radialschnitt betrachtet der Krümmungsradius der konkaven und/oder konvexen Krümmung zur Breite der Kontaktfläche ein Verhältnis von etwa 5,0 zu 4,0 bis etwa 5,0 zu 3,0, insbesondere von etwa 5,0 zu 3,8 einnimmt.
Hinsichtlich der angestrebten Doppelwirkung des erfindungsgemäßen Kontaktbereichs zum Krafttransfer und zur Kraftumlenkung sollte ferner in einem Radialschnitt betrachtet die Kontaktfläche zwischen einer bzw. der konkaven und einer bzw. der konvexen Krümmung einen Wendepunkt aufweisen, an dem eine Tangente an die Kontaktfläche zur Radialrichtung einen Winkel von zwischen etwa 35° und 55°, insbesondere von etwa 45° einnimmt. Eine solche radiale Neigung der Kontaktfläche hat sich hinsichtlich der gewünschten Doppelfunktion als besonders vorteilhaft gezeigt.
Schließlich sollte an der erfindungsgemäßen Schaufelbefestigung am Schaufelfuß und/oder am Schaufelhalter an mindestens einem Rand der Kontaktfläche ein gewölbter Flächenbereich vorgesehen sein, der an die Kontaktfläche übergangslos anschließt. Mit dem Begriff "übergangslos" ist hier gemeint, dass zwischen der Kontaktfläche und dem gewölbten Flächenbereich keine Kanten oder Kerben vorgesehen sein sollten.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn in einem Radialschnitt betrachtet die Krümmungsradien der anschließenden gewölbten Flächenbereiche von Schaufelfuß und Schaufelhalter ein Verhältnis zwischen etwa 1,0 und 1,2, insbesondere etwa 1,1 aufweisen. Die erfindungsgemäß bei Nenndrehzahl geschaffene spielfreie Situation im Kontaktbereich zwischen Schaufelfuß und Schaufelhalter lässt sich bei derartigen Verhältnissen besonders vorteilhaft herstellen.
Nachfolgend wir ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaufelbefestigung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
einen Radialschnitt einer erfindungsgemäßen Schaufelbefestigung eines Verdichters bei dessen Stillstand und
Fig. 2
den Radialschnitt gemäß Fig. 1 bei Nenndrehzahl des Verdichters.
In Fig. 1 ist eine Schaufelbefestigung 10 zum Befestigen eines Schaufelfußes 12 einer weiter nicht veranschaulichten Schaufel an einem Schaufelhalter 14 dargestellt, welcher an einem Rotor eines Verdichters angeordnet und bei dessen Betrieb mit hoher Drehzahl umläuft.
Bei der Rotation des Rotors mit seinem Schaufelhalter 14 läuft auch die genannte Schaufel, welche sich in einer Radialrichtung 16 erstreckt mit um und unterliegt dabei hohen Fliehkräften und Kräften aus dem Arbeitsmedium, welche die Schaufel mit ihrem Schaufelfuß 12 radial nach außen, d.h. bezogen auf Figur 1 nach oben ziehen, und tangential und axial biegen. Bei Stillstand des Verdichters unterliegt die Schaufel und deren Schaufelfuß 12 hingegen nicht diesen Fliehkräften.
Der Schaufelfuß 12 und der Schaufelhalter 14 sind durch eine Nut-Zahn-Verbindung bzw. Nut-Feder-Verbindung miteinander in einem Kontaktbereich 18 gekoppelt. Von dieser Nut-Zahn-Verbindung ist in den Fig. 1 und 2 nur jeweils ein kurzer Abschnitt mit jeweils einer Nut und einem Zahn veranschaulicht. An der Schaufelbefestigung 10 sind zwischen zwei und sechs solcher Nut-Zahn-Verbindungen vorgesehen.
In Fig. 1, welche die Situation bei Stillstand des Verdichters zeigt, ist zu erkennen, dass die Formen des Schaufelfußes 12 und des Schaufelhalters 14 im Kontaktbereich 18 derart gestaltet sind, dass zwischen ihnen in dieser Stillstandssituation Spiel besteht. Dieses Spiel ist zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Lösung verhältnismäßig groß dargestellt.
Zugleich ist der Kontaktbereich 18 ferner derart ausgeformt, dass sich dann ein spielfreier Zustand einstellt, wenn der Rotor des Verdichters im Betrieb ist und mit einer Geschwindigkeit nahe seiner Nenndrehzahl umläuft. In einer solchen Situation wird die Schaufel aufgrund der an ihr wirkenden Fliehkräfte wie erwähnt radial nach außen gezogen und dadurch auch der Schaufelfuß 12 relativ zum Schaufelhalter 14 geringfügig verschoben.
Nach der Verschiebung liegt der Schaufelfuß 12 an dem Schaufelhalter 14 an einer in Fig. 2 dargestellten Kontaktfläche 20 an, die insgesamt aus gekrümmten Flächenabschnitten aufgebaut ist. Im in Fig. 2 dargestellten Radialschnitt zeigen sich diese gekrümmten Flächenabschnitte am Schaufelfuß 12 und am Schaufelhalter 14 jeweils als ein konvexer Flächenabschnitt 22 und ein unmittelbar daneben angeordneter konkaver Flächenabschnitt 24. Die gekrümmten Flächenabschnitte 22 und 24 lenken einerseits die an der Schaufel wirkenden Kräfte in Richtung auf den Schaufelhalter 14 hin um (Kraftflussleitung) und übertragen ferner diese Kräfte auf den Schaufelhalter 14 (Krafttransfer) .
Die konvexen und konkaven Flächenabschnitte 22 und 24 weisen jeweils im Radialschnitt betrachtet konstante und gleiche Krümmungsradien 26 auf. Zwischen den Flächenabschnitten 22 und 24 befindet sich ein Wendepunkt 28, an dem eine Tangente 30 an die Kontaktfläche 20 einen Winkel von ca. 45° zur Radialrichtung 16 hin einnimmt.
An die Kontaktfläche 20 schließen jeweils übergangslos (d.h. C1-stetig) Flächenbereiche an, deren Krümmungsradien 32 in den konvexen anschließenden Flächenbereichen dem Krümmungsradius 26 entsprechen und deren Krümmungsradien 34 in den konkaven anschließenden Flächenbereichen geringfügig größer sind, sodass sich an diesen anschließenden Flächenbereichen bei Nenndrehzahl des Verdichters zwischen dem Schaufelfuß 12 und dem Schaufelhalter 14 ein geringfügiges Spiel ergibt.

Claims (10)

  1. Schaufelbefestigung (10) einer Schaufel für einen Verdichter oder eine Turbine, bei der die Schaufel im Betrieb des Verdichters oder der Turbine radial gerichtet um eine Drehachse umläuft, mit einem Schaufelfuß (12), der an einem Schaufelhalter (14) entgegen der an der Schaufel wirkenden Kräfte zurückgehalten ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens ein Kontaktbereich (18) zwischen dem Schaufelfuß (12) und dem Schaufelhalter (14) gestaltet ist, der bei Stillstand der Schaufel spielbehaftet ist und durch ein geringfügiges Verschieben des Schaufelfußes (12) relativ zum Schaufelhalter (14) während des Betriebs des Verdichters oder der Turbine aufgrund der an der Schaufel wirkenden Kräfte in einen spielfreien oder spielreduzierten Zustand übergeführt ist.
  2. Schaufelbefestigung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kontaktbereich (18) mit einer Kontaktfläche (20) gestaltet ist, an der der Schaufelfuß (12) während des Betriebs des Verdichters oder der Turbine am Schaufelhalter (14) anliegt und die mindestens einen radial gekrümmten Flächenabschnitt (22, 24) aufweist.
  3. Schaufelbefestigung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kontaktfläche (20) radial geneigt und der radial gekrümmte Flächenabschnitt (22, 24) an dem zur Drehachse gewandten Randbereich der Kontaktfläche (20) gestaltet ist.
  4. Schaufelbefestigung nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kontaktfläche (20) radial geneigt und der radial gekrümmte Flächenabschnitt (22, 24) an dem von der Drehachse weggewandten Randbereich der Kontaktfläche (20) gestaltet ist.
  5. Schaufelbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in einem Radialschnitt betrachtet die Kontaktfläche (20) insgesamt im Wesentlichen S-förmig gestaltet ist.
  6. Schaufelbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in einem Radialschnitt betrachtet die Kontaktfläche (20) konkav und unmittelbar anschließend konvex gekrümmt, insbesondere auf der Basis von Splines, gekrümmt gestaltet ist.
  7. Schaufelbefestigung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in einem Radialschnitt betrachtet der Krümmungsradius (26) der konkaven und/oder konvexen Krümmung zur Breite der Kontaktfläche (20) ein Verhältnis von etwa 5,0 zu 4,0 bis etwa 5,0 zu 3,0, insbesondere von etwa 5,0 zu 3,8 einnimmt.
  8. Schaufelbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in einem Radialschnitt betrachtet die Kontaktfläche (20) zwischen einer bzw. der konkaven und einer bzw. der konvexen Krümmung einen Wendepunkt (28) aufweist, an dem eine Tangente (30) an die Kontaktfläche (20) zur Radialrichtung (16) einen Winkel von zwischen etwa 35° und 55°, insbesondere von etwa 45° einnimmt.
  9. Schaufelbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    am Schaufelfuß (12) und/oder am Schaufelhalter (14) an mindestens einem Rand der Kontaktfläche (20) übergangslos ein gewölbter Flächenbereich anschließt.
  10. Schaufelbefestigung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in einem Radialschnitt betrachtet die Krümmungsradien (32, 34) der anschließenden gewölbten Flächenbereiche von Schaufelfuß (12) und Schaufelhalter (14) ein Verhältnis zwischen etwa 1,0 und 1,2, insbesondere etwa 1,1 aufweisen.
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