EP1686241A2 - Rotor einer Turbomaschine, insbesondere Gasturbinenmotor - Google Patents

Rotor einer Turbomaschine, insbesondere Gasturbinenmotor Download PDF

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Publication number
EP1686241A2
EP1686241A2 EP06000976A EP06000976A EP1686241A2 EP 1686241 A2 EP1686241 A2 EP 1686241A2 EP 06000976 A EP06000976 A EP 06000976A EP 06000976 A EP06000976 A EP 06000976A EP 1686241 A2 EP1686241 A2 EP 1686241A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
blade
groove
blades
rotor according
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Withdrawn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
EP06000976A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Klingels
Klaus Peter Rued
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.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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 MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP1686241A2 publication Critical patent/EP1686241A2/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3023—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses
    • F01D5/3046—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses the rotor having ribs around the circumference

Definitions

  • the invention relates to a rotor of a turbomachine, in particular a gas turbine rotor, according to the preamble of patent claim 1.
  • Rotors of a turbomachine such as gas turbine rotors
  • the blades can either be an integral part of the rotor body or be anchored via blade roots in one or more grooves of the rotor body.
  • Rotors with integral blading are referred to as blisk or bling, depending on whether a disk-shaped or an annular rotor body is present.
  • blisk or bling depending on whether a disk-shaped or an annular rotor body is present.
  • rotors in which the blades are anchored via blade roots in a groove a distinction is made between rotors in which the blade roots of the blades are mounted either in so-called axial grooves of the rotor body or in a circumferential groove thereof.
  • the present invention relates to a rotor of a turbomachine, in particular a gas turbine rotor, in which the rotor blades are fastened via their blade roots in a circumferential groove of the rotor base body, that is in a circumferential groove.
  • the circumferential grooves In rotors in which the blades are fixed with their blade roots in so-called circumferential grooves, the circumferential grooves have at least two uniformly distributed over the circumference of filling openings to introduce the blade roots of the blades in the corresponding circumferential groove.
  • the filling openings are formed according to the prior art by constrictions in the region of two opposing, profiled Nutwandschenkeln the circumferential groove, which lie in operation, the blade feet with profiled support flanks on the two profiled Nutwandschenkeln. Notches are formed at the portions of the groove wall limbs by the filling openings, which are exposed during operation of the rotor to a relatively high voltage level. As a result, the life of the rotor is reduced.
  • the blade roots of the blades have circumferentially only approximately half the width of blade platforms of the blades. This also limits the forces that can be absorbed by the blade roots during operation of the rotor.
  • the present invention based on the problem to provide a novel rotor of a turbomachine.
  • the groove has a profiled groove wall limb exclusively on one side, against which the blade roots of the rotor blades or of the rotor blade segments bear with correspondingly profiled support flanks.
  • a rotor of a turbomachine in which the rotor blades or rotor blade segments are anchored in a circumferential groove, wherein the circumferential groove has a profiled Nutwandschenkel only on one side, against which the blade roots with correspondingly profiled support flanks.
  • the circumferential groove has a profiled Nutwandschenkel only on one side, against which the blade roots with correspondingly profiled support flanks.
  • the design principle according to the invention allows tension-optimized and weight-optimized anchoring of blade segments, which have a plurality of blades, in a circumferential groove of a rotor.
  • blades with outer shrouds can be dispensed with a so-called Z-latching, resulting in a much simpler installation of the rotor.
  • the inventive design principle of a rotor allows cost-effective production and easy assembly of rotors, so that there are cost advantages over the prior art.
  • the blade roots of the blades or the blade segments on at least two different diameters each have at least one projection, wherein the projections secure the blade roots in the groove on the one hand in its axial position and on the other hand against tilting positively.
  • At least one securing element cooperates with projections of the blade feet, wherein the or each securing element secures the blades or the blade segments in the circumferential direction in a form-fitting manner in the groove.
  • FIG. 1 Before describing the present invention in greater detail below with reference to FIGS. 2 to 8b, it will be described in advance, with reference to FIG. 1, a prior art gas turbine rotor having blades guided in a circumferential groove.
  • FIG. 1 shows a detail of a gas turbine rotor 10 according to the prior art, the gas turbine rotor 10 being formed by a rotor main body 11 and a plurality of rotor blades 12.
  • the rotor blades 12 each have an airfoil 13 and a blade root 14, wherein a blade platform 15 is formed between the airfoil 13 and the blade root 14.
  • the rotor blades 12 are fastened or guided in a circumferentially extending groove 16 of the rotor base body 11 via their blade roots 14.
  • the circumferentially extending groove 16 is radially outwardly open and is bounded by two opposing, profiled groove wall limbs 17 and 18, respectively.
  • the Nutwandschenkel 17, 18 recesses or indentations 19 introduced according to the prior art form the filling openings for the blade roots 14.
  • the notches 19 are formed on portions of the Nutwandschenkel 17, 18, which are exposed during operation of the gas turbine rotor 10 to a relatively high voltage level.
  • the blades 12 are threaded through their blade roots 14 in the region of the notches 19 in the circumferential groove 16 and then moved in the circumferential direction.
  • the entire set of blades 12 is displaced by half a blade pitch in the circumferential direction, so that all contact surfaces of the blade roots 14 below the supporting Nutwandschenkel 17th and 18 are therefore not in the region of a recess or notch 19 of the groove wall legs 17, 18. It follows immediately that the blade roots 14 seen in the circumferential direction have only approximately half the width of the blade platforms 15.
  • FIG. 2 shows a section of a gas turbine rotor 20 designed according to the invention, the gas turbine rotor 20 of the embodiment shown comprising a rotor main body 21 and a plurality of rotor blade segments 22, and wherein the rotor blade segments 22 are anchored with blade roots 23 in a circumferential groove 24 of the rotor main body 21.
  • Each of the blade segments 22 has next to the blade root 23 via two blades 25, wherein between the two blades 25 and the blade root 23 of each blade segment 22, a platform 26 of the blade segment 22 is formed.
  • 6a and 6b show such a blade segment 22 in isolation in two different perspective views, namely Fig. 6a in the direction of the so-called inlet side of the blade segment 22 and Fig. 6b in the direction of the so-called exit side of the same.
  • the circumferential groove 24 of the rotor base body 21 exclusively on one side via a profiled Nutwandschenkel 27, against which the blade roots 23 of the blade segments 22 abut with correspondingly profiled support flanks 28.
  • the blade roots 23 of the blade segments 22 are therefore equipped only on one side with profiled support flanks 28, which are profiled fir-tree-like in the illustrated embodiment.
  • On the profiled Nutwandschenkel 27 opposite side of the rotor body 21 has a circumferential rib 29, which has a much smaller radius than a radially outer rib 30 of the Fig. 4 shows the rotor body 21 of the gas turbine rotor 20 according to the invention fragmentary in a solo view.
  • the blade roots 23 of the blade segments 22 are positively secured in the circumferential groove 24 of the rotor base body 21 via projections 31 and 32, wherein the projections 31 and 32 each overlap one of the two ribs 29 and 30 or engage behind.
  • the two projections 31 and 32 of the blade roots 23 of the blade segments 22 are positioned at two different diameters, wherein the projection 32 is arranged on a larger diameter than the projection 31.
  • the projection 31 can therefore as radially inward projection and the projection 32 as a radially outer Projection of a blade root 23 may be referred to.
  • the radially inner projection 31 is in the assembled state (see Fig. 2) with the rib 29 of the rotor body 21 in overlap.
  • the radially outer projection 32 overlaps or engages behind the radially outer rib 30 of the profiled Nutwandschenkels 27.
  • the projections 31 and 32 secure the blade roots 23 of the blade segments 22 in the circumferential groove 24 on the one hand in its axial position and on the other hand against tilting.
  • the rotor base body 21 has at least one threading, in the embodiment of Figs. 2 to 6b via two threading openings 33 and 34, on different diameters and at about the same circumferential position of the rotor body 21 are arranged.
  • a threading opening 33 is integrated in the rib 29 and a further threading opening 34 in the rib 30 of the groove wall leg 27.
  • the gas turbine rotor 20 according to the invention furthermore has a securing element 35.
  • FIG. 5 shows the securing element 35 in detail in a single representation.
  • the securing element 35 is formed as a circumferential, closed ring having a plurality of recesses 37 on a radially outer rib 36. In the assembled state engage in the recesses 37 of the securing element 35, the radially outer projections 32 of the Blade feet 23 of the blade segments 22 in the sense of a toothing and thus secure the blade segments 22 positively in its circumferential position.
  • the securing element 35 is preferably fastened to the rotor base body in order to fix the relative position between the securing element 35 and the rotor base body 21.
  • FIG. 3a shows the blade segment 22 before the axial insertion thereof into the circumferential groove 24 of the rotor main body 21;
  • 3b shows the blade segment 22, however, after the axial insertion into the circumferential groove 24.
  • the same as shown in FIG. 3c is displaced in the circumferential direction, so the threading openings 33 and 34 for to enable the threading of the next blade segment 22.
  • FIGS. 3d and 3e show the threading of a second blade segment 22 into the peripheral groove 24 of the rotor base body 21, wherein in turn a displacement of the two blade segments in the circumferential direction is performed in order to successively fill the circumferential groove 24 with blade segments 22.
  • FIG. 3f shows a detail of a rotor base body 21 filled with blade segments 22 over the entire circumference in a view of the outlet side of the blade segments 22 and thus of the gas turbine rotor 20;
  • Fig. 3g shows a view of the entrance side thereof.
  • FIG. 3h shows that a securing element 35 is brought from the inlet side of the gas turbine rotor 20 forth to the rotor body 21, wherein the circumferential locking of the blade segments 22 engage the radially outer projections 32 of the blade roots 23 in the recesses 37 of the fuse element 35 in the sense of a toothing
  • FIG. 3i shows the securing element 35 in the position meshed with the blade segments 22, with the securing element 35 preferably being screwed to the rotor base body 21, about the axial position of the securing element 35 relative to the rotor main body 21 to secure.
  • the securing element 35 is preferably designed in the preferred embodiment as a sealing ring of a so-called inner air seal seal.
  • the threading openings 33 and 34 are preferably uniformly distributed over the circumference of the rotor base body 21.
  • the rotor base body 21 may have two or even four radially inner filler openings 33 and two or four radially outer filler openings 34, which are diametrically opposed in each case.
  • the threading openings 33 and 34 are respectively integrated into sections of the rotor main body 21, namely the ribs 29 and 30 thereof, which are exposed to a relatively low or low voltage level during operation of the gas turbine rotor.
  • the ribs 29 and 30, in which the Einfädelötechnisch 33 and 34 are integrated, are therefore only slightly loaded during operation of the gas turbine rotor. This makes it possible that the blade roots 23 in the circumferential direction have a width which corresponds approximately to a width of the platforms 26 of the blade segments 22. This makes it possible for the first time to store or secure blade segments in circumferential grooves of a gas turbine rotor with optimum tension and optimum weight.
  • the threading openings 33 and 34 can either remain open in the assembled state of the gas turbine rotor or be closed by additional securing elements.
  • FIGS. 2 to 6b show an exemplary embodiment of a gas turbine rotor 20 according to the invention, in which the rotor base body 21 has threading openings 33 and 34 on two different diameters, around the blade feet 23 of the blade segments 22 or on different ones Diameters positioned projections 31 and 32 of the blade roots 23 to thread into the circumferential groove 24.
  • the rotor base body can also have threading openings for the projections of the blade roots only on a diameter.
  • Fig. 7a shows a rotor body 21 having a circumferential groove 24, wherein only the radially outer rib 30 of the profiled Nutwandschenkels 27 has at least one Einfädelö réelle 34 for the radially outer projection 32 of the blade root 23 of a blade segment 22 (see Fig. 7b).
  • a plurality of such threading openings 34 can be symmetrically integrated into the encircling rib 30 over the circumference.
  • the dimensions of the threading openings 34 on the radially outer rib 30 are then in turn adapted to the dimensions of the radially outer projections 32 of the blade roots 23 of the blade segments 22.
  • the radially inner projection 31 of the blade root 23 may extend over the entire circumferential extent of the blade root 23.
  • At least one filling opening 33 may also be present in the region of the radially inner rib 29 of the rotor main body 21, whereas in the region of the radially outer rib 30 of the groove wall leg 27 of the rotor main body 21 no threading opening is present.
  • the inventive principle of a gas turbine rotor is particularly advantageous in the attachment of blade segments in a circumferential groove of a rotor body of the gas turbine rotor. It is, however possible to fasten in the manner of the invention individual blades in a circumferential groove of a gas turbine rotor. In the circumferential direction, a width of the blade roots of the blades or the blade segments is approximately equal to a width of platforms thereof. For blades or blade segments with outer shrouds can be dispensed with the known from the prior art Z-latch, resulting in a simpler installation for a gas turbine rotor.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Turbomaschine, insbesondere einen Gasturbinenrotor, mit einem Rotorgrundkörper (21), wobei der Rotorgrundkörper (21) eine sich in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers erstreckende Nut (24) aufweist, und mit mehreren Laufschaufeln oder Laufschaufelsegmenten (22), wobei die Laufschaufeln oder die Laufschaufelsegmente (22) über jeweils einen Schaufelfuß (23) in der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut (24) des Rotorgrundkörpers (21) verankert sind. Erfindungsgemäß weist die Nut (24) ausschließlich an einer Seite einen profilierten Nutwandschenkel (27) auf, an welchem die Schaufelfüße (23) der Laufschaufeln oder der Laufschaufelsegmente (22) mit korrespondierend profilierten Tragflanken (28) anliegen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Turbomaschine, insbesondere einen Gasturbinenrotor, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Rotoren einer Turbomaschine, wie zum Beispiel Gasturbinenrotoren, verfügen über einen Rotorgrundkörper sowie über mehrere mit dem Rotorgrundkörper rotierende Laufschaufeln. Die Laufschaufeln können entweder integraler Bestandteil des Rotorgrundkörpers sein oder über Schaufelfüße in einer oder mehreren Nuten des Rotorgrundkörpers verankert sein. Rotoren mit integraler Beschaufelung bezeichnet man als Blisk oder Bling, abhängig davon, ob ein scheibenförmiger oder ein ringförmiger Rotorgrundkörper vorliegt. Bei Rotoren, bei welchen die Laufschaufeln über Schaufelfüße in einer Nut verankert sind, unterscheidet man zwischen Rotoren, bei welchen die Schaufelfüße der Laufschaufeln entweder in sogenannten Axialnuten des Rotorgrundkörpers oder in einer Umfangsnut desselben befestigt sind. Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer Turbomaschine, insbesondere einen Gasturbinenrotor, bei welchem die Laufschaufeln über ihre Schaufelfüße in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut des Rotorgrundkörpers, also in einer Umfangsnut, befestigt sind.
  • Bei Rotoren, bei welchen die Laufschaufeln mit ihren Schaufelfüßen in sogenannten Umfangsnuten befestigt sind, verfügen die Umfangsnuten über mindestens zwei gleichmäßig über den Umfang verteilte Einfüllöffnungen, um die Schaufelfüße der Laufschaufeln in die entsprechende Umfangsnut einzuführen. Die Einfüllöffnungen werden nach dem Stand der Technik durch Einschnürungen im Bereich von zwei sich gegenüberliegenden, profilierten Nutwandschenkeln der Umfangsnut gebildet, wobei im Betrieb die Schaufelfüße mit profilierten Tragflanken an den beiden profilierten Nutwandschenkeln anliegen. Durch die Einfüllöffnungen werden Kerbstellen an Abschnitten der Nutwandschenkel gebildet, die im Betrieb des Rotors einem relativ hohen Spannungsniveau ausgesetzt sind. Hierdurch wird die Lebensdauer des Rotors reduziert. Weiterhin verfügen nach dem Stand der Technik aufgrund des obigen Konstruktionsprinzips von in Umfangsnuten geführten Laufschaufeln die Schaufelfüße der Laufschaufeln in Umfangsrichtung gesehen lediglich über in etwa die halbe Breite wie Schaufelplattformen der Laufschaufeln. Auch hierdurch werden die Kräfte, welche die Schaufelfüße im Betrieb des Rotors aufnehmen können, begrenzt.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, einen neuartigen Rotor einer Turbomaschine zu schaffen.
  • Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass der eingangs genannte Rotor einer Turbomaschine durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfindungsgemäß weist die Nut ausschließlich an einer Seite einen profilierten Nutwandschenkel auf, an welchem die Schaufelfüße der Laufschaufeln oder der Laufschaufelsegmente mit korrespondierend profilierten Tragflanken anliegen.
  • Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird ein Rotor einer Turbomaschine vorgeschlagen, bei welchem die Laufschaufeln bzw. Laufschaufelsegmente in einer Umfangsnut verankert sind, wobei die Umfangsnut lediglich an einer Seite einen profilierten Nutwandschenkel aufweist, an dem die Schaufelfüße mit korrespondierend profilierten Tragflanken anliegen. Hierdurch ist es möglich auf Einfüllöffnungen, die nach dem Stand der Technik an Abschnitten der Nutwandschenkel, die im Betrieb des Rotors einem relativ hohen Spannungsniveau ausgesetzt sind, zu verzichten. Hierdurch kann der Rotor insgesamt höheren Belastungen ausgesetzt werden. Des weiteren erlaubt das erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip eine spannungsoptimale sowie gewichtsoptimale Verankerung von Laufschaufelsegmenten, die mehrere Schaufelblätter aufweisen, in einer Umfangsnut eines Rotors. Bei Laufschaufeln mit Außendeckbändern kann auf eine sogenannte Z-Verklinkung verzichtet werden, wodurch sich eine deutlich einfachere Montage des Rotors ergibt. Das erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip eines Rotors erlaubt eine kostengünstige Herstellung sowie einfache Montage von Rotoren, so dass sich gegenüber dem Stand der Technik Kostenvorteile ergeben.
  • Vorzugsweise weisen die Schaufelfüße der Laufschaufeln oder der Laufschaufelsegmente auf mindestens zwei unterschiedlichen Durchmessern jeweils mindestens einen Vorsprung auf, wobei die Vorsprünge die Schaufelfüße in der Nut einerseits in ihrer Axialposition und anderseits gegen Verkippen formschlüssig sichern. Mit Vorsprüngen der Schaufelfüße wirkt mindestens ein Sicherungselement zusammen, wobei das oder jedes Sicherungselement die Laufschaufeln oder die Laufschaufelsegmente in der Nut in ihrer Umfangsposition formschlüssig sichert.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    einen Ausschnitt aus einem Gasturbinenrotor nach dem Stand der Technik in perspektivischer Seitenansicht;
    Fig. 2
    einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Gasturbinenrotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Seitenansicht;
    Fig. 3a bis 3i
    den erfindungsgemäßen Gasturbinenrotor der Fig. 2 in verschiedenen Montagepositionen aus unterschiedlichen perspektivischen Ansichten;
    Fig. 4
    eine Rotorscheibe des erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors der Fig. 2 in perspektivischer Seitenansicht;
    Fig. 5
    ein Sicherungselement des erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors der Fig. 2 in perspektivischer Seitenansicht;
    Fig. 6a und 6b
    ein Laufschaufelsegment des erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors der Fig. 2 in perspektivischer Seitenansicht;
    Fig. 7a und 7b
    eine Rotorscheibe und ein Laufschaufelsegment eines erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung jeweils in perspektivischer Seitenansicht; und
    Fig. 8a und 8b
    eine Rotorscheibe und ein Laufschaufelsegment eines erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung jeweils in perspektivischer Seitenansicht.
  • Bevor nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 8b die hier vorliegende Erfindung in größerem Detail beschrieben wird, soll vorab unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein aus dem Stand der Technik bekannter Gasturbinenrotor mit in einer Umfangsnut geführten Laufschaufeln beschrieben werden.
  • Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Gasturbinenrotor 10 nach dem Stand der Technik, wobei der Gasturbinenrotor 10 von einem Rotorgrundkörper 11 und mehreren Laufschaufeln 12 gebildet ist. Gemäß Fig. 1 verfügen die Laufschaufeln 12 jeweils über ein Schaufelblatt 13 sowie einen Schaufelfuß 14, wobei zwischen dem Schaufelblatt 13 und dem Schaufelfuß 14 eine Schaufelplattform 15 ausgebildet ist. Die Laufschaufeln 12 sind in einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut 16 des Rotorgrundkörpers 11 über ihre Schaufelfüße 14 befestigt bzw. geführt.
  • Wie Fig. 1 entnommen werden kann, ist die sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 16 radial außen offen und wird von zwei sich gegenüberliegenden, profilierten Nutwandschenkeln 17 bzw. 18 begrenzt. Um die Laufschaufel 12 über ihre Schaufelfüße 14 in die Umfangsnut 16 einführen zu können, sind nach dem Stand der Technik in die Nut 16 bzw. die Nutwandschenkel 17, 18 Ausnehmungen bzw. Einkerbungen 19 eingebracht, die Einfüllöffnungen für die Schaufelfüße 14 bilden. Die Einkerbungen 19 sind an Abschnitten der Nutwandschenkel 17, 18 gebildet, die im Betrieb des Gasturbinenrotors 10 einem relativ hohen Spannungsniveau ausgesetzt sind. Um die Laufschaufeln 12 in die Umfangsnut 16 einzuführen, werden die Laufschaufeln 12 über ihre Schaufelfüße 14 im Bereich der Einkerbungen 19 in die Umfangsnut 16 eingefädelt und sodann in Umfangsrichtung verschoben. Nachdem die letzte Laufschaufel 12 bei dem aus dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 bekannten Gasturbinenrotor 10 eingesetzt worden ist, wird der gesamte Satz aus Laufschaufeln 12 um eine halbe Schaufelteilung in Umfangsrichtung verschoben, sodass sich alle Kontaktflächen der Schaufelfüße 14 unterhalb der tragenden Nutwandschenkel 17 und 18 befinden und demnach nicht im Bereich einer Ausnehmung bzw. Einkerbung 19 der Nutwandschenkel 17, 18. Daraus folgt unmittelbar, dass die Schaufelfüße 14 in Umfangsrichtung gesehen nur in etwa die halbe Breite der Schaufelplattformen 15 aufweisen.
  • Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäß ausgebildeten Gasturbinenrotor 20, wobei der Gasturbinenrotor 20 des gezeigten Ausführungsbeispiels einen Rotorgrundkörper 21 und mehrere Laufschaufelsegmente 22 umfasst, und wobei die Laufschaufelsegmente 22 mit Schaufelfüßen 23 in einer Umfangsnut 24 des Rotorgrundkörpers 21 verankert sind. Jedes der Laufschaufelsegmente 22 verfügt neben dem Schaufelfuß 23 über zwei Schaufelblätter 25, wobei zwischen den beiden Schaufelblättern 25 und dem Schaufelfuß 23 eines jeden Laufschaufelsegments 22 eine Plattform 26 des Laufschaufelsegments 22 ausgebildet ist. Fig. 6a und 6b zeigen ein derartiges Laufschaufelsegment 22 in Alleindarstellung in zwei unterschiedlichen perspektivischen Ansichten, nämlich Fig. 6a in Richtung auf die sogenannte Eintrittsseite des Laufschaufelsegments 22 und Fig. 6b in Richtung auf die sogenannte Austrittsseite desselben.
  • Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung verfügt die Umfangsnut 24 des Rotorgrundkörpers 21 ausschließlich an einer Seite über einen profilierten Nutwandschenkel 27, an welchem die Schaufelfüße 23 der Laufschaufelsegmente 22 mit korrespondierend profilierten Tragflanken 28 anliegen. Die Schaufelfüße 23 der Laufschaufelsegmente 22 sind demnach lediglich an einer Seite mit profilierten Tragflanken 28 ausgestattet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel tannenbaumähnlich profiliert sind. Auf der dem profilierten Nutwandschenkel 27 gegenüberliegenden Seite verfügt der Rotorgrundkörper 21 über eine umlaufende Rippe 29, die über einen deutlich geringeren Radius verfügt als eine radial außen liegende Rippe 30 des profilierten Nutwandschenkels 27. Fig. 4 zeigt den Rotorgrundkörper 21 des erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors 20 ausschnittsweise in einer Alleindarstellung.
  • Die Schaufelfüße 23 der Laufschaufelsegmente 22 sind in der Umfangsnut 24 des Rotorgrundkörpers 21 über Vorsprünge 31 sowie 32 formschlüssig gesichert, wobei die Vorsprünge 31 und 32 jeweils eine der beiden Rippen 29 bzw. 30 überlappen bzw. hintergreifen. Die beiden Vorsprünge 31 und 32 der Schaufelfüße 23 der Laufschaufelsegmente 22 sind auf zwei unterschiedlichen Durchmessern positioniert, wobei der Vorsprung 32 auf einem größeren Durchmesser angeordnet ist als der Vorsprung 31. Der Vorsprung 31 kann demnach als radial innenliegender Vorsprung und der Vorsprung 32 als radial außenliegender Vorsprung eines Schaufelfußes 23 bezeichnet werden. Der radial innenliegende Vorsprung 31 steht in montiertem Zustand (siehe Fig. 2) mit der Rippe 29 des Rotorgrundkörpers 21 in Überlappung. Der radial außenliegende Vorsprung 32 hingegen überlappt bzw. hintergreift die radial äußere Rippe 30 des profilierten Nutwandschenkels 27. Die Vorsprünge 31 und 32 sichern die Schaufelfüße 23 der Laufschaufelsegmente 22 in der Umfangsnut 24 einerseits in ihrer Axialposition und andererseits gegen Verkippen.
  • Zur Montage bzw. zum Einfädeln der Schaufelfüße 23 der Laufschaufelsegmente 22 in die Umfangsnut 24 des Rotorgrundkörpers 21 verfügt der Rotorgrundkörper 21 über mindestens eine Einfädelöffnung, im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 6b über zwei Einfädelöffnungen 33 und 34, die auf unterschiedlichen Durchmessern sowie auf etwa derselben Umfangsposition des Rotorgrundkörpers 21 angeordnet sind. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 6b ist eine Einfädelöffnung 33 in die Rippe 29 und eine weitere Einfädelöffnung 34 in die Rippe 30 des Nutwandschenkels 27 integriert. Diese Einfädelöffnungen 33 und 34 sind hinsichtlich ihrer Position sowie Abmessung an die Vorsprünge 31 und 32 der Schaufelfüße 23 der Laufschaufelsegmente 22 angepasst.
  • Um die in der Umfangsnut 24 des Rotorgrundkörpers 21 montierten Laufschaufelsegmente 22 auch vor einem Verschieben in Umfangsrichtung zu sichern, verfügt der erfindungsgemäße Gasturbinenrotor 20 weiterhin über ein Sicherungselement 35. Fig. 5 zeigt das Sicherungselement 35 ausschnittsweise in einer Alleindarstellung. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Sicherungselement 35 als umlaufender, geschlossener Ring ausgebildet, der an einer radial außenliegenden Rippe 36 mehrere Ausnehmungen 37 aufweist. In montiertem Zustand greifen in die Ausnehmungen 37 des Sicherungselements 35 die radial außenliegenden Vorsprünge 32 der Schaufelfüße 23 der Laufschaufelsegmente 22 im Sinne einer Verzahnung ein und sichern so die Laufschaufelsegmente 22 formschlüssig in ihrer Umfangsposition. Das Sicherungselement 35 ist dabei vorzugsweise am Rotorgrundkörper befestigt, um die Relativposition zwischen dem Sicherungselement 35 und dem Rotorgrundkörper 21 zu fixieren.
  • Die Vorgehensweise bei der Montage des erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors 20, der aus mehreren Laufschaufelsegmenten 22 gemäß Fig. 6a und 6b, einem Rotorgrundkörper 21 gemäß Fig. 4 und einem Sicherungselement 35 gemäß Fig. 5 besteht, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3a bis 3i in größerem Detail beschrieben: Gemäß Fig. 3a wird zur Montage des erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors 20 zuerst ein Rotorgrundkörper 21 gemäß Fig. 4 sowie ein Laufschaufelsegment 22 gemäß Fig. 6a und 6b bereitgestellt, wobei das Laufschaufelsegment 22 über die Vorsprünge 31 und 32 im Bereich des Schaufelfußes 23 des Laufschaufelsegments 22 in die Einfädelöffnungen 33 und 34 des Rotorgrundkörpers 21 in Axialrichtung eingeschoben wird. Fig. 3a zeigt das Laufschaufelsegment 22 vor dem axialen Einschieben desselben in die Umfangsnut 24 des Rotorgrundkörpers 21; Fig. 3b zeigt das Laufschaufelsegment 22 hingegen nach dem axialen Einschieben in die Umfangsnut 24. Nach dem axialen Einschieben des ersten Laufschaufelsegments 22 in die Umfangsnut 24 des Rotorgrundkörpers 21 wird dasselbe gemäß Fig. 3c in Umfangsrichtung verschoben, um so die Einfädelöffnungen 33 und 34 für das Einfädeln des nächsten Laufschaufelsegments 22 freizugeben. So zeigen Fig. 3d und 3e das Einfädeln eines zweiten Laufschaufelsegments 22 in die Umfangsnut 24 des Rotorgrundkörpers 21, wobei wiederum ein Verschieben der beiden Laufschaufelsegmente in Umfangsrichtung durchgeführt wird, um die Umfangsnut 24 sukzessive mit Laufschaufelsegmenten 22 zu befüllen. Fig. 3f zeigt einen Ausschnitt aus einem über den gesamten Umfang mit Laufschaufelsegmenten 22 befüllten Rotorgrundkörper 21 in einer Ansicht auf die Austrittsseite der Laufschaufelsegmente 22 und damit des Gasturbinenrotors 20; Fig. 3g zeigt eine Ansicht auf die Eintrittsseite derselben. Nach dem vollständigen Befüllen der Umfangsnut 24 des Rotorgrundkörpers 21 mit Laufschaufelsegmenten 22 werden dieselben in ihrer Umfangsposition durch das Sicherungselement 35 formschlüssig gesichert. So zeigt Fig. 3h, dass ein Sicherungselement 35 von der Eintrittsseite des Gasturbinenrotors 20 her an den Rotorgrundkörper 21 herangeführt wird, wobei zur Umfangssicherung der Laufschaufelsegmente 22 die radial außenliegenden Vorsprünge 32 der Schaufelfüße 23 in die Ausnehmungen 37 des Sicherungselements 35 im Sinne einer Verzahnung eingreifen. Fig. 3i zeigt das Sicherungselement 35 in der mit den Laufschaufelsegmenten 22 verzahnten Position, wobei das Sicherungselement 35 mit dem Rotorgrundkörper 21 vorzugsweise verschraubt wird, um die Axialposition des Sicherungselements 35 relativ zum Rotorgrundkörper 21 zu sichern. Das Sicherungselement 35 ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise als Dichtring einer sogenannten Inner Air Seal Dichtung ausgeführt.
  • An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Einfädelöffnungen 33 und 34 vorzugsweise gleichverteilt über den Umfang des Rotorgrundkörpers 21 positioniert sind. So kann der Rotorgrundkörper 21 über zwei oder auch vier radial innenliegende Einfüllöffnungen 33 und zwei oder auch vier radial außenliegende Einfüllöffnungen 34 verfügen, die sich jeweils diametral gegenüberliegen.
  • Die Einfädelöffnungen 33 und 34 sind jeweils in Abschnitte des Rotorgrundköpers 21, nämlich in die Rippen 29 und 30 desselben, integriert, die im Betrieb des Gasturbinenrotors einem relativ geringen bzw. niedrigen Spannungsniveau ausgesetzt sind. Die Rippen 29 und 30, in welche die Einfädelöffnungen 33 und 34 integriert sind, sind demnach im Betrieb des Gasturbinenrotors nur gering belastet. Hierdurch ist es möglich, dass die Schaufelfüße 23 in Unfangsrichtung eine Breite aufweisen, die annähernd einer Breite der Plattformen 26 der Laufschaufelsegmente 22 entspricht. Hierdurch wird es erstmals möglich, Laufschaufelsegmente in Umfangsnuten eines Gasturbinenrotors spannungsoptimal sowie gewichtsoptimal zu lagern bzw. zu befestigen.
  • Die Einfädelöffnungen 33 und 34 können in montiertem Zustand des Gasturbinenrotors entweder offen bleiben oder durch zusätzliche Sicherungselemente geschlossen werden. So ist es möglich, in die oder jede radial innenliegende Einfädelöffnung 33 des Rings 29 nach dem vollständigen Befüllen der Umfangsnut 24 (siehe Fig. 3f) von der Austrittsseite des Gasturbinenrotors 20 her jeweils ein nicht-dargestelltes Sicherungselement einzuführen, welches für eine zusätzliche Umfangssicherung der Laufschaufelsegmente im Rotorgrundkörper sorgt. Auch ist es möglich, dass abhängig von der Anzahl der radial außenliegenden Einfädelöffnungen 34 im Bereich der Rippe 30 einige der durch die Ausnehmungen 37 definierten Vorsprünge 38 des Sicherungselements 35 in Axialrichtung derart verlängert sind, dass sie im montierten Zustand in die Einfädelöffnungen 34 eingreifen. Hierdurch kann eine exakte Montageposition für das Sicherungselement 35 vorgegeben werden.
  • Fig. 2 bis 6b zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors 20, bei welchem der Rotorgrundkörper 21 auf zwei unterschiedlichen Durchmessern Einfädelöffnungen 33 und 34 aufweist, um die Schaufelfüße 23 der Laufschaufelsegmente 22 bzw. die auf unterschiedlichen Durchmessern positionierten Vorsprünge 31 und 32 der Schaufelfüße 23 in die Umfangsnut 24 einzufädeln. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung kann der Rotorgrundkörper auch lediglich auf einem Durchmesser Einfädelöffnungen für die Vorsprünge der Schaufelfüße aufweisen.
  • So zeigt Fig. 7a einen Rotorgrundkörper 21 mit einer Umfangsnut 24, wobei lediglich die radial außenliegende Rippe 30 des profilierten Nutwandschenkels 27 mindestens eine Einfädelöffnung 34 für den radial außenliegenden Vorsprung 32 des Schaufelfußes 23 eines Laufschaufelsegments 22 (siehe Fig. 7b) aufweist. Über den Umfang können symmetrisch mehrere derartige Einfädelöffnungen 34 in die umlaufende Rippe 30 integriert sein. Die Abmessungen der Einfädelöffnungen 34 an der radial außenliegenden Rippe 30 sind dann wiederum an die Abmessungen der radial außenliegenden Vorsprünge 32 der Schaufelfüße 23 der Laufschaufelsegmente 22 angepasst. In diesem Fall kann sich der radial innenliegende Vorsprung 31 des Schaufelfußes 23 über die gesamte Umfangserstreckung des Schaufelfußes 23 erstrecken. Zur Montage der Laufschaufelsegmente 22 wird im Ausführungsbeispiel der Fig. 7a und 7b so vorgegangen, dass die Laufschaufelsegmente mit den radial innenliegenden Vorsprüngen 31 in die Umfangsnut 24 schräg eingesetzt und dann in Richtung auf den Nutwandschenkel 27 verschwenkt werden, um so den radial außenliegenden Vorsprung 32 durch die Einfädelöffnung 34 der radial außenliegenden Rippe 30 des Nutwandschenkels 27 einzuführen und so das Laufschaufelsegment 22 in die Umfangsnut 24 des Rotorgrundkörpers 21 einzufädeln.
  • Alternativ kann, wie Fig. 8a und 8b zeigen, auch mindestens eine Einfüllöffnung 33 im Bereich der radial innenliegenden Rippe 29 des Rotorgrundkörpers 21 vorhanden sein, wohingegen im Bereich der radial außenliegenden Rippe 30 des Nutwandschenkels 27 des Rotorgrundkörpers 21 keine Einfädelöffnung vorhanden ist. In diesem Fall erstreckt sich dann der radial außenliegende Vorsprung 32 des Schaufelfußes 23 eines Laufschaufelsegments 22 über die gesamte Umfangsabmessung desselben, wobei zur Montage der Laufschaufelsegmente dieselben im Bereich des radial außenliegenden Vorsprungs 32 schräg auf die radial außen liegende Rippe 30 aufgesetzt und dann im Sinne einer Einschwenkbewegung in Richtung auf die Rippe 29 in die Umfangsnut 24 eingeschwenkt werden, wobei dann der radial innenliegende Vorsprung 31 des Schaufelfußes 23 durch die radial innenliegende Einfädelöffnung 33 eingeschwenkt wird.
  • Das erfindungsgemäße Prinzip eines Gasturbinenrotors ist besonders vorteilhaft bei der Befestigung von Laufschaufelsegmenten in einer Umfangsnut eines Rotorgrundkörpers des Gasturbinenrotors. Es ist jedoch auch möglich, auf die erfindungsgemäße Art und Weise Einzelschaufeln in einer Umfangsnut eines Gasturbinenrotors zu befestigen. In Umfangsrichtung entspricht eine Breite der Schaufelfüße der Laufschaufeln oder der Laufschaufelsegmente annähernd einer Breite von Plattformen derselben. Bei Laufschaufeln bzw. Laufschaufelsegmenten mit Außendeckbändern kann auf die aus dem Stand der Technik bekannte Z-Verklinkung verzichtet werden, wodurch sich eine einfachere Montage für einen Gasturbinenrotor ergibt.

Claims (15)

  1. Rotor einer Turbomaschine, insbesondere Gasturbinenrotor, mit einem Rotorgrundkörper (21), wobei der Rotorgrundkörper (21) eine sich in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers erstreckende Nut (24) aufweist, und mit mehreren Laufschaufeln oder Laufschaufelsegmenten (22), wobei die Laufschaufeln oder die Laufschaufelsegmente (22) über jeweils einen Schaufelfuß (23) in der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut (24) des Rotorgrundkörpers (21) verankert sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Nut (24) ausschließlich an einer Seite einen profilierten Nutwandschenkel (27) aufweist, an welchem die Schaufelfüße (23) der Laufschaufeln oder der Laufschaufelsegmente (22) mit korrespondierend profilierten Tragflanken (28) anliegen.
  2. Rotor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in Umfangsrichtung eine Breite der Schaufelfüße (23) annähernd einer Breite von Plattformen (26) der Laufschaufeln oder der Laufschaufelsegmente (22) entspricht.
  3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schaufelfüße (23) der Laufschaufeln oder der Laufschaufelsegmente (22) auf mindestens zwei unterschiedlichen Durchmessern jeweils mindestens einen Vorsprung (31, 32) aufweisen, wobei die Vorsprünge (31, 32) die Schaufelfüße (23) in der Nut (24) formschlüssig sichern.
  4. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schaufelfüße (23) auf zwei unterschiedlichen Durchmessern jeweils mindestens einen sich nach radial innen erstreckenden Vorsprung (31, 32) aufweisen, wobei die Vorsprünge (31, 32) die Laufschaufeln oder die Laufschaufelsegmente (22) in der Nut (24) einerseits in ihrer Axialposition und anderseits gegen Verkippen sichern.
  5. Rotor nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die auf unterschiedlichen Durchmessern positionierten Vorsprünge (31, 32) in etwa auf derselben Umfangsposition angeordnet sind.
  6. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorsprünge (31, 32) der Schaufelfüße (23) umlaufende Rippen 29, 30) der sich Umfangsrichtung erstreckenden Nut (24) bzw. des Rotorgrundkörpers (21) teilweise überlappen bzw. hintergreifen.
  7. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Nut (24) bzw. der Rotorgrundkörper (21) auf mindestens einem Durchmesser mindestens eine Einfädelöffnung (33, 34) für jeweils einen Vorsprung (31, 32) der Schaufelfüße (23) aufweist.
  8. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Nut (24) bzw. der Rotorgrundkörper (21) auf zwei unterschiedlichen Durchmessern jeweils mindestens eine Einfädelöffnung (33, 34) für jeweils einen Vorsprung (31, 32) der Schaufelfüße (23) aufweist.
  9. Rotor nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die auf unterschiedlichen Durchmessern positionierten Einfädelöffnungen (33, 34) in etwa auf derselben Umfangsposition angeordnet sind.
  10. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die oder jede Einfüllöffnung (33, 34) in eine Rippe (29, 30) bzw. einen Abschnitt des Rotorgrundkörpers (21) integriert ist, der im Betrieb einem relativ geringen Spannungsniveau ausgesetzt ist.
  11. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 10,
    gekennzeichnet durch
    mindestens ein mit Vorsprüngen (31, 32) der Schaufelfüße (23) zusammenwirkendes Sicherungselement (35), wobei das oder jedes Sicherungselement (35) die Laufschaufeln oder die Laufschaufelsegmente (22) in der Nut (24) in ihrer Umfangsposition sichert.
  12. Rotor nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das oder jedes Sicherungselement (35) mehrere Ausnehmungen (37) aufweist, wobei die radial außenliegenden Vorsprünge (32) der Schaufelfüße (23) zur formschlüssigen Sicherung der Umfangsposition der Laufschaufeln oder der Laufschaufelsegmente (22) in die Ausnehmungen (37) des Sicherungselements (35) im Sinne einer Verzahnung eingreifen.
  13. Rotor nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das oder jedes Sicherungselement (35) am Rotorgrundkörper (21) befestigt ist.
  14. Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schaufelfüße (23) ausschließlich auf einer Seite eine tannenbaumähnlich profilierte Tragflanke (28) aufweisen, die dem profilierten Nutwandschenkel (27) der Nut (24) zugewandt ist.
  15. Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk, mit mindestens einem Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14.
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