EP1690011B1 - Rotor für einen verdichter - Google Patents

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EP1690011B1
EP1690011B1 EP04804578.5A EP04804578A EP1690011B1 EP 1690011 B1 EP1690011 B1 EP 1690011B1 EP 04804578 A EP04804578 A EP 04804578A EP 1690011 B1 EP1690011 B1 EP 1690011B1
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EP
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rotor
blade root
blade
depth
groove
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René Bachofner
Pietro Grigioni
Wolfgang Kappis
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Ansaldo Energia IP UK Ltd
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General Electric Technology GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3023—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses
    • F01D5/303—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot
    • F01D5/3038—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot the slot having inwardly directed abutment faces on both sides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/322—Blade mountings
    • 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
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/29—Three-dimensional machined; miscellaneous
    • 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
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/29—Three-dimensional machined; miscellaneous
    • F05D2250/291—Three-dimensional machined; miscellaneous hollowed

Definitions

  • the present invention relates to the field of turbomachinery. It relates to a rotor for a compressor according to the preamble of claim 1.
  • Rotors of high-pressure compressors as they are used in particular in gas turbines, generally have a multi-stage blading, which comprises in the axial direction successively arranged blade rings.
  • Each vane ring contains a variety of blades, which are on the circumference of the rotor are arranged and fixed.
  • Each of the blades sits with a blade root in a circumferential groove which is formed as a recess in the rotor.
  • Such a rotor is for example from the document DE-A1-196 15 549 known.
  • the attachment of a single blade in a rotor according to the prior art is also in Fig. 1
  • the blade 15 comprises a radially outwardly projecting blade 21 and a Schaufelfuss16, which are separated by a platform 18 from each other.
  • the blade 15 is attached to the blade root 16 in the rotor 10.
  • a circumferential groove in the form of a recess 11 is provided, which has a Eindusiefe T.
  • shoulders 14 are formed with a shoulder depth A on the side walls.
  • the blade root 16 has a widening lower part 17 with a cross-sectional contour in the form of an inverted "T", with which it engages behind the shoulders 14 of the recess 11.
  • the force acting on the blade 15 during rotation of the rotor 10 centrifugal force is transmitted via contact surfaces 13 on the shoulders 14 of the recess 11.
  • This minimum insertion depth T min allows a shoulder depth A of the shoulder 14 which is just sufficient under the prevailing extreme operating conditions (high speeds, temperatures up to 500 ° C) and the properties of the selected rotor material sufficient initial strength of the rotor 10 in the Shoulders 14 to allow.
  • the object is solved by the entirety of the features of claim 1.
  • the essence of the invention is to provide a Eindusung Eindusung which is substantially greater than the minimum insertion depth, and adjust the blade root accordingly.
  • the insertion depth is more than 40% greater than the minimum insertion depth.
  • recesses are provided for weight reduction in the blade root. As a result, can be compensated for increases in weight of the blade due to the extended blade root and reduce the forces occurring during operation.
  • a recess in the form of a hole passing through the blade root in the circumferential direction is provided in the blade root above the lower part, wherein the hole is designed in particular as a slot extending in the radial direction.
  • lateral shoulders 24 are again formed here, behind which the blade root 26 engages with its widened lower part 27 and is supported on the contact surfaces 23 when centrifugal forces occur.
  • the recess 21 is now performed with a Eindusiefe T, which is substantially, in particular more than 10%, greater than that in the prior art used minimum insertion depth T min .
  • This makes it possible to bring the shoulder depth of the shoulders 24 to a value B, which is substantially greater than the shoulder depth A in the prior art attachment according to Fig. 1 ,
  • the insertion depth T is about 40% greater than the minimum insertion depth T min , which has proven itself in practice.
  • the height of the blade root 26 also increases.
  • the lengthening of the blade root 26 inevitably increases the blade weight, which would lead to increased centrifugal forces and thus to increased mechanical stress on the rotor 20. It is therefore particularly advantageous if at least part of the increase in weight caused by the extension is removed again by suitable measures.
  • the measures consist in saving material on the rotor blade 25 in the region of the blade root 26 at points which are not critical for the mechanical strength by providing recesses.
  • a first preferred type of recess is a slot 19 that passes in the circumferential direction through the blade root 26 and extends in the radial direction.
  • the slot 19 is arranged in the slender section of the blade root 26 and is located in the middle between the two shoulders 24.
  • a second preferred type of recess are edge-side, rounded depressions 29 on the underside of the lower part 27 of the blade root 26. Both types of recesses 19th , 29 can be combined either individually or together to achieve the desired weight reduction through material savings.

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

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Turbomaschinen. Sie betrifft einen Rotor für einen Verdichter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • STAND DER TECHNIK
  • Rotoren von Hochdruck-Verdichtern, wie sie insbesondere in Gasturbinen eingesetzt werden, weisen in der Regel eine mehrstufige Beschaufelung auf, die in axialer Richtung hintereinander angeordnete Schaufelkränze umfasst. Jeder Schaufelkranz enthält eine Vielzahl von Laufschaufeln, die am Umfang des Rotors angeordnet und befestigt sind. Jede der Laufschaufeln sitzt mit einem Schaufelfuss in einer Umfangsnut, die als Eindrehung in den Rotor ausgebildet ist. Ein solcher Rotor ist beispielsweise aus der Druckschrift DE-A1-196 15 549 bekannt.
  • Die Befestigung einer einzelnen Laufschaufel in einem Rotor nach dem Stand der Technik ist auch in Fig. 1 wiedergegeben: Die Laufschaufel 15 umfasst ein radial nach aussen abstehendes Schaufelblatt 21 und einen Schaufelfuss16, die durch eine Plattform 18 voneinander getrennt sind. Die Laufschaufel 15 ist mit dem Schaufelfuss 16 im Rotor 10 befestigt. Zur Befestigung der Laufschaufeln ist eine Umfangsnut in Form einer Eindrehung 11 vorgesehen, die eine Eindrehtiefe T hat. Innerhalb der Eindrehung 11 sind an den Seitenwänden Schultern 14 mit einer Schultertiefe A ausgebildet. Der Schaufelfuss 16 weist ein sich verbreiterndes Unterteil 17 mit einer Querschnittskontur in Form eines auf dem Kopf stehenden "T" auf, mit dem es hinter die Schultern 14 der Eindrehung 11 greift. Die bei Drehung des Rotors 10 auf die Laufschaufel 15 wirkende Fliehkraft wird dabei über Anpressflächen 13 auf die Schultern 14 der Eindrehung 11 übertragen.
  • Um die mechanische Festigkeit des Rotors durch die Eindrehungen 11 für die Laufschaufeln möglichst wenig zu schwächen, werden die Eindrehungen 11 im Stand der Technik mit einer minimalen Eindrehtiefe T=Tmin ausgeführt. Diese minimale Eindrehtiefe Tmin ermöglicht eine Schultertiefe A der Schulter 14, die gerade ausreicht, um unter den vorherrschenden extremen Betriebsbedingungen (hohe Drehzahlen, Temperaturen bis zu 500°C) und den Eigenschaften des gewählten Rotormaterials eine ausreichende anfängliche Festigkeit des Rotors 10 im Bereich der Schultern 14 zu ermöglichen.
  • Es hat sich nun jedoch in der Praxis herausgestellt, dass die Verwendung einer Eindrehung mit der minimalen Eindrehtiefe Tmin dazu führen kann, dass der Rotor 10 im Bereich der Eindrehung 11 über die zulässigen Festigkeitsgrenzen hinaus beansprucht wird, was zu einer Reduktion der Rotor-Lebensdauer führen kann.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Rotor für einen Verdichter zu schaffen, der dieses Lebensdauerproblem beseitigt.
  • Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, eine Eindrehtiefe der Eindrehung vorzusehen, die wesentlich grösser ist als die minimale Eindrehtiefe, und den Schaufelfuss entsprechend anzupassen.
  • Erfindungsgemäß ist die Eindrehtiefe mehr als 40% grösser als die minimale Eindrehtiefe.
  • Erfindungsgemäß sind zur Gewichtsreduktion im Schaufelfuss Ausnehmungen vorgesehen. Hierdurch lassen sich Gewichtszunahmen der Laufschaufel aufgrund des verlängerten Schaufelfusses kompensieren und die beim Betrieb auftretenden Kräfte verringern.
  • Erfindungsgemäß ist im Schaufelfuss oberhalb des Unterteils eine Ausnehmung in Form eines in Umfangsrichtung durch den Schaufelfuss hindurchgehenden Loches vorgesehen, wobei das Loch insbesondere als sich in radialer Richtung erstreckendes Langloch ausgebildet ist.
  • Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn auf der Unterseite des Unterteils des Schaufelfusses zur Gewichtsreduktion Ausnehmungen vorgesehen sind.
    • KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
    • Fig. 1
    in einem ausschnittweise dargestellten Längsschnitt die Befestigung einer Laufschaufel im Rotor eines Hochdruck-Verdichters nach dem Stand der Technik und
    Fig. 2
    in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Laufschaufelbefestigung nach der Erfindung.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Rotor 20 die Laufschaufel 25 mit dem Schaufelblatt 22, der Plattform 28 und dem Schaufelfuss 26 mittels einer Eindrehung 21 befestigt. In der Eindrehung 21 sind auch hier wieder seitliche Schultern 24 ausgebildet, hinter die der Schaufelfuss 26 mit seinem verbreiterten Unterteil 27 greift und sich beim Auftreten von Fliehkräften an den Anpressflächen 23 abstützt.
  • Um die dabei entstehende Belastung der Schultern 24 besser auffangen zu können und damit die durch Festigkeitsprobleme bedingte Lebensdauerbegrenzung zu beseitigen, wird die Eindrehung 21 nun mit einer Eindrehtiefe T ausgeführt, die wesentlich, insbesondere mehr als 10%, grösser ist als die im Stand der Technik verwendete minimale Eindrehtiefe Tmin. Hierdurch ist es möglich, die Schultertiefe der Schultern 24 auf einen Wert B zu bringen, der wesentlich grösser ist als die Schultertiefe A bei der vorbekannten Befestigung gemäss Fig. 1. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Eindrehtiefe T etwa 40% grösser als die minimale Eindrehtiefe Tmin, was sich in der Praxis bewährt hat.
  • Mit der Erhöhung der Eindrehtiefe T und der Schultertiefe B vergrössert sich auch die Höhe des Schaufelfusses 26. Durch die Verlängerung des Schaufelfusses 26 erhöht sich zwangsläufig auch das Schaufelgewicht, was zu erhöhten Fliehkräften und damit zu einer erhöhten mechanischen Beanspruchung des Rotors 20 führen würde. Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil des durch die Verlängerung verursachten Gewichtszuwachses durch geeignete Massnahmen wieder beseitigt wird. Die Massnahmen bestehen darin, an der Laufschaufel 25 im Bereich des Schaufelfusses 26 an für die mechanische Festigkeit unkritischen Stellen durch das Vorsehen von Ausnehmungen Material einzusparen. Eine erste bevorzugte Art der Ausnehmung ist ein Langloch 19, dass in Umfangsrichtung durch den Schaufelfuss 26 hindurchgeht und sich in radialer Richtung erstreckt. Das Langloch19 ist dabei im schlanken Abschnitt des Schaufelfusses 26 angeordnet und befindet sich in der Mitte zwischen den beiden Schultern 24. Eine zweite bevorzugte Art der Ausnehmung sind randseitige, gerundete Vertiefungen 29 auf der Unterseite des Unterteils 27 des Schaufelfusses 26. Beide Arten von Ausnehmungen 19, 29 können wahlweise einzeln oder miteinander kombiniert werden, um die gewünschte Gewichtsreduktion durch Materialeinsparung zu verwirklichen.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10,20
    Rotor
    11,21
    Eindrehung (Umfangsnut)
    12,22
    Schaufelblatt
    13,23
    Anpressfläche
    14,24
    Schulter
    15,25
    Laufschaufel
    16,26
    Schaufelfuss
    17,27
    Unterteil (Schaufelfuss)
    18,28
    Plattform
    19
    Langloch
    29
    Vertiefung
    A, B
    Schultertiefe
    Tmin
    minimale Eindrehtiefe
    T
    Eindrehtiefe

Claims (3)

  1. Rotor (20) für einen Verdichter, insbesondere einer Gasturbine, welcher Rotor (20) eine Mehrzahl von Laufschaufeln (25) umfasst, die um die Drehachse des Rotors (20) herum in Form eines Kranzes angeordnet sind und jeweils mit einem Schaufelfuss (26) in einer umlaufenden Eindrehung (21) am Rotor (20) gehalten sind, wobei der Schaufelfuss (26) mit einem sich verbreiternden Unterteil (27) hinter zwei an den Seitenwänden der Eindrehung (21) ausgebildete Schultern (24) mit einer Schultertiefe (A) greift, und die Eindrehung (21) durch eine verdichterspezifische minimale Eindrehtiefe (Tmin) definiert ist, welche unter den vorgegebenen Materialeigenschaften des Rotors (20) und den vorgegebenen Betriebsbedingungen des Verdichters eine für den Anfang ausreichende Festigkeit des Rotors (20) im Bereich der Schaufelbefestigung ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindrehung (21) des Rotors (20) eine Eindrehtiefe (T) aufweist, die mehr als 40% grösser ist als die minimale Eindrehtiefe (Tmin), dass die Schultertiefe (B) entsprechend der Eindrehtiefe (T) vergrössert ist mit (A<B), und dass die Laufschaufeln (25) einen der Eindrehtiefe (T) angepassten Schaufelfuss (26) aufweisen und dass zur Gewichtsreduktion im Schaufelfuss (26) Ausnehmungen (19, 29) vorgesehen sind, wobei im Schaufelfuss (26) oberhalb des Unterteils (27) eine Ausnehmung in Form eines in Umfangsrichtung durch den Schaufelfuss (26) hindurchgehenden Loches (19) vorgesehen ist.
  2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch als sich in radialer Richtung erstreckendes Langloch (19) ausgebildet ist.
  3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite des Unterteils (27) des Schaufelfusses (26) Ausnehmungen in Form von Vertiefungen (29) vorgesehen sind.
EP04804578.5A 2003-12-06 2004-11-26 Rotor für einen verdichter Not-in-force EP1690011B8 (de)

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EP1690011A1 EP1690011A1 (de) 2006-08-16
EP1690011B1 true EP1690011B1 (de) 2017-04-26
EP1690011B8 EP1690011B8 (de) 2017-08-02

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WO (1) WO2005054682A1 (de)

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